移动通信第2章ppt课件.ppt

第2章 调制解调 第第 2 章章 调制解调调制解调 2.1 概述概述2.2 数字频率调制数字频率调制 2.3 数字相位调制数字相位调制 2.4 正交振幅调制正交振幅调制(QAM)2.5 扩展频谱调制扩展频谱调制 2.6 多载波调制多载波调制 第2章 调制解调 2.1 概概 述述 目的：使传输的数字信号与信道特性相匹配，便于有效的进行信息传输。 分类 u调制信号：模拟调制和数字调制 u相位连续：相位不连续调制和相位连续调制 u信号恒定：恒包络调制和非恒包络调制第2章 调制解调 移动通信调制解调技术特点移动通信调制解调技术特点 移动通信面临的无线信道问题移动通信面临的无线信道问题 多径衰落、干扰多径衰落、干扰(自然人为自然人为ISI)、频率资源有限、频率资源有限 移动通信对调制解调技术的要求移动通信对调制解调技术的要求 频谱资源有限频谱资源有限高的带宽效率高的带宽效率 用户终端小用户终端小高的功率效率，抗非线性失真能力强高的功率效率，抗非线性失真能力强 邻道干扰邻道干扰低的带外辐射低的带外辐射 多径信道传播多径信道传播对多径衰落不敏感，抗衰落能力强对多径衰落不敏感，抗衰落能力强 干扰受限的信道，抗干扰能力强干扰受限的信道，抗干扰能力强 解调一般采用非相干方式或插入导频的相干解调解调一般采用非相干方式或插入导频的相干解调 产业化问题产业化问题成本低易于实现成本低易于实现 调制方案的性能评估：功率效率和带宽效率调制方案的性能评估：功率效率和带宽效率(bit/s/Hz)(bit/s/Hz)第2章 调制解调 调制解调的主要功能调制解调的主要功能 频谱搬移，实现基带信号搬移到相应的频段频谱搬移，实现基带信号搬移到相应的频段 实现可以分为两步：首先进行基带信号调制，然后实现可以分为两步：首先进行基带信号调制，然后上变频到所需的频段上变频到所需的频段 抗干扰性抗干扰性 主要体现通信系统的质量指标，即可靠性主要体现通信系统的质量指标，即可靠性 调制信号具有较小的功率谱占有率调制信号具有较小的功率谱占有率 要求功率谱主瓣占有尽可能多的信号能量，要求功率谱主瓣占有尽可能多的信号能量，具有具有快快速滚降特性，带外衰减大、旁瓣小速滚降特性，带外衰减大、旁瓣小 频谱有效性频谱有效性 主要体现通信系统的数量指标，即有效性主要体现通信系统的数量指标，即有效性 频带利用率：频带利用率：bit/s/Hzbit/s/Hz第2章 调制解调 数字调制方法的分类数字调制方法的分类第2章 调制解调 各类二进制调制原理图各类二进制调制原理图第2章 调制解调 脉冲成型技术脉冲成型技术 矩形脉冲经过限带信道后，脉冲在时间上扩展，造成矩形脉冲经过限带信道后，脉冲在时间上扩展，造成严重的符间串扰严重的符间串扰(ISI) 脉冲成型可以减小脉冲成型可以减小ISI和调制信号的带宽和调制信号的带宽 Nyquist准则准则 第一准则：抽样点无失真，升余弦滚降滤波第一准则：抽样点无失真，升余弦滚降滤波 第二准则：转换点无失真第二准则：转换点无失真 第三准则：脉冲波形面积保持不变第三准则：脉冲波形面积保持不变 移动通信中的脉冲成型技术移动通信中的脉冲成型技术 升余弦滚降滤波器升余弦滚降滤波器 高斯脉冲成型滤波器高斯脉冲成型滤波器第2章 调制解调 升余弦滚降滤波器升余弦滚降滤波器 第2章 调制解调 WCDMA/FDD中的成型滤波器中的成型滤波器第2章 调制解调 高斯成型滤波器高斯成型滤波器第2章 调制解调 恒包络调制恒包络调制-FSK, MSK, GFSK, GMSK 恒包络调制的特点恒包络调制的特点: 恒包络调制对线性要求低，可使用恒包络调制对线性要求低，可使用C类放大器功率类放大器功率效率高效率高 带外辐射低可达带外辐射低可达-60-70dB 可使用限幅器可使用限幅器-鉴频器检测系统结构简单，实现容鉴频器检测系统结构简单，实现容易易 限幅器可克服随机噪声和瑞利衰落导致的信号幅度限幅器可克服随机噪声和瑞利衰落导致的信号幅度的变化，抗干扰和衰落能力强的变化，抗干扰和衰落能力强 具有较好的解调门限具有较好的解调门限第2章 调制解调 FSK和和CPFSK第2章 调制解调 最小移频键控最小移频键控(MSK) MSK 是一种特殊的是一种特殊的CPFSK，调制指数为，调制指数为0.5 h=0.5时，满足在码元交替点相位连续的条件时，满足在码元交替点相位连续的条件 h=0.5是移频键控为保证良好误码性能所允许的最是移频键控为保证良好误码性能所允许的最小调制指数小调制指数 h=0.5时，波形相关系数为时，波形相关系数为0，信号是正交的，信号是正交的 MSK也是一类特殊形式的也是一类特殊形式的OQPSK，用半正弦脉冲取代，用半正弦脉冲取代OQPSK的基带矩形脉冲的基带矩形脉冲 信号表达式信号表达式第2章 调制解调 MSK的调制解调器 第2章 调制解调 MSK信号的特征和功率谱密度信号的特征和功率谱密度 特征特征 已调制信号幅度是恒定的已调制信号幅度是恒定的 在一个码元周期内，信号包含在一个码元周期内，信号包含1/4载波周期整数倍载波周期整数倍 码元转换时，相位连续无突变码元转换时，相位连续无突变 信号频偏严格等于信号频偏严格等于1/4Tb，调制指数为，调制指数为0.5 信号相位在一个码元周期内变化信号相位在一个码元周期内变化/2 功率谱密度功率谱密度第2章 调制解调 2.2.3 高斯滤波的最小移频键控高斯滤波的最小移频键控(GMSK) 预调制滤波器FM调制器输入数据调制指数为0.5不归零(NRZ)图 2 - 11 GMSK信号的产生原理 第2章 调制解调 当BbTb取不同值时， g(t)的波形如图 2 - 12 所示。 图 2 - 12 高斯滤波器的矩形脉冲响应 第2章 调制解调 图 2 - 15 GMSK的功率谱密度 第2章 调制解调 MSK和GMSK的BER性能 第2章 调制解调 移相键控移相键控(PSK) 1986年前，线性高功率放大器成本较高，因此年前，线性高功率放大器成本较高，因此采用恒包络的采用恒包络的CPM调制实现高功率效率。之后，调制实现高功率效率。之后，线性功率放大器已取得实质性进展。线性功率放大器已取得实质性进展。 PSK是一种线性调制技术，具有带宽效率高、是一种线性调制技术，具有带宽效率高、频谱利用率高等特点频谱利用率高等特点 移动通信中，一般采用性能优良的绝对移相体移动通信中，一般采用性能优良的绝对移相体制而不采用相对移相体制，虽然相对移相体制制而不采用相对移相体制，虽然相对移相体制可以解决相位模糊度问题。而可以解决相位模糊度问题。而CDMA中，常采中，常采用导频信道传送载波信息进行相干解调。用导频信道传送载波信息进行相干解调。第2章 调制解调 BPSK和和QPSK 第2章 调制解调 偏移偏移QPSK (OQPSK) QPSK波形成型后，将失去恒包络性质，波形成型后，将失去恒包络性质，180相移导相移导致信号包络过零点。对放大器线性度敏感致信号包络过零点。对放大器线性度敏感 与与QPSK的区别为：调制器输入的信号其正交支路比特的区别为：调制器输入的信号其正交支路比特流比同相支路比特流延迟了流比同相支路比特流延迟了1个码元个码元 好处是载波相位只有好处是载波相位只有90变化，而无变化，而无180变化，变化，在非线性放大后仍保持带限性质。在非线性放大后仍保持带限性质。+1+10-1-1Q(a)(b)+1+10-1-1QII图 2 - 25 QPSK和OQPSK的星座图和相位转移图(a) QPSK; (b) OQPSK 第2章 调制解调 2.3.3 /4-DQPSK调制调制 /4-DQPSK已应用于美国的IS-136数字蜂窝系统、日本的(个人)数字蜂窝系统(PDC)和美国的个人接入通信系统(PACS) 中。 /4-DQPSK是对QPSK信号特性的进行改进的一种调制方式。改进之一是将QPSK的最大相位跳变，降为3/4， 从而改善了/4-DQPSK的频谱特性。改进之二是解调方式。QPSK只能用相干解调，而/4-DQPSK既可以用相干解调也可以采用非相干解调。第2章 调制解调 LPFLPF放大差分相位编码UkVk串/并变换输入数据/4-DPSK信号2-26cosctsinctSISQ图 2 - 26 /4-DQPSK信号的产生第2章 调制解调 （0,1）（1/ ,1/ ）22（1,0）I（1/ ,1/ ）22（0,1）（1/ ,1/ ）22（1,0）（1/ ,1/ ）22Qo图 2 - 27 /4-DQPSK的相位关系 第2章 调制解调 LPFLPF-90调制信号产生+功率放大图 2 - 29 具有笛卡尔坐标负反馈控制的发射机框图 第2章 调制解调 1. 基带差分检测基带差分检测 cos（ct+)sin(ct+)LPFLPF解码电路并/串变换Sk（t）WkZkXkYk图 2 - 31 基带差分检测电路 第2章 调制解调 2. 中频差分检测中频差分检测 LPFLPF并/串变换迟延Ts 相移2带通滤液SkXkYk图 2 - 32 中频差分检测框图 第2章 调制解调 3. 鉴频器检测鉴频器检测 带通滤波鉴频器积分清除模2差分相位解码并/串变换v(t)k图 2 - 33 鉴频器检测框图 dttdt)()(理想的鉴频器特性为 第2章 调制解调 (1) /4-DQPSK在理想高斯信道条件下系统的抗噪声性能。基带差分检测的误比特率为 bbeIIePbbkkkbe2002)2(21)2() 12()(式中，b=Eb/N0, Ik是第一类第k阶修正Bessel函数。 误比特率曲线如图 2 - 34 中的实线所示。 第2章 调制解调 图 2 - 34 /4-DQPSK的误比特率性能及频 差f引起的相位漂移=fTs对误比 特率的影响 第2章 调制解调 (2) /4-DQPSK在多径衰落信道和有同道干扰及邻道干扰条件下的系统性能。 R1(t)ej (t)R2(t)ej (t)R3(t)ej (t)RX1AWGNTX1TX2321111图 2 - 35 频率选择性Rayleigh衰落信道模型 第2章 调制解调 在上述滤波器设计策略下，在下列参数：信号载频为850 MHz、信息速率为48kb/s、滚降因子=0.2时，通过理论分析和数值计算，可得出在以下不同信道条件下，/4-DQPSK的基带差分检测性能。 第2章 调制解调 (1) 无多普勒频移和无时延扩散的Rayleigh衰落信道。 图 2 - 36 /4-DQPSK在无多普勒频移和无时延扩散的衰落信道下的性能第2章 调制解调 (2) 无时延扩散和有多普勒频移Rayleigh衰落信道。 图图 2 - 37 /4-DQPSK在有多普勒频移和无时延扩散的衰落信在有多普勒频移和无时延扩散的衰落信第2章 调制解调 图 2 - 38 /4-DQPSK在有同道干扰、有多普勒频移和无时 延扩散衰落信道下的性能 第2章 调制解调 (4) 有时延扩散和多普勒频移的Rayleigh衰落信道。 图 2 - 40 /4-DQPSK在有时延扩散和多普勒频移的衰落信道 下的性能 第2章 调制解调 正交幅度调制技术正交幅度调制技术QAM 标准标准QAM存在载波恢复和自动增益控制方面问题，不存在载波恢复和自动增益控制方面问题，不适合瑞利衰落信道；星型适合瑞利衰落信道；星型QAM可以效地叠加差分编码，可以效地叠加差分编码，性能优于标准性能优于标准QAM 微蜂窝系统中，微蜂窝系统中，LOS无线传播，无线传播，QAM技术可使用。必技术可使用。必须使用导频信号和均衡须使用导频信号和均衡 自适应自适应QAM调制：根据信道情况，自适应改调制的电调制：根据信道情况，自适应改调制的电平数量。平数量。第2章 调制解调 QAM图示举例 最普通最普通的正交的正交比特转比特转移方法移方法 8个不个不同角度同角度的相位的相位调制与调制与2个信个信号幅度号幅度的结合的结合第2章 调制解调 QAM信号第2章 调制解调 作业 P92 1、5、9