第三章调制技术PPT讲稿.ppt

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1、第三章调制技术第三章调制技术第1页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory目录目录概述概述3.1高斯最小移频键控高斯最小移频键控GMSKGMSK3.4高阶调制高阶调制 3.6QPSKQPSK调制调制 3.5最小移频键控最小移频键控MSKMSK 3.2正交频分复用正交频分复用 3.7第2页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.1 3.1 概述概述 调制调制就是对消息源信息进行编码的过程，其目的就是使携带信就是对消息源信息进行编码的过程，其目的就是使携带信息的信号与信道特性相匹配以及有效的利用

2、信道。息的信号与信道特性相匹配以及有效的利用信道。多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，无线信道频谱多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，无线信道频谱的拥挤这些因素对调制方式的选择都有重大的的拥挤这些因素对调制方式的选择都有重大的影响影响。信源编码信源编码将信源中的冗余信息进行压缩，减少传递信息所需的将信源中的冗余信息进行压缩，减少传递信息所需的带宽资源，这对于频谱有限的移动通信系统而言是至关重要的。带宽资源，这对于频谱有限的移动通信系统而言是至关重要的。第3页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory影响调制方式的选择的主要因素

3、影响调制方式的选择的主要因素1.1.频带利用率频带利用率：在数字调制中，常用带宽效率在数字调制中，常用带宽效率b b 来表示它对频谱资源的利来表示它对频谱资源的利用效率，它定义为用效率，它定义为b b R Rb b/B B,其中其中R Rb b为比特速率，为比特速率，B B为无线信号的带宽。为无线信号的带宽。2.2.功率效率功率效率:指保持信息精确度的情况下所需的最小信号功率（或者说最小信噪比）指保持信息精确度的情况下所需的最小信号功率（或者说最小信噪比）3.3.已调信号恒包络已调信号恒包络 4.4.易于解调易于解调 5.5.带外辐射：带外辐射：一般要求达到一般要求达到-60到到-70dB 6

4、.在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合考虑上述各种因素。在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合考虑上述各种因素。第4页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory要求要求信源编码的原理和应用；信源编码的原理和应用；在蜂窝移动通信中对调制解调技术的要求；在蜂窝移动通信中对调制解调技术的要求；频移键控信号的相位连续性对信号功率谱的影响；频移键控信号的相位连续性对信号功率谱的影响；MSKMSK和和GMSKGMSK信号特点和功率谱特性；信号特点和功率谱特性；QPSKQPSK、OQPSKOQPSK和和 -QPSK -QPSK信号特点和功率谱特性；信

5、号特点和功率谱特性；传输系统的非线性对各种传输系统的非线性对各种QPSKQPSK信号的影响。信号的影响。第5页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory.2.2 最小移频键控最小移频键控MSK MSK 3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的2FSK2FSK 3.2.2 MSK3.2.2 MSK信号的相位路径、频率及功率谱信号的相位路径、频率及功率谱第6页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的2FSK 2FSK 2FSK2FSK信号信号 设要发送的

6、数据为设要发送的数据为ak=1,码元长度为码元长度为Tb。在一个码元时间内，。在一个码元时间内，它们分别用两个不同频率它们分别用两个不同频率f1,f2的正弦信号表示，例如的正弦信号表示，例如:式中式中 ,定义载波角频率定义载波角频率(虚载波虚载波)为为：1 1,2 2对对c c 的角频偏为的角频偏为：第7页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的2FSK2FSK定义调制指数定义调制指数h:根根据据a ak k ,h h,T Tb b可可以以重重写写一一个个码码元元内内 2FSK2FSK信信号号表表达达

7、式式:式中式中 称作附加相位。称作附加相位。第8页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的2FSK2FSK附加相位附加相位是是t t的线性函数，其的线性函数，其中斜率为中斜率为 ,截距为截距为 ，其特性如图，其特性如图3.2 3.2 产生产生2FSK2FSK信号两种不同的方法：信号两种不同的方法：开关切换方法开关切换方法（相位不连续）和（相位不连续）和调频调频（相位连续）（相位连续），如图，如图3.33.3第9页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory

8、3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的2FSK2FSK 所所谓谓相相位位连连续续是是指指不不仅仅在在一一个个码码元元持持续续期期间间相相位位连连续续，而而且且在在从从码码元元a ak k-1-1到到a ak k转转换换的的时时刻刻kTkTb b，两两个个码码元元的的相相位位也也相相等等，即即即即这样就要求满足关系式这样就要求满足关系式:第10页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的2FSK2FSK 即要求当前码元的初相位由前一码元的初相位、当前码元即要求当前码元的初相位由前一码元的初相位、当前

9、码元ak和和前一码元前一码元ak-1来决定。来决定。这关系就是相位约束条件。这两种相这关系就是相位约束条件。这两种相位特性不同的位特性不同的FSK信号波形如图信号波形如图3.4所示。所示。第11页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的2FSK2FSK 由图由图3.4可以看出，相位不连续的可以看出，相位不连续的2FSK信号在码元交替时信号在码元交替时刻，波形是不连续的，而刻，波形是不连续的，而CPFSK信号是连续的，这使得它信号是连续的，这使得它们的功率谱特性很不同。图们的功率谱特性很不同。图3.5分

10、别是它们的功率谱特性例分别是它们的功率谱特性例子。子。第12页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的2FSK2FSK 可以发现，在相同的调制指数可以发现，在相同的调制指数h h情况下，情况下，CPFSKCPFSK的带的带宽要比一般的宽要比一般的2FSK2FSK带宽要窄。这意味着前者的频带效率要带宽要窄。这意味着前者的频带效率要高于后者。高于后者。随着调制指数随着调制指数h h的增加，信号的带宽也在增加。从的增加，信号的带宽也在增加。从频带效率考虑，调制指数频带效率考虑，调制指数h h不宜太大。但过小

11、又因两个不宜太大。但过小又因两个信号频率过于接近而不利于信号的检测。所以应当从它信号频率过于接近而不利于信号的检测。所以应当从它们的相关系数以及信号的带宽综合考虑。们的相关系数以及信号的带宽综合考虑。第13页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory2FSK2FSK信号的归一化互相关系数可以求得如下（为方便讨论，令它信号的归一化互相关系数可以求得如下（为方便讨论，令它们的初相为零）：们的初相为零）：通常总是通常总是c cT Tb b =2=2ffc c/f/fb b 1,1,或或c cT Tb b=nn，因此略去第一项，得，因此略去第一项，得到到

12、 -h h关系曲线如图关系曲线如图3.63.6。3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的2FSK2FSK第14页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory从从图图中中可可以以看看出出，当当调调制制指指数数h h=0.5=0.5，1 1，1.51.5，.时时，=0,=0,即两个信号是正交的。即两个信号是正交的。h h=0.5=0.5的的CPFSKCPFSK就就称称作作最最小小移移频频键键控控MSKMSK。它它是是在在两两个个信信号号正正交交的的条件下，对给定的条件下，对给定的R Rb b有最小的频差。有最小的频差。3.2.1 3.2.1 相位连

13、续的相位连续的2FSK2FSK第15页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.2.2 MSK3.2.2 MSK信号的相位路径、频率及功率谱信号的相位路径、频率及功率谱由于由于h h=1/2=1/2，MSKMSK的相位约束条件就是的相位约束条件就是由于由于|a ak k-a ak k-1-1|总为偶数，所以初始相位为零总为偶数，所以初始相位为零时，其后各码元的初相位为时，其后各码元的初相位为的整数倍。的整数倍。相位路径的例子如图相位路径的例子如图3.73.7所示，其中初始所示，其中初始相位为零。图中可以看到的取值为相位为零。图中可以看到的取值

14、为0 0，-、-、-、3 3、.（k k=0,1,2=0,1,2.）。1.1.相位路径相位路径第16页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.2.2 MSK3.2.2 MSK信号的相位路径、频率及功率谱信号的相位路径、频率及功率谱在在MSKMSK信号中，码元速率信号中，码元速率R Rb b=1/=1/T Tb b、峰值频偏、峰值频偏f fd d和两个频率和两个频率f f1 1、f f2 2存在一定的关系。存在一定的关系。当给定码元速率当给定码元速率RbRb时可以确定各个频率如下：时可以确定各个频率如下：即载波频率应当是即载波频率应当是Rb/

15、4Rb/4的整数倍。的整数倍。2.MSK2.MSK的频率关系的频率关系第17页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.2.2 MSK3.2.2 MSK信号的相位路径、频率及功率谱信号的相位路径、频率及功率谱3.MSK3.MSK的功率谱的功率谱MSKMSK的功率谱为的功率谱为 式中式中A A为信号的幅度。功率谱特性如图为信号的幅度。功率谱特性如图3.83.8所示。为便于比较，图中也给出一般所示。为便于比较，图中也给出一般2FSK2FSK信号的功率谱特性。信号的功率谱特性。由图可见，由图可见，MSK MSK 信号比一般信号比一般2FSK2FSK

16、信号信号有更高的带宽效率。有更高的带宽效率。第18页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3 3.3 高斯最小移频键控高斯最小移频键控GMSKGMSK GMSKGMSK是一种是一种恒包络调制恒包络调制方式，可以采用功率效率高而便宜的非方式，可以采用功率效率高而便宜的非线性功率放大器，这使用户单元（手机）的价格比较低，有利于当时线性功率放大器，这使用户单元（手机）的价格比较低，有利于当时移动电话的普及。移动电话的普及。3.3.1 3.3.1 高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性 3.3.2 GMSK3.3.2 GMSK信号的波形和相位路

17、径信号的波形和相位路径 3.3.3 GMSK3.3.3 GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调3.3.4 GMSK3.3.4 GMSK功率谱功率谱 第19页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.1 3.3.1 高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性GMSKGMSK就是就是基带信号基带信号经过经过高斯低通滤波器高斯低通滤波器的的MSKMSK，如图，如图3.93.9第20页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.1 3.3.1 高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性频率特性频

18、率特性频率特性频率特性HH(f f)和冲激响应和冲激响应和冲激响应和冲激响应h h(t t)高斯滤波器具有指数形式的响应特性，其中幅度特性为高斯滤波器具有指数形式的响应特性，其中幅度特性为 冲激响应为冲激响应为令令B Bb b为为H H(f f)的的3dB3dB带带宽宽，因因为为H H(0)=1(0)=1，则则有有H H(f f)|)|f=Bbf=Bb=H H(B Bb b)=0.707,)=0.707,可以求得可以求得a a:给定给定x xb b,就可以计算出就可以计算出H H(x x)、h h()()并画出它们的特性曲并画出它们的特性曲线如图线如图3.103.10。第21页，共56页，编辑

19、于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.1 3.3.1 高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性令令=t t/T Tb b ，并把，并把a a=1.7=1.7 B Bb b代入（代入（3.153.15）并设）并设T Tb b=1,=1,则有则有设设要要传传输输的的码码元元长长度度为为T Tb b,速速率率为为 R Rb b=1/=1/T Tb b，以以R Rb b为为参参考考，对对f f归归一一化化:x=f x=f/R Rb b=fT fTb b ，则归一化，则归一化3dB3dB带宽为：带宽为：这样，用归一化频率表示的频率特性就为这样，用归一化频率表示

20、的频率特性就为H H(x x)：第22页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.2 GMSK3.3.2 GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径 设设要要发发送送的的二二进进制制数数据据序序列列 b bk k(b bk k =1)=1)所所用用线线路路码码为为NRZNRZ码码，码码元元起起止止时时刻刻为为T Tb b的的整整数数倍倍,此此基基带带信信号号经经过过高斯滤波器后输出为高斯滤波器后输出为信号对调频器调频，输出为信号对调频器调频，输出为附加相位为附加相位为第23页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Comm

21、unication Theory3.3.2 GMSK3.3.2 GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径在在一一个个码码元元结结束束时时，相相位位的的增增量量取取决决于于在在该该码码元元期期间间q q(t t)曲线下的面积曲线下的面积A Ak k：例如图例如图3.133.13，x xb b=0.3,=0.3,截取截取g g(t t)的长度为的长度为3 3T Tb b(N N=1)=1)的情况。的情况。在在b bk k期间内，期间内，q q(t t)曲线只由曲线只由b bk k及其前后一个码元及其前后一个码元b bk k-1-1、b bk+k+1 1所确定。当这三个码元同符号时，所确定。

22、当这三个码元同符号时，A Ak k有最大值有最大值A Amaxmax，设计，设计调频器的参数调频器的参数k kfmfm 使使。这样调频器。这样调频器输出就是一个输出就是一个GMSKGMSK信号。信号。第24页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.2 GMSK3.3.2 GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径第25页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.2 GMSK3.3.2 GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径 经过预滤波后的基带信号经过预滤波后的基带信

23、号q(t),相位函数相位函数(t)和和GMSK信号的例子如图信号的例子如图3.15。第26页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.3 GMSK3.3.3 GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调因为因为因此常常采用因此常常采用正交调制正交调制方法。在实际的应用中可以事先方法。在实际的应用中可以事先 制作制作和和两张表，根据输入数据通过查表读两张表，根据输入数据通过查表读出相应的数值，得到相应的出相应的数值，得到相应的 和和波形。波形。GMSKGMSK 正交调制方框图如图正交调制方框图如图3.163.16所示。所示。1.调制调制第27页

24、，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.3 GMSK3.3.3 GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调第28页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.3 GMSK3.3.3 GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调 GMSKGMSK可以用相干方法解调可以用相干方法解调,也可以用非相干方法解调。这里介绍一比特延迟也可以用非相干方法解调。这里介绍一比特延迟差分解调方法（非相干解调）差分解调方法（非相干解调）,其原理如图其原理如图3.183.18。2.解调解调设接收到的信号为设接收到

25、的信号为 则则W W(t)(t)为为第29页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.3 GMSK3.3.3 GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调和和s s(t t)相乘得相乘得x x(t t)经过低通滤波同时考虑到经过低通滤波同时考虑到 ，得到，得到y y(t t)第30页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.3 GMSK3.3.3 GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调式中式中是一个码元的相位增量。在是一个码元的相位增量。在t=t=(k k+1)+1)T Tb b时刻对

26、时刻对y y(t t)抽样得到抽样得到y y(k k+1)+1)T Tb b)，它的符号取决于，它的符号取决于的符号的符号,判决准判决准 则为则为即即0 0判决解调的数据为判决解调的数据为=+1即即0判决解调的数据为判决解调的数据为=-1解调过程的各波形如图解调过程的各波形如图3.193.19所示，其中设所示，其中设A A(t t)为常数。为常数。第31页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.3.3 GMSK3.3.3 GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调第32页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communicati

27、on Theory3.3.4 GMSK3.3.4 GMSK功率谱功率谱对对GMSKGMSK信信号号功功率率谱谱的的分分析析是是比比较较复复杂杂的的，图图3.203.20是是计计算算机机仿仿真真得得到到x xb b =0.5=0.5、1 1和和x xb b =（MSKMSK）的功率谱。）的功率谱。从图中可见，随着从图中可见，随着x xb b 的减小频谱效率越高，但的减小频谱效率越高，但x xb b过小会使码间干扰（过小会使码间干扰（ISIISI）增加。）增加。GMSK GMSK 最吸引人的地方是具有恒包络特性，功率效率高，可用非最吸引人的地方是具有恒包络特性，功率效率高，可用非线性功率放大器和非

28、相干检测。线性功率放大器和非相干检测。GMSK GMSK 的缺点是频谱效率还不够高。在的缺点是频谱效率还不够高。在北美，频率资源紧缺，系统采用具有更高频谱效率的调制方式，这就是北美，频率资源紧缺，系统采用具有更高频谱效率的调制方式，这就是/4-QPSK/4-QPSK。第33页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4 QPSK3.4 QPSK调制调制3.4.1 3.4.1 二相调制二相调制BPSK BPSK 3.4.2 3.4.2 四相调制四相调制QPSK QPSK 3.4.3 3.4.3 偏移偏移QPSKQPSKOQPSKOQPSK3.4

29、.4 /4-QPSK 3.4.4 /4-QPSK 第34页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.1 3.4.1 二相调制二相调制BPSKBPSK1.1.二相调制信号二相调制信号S SBPSKBPSK(t t)在二进制相位调制中，二进制的数据在二进制相位调制中，二进制的数据b bk k=11可以用相位不可以用相位不同取值表示，例如同取值表示，例如 其中其中由于由于，所以，所以BPSKBPSK信号一般也可以表示为信号一般也可以表示为 第35页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.

30、1 3.4.1 二相调制二相调制BPSKBPSK 设二进制的基带信号设二进制的基带信号b b(t t)的波形为双极性的波形为双极性NRZNRZ码码,BPSK,BPSK信号的信号的波形如图波形如图3.223.22所示。所示。第36页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.1 3.4.1 二相调制二相调制BPSKBPSK功率谱功率谱 BPSK BPSK 信号是一种线性调制，当基带波形为信号是一种线性调制，当基带波形为NRZNRZ码时，其功率谱码时，其功率谱如图如图3.233.23所示。所示。如图，基带波形为如图，基带波形为NRZNRZ码时码

31、时 BPSKBPSK信号有较大的副瓣，副瓣的总功率约占信信号有较大的副瓣，副瓣的总功率约占信号的总功率号的总功率10%10%，带外辐射严重。，带外辐射严重。为了减小信号带宽，可考虑用为了减小信号带宽，可考虑用M M进制代替二进制。进制代替二进制。第37页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.2 3.4.2 四相调制四相调制QPSKQPSKQPSKQPSK信号信号 在在QPSKQPSK调制中，在要发送的比特序列调制中，在要发送的比特序列中中,每两个相连的比特分为一组构成一每两个相连的比特分为一组构成一个个4 4进制的码元，即双比特码元。

32、双进制的码元，即双比特码元。双比特码元的比特码元的4 4种状态用载波的四个不种状态用载波的四个不同相位同相位(k=k=1,2,3,4)1,2,3,4)表示。这种对应表示。这种对应关系叫做相位逻辑。例如关系叫做相位逻辑。例如 QPSKQPSK信号可以表示为：信号可以表示为：其中其中A A为信号的幅度，为信号的幅度，为载波频率。为载波频率。第38页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.2 3.4.2 四相调制四相调制QPSKQPSKQPSKQPSK信号产生信号产生 QPSKQPSK信号可以用正交调制方式产生。信号可以用正交调制方式产生。把

33、串行输入的（把串行输入的（a ak k，b bk k）分开进入两个并联的支路）分开进入两个并联的支路I I支路（同相支路）和支路（同相支路）和Q Q支路支路（正交支路），分别对一对正交载波进行调制，然后相加便得到（正交支路），分别对一对正交载波进行调制，然后相加便得到QPSKQPSK信号。信号。第39页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.2 3.4.2 四相调制四相调制QPSKQPSKQPSKQPSK信号的功率谱和带宽信号的功率谱和带宽正交调制产生正交调制产生QPSKQPSK信号实际上是把两个信号实际上是把两个BPSKBPSK信号相

34、加。它们有信号相加。它们有相同的相同的功率谱功率谱 ，带宽也为，带宽也为B B=R Rb b。频带效率。频带效率B B/R Rb b则提高为则提高为1 1。已调信号功率谱的副瓣仍然很大已调信号功率谱的副瓣仍然很大 ，在两个支路加入升余弦特性低通，在两个支路加入升余弦特性低通滤波器滤波器(如图如图3.29)3.29)，以减小已调信号的副瓣。，以减小已调信号的副瓣。第40页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.2 3.4.2 四相调制四相调制QPSKQPSKQPSKQPSK信号的包络特性和相位跳变信号的包络特性和相位跳变 当基带信号为方波

35、脉冲（当基带信号为方波脉冲（NRZNRZ）时，）时，QPSKQPSK信号具有恒包络特性。由升余弦信号具有恒包络特性。由升余弦滤波器形成的基带信号是连续的波形滤波器形成的基带信号是连续的波形,但但 QPSKQPSK信号的包络也不再恒定。信号的包络也不再恒定。QPSKQPSK是一种相位不连续的信号是一种相位不连续的信号,在码元转换的时刻，信号的相位发生跳变。通过星座在码元转换的时刻，信号的相位发生跳变。通过星座图可以看出跳变的幅度为图可以看出跳变的幅度为180180和和9090。第41页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.3 3.4.3

36、 偏移偏移QPSKQPSK（OQPSKOQPSK）把把QPSKQPSK两个正交支路的码元时间上错开两个正交支路的码元时间上错开T Ts s/2=/2=T Tb b，这样每经过，这样每经过T Tb b时间，时间，只有一个支路的符号发生变化，因此相位的跳变就被限制在只有一个支路的符号发生变化，因此相位的跳变就被限制在9090，减小了信号包络的波动幅度。功率谱和带宽效率不变。调制原理图减小了信号包络的波动幅度。功率谱和带宽效率不变。调制原理图和相位跳变路径为：和相位跳变路径为：第42页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.4 3.4.4/4

37、-QPSK/4-QPSK /4-QPSK/4-QPSK兼顾频带效率、包络波动幅度小和能采用差分检测兼顾频带效率、包络波动幅度小和能采用差分检测.它的相位跳变最大幅度大于它的相位跳变最大幅度大于OQPSKOQPSK而小于而小于QPSKQPSK，只有，只有4545和和135135，因此信号包络波动幅度大于，因此信号包络波动幅度大于OQPSKOQPSK而小于而小于QPSKQPSK。采用差分编码的采用差分编码的,/4-QPSK/4-QPSK就称作就称作/4-DQPSK/4-DQPSK。第43页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.4 3.4.

38、4/4-QPSK/4-QPSK/4-DQPSK/4-DQPSK信号产生信号产生 /4-DQPSK /4-DQPSK可采用正交调制方式产生。其原理图如图可采用正交调制方式产生。其原理图如图3.373.37所示所示 相位差分编码就是输入的双比特相位差分编码就是输入的双比特S SI I和和S SQ Q的的4 4个状态用个状态用4 4个个 值来表示。其相值来表示。其相位逻辑如表位逻辑如表3.23.2所示。所传输的信息包含在两个相邻的载波相位差之中。所示。所传输的信息包含在两个相邻的载波相位差之中。第44页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.4.

39、4 3.4.4/4-QPSK/4-QPSK/4-DQPSK/4-DQPSK信号的相位跳变信号的相位跳变可能的取值有个：，由两个彼此偏移的两个可能的取值有个：，由两个彼此偏移的两个QPSKQPSK星座图星座图构成，相位的跳变总是在这两个星座图之间交替进行，跳变的路径如图构成，相位的跳变总是在这两个星座图之间交替进行，跳变的路径如图3.393.39的虚线所示。的虚线所示。第45页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.5 3.5 正交频分复用正交频分复用OFDMOFDM3.5.1 3.5.1 概述概述3.5.23.5.2正交频分复用的原理正交频

40、分复用的原理 3.5.33.5.3正交频分复用的正交频分复用的DFTDFT实现实现3.5.43.5.4OFDMOFDM的应用的应用 第46页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.5.13.5.1概述概述系统把整个可用信道频带系统把整个可用信道频带划分为划分为N N个带宽为的子信道。把个带宽为的子信道。把N N个串行码元变换为个串行码元变换为N N个个并行的码元，分别调制这并行的码元，分别调制这N N个子信道载波进行同步传输，这就是个子信道载波进行同步传输，这就是频分复用频分复用。若子信道的码元速率若子信道的码元速率1/1/TsTsf f,

41、避免严重的码间干扰。另外若频谱允避免严重的码间干扰。另外若频谱允许重叠，提高频带效率许重叠，提高频带效率 ，如图，如图3.493.49所所示。扩展了码元的长度示。扩展了码元的长度T T，远远大于信道的，远远大于信道的时延，减小时延扩展对信号传输的影响。时延，减小时延扩展对信号传输的影响。第47页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.5.2 3.5.2 正交频分复用的原理正交频分复用的原理如果子载波的间隔等于并行码元长度的倒数如果子载波的间隔等于并行码元长度的倒数1/1/TsTs和使用相干和使用相干检测，采用子载波的频谱重叠可以使并行系统获

42、得更高的带宽检测，采用子载波的频谱重叠可以使并行系统获得更高的带宽效率。这就是效率。这就是正交频分复用正交频分复用。第48页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory设设串串行行的的码码元元周周期期为为t ts s，速速率率为为r rs s=1/=1/t ts s。经经过过串串并并变变换换后后N N个个串串行行码码元元被被转转换换为为长长度度为为T Ts s=NtNts s、速速率率为为R Rs s=1/=1/T Ts s=1/=1/NtNts s =r rs s/N N的的并并行行码码。N N个码元分别调制个码元分别调制N N个子载波个子载波f

43、 fn n:式中式中为子载波的间隔，设计等于为子载波的间隔，设计等于 它是它是OFDMOFDM系统的重要设计参数之一。这样当系统的重要设计参数之一。这样当f f0 01/1/T Ts s时，各子载波时，各子载波是两两正交的，即是两两正交的，即 把把N N个并行支路的已调子载波信号相加，便得到个并行支路的已调子载波信号相加，便得到OFDMOFDM实际发射的信号：实际发射的信号：3.5.2 3.5.2 正交频分复用的原理正交频分复用的原理第49页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.5.2 3.5.2 正交频分复用的原理正交频分复用的原理在在

44、接接收收端端，接接收收的的信信号号同同时时进进入入N N个个并并联联支支路路，分分别别与与N N个个子子载载波波相相乘乘和和积积分分（相干解调）便可以恢复各并行支路的数据：（相干解调）便可以恢复各并行支路的数据：为了提高频谱的利用率，通常采用多进制的调制方式。一般地并行支路的输入的数为了提高频谱的利用率，通常采用多进制的调制方式。一般地并行支路的输入的数据可以表示为据可以表示为d d(n n)=)=a a(n n)+)+j bj b(n n)，其中，其中a a(n n)、b b(n n)表示输入的同相分量和正表示输入的同相分量和正交分量的实序列，它们在每个支路上调制一对正交载波，输出的交分量的

45、实序列，它们在每个支路上调制一对正交载波，输出的OFDMOFDM信号信号便为便为 第50页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.5.2 3.5.2 正交频分复用的原理正交频分复用的原理式中式中A A(t t)为信号的复包络：为信号的复包络：每个子信道的频谱在其它子载波频率上为零，这样子信道之间就不会发生干扰。当子每个子信道的频谱在其它子载波频率上为零，这样子信道之间就不会发生干扰。当子信道的脉冲为矩形脉冲时，具有信道的脉冲为矩形脉冲时，具有sincsinc函数形式的频谱可以准确满足这一要求，如函数形式的频谱可以准确满足这一要求，如N N=

46、4=4、N N=32=32的的OFDMOFDM功率谱如图功率谱如图3.513.51所示。所示。第51页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.5.3 3.5.3 正交频分复用的正交频分复用的DFTDFT实现实现用用DFTDFT技术的技术的OFDMOFDM系统如图系统如图3.523.52复包络可以表为复包络可以表为 若对若对A A(t t)以以1/1/t ts s速率抽样得到速率抽样得到 第52页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.5.3 3.5.3 正交频分复用的正交频分复用的DFT

47、DFT实现实现可见所得到的可见所得到的A A(m m)是是 d dn n 的的IDFT,IDFT,或者说直接对或者说直接对 d dn n 求离散傅氏反变换就得求离散傅氏反变换就得到到A A(t t)的抽样的抽样A A(m m)。而。而A A(m m)经过低通滤波（经过低通滤波（D/AD/A变换）后所得到的模拟变换）后所得到的模拟信号对载波进行调制便得到所需的信号对载波进行调制便得到所需的OFDMOFDM信号。在接收端则进行相反信号。在接收端则进行相反的过程，把解调得到的基带信号经过的过程，把解调得到的基带信号经过A/DA/D变换后得到，在经过并串变变换后得到，在经过并串变换输出。换输出。第53

48、页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.5.4 OFDM3.5.4 OFDM的应用的应用OFDMOFDM有比较高的带宽效率有比较高的带宽效率 瑞利衰落对码元的损伤较单载波容易恢复瑞利衰落对码元的损伤较单载波容易恢复系统因时延所产生的码间干扰不那么严重系统因时延所产生的码间干扰不那么严重当信道在某个频率出现较大幅度衰减或较强的窄带干扰时，当信道在某个频率出现较大幅度衰减或较强的窄带干扰时，只是影响个别的子信道只是影响个别的子信道由于可以采用由于可以采用DFTDFT实现实现OFDMOFDM信号，极大简化了系统的硬件结构信号，极大简化了系统的硬

49、件结构 采用采用OFDMOFDM有很多优点，例如：有很多优点，例如：第54页，共56页，编辑于2022年，星期二Mobile Communication Theory3.5.4 OFDM3.5.4 OFDM的应用的应用此外，在实际的应用中，此外，在实际的应用中，OFDM系统可以自动测试子载波的传系统可以自动测试子载波的传输质量，据此及时调整子信道的发射功率和发射比特数，使每个子输质量，据此及时调整子信道的发射功率和发射比特数，使每个子信道的传输速率达到最佳的状态。信道的传输速率达到最佳的状态。OFDM在有线信道或无线信道的高速数据传输得到广泛的在有线信道或无线信道的高速数据传输得到广泛的应用应用，例如在数字用户环路上的，例如在数字用户环路上的ADSL,无线局域网的无线局域网的IEEE802.11a和和HIPERLAN-2,数字广播，高清晰度电视等。数字广播，高清晰度电视等。OFDM存在发射信号的峰值功率和平均功率比值（存在发射信号的峰值功率和平均功率比值（PAR）过大）过大的问题和由于多谱勒频谱扩展破坏子载波正交的问题。的问题和由于多谱勒频谱扩展破坏子载波正交的问题。第55页，共56页，编辑于2022年，星期二W i r e l e s s S u p p o r t s P e o p l e N a v i g a t i n g第56页，共56页，编辑于2022年，星期二