通信原理 第8章 新型数字带通调制技术.ppt

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1、第第8章章 新型数字带通调制技术新型数字带通调制技术1n振幅和相位联合键控振幅和相位联合键控nAk和和 k分别可以取多个离散值。分别可以取多个离散值。其中其中 Xk=Akcos kYk=-Aksin knsk(t)可以看作是可以看作是两个正交的振幅键控信号之和两个正交的振幅键控信号之和。8.1 正交振幅调制正交振幅调制(QAM)2n矢量图矢量图 k值仅取值仅取/4和和-/4Ak值仅取值仅取+A和和-AQPSK信号信号3有代表性的有代表性的QAM信号是信号是16进制的，记为进制的，记为16QAM，Ak4uMQAM调制：调制：从其矢量图看像是星座，故又称从其矢量图看像是星座，故又称星座星座调制。调

2、制。64QAM信号矢量图信号矢量图 256QAM信号矢量图信号矢量图5AMAMAM16QAM信号产生方法信号产生方法 正交调幅法正交调幅法两路独立的正交两路独立的正交4ASK信号叠加信号叠加 复合相移法复合相移法两路独立的两路独立的QPSK信号叠加信号叠加6设设最大振幅最大振幅AM相等相等u16PSK信号的相邻信号的相邻点点欧氏距离欧氏距离u16QAM信号的相邻欧氏距离信号的相邻欧氏距离AM d2(a)16QAMAM d1(b)16PSK16QAM和和16PSK的性能比较的性能比较7n最小频移键控（最小频移键控（MSK）信号：包络恒定、相位连续、信号：包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的

3、带宽最小并且严格正交的2FSK信号。信号。8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控8假设假设2FSK信号码元的表示式为信号码元的表示式为为了满足正交条件，要求为了满足正交条件，要求u可得，可得，最小频率间隔等于最小频率间隔等于1/Ts ；u对于相干接收，保证正交的对于相干接收，保证正交的2FSK信号的最小频率信号的最小频率间隔等于间隔等于1/2Ts。8.2.1 正交正交2FSK信号的最小频率间隔信号的最小频率间隔9nMSK信号的频率间隔信号的频率间隔u MSK信号的第信号的第k个码元个码元 c 载波角载频；载波角载频；ak=1n当输入码元为当输入码元为“1”时，时，

4、ak=+1，码元频率，码元频率n当输入码元为当输入码元为“0”时，时，ak=-1，码元频率，码元频率nf1 和和f0的差等于的差等于1/(2Ts)。这是。这是2FSK信号的信号的最小频率间隔。最小频率间隔。8.2.2 MSK信号的基本原理信号的基本原理10nMSK码元中波形的周期数码元中波形的周期数 式中式中u根据正交性，可证明根据正交性，可证明uMSK信号每个码元持续时间信号每个码元持续时间Ts内包含的波形周期数内包含的波形周期数必须是必须是1/4周期的整数倍。周期的整数倍。11并有并有可知可知 T1=1/f1；T0=1/f0n无论两个信号频率无论两个信号频率f1和和f0等于何值，这两种码元

5、包含的正弦等于何值，这两种码元包含的正弦波数均相差波数均相差1/2个周期。个周期。m=0,1,2,3 12n例如，当例如，当N=1，m=3时，对于比特时，对于比特“1”和和“0”，一个码，一个码元持续时间内分别有元持续时间内分别有2个和个和1.5个正弦波周期。个正弦波周期。13n MSK信号的相位连续性信号的相位连续性波形（相位）连续波形（相位）连续：前一码元末尾的总相位等于后一：前一码元末尾的总相位等于后一码元开始时的总相位。码元开始时的总相位。得到递归条件得到递归条件 14u k(t)称作第称作第k个码元的个码元的附加相位附加相位。p在此码元持续时间内它是在此码元持续时间内它是t 的直线的

6、直线方程。方程。p在一个码元持续时间在一个码元持续时间Ts内，它变化内，它变化 /2。u若若ak=+1，则第，则第k个码元的附加相位增加个码元的附加相位增加/2；u若若ak=-1，则第，则第k个码元的附加相位减小个码元的附加相位减小/2。15ak=+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,-1 k(t)Ts3Ts5Ts9Ts7Ts11Ts016附加相位的全部可能路径图：附加相位的全部可能路径图：Ts3Ts5Ts9Ts7Ts11Ts0 k(t)17模模2 运算后的附加相位路径：运算后的附加相位路径：Ts3Ts5Ts9T7T11T0k(t)18nMSK信号的归一化（平

7、均功率信号的归一化（平均功率1 W时）单边功率谱密时）单边功率谱密度度Ps(f)的计算结果如下的计算结果如下 l横坐标是以载频为中心画的，即横坐标代表频率横坐标是以载频为中心画的，即横坐标代表频率(f fc)。8.2.4 MSK信号的功率谱信号的功率谱19MSK信号的功率谱密度更为集中，即其旁瓣下降得更快。信号的功率谱密度更为集中，即其旁瓣下降得更快。故它对于相邻频道的干扰较小。故它对于相邻频道的干扰较小。n包含包含90信号功率的带宽信号功率的带宽B近似值如下：近似值如下：pQPSK、OQPSK、MSK：B 1/Ts HzpBPSK：B 2/Ts Hzn包含包含99信号功率的带宽近似值为：信号

8、功率的带宽近似值为：pMSK：B 1.2/Ts HzpQPSK及及OPQSK：B 6/Ts HzpBPSK：B 9/Ts Hz功率谱密度比较功率谱密度比较20n高斯最小频移键控高斯最小频移键控(GMSK)：在进行：在进行MSK调制前将矩形调制前将矩形信号脉冲先通过一个高斯型的低通滤波器。信号脉冲先通过一个高斯型的低通滤波器。n高斯型低通滤波器的频率特性：高斯型低通滤波器的频率特性：B 滤波器的滤波器的3 dB带宽。带宽。n此滤波器的冲激响应此滤波器的冲激响应h(t)：式中式中由于由于h(t)为高斯特性，故称为为高斯特性，故称为高斯型滤波器高斯型滤波器。8.2.6 高斯最小频移键控高斯最小频移键

9、控218.3.1 概述概述单载波调制和多载波调制比较单载波调制和多载波调制比较 n单载波体制：单载波体制：码元持续时间码元持续时间Ts短，但占用带宽短，但占用带宽B大；大；由于信道特性由于信道特性|C(f)|不理想，产生码间串扰。不理想，产生码间串扰。n多载波体制：多载波体制：将信道分成许多子信道。假设有将信道分成许多子信道。假设有10个个子信道，则每个载波的调制码元速率将降低至子信道，则每个载波的调制码元速率将降低至1/10，每个子信道的带宽也随之减小为，每个子信道的带宽也随之减小为1/10。若子信道。若子信道的带宽足够小，则可以认为信道特性接近理想信道的带宽足够小，则可以认为信道特性接近理

10、想信道特性，码间串扰可以得到有效克服。特性，码间串扰可以得到有效克服。8.3 正交频分复用正交频分复用22u多载波调制原理多载波调制原理fttBBTsNTs单载波调制单载波调制多载波调制多载波调制f|C(f)|C(f)|ffc(t)t23多载波系统的基本结构多载波系统的基本结构 24子载波的选取方法子载波的选取方法l第第1种种：各各子子载载波波间间的的间间隔隔足足够够大大，从从而而使使各各路路子子载载波波上上的的已已调调信信号号的的频频谱谱不不相相重重叠叠传传统统的的频频分分复复用用方方式；式；l第第2种种：各各子子载载波波间间的的间间隔隔选选取取，使使得得已已调调信信号号的的频频谱谱部部分分

11、重重叠叠，使使复复合合谱谱是是平平坦坦的的。重重叠叠的的谱谱的的交交点点在在信信号号功功率率比比峰峰值值功功率率低低3 dB处处。子子载载波波之之间间的的正正交交性性通通过过交交错错同同相相或或正正交交子子带带的的数数据据得得到到(即即将将数数据据偏偏移移半半个个码元周期码元周期)；l第第3种种：各各子子载载波波是是互互相相正正交交的的，且且各各子子载载波波的的频频谱谱有有1/2的的重重叠叠。该该调调制制方方式式被被称称为为正正交交频频分分复复用用(OFDM)。此时的系统带宽比此时的系统带宽比FDMA系统的带宽可系统的带宽可以节省一半。以节省一半。25子载波频率设置(a)传统的频分复用；(b)

12、3 dB频分复用；(c）OFDM子载波的选取方法子载波的选取方法26正交频分复用正交频分复用(OFDM)：nOFDM的的优点优点：u为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠；调信号频谱有部分重叠；u各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号；各路信号；u每路子载波的调制是多进制调制；每路子载波的调制是多进制调制；u每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制。并且可以自适应地道

13、特性的优劣不同采用不同的体制。并且可以自适应地改变调制体制以适应信道特性的变化。改变调制体制以适应信道特性的变化。nOFDM的的缺点缺点：u对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感；对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感；u信号峰值功率和平均功率的比值较大，这将会降低射频信号峰值功率和平均功率的比值较大，这将会降低射频功率放大器的效率。功率放大器的效率。27应用：应用：n非对称数字用户环路非对称数字用户环路(ADSL)n高清晰度电视高清晰度电视(HDTV)信号传输信号传输n数字视频广播（数字视频广播（DVB）n无线局域网无线局域网(WLAN)n无线广域网无线广域网(WWAN)n下一代蜂窝网下一代蜂窝

14、网28u设在一个子信道中，子载波的频率为设在一个子信道中，子载波的频率为fk、码元持续时、码元持续时间为间为Ts，则此码元的，则此码元的波形波形和其和其频谱密度频谱密度如下图：如下图：ffkfk+1/TsTstOFDM的频域特性的频域特性f29p各相邻子载波的频率间隔等于最小容许间隔各相邻子载波的频率间隔等于最小容许间隔 p各子载波合成后的频谱密度曲线各子载波合成后的频谱密度曲线 fk2/Tsfk1/Tsfkff30nN路子载波路子载波，子信道码元持续时间为，子信道码元持续时间为Ts，每路子载波均采用，每路子载波均采用M 进制的调制，则它占用的频带宽度等于进制的调制，则它占用的频带宽度等于 n

15、频带利用率频带利用率:n当当N 很大时，很大时，n单载波单载波的的M 进制码元传输，为得到相同的传输速率，则码进制码元传输，为得到相同的传输速率，则码元持续时间应缩短为元持续时间应缩短为(Ts/N)，而占用带宽等于，而占用带宽等于(2N/Ts)，故，故频带利用率为频带利用率为 nOFDM和单载波体制相比，频带利用率大约增至两倍。和单载波体制相比，频带利用率大约增至两倍。OFDM体制的频带利用率体制的频带利用率31uOFDM调制原理方框图调制原理方框图分帧分帧分组分组串串/并并变换变换编码编码映射映射.IDFT.并并/串串变换变换D/A变换变换上上变变频频OFDM信号信号二进制二进制输入信号输入信号32作业作业l8-1 画出画出附加附加相位变化图相位变化图l8-233