第六讲移动通信数字调制解调技术课件.ppt

1、第第6讲讲 移动通信数字调制解调移动通信数字调制解调技术技术 本章提示本章提示 ll l 调制在通信系统中占有十分重要的地位。调制在通信系统中占有十分重要的地位。只有经过调制才能将基带信号转换成适合只有经过调制才能将基带信号转换成适合于信道传输的已调信号，而且它对系统的于信道传输的已调信号，而且它对系统的传输有效性和可靠性都有很大的影响。传输有效性和可靠性都有很大的影响。本章提示本章提示 ll l 数字调制与模拟调制本质上并无什么不数字调制与模拟调制本质上并无什么不同，它们同属正弦载波调制。但是数字调同，它们同属正弦载波调制。但是数字调制的调制信号为数字型正弦调制，模拟调制的调制信号为数字型正

2、弦调制，模拟调制的调制信号为连续性正弦调制。模拟信制的调制信号为连续性正弦调制。模拟信号传输的质量标准是信噪比（号传输的质量标准是信噪比（S/N），数字），数字信号传输的质量标准是误码率（信号传输的质量标准是误码率（Pe）。）。本章提示本章提示 ll l 第一代蜂窝移动通信系统采用模拟调频第一代蜂窝移动通信系统采用模拟调频（FM）传输模拟语音，其信令系统采用）传输模拟语音，其信令系统采用2FSK数字调制。第二代数字蜂窝移动通信数字调制。第二代数字蜂窝移动通信系统传送的语音都是经过语音编码和信道系统传送的语音都是经过语音编码和信道编码后的数字信号。编码后的数字信号。GSM系统采用系统采用GMSK

3、调制；调制；IS-54系统和系统和PDC系统采用系统采用/4 DQPSK调制；调制；IS-95 CDMA系统的下行信系统的下行信道采用道采用QPSK调制，其上行信道采用调制，其上行信道采用OQPSK调制。第三代蜂窝移动通信系统将调制。第三代蜂窝移动通信系统将采用采用MQAM、QPSK或或8PSK调制。调制。本章提示本章提示 ll l 由于带宽资源受限，目前所有调制技术由于带宽资源受限，目前所有调制技术的主要设计思路就是最小化传输带宽。相的主要设计思路就是最小化传输带宽。相反，扩频技术使用的传输带宽比要求的最反，扩频技术使用的传输带宽比要求的最小信号带宽大几个数量级。在多用户系统小信号带宽大几个

4、数量级。在多用户系统中，事实证明在多址干扰（中，事实证明在多址干扰（MAI）环境，扩）环境，扩频系统能获得很高的频谱利用率。频系统能获得很高的频谱利用率。移动通信数字调制解调技术移动通信数字调制解调技术l1 数字调制技术概述数字调制技术概述l2 线性数字调制技术线性数字调制技术l3 恒包络调制恒包络调制l4 “线性线性”和和“恒包络恒包络”相结合的调制技术相结合的调制技术数字调制技术概述数字调制技术概述 l1.1 概述概述l1.2 数字调制的性能指标数字调制的性能指标 1.3 蜂窝移动通信系统对数字调制技术的蜂窝移动通信系统对数字调制技术的要求要求l1.4 数字调制技术分类数字调制技术分类l1

5、.5 调幅与调频调幅与调频概述概述 l第二代数字移动通信系统都使用数字调制第二代数字移动通信系统都使用数字调制技术。技术。l超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSI）和数字信号处）和数字信号处理（理（DSP）技术的发展使数字调制比模拟）技术的发展使数字调制比模拟调制的传输系统更有效。调制的传输系统更有效。概述概述l新的多用途可编程数字信号处理器使得数新的多用途可编程数字信号处理器使得数字调制器和解调器完全用软件来实现成为字调制器和解调器完全用软件来实现成为可能。可能。l嵌入式软件实现方法可以在不重新设计和嵌入式软件实现方法可以在不重新设计和替换调制解调器的情况下改变和提高性能。替换调制解调

6、器的情况下改变和提高性能。数字调制的性能指标数字调制的性能指标 l数字调制的性能指标通常通过功率有效性数字调制的性能指标通常通过功率有效性 p（Power Efficiency）和带宽有效性）和带宽有效性 B（Spectral Efficiency）来反映。）来反映。l功率有效性功率有效性 p是反映调制技术在低功率电是反映调制技术在低功率电平情况下保证系统误码性能的能力，可表平情况下保证系统误码性能的能力，可表述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比：之比：P=b0EN（6-1）数字调制的性能指标数字调制的性能指标 l带宽有效性带宽有效性 B是反映调制技术在

7、一定的频是反映调制技术在一定的频带内数字有效性的能力，可表述成在给定带内数字有效性的能力，可表述成在给定带宽条件下每赫兹的数据通过率：带宽条件下每赫兹的数据通过率：l式中，式中，R为数据速率（为数据速率（bit/s），），B为调制射为调制射频频RF信号占用带宽。信号占用带宽。B(bit/s)/Hz)RB=（6-2）数字调制的性能指标数字调制的性能指标 l由香农（由香农（Shannon）定理：）定理：l式中，式中，C为信道容量；为信道容量；B为为RF带宽；带宽；S/N为为信噪比；信噪比；lb=loga，a=2。C=B lb 1SN骣+桫（6-3）数字调制的性能指标数字调制的性能指标 l因此，最大

8、可能的因此，最大可能的 BMAX为为l对于对于GSM，B=200kHz，SNR=10dB，则有：则有：BMAX=lb(1)CSBN=+（6-4）BMAXSlb 1200 lb(110)691.886kbit/slb(110)3.46(kbit/s)/HzCBNCBh骣=+=+=桫=+=蜂窝移动通信系统对数字调制技术的要求蜂窝移动通信系统对数字调制技术的要求 l（1）数字调制的目的在于使传输的数字信）数字调制的目的在于使传输的数字信号与信道特性相匹配号与信道特性相匹配l（2）移动通信要求采用恒定包络数字调制）移动通信要求采用恒定包络数字调制技术技术l（3）应尽量避免幅）应尽量避免幅-相转换（相转

9、换（AM/PM）效）效应应l（4）要求调制方式具有最小的功率谱占用）要求调制方式具有最小的功率谱占用率率蜂窝移动通信系统对数字调制技术的要求蜂窝移动通信系统对数字调制技术的要求 l具体地讲，数字调制技术应满足如下特性具体地讲，数字调制技术应满足如下特性要求。要求。l 为了在衰落条件下获得所要求的误码率为了在衰落条件下获得所要求的误码率（BER），需要好的载噪比（），需要好的载噪比（C/N）和载干）和载干比比（C/I）性能。）性能。l 所用的调制技术必须在规定频带约束内所用的调制技术必须在规定频带约束内提供高的传输速率，以（提供高的传输速率，以（bit/s）/Hz为单位。为单位。蜂窝移动通信系统

10、对数字调制技术的要求蜂窝移动通信系统对数字调制技术的要求 l 应使用高效率的功率放大器，而带外辐应使用高效率的功率放大器，而带外辐射又必须降低到所需要求（射又必须降低到所需要求（60dB70dB）。）。l 恒定包络。恒定包络。l 低的载波与同道干扰（低的载波与同道干扰（CCI）的功率比。）的功率比。l 必须满足快速的比特再同步要求。必须满足快速的比特再同步要求。l 成本低，易于实现。成本低，易于实现。数字调制技术分类数字调制技术分类 l1线性调制方式线性调制方式l线性调制方式主要有各种进制的线性调制方式主要有各种进制的PSK和和QAM等。等。l线性调制方式又可分为频谱高效和功率高线性调制方式又

11、可分为频谱高效和功率高效两种。效两种。2恒定包络调制方式恒定包络调制方式l恒定包络调制方式主要有恒定包络调制方式主要有MSK、TFM（平（平滑调频）、滑调频）、GMSK等。等。l其主要特点是这种已调信号具有包络幅度其主要特点是这种已调信号具有包络幅度不变的特性，其发射功率放大器可以在非不变的特性，其发射功率放大器可以在非线性状态而不引起严重的频谱扩散。线性状态而不引起严重的频谱扩散。调幅与调频调幅与调频 l早期早期VHF频段的移动通信电台大都采用调频段的移动通信电台大都采用调幅方式，调幅是使高频载波信号的振幅随幅方式，调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化，其所占带宽调制信号的瞬

12、时变化而变化，其所占带宽为为BAM2fm，其中，其中，fm为音频的上限频率。为音频的上限频率。l由于信道快衰落会使模拟调幅产生附加调由于信道快衰落会使模拟调幅产生附加调幅而造成失真，目前已很少采用。幅而造成失真，目前已很少采用。调幅与调频调幅与调频 l调频是使高频载波信号的瞬时频率随调制调频是使高频载波信号的瞬时频率随调制信号的变化而变化，其所占带宽为信号的变化而变化，其所占带宽为B FM2(FM1)fm，其中，其中 FM为调制指数。为调制指数。l调频制在抗干扰和抗衰落性能方面优于调调频制在抗干扰和抗衰落性能方面优于调幅制，对非线性信道有较好的适应性，世幅制，对非线性信道有较好的适应性，世界上

13、几乎所有的模拟蜂窝系统都使用频率界上几乎所有的模拟蜂窝系统都使用频率调制。调制。调幅与调频调幅与调频 l单边带调幅系统只传送一个边带（上边带单边带调幅系统只传送一个边带（上边带或下边带），所以只占用普通调幅系统一或下边带），所以只占用普通调幅系统一半的带宽。半的带宽。l单边带调制技术对移动通信还是非常有用单边带调制技术对移动通信还是非常有用的。的。l随着数字信号处理、大规模集成电路和新随着数字信号处理、大规模集成电路和新的单边带调制解调技术的进步，单边带在的单边带调制解调技术的进步，单边带在移动通信中的应用还是很有前途的。移动通信中的应用还是很有前途的。线性数字调制技术线性数字调制技术 l理想

14、的调制方式能够使通信在低信噪比情理想的调制方式能够使通信在低信噪比情况下提供低的误码率，在多径和衰落条件况下提供低的误码率，在多径和衰落条件下很好地工作，并且容易实现。下很好地工作，并且容易实现。l一种数字调制技术的分类方法将它分为线一种数字调制技术的分类方法将它分为线性和非线性两类。性和非线性两类。l在线性数字调制技术中，传输信号的幅度在线性数字调制技术中，传输信号的幅度s(t)随调制数字信号随调制数字信号m(t)的变化而呈线性变的变化而呈线性变化。化。线性数字调制技术线性数字调制技术 l线性数字调制技术带宽效率较高，所以非线性数字调制技术带宽效率较高，所以非常适用于在有窄频带要求下，需要容

15、纳越常适用于在有窄频带要求下，需要容纳越来越多用户的无线通信系统。来越多用户的无线通信系统。l在线性数字调制方案中，传输信号在线性数字调制方案中，传输信号s(t)可表可表示为示为l线性数字调制方案有很好的频谱效率，但线性数字调制方案有很好的频谱效率，但传输中必须使用功率效率低的传输中必须使用功率效率低的RF放大器。放大器。s(t)=ReAm(t)exp(j2fc t)=AmR(t)cos(2fc t)?mI(t)sin(2fc t)（6-5）线性数字调制技术线性数字调制技术 l二进制幅度键控二进制幅度键控BASKl二进制相移键控二进制相移键控BPSKl差分相移键控差分相移键控DPSKl四相相移

16、键控四相相移键控QPSKl交错交错QPSK（OQPSK）lp/4四相相移键控四相相移键控QPSK二进制幅度键控二进制幅度键控BASK l在二进制幅度键控（在二进制幅度键控（Binary Amplitude Shift Keying，BASK）中，载波幅度随二）中，载波幅度随二进制调制信号序列进制调制信号序列m(t)变化，即幅度变化，即幅度键控（键控（Amplitude Shift Keying，ASK）信号可表示为信号可表示为sASK(t)=m(t)cos(2fct)（6-6）二进制幅度键控二进制幅度键控BASKs()()nnm ta g tnT=-（6-7）an=101PP-概率概率（6-8

17、）ASKmcmc1()()()4sPfpffpff=+-（6-9）二进制相移键控二进制相移键控BPSK l在二进制相移键控（在二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying，BPSK）中，幅度恒定的载波信）中，幅度恒定的载波信号根据信号两种可能号根据信号两种可能m1和和m2（即二进制数（即二进制数1和和0）的改变而在两个不同的相位间切换。）的改变而在两个不同的相位间切换。l通常这两个相位相差通常这两个相位相差180。由于只有两个。由于只有两个相位，所以二进制相移键控也称二相相移相位，所以二进制相移键控也称二相相移键控。键控。二进制相移键控二进制相移键控BPSK l如果正弦载

18、波的幅度为如果正弦载波的幅度为Ac，每比特能量，每比特能量Eb=，则传输的，则传输的BPSK信号为信号为 2cb12A Tbc0bbBPSKbbc0c0bbb2cos(2)0,1()22cos(2)cos(2)0,0Ef ttTTstEEf tf ttTTT+=+=-+信号为 信号为（6-10）二进制相移键控二进制相移键控BPSK l出于方便，经常将出于方便，经常将m1和和m2一般化为取一般化为取1或或1的二进制数据信号的二进制数据信号m(t)，它呈现两种，它呈现两种可能的脉冲波形中的一种。这样传输信号可能的脉冲波形中的一种。这样传输信号可表示为可表示为bBPSKc0b2()()cos(2)E

19、stm tf tT=+（6-11）二进制相移键控二进制相移键控BPSK lBPSK信号使用双极性基带数据波形信号使用双极性基带数据波形m(t)，并可以表示为如下的复包络形式并可以表示为如下的复包络形式l式中，式中，gBPSK(t)是信号的复包络是信号的复包络sBPSK=RegBPSK(t)exp(j2fct)（6-12）jbBPSKb2()()eEgtm tTq=（6-13）二进制相移键控二进制相移键控BPSK l可以证明，复包络的功率谱密度（可以证明，复包络的功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）为）为 二进制相移键控二进制相移键控BPSKl因此，因此，RF上上B

20、PSK信号的信号的PSD为为 二进制相移键控二进制相移键控BPSK图图6-1 BPSK信号的功率谱密度（信号的功率谱密度（PSD）二进制相移键控二进制相移键控BPSKl如果没有信道引入的多径损耗，接收的如果没有信道引入的多径损耗，接收的BPSK信号可表示为信号可表示为 bbBPSKc0chcbb22()()cos(2)()cos(2)EEstm tf tm tf tTT=+=+（6-16）二进制相移键控二进制相移键控BPSK图图6-2 带载波恢复电路的带载波恢复电路的BPSK接收机框图接收机框图二进制相移键控二进制相移键控BPSKl在分频器后乘法器的输出为在分频器后乘法器的输出为 2bccbb

21、b2211()cos(2)()cos2(2)22EEm tf tm tf tTT轾犏+=+犏臌（6-17）二进制相移键控二进制相移键控BPSKl对于对于AWGN信道许多调制方案的比特差错信道许多调制方案的比特差错概率用信号点之间距离的概率用信号点之间距离的Q(x)函数来得到。函数来得到。从从BPSK信号的分布可以得到信号的分布可以得到 ，相邻，相邻点的距离为。可以证明比特差错概率为点的距离为。可以证明比特差错概率为l式中，式中，Q(x)函数为函数为b2 Ebe,BPSK02EpQN骣=桫（6-18）差分相移键控差分相移键控DPSKl如果不是利用载波相位的绝对数值，而是如果不是利用载波相位的绝对

22、数值，而是利用前后码元之间相位的相对变化传送数利用前后码元之间相位的相对变化传送数字信息，则这种方法称为相对调相。字信息，则这种方法称为相对调相。l差分相移键控（差分相移键控（Differential Phase Shift Keying，DPSK）是一种最常用的相对调）是一种最常用的相对调相方式，采用非相干的相移键控形式。相方式，采用非相干的相移键控形式。l它不需要在接收机端有相干参考信号，而它不需要在接收机端有相干参考信号，而且非相干接收机容易实现，价格便宜，因且非相干接收机容易实现，价格便宜，因此在无线通信系统中广泛使用。此在无线通信系统中广泛使用。差分相移键控差分相移键控DPSK表 6

23、-1 差分编码过程的图解 mk 1 1 0 1 0 0 1 0 dk?1 1 1 1 0 0 1 0 0 dk 1 1 1 0 0 1 0 0 1 差分相移键控差分相移键控DPSK图图6-3 DPSK发射机框图及相关波形发射机框图及相关波形差分相移键控差分相移键控DPSK图图6-4 DPSK接收机框图及相关波形接收机框图及相关波形差分相移键控差分相移键控DPSKl当有加性高斯白噪声时，平均错误概率如当有加性高斯白噪声时，平均错误概率如下所示为下所示为0bDPSKe,exp21NEp（6-20）四相相移键控四相相移键控QPSK l四进制四进制PSK，也称为正交相移键控（，也称为正交相移键控（Q

24、Phase Shift Keying，QPSK）是）是MPSK调调制中最常用的一种调制方式。制中最常用的一种调制方式。l由于在一个调制码元中传输两个比特，四由于在一个调制码元中传输两个比特，四相相移键控（相相移键控（QPSK）比）比BPSK的带宽效率的带宽效率高两倍。高两倍。四相相移键控四相相移键控QPSK QPSKssc2()=cos 2(1)2Etf tiTs轾犏+-犏臌（6-21）ssQPSKcssc22()cos(1)cos(2)sin(1)sin(2)22EEstif tif tTT轾轾犏犏=-=-犏犏臌臌（6-22）QPSKs1s2()cos(l)()sin(l)()22stEit

25、Eitff禳轾轾镲镲犏犏=-睚镲犏犏臌臌镲铪 i=1,2,3,4（6-23）四相相移键控四相相移键控QPSK 图图6-5 QPSK信号的星座图信号的星座图四相相移键控四相相移键控QPSK l在加性高斯白噪声（在加性高斯白噪声（AWGN）信道中平均）信道中平均比特差错概率为比特差错概率为 be,QPSK02EpQN骣=桫（6-24）四相相移键控四相相移键控QPSK l当用矩形脉冲时，当用矩形脉冲时，QESK信号可表示为信号可表示为 四相相移键控四相相移键控QPSK 图图6-6 QPSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度四相相移键控四相相移键控QPSK 图图6-7 QPSK发射机的框图发射机的框图

26、四相相移键控四相相移键控QPSK 图图6-8 QPSK接收机框图接收机框图交错交错QPSK（OQPSK）lQPSK调制信号具有恒包络特性。然而，当调制信号具有恒包络特性。然而，当QPSK进行波形成型时，它们将失去恒包络进行波形成型时，它们将失去恒包络的性质。的性质。lOQPSK先对输入数据作串并变换，再使其先对输入数据作串并变换，再使其错开半个输入码元间隔，然后分别对两个错开半个输入码元间隔，然后分别对两个正交的载波进行正交的载波进行BPSK调制，最后叠加成为调制，最后叠加成为OQPSK信号。它们的波形如图信号。它们的波形如图6-9所示。所示。交错交错QPSK（OQPSK）图图6-9 OQPS

27、K调制器中同相和正交支路时间调制器中同相和正交支路时间交错的波形图交错的波形图 交错交错QPSK（OQPSK）lOQPSK信号一般可以写为信号一般可以写为 l使用矩形脉冲的使用矩形脉冲的QPSK信号的功率谱密度可信号的功率谱密度可以表示为以表示为 22scscbOQPSKbcscbsin()sin()()2()()Eff Tff TpfEff Tff T骣骣-鼢珑鼢=珑鼢珑鼢珑-桫桫（6-27）p/4四相相移键控四相相移键控QPSK l /4 QPSK相移调制是一种正交相移键控相移调制是一种正交相移键控技术，从最大相位跳变来看，它是技术，从最大相位跳变来看，它是OQPSK和和QPSK的折中。的

28、折中。l它可以相干解调，也可以非相干解调，以它可以相干解调，也可以非相干解调，以避免相干检测中相干载波的相位模糊问题。避免相干检测中相干载波的相位模糊问题。l /4 QPSK调制是限制码元转换时刻相位调制是限制码元转换时刻相位跳变量的另一种调制方式。跳变量的另一种调制方式。p/4四相相移键控四相相移键控QPSK图图6-10 /4 QPSK信号的星座图信号的星座图 p/4四相相移键控四相相移键控QPSK图图6-11 一般一般p/4QPSK的发射机框图的发射机框图 p/4四相相移键控四相相移键控QPSK Ik =cosk=Ik?1cosk?Qk?1sink（6-28）Qk=sink=Ik?1sin

29、k?Qk?1cosk（6-29）式中 k=k-1+k（6-30）k和k-1是第 k 个和 k?1 个码元的相位。相移k与输入码元 mI,k和 mQ,k有关，见表 6-2。p/4四相相移键控四相相移键控QPSK表 6-2 输入不同比特对时的载波相移 信号比特 ml,k，mQ,k 11 01 00 10 相移k 4 34 34-4-p/4四相相移键控四相相移键控QPSK如同在 QPSK 调制器中那样，同相和正交比特流 Ik和 Qk被两个相互正交的载波分别调制，产生如下所示/4 QPSK 波形，即 s/4 QPSK(t)=I(t)cosct?Q(t)sinct（6-31）式中 11ssss00()(

30、)cos()22NNkkkkTTI tI p tkT p tkT-=-=-邋（6-32）11ssss00()()sin()22NNkkkkTTQ tQ p tkT p tkT-=-=-邋（6-33）为在解调/4 QPSK 信号时，因为便于硬件实理，经常使用差分检测技术。p/4四相相移键控四相相移键控QPSKl如果如果 是第是第k个数据比特的相位，个数据比特的相位，解调器中同相和正交支路两个低通滤波器解调器中同相和正交支路两个低通滤波器的输出的输出wk和和zk可表示为可表示为lwk=cos(k-)（6-34）lzk=sin(k-)（6-35）1tankkkQIf-骣=桫p/4四相相移键控四相相移

31、键控QPSK图图6-12 基带差分检测器的框图基带差分检测器的框图p/4四相相移键控四相相移键控QPSKxk=wkwk-1+zkzk-1（6-36）yk=zkwk1wkzk1（6-37）xk=cos(k)cos(k1)+sin(k)sin(k1)=cos(k k-1)（6-38）yk=sin(k)cos(k1)cos(k)sin(k1)=sin(k k-1)（6-39）p/4四相相移键控四相相移键控QPSK1000kIkxsx=000kQkysy=（6-41）p/4四相相移键控四相相移键控QPSK图图6-13 p/4 QPSK的的IF差分检测器框图差分检测器框图p/4四相相移键控四相相移键控Q

32、PSK图图6-14 用用FM鉴频检测器解调鉴频检测器解调p/4 QPSK的框的框图图恒包络调制恒包络调制 l二进制频移键控二进制频移键控BFSKl最小频移键控最小频移键控MSKl高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控GMSK二进制频移键控二进制频移键控BFSK l使用模拟信号调制的通信中，调频和调相使用模拟信号调制的通信中，调频和调相信号的幅度是不变的，通称为恒包络调制。信号的幅度是不变的，通称为恒包络调制。l这种调制可用硬限幅的方法去除干扰引起这种调制可用硬限幅的方法去除干扰引起的幅度变化，具有效高的抗干扰性能。的幅度变化，具有效高的抗干扰性能。l恒包络调制具有许多优点，但它们占用的恒包络

33、调制具有许多优点，但它们占用的带宽比线性调制大。带宽比线性调制大。二进制频移键控二进制频移键控BFSK bH1bbFSKbL2bb2cos(2)0(1)2cos(2)0(0)Ef ttTTsEf ttTT+=+二进制数 二进制数（6-42）bbFSKccfbb22()cos 2()cos 22()dlEEstf t tf tkmTTtt-轾=+=+犏犏臌（6-43）二进制频移键控二进制频移键控BFSK lFSK信号的传输带宽信号的传输带宽BT，由，由Carson公式给公式给出，即出，即 BT=2 f+2B（6-44）二进制频移键控二进制频移键控BFSK 图图6-15 FSK信号的相干解调方框图

34、信号的相干解调方框图二进制频移键控二进制频移键控BFSK l下面公式给出相干下面公式给出相干FSK接收机的误码率为接收机的误码率为 be,FSK0EPQN骣=桫（6-45）二进制频移键控二进制频移键控BFSK 图图6-16 非相干非相干FSK接收机的方框图接收机的方框图二进制频移键控二进制频移键控BFSKl使用非相干检测时使用非相干检测时FSK系统的平均误码率系统的平均误码率为为be,FSK,NC01exp22EPN骣=桫（6-46）最小频移键控最小频移键控MSK l连续相位调制（连续相位调制（Continuous Phase Modulation，CPM），它泛指载波相位以），它泛指载波相位

35、以连续形式变化的一大类频率调制技术。连续形式变化的一大类频率调制技术。l最小频移键控（最小频移键控（Minimum Shift Keying，MSK）是一种特殊的连续相位的频移键控）是一种特殊的连续相位的频移键控（Continuous Phase Frequency Shift Keying，CPFSK），其最大频移为比特率），其最大频移为比特率的的1/4。最小频移键控最小频移键控MSK(6-47)(6-48)k1(kTb)=k(k1)T(6-49)(6-50)MSKc()cos 2(1),0,1,2kkstf tu txkTtkT kT轾犏=+=犏臌 c()22kkktf tu txTf=+

36、111111b()2kkkkkkkkkkxuuxxuukTxkuuT-=+-=惫 最小频移键控最小频移键控MSK(6-51)(6-52)(6-53)(6-54)MSKcc()coscoscos(2)cossinsin(2)22kkkstxtf tuxtf tTT骣骣鼢珑=-鼢珑鼢珑桫桫Ic()coscoscos(2)2ks txtf tT骣=桫Qc()cossinsin(2)2kkstuxtf tT骣=桫2MSKc2222c8cos2()116()Tpff TffT=-轾-犏臌最小频移键控最小频移键控MSK图图6-17 MSK信号的功率谱密度与信号的功率谱密度与QPSK信号、信号、OQPSK信

37、号相比较信号相比较 最小频移键控最小频移键控MSK图图6-18 MSK调制器的方框图调制器的方框图最小频移键控最小频移键控MSK图图6-19 MSK信号相干解调电路的方框图信号相干解调电路的方框图最小频移键控最小频移键控MSK在时刻 t=2lT，l=0,1,2,有 2coscoscos2kkxtxT骣=桫（6-55）在时刻 t=2(l+1)T,l=0,1,2，有 2cossincos2kkkkuxtuxT骣=桫（6-56）高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控GMSK l 斯滤波最小移频键控（斯滤波最小移频键控（Gaussian Minimum Shift Keying，GMSK）就是由）就

38、是由MSK演变来的一演变来的一种简单的二进制调制方法。种简单的二进制调制方法。l 在在GMSK中，将调制的不归零（中，将调制的不归零（NRZ）数据通过）数据通过预调制高斯脉冲成型滤波器，使其频谱上的旁瓣预调制高斯脉冲成型滤波器，使其频谱上的旁瓣水平进一步降低。水平进一步降低。l 基带的高斯脉冲成型技术平滑了基带的高斯脉冲成型技术平滑了MSK信号的相位信号的相位曲线，因此使得发射频谱上的旁瓣水平大大降低。曲线，因此使得发射频谱上的旁瓣水平大大降低。高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控GMSKlGMSK预调制滤波器的脉冲响应如下给出预调制滤波器的脉冲响应如下给出 (6-57)l传输函数为传输函

39、数为 HG(f)exp(a 2f 2)(6-58)l参数参数a与与B和和HG(f)的的3dB带宽有关，即带宽有关，即 (6-59)22G2()exphttaa骣=-桫ln20.58872BBa=高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控GMSK图图6-20 GMSK信号的不同信号的不同BT值的射频功率值的射频功率谱密度谱密度高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控GMSK高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控GMSK图图6-21 采用直接采用直接FM构成的构成的GMSK发射机的发射机的框图框图高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控GMSK图图6-22 GMSK接收机方框图接收机方框图“线性线

40、性”和和“恒包络恒包络”相结合的调制技相结合的调制技术术 l基带数字信号可以通过基带数字信号可以通过RF载频进行恒包络载频进行恒包络和相位（或频率）的改变来传输。和相位（或频率）的改变来传输。l由于包络和相位（频率）有两个自由取值，由于包络和相位（频率）有两个自由取值，这样调制技术可以将基带信号转换成这样调制技术可以将基带信号转换成4个自个自由取值的或更多取值的调制信号。由取值的或更多取值的调制信号。l这样的调制技术称为这样的调制技术称为M进制调制。如果它的进制调制。如果它的相位和幅度可以进一步改变的话，它就可相位和幅度可以进一步改变的话，它就可以表示更多的信息。以表示更多的信息。“线性线性”

41、和和“恒包络恒包络”相结合的调制技相结合的调制技术术 l在在M进制的信号安排中，两个或更多的比特进制的信号安排中，两个或更多的比特位合成一组表示一个符号位，每一可能的位合成一组表示一个符号位，每一可能的符号位在一个时间周期内被发送出去。一符号位在一个时间周期内被发送出去。一般来说，般来说，M的取值为的取值为2的倍数。的倍数。l依据改变的是幅度、相位还是载波的频率，依据改变的是幅度、相位还是载波的频率，把调制技术分为把调制技术分为MASK，MFSK，MFSK。能够同时改变幅度和相位的载波调制技术能够同时改变幅度和相位的载波调制技术是现在活跃的研究领域。是现在活跃的研究领域。“线性线性”和和“恒包

42、络恒包络”相结合的调制技相结合的调制技术术 lM维调制技术在带限信道传输中特别具有吸维调制技术在带限信道传输中特别具有吸引力，但由于定时抖动（引力，但由于定时抖动（Timming Jitter）的影响限制了它的应用。的影响限制了它的应用。l星座图上由于相邻信号的偏差而使信号的星座图上由于相邻信号的偏差而使信号的误码率增加。误码率增加。lM维调制技术是以牺牲功率来获得较高的带维调制技术是以牺牲功率来获得较高的带宽效率。宽效率。“线性线性”和和“恒包络恒包络”相结合的调制技相结合的调制技术术 lM维相移键控（维相移键控（MPSK）lM维正交振幅调制（维正交振幅调制（QAM）lM维频移键控（维频移键

43、控（MFSK）M维相移键控（维相移键控（MPSK）l1MPSK调制方式概述调制方式概述l在在M维相移键控（维相移键控（MPSK）中，载波频率承）中，载波频率承载有载有M个可能值，个可能值，此处，此处M为自然数。为自然数。调制波形表达如下：调制波形表达如下：(6-62)2(1)iiMq-=sicss22()cos 2(1)01,2,Es tf titTiMTM骣=+-=桫 1MPSK调制方式概述调制方式概述 (6-63)(6-64)ssiccss2222()cos(1)cos(2)sin(1)sin(2)EEs tif tif tTMTM轾轾犏犏-犏犏臌臌MPSKs1s222()cos(1)()

44、sin(1)()stEitEitMMff禳轾轾镲镲犏犏=-睚镲犏犏臌臌镲铪1MPSK调制方式概述调制方式概述 (6-65)(6-66)be02lb2sinEMPQNM骣骣桫桫se042sin2EPQNM骣骣桫桫1MPSK调制方式概述调制方式概述图图6-23 MPSK星座分布图（星座分布图（M=8）2MPSK的功率谱分布的功率谱分布lMPSK的功率谱密度（的功率谱密度（PSD）可以按照）可以按照BPSK和和QPSK相同的方式来表示。相同的方式来表示。2MPSK的功率谱分布的功率谱分布表 6-4 M P S K 的带宽和功率有效性 M 2 4 8 16 32 64 bBBRh=0.5 1 1.5

45、2 2.5 3 boEN(BER=10?6)10.5 10.5 14 18.5 23.4 28.5 2MPSK的功率谱分布的功率谱分布图图6-24 MPSK功率谱密度功率谱密度(M=8，16)M维正交振幅调制（维正交振幅调制（QAM）lM维正交振幅调制（维正交振幅调制（QAM）信号的一般形）信号的一般形式如下式表示：式如下式表示：minminccss22()cos(2)sin(2)01,2,3,iiiEEs taf tbf tTTtTiM=+=（6-70）M维正交振幅调制（维正交振幅调制（QAM）图图6-25 16维维QAM星座图星座图M维正交振幅调制（维正交振幅调制（QAM）M维频移键控（维频移键控（MFSK）l在在MFSK调制中，传输信号调制中，传输信号si(t)定义如下定义如下 (6-77)scsss2()cos()01,2,TiEs tni ttTiMT轾犏=+=犏臌 M维频移键控（维频移键控（MFSK）表 6-6 相关 M F S K 的带宽和功率有效性 M 2 4 8 16 32 64 bBBRh=0.4 0.57 0.55 0.42 0.29 0.18 b0EN(BER=10?6)13.5 10.80 9.30 8.20 7.50 6.90