无线调制与编码第四章课件.ppt

1、4.1调制解调器结构调制解调器结构4.2调制器调制器4.3 相干相干解调器解调器4.4 非相干非相干解调器解调器4.5 同步同步返回返回 上页上页 下页下页4.0 引言引言 调制解调器合称调制解调器合称modem 解调往往比调制复杂困难得多解调往往比调制复杂困难得多 基于软件无线电全数字化实现基于软件无线电全数字化实现 多媒体业务对数字终端的数据吐率、多媒体业务对数字终端的数据吐率、BER 及延时要求及延时要求 返回返回 上页上页 下页下页4.1 modem结构结构此部分在现代系统此部分在现代系统中通常用中通常用DSP实现实现 modem 在在(数字数字)用户接口和用户接口和(模拟模拟)射频射

2、频 子系统间提供基本链路子系统间提供基本链路4.2 调制器调制器 对对 BPSK 为实数乘法器；对其它线性调制为实数乘法器；对其它线性调制 为复数乘法为复数乘法 原理上：原理上：VCO 调频，但很难保证调制指数调频，但很难保证调制指数 精度精度 实际中：实际中：1)MSK调制器调制器 线性调制器线性调制器I/Q调制器调制器 GMSK调制器调制器 两种方法两种方法GMSK 图图4.3 用用AMP 分解法产生分解法产生GMSK信号信号(a)由两个信号脉冲序列（虚线）合成同相分量（实线）由两个信号脉冲序列（虚线）合成同相分量（实线）(b)同相分量合成同相分量合成(c)所得的近似信号（实线）与精确信号

3、比较（虚线）所得的近似信号（实线）与精确信号比较（虚线）（注（注x轴每个刻度对应两个单位，或一个符号周期轴每个刻度对应两个单位，或一个符号周期 图图4.4 用直接相位法产生用直接相位法产生GMSK信号信号4.3 相干解调器相干解调器 整个结构为匹配于已调信号的滤波器整个结构为匹配于已调信号的滤波器 I/Q解调器解调器 2cos cos-cossin1cos 2sin 2 -22sin 21cos 2 -22 2 2pcpcqccccpqccqpqppqqxta ttbttbtttttbtbtttxtbtbtbtxtbtxt 经经低低通通滤滤波波4.4 非相干解调器非相干解调器 仅由幅度信息来估

4、计被传信息是不够的仅由幅度信息来估计被传信息是不够的 现代调制不采用幅移键控现代调制不采用幅移键控 对信道损伤更强壮对信道损伤更强壮 瑞利衰落瑞利衰落 本振相位噪声本振相位噪声 受无线通信亲睐受无线通信亲睐 4.4.1 包络检波器包络检波器 简单模拟电路简单模拟电路 波波 形形 本质上是一个本质上是一个I/Q解调器，而后取解调器，而后取I/Q分量分量 平方和的开方，即得所需包络平方和的开方，即得所需包络 包络检波器的数字实现方式包络检波器的数字实现方式 2022exp2vvpv 2210222exp2vvsvspvI 0I2S 2010200111011 =22ebSSPPPPPpvdvpvd

5、v 数值上，第一项起主导作用，即数值上，第一项起主导作用，即 返回返回 上页上页 下页下页 202222222200011 exp 2221 =exp2842 1exp22SSebbbebvvPpvdvdvsEsENNEPN 对对于于匹匹配配滤滤波波器器图图4.8 非相干非相干ASK BER(a)与相干解调与相干解调(b)比较比较 非相干比相干恶化非相干比相干恶化13dB 若根据实际信噪比选择最佳门限，非相干性能会若根据实际信噪比选择最佳门限，非相干性能会 好于上述结果好于上述结果4.4.2 限幅鉴频解调器限幅鉴频解调器图图4.9 模拟模拟FM 鉴频器鉴频器模拟模拟FM 鉴频器鉴频器图图4.1

6、0 用于用于FM 鉴频器的锁相环鉴频器的锁相环 dy ttdt t r t 2 exp ln=ln+=Im ln=Imln =ImImReReIm r tA tjtr tA tjtddy tr tr tdtdtdr dtr tdr dtr tdr dtr tr t 因因故故图图4.11 限幅鉴频器的数字实现限幅鉴频器的数字实现 22ImReReIm =dr dtr tdr dtr ty tr tdQ dtIdI dtQr t 4.4.3 差分解调器差分解调器 乘法器为复乘法器为复 数乘法器，数乘法器，本码元复数本码元复数 一码元的复一码元的复 共扼相乘共扼相乘 =expkkkrjn 11111

7、11 =expexp =expexp +exp k kkkkkkkkkkkkkr rjnjnjjnjnn n 2 n01 =exp2bebEPN 图图4.13 BER 曲线曲线(a)相干相干BPSK/QPSK(b)非相干非相干DBPSK(c)非相干非相干DQPSK(精确精确)(d)近似近似DQPSK 与与ASK时一样时一样，低低 BER 时时，非相干非相干DPSK比相干比相干 BPSK恶化小于恶化小于 1dB，而，而 非相干非相干DQPSK比相干比相干 QPSK约约2.3 dB，十分接近近似值十分接近近似值3 dB 2j 输输出出 2 图图4.14 GMSK眼图，时间带宽积眼图，时间带宽积0.

8、3(a)采用采用1比特延迟差分解调器比特延迟差分解调器(b)采用采用2比特延迟差分解调器比特延迟差分解调器 ISI 影响比相干解调时要严重得多，性能恶影响比相干解调时要严重得多，性能恶 化可超过化可超过 6dB 采用采用2比特差分解调可减小恶化量比特差分解调可减小恶化量 如图如图414(b)眼图展开变大，然而不再对眼图展开变大，然而不再对 称，所以最优判决门限不再为称，所以最优判决门限不再为0，为解得原，为解得原 始数据需要较复则杂的解码器始数据需要较复则杂的解码器 4.4.4 滤波滤波-包络检测器包络检测器 滤波滤波-包络检测包络检测滤波滤波-包络检测器包络检测器 带通滤波器带通滤波器 中心

9、频率中心频率 实现匹配滤波实现匹配滤波二进制有两个滤波器二进制有两个滤波器M进制有进制有m个滤波器个滤波器 传输信号传输信号 1100 =exp 2 =exp 2stjf tstjf t 匹配与匹配与“1”信号的滤波器对于信号的滤波器对于“1”和和“0”信信号的输出号的输出 1111010010 exp-2 exp-2 TTartjf t dtartjf t dt 1100 =rtstrtst 1111010010010010101exp 2+exp-2=exp exp 2+exp-2 =exp 2+exp 21 =exp 2s =expexp TTTajf tjf tdtTjajf tjf

10、tdtjfft jdtjffTjjffjffT 0101in ffTff 110001100101 sin aaTffTaaTffT 同样地，匹配与同样地，匹配与“0”信号的滤波器对于信号的滤波器对于“0”和和“1”信号的输出信号的输出为性能最佳，应有为性能最佳，应有1001 0aa 01d=2=0 ffTf Thkhkk 为为非非 整整数数 相干解调时，相干解调时，h 仅需为仅需为0.5的整数倍的整数倍 滤波滤波-包络非相干解调时，包络非相干解调时，h 需为非零整数需为非零整数 使其不像别的使其不像别的FSK 解调器应用那么广泛解调器应用那么广泛h 为非零整数，所选包络检测器输出（如传为非零

11、整数，所选包络检测器输出（如传1 时为时为 ）服从赖斯分布，而没选检测器的输）服从赖斯分布，而没选检测器的输 出出 服从瑞利分布服从瑞利分布 010001110001 =exp22ebbpp sspsds psdsEN 1s0s返回返回 上页上页 下页下页1.问题的提出问题的提出调制方式调制方式频谱频谱效率效率相位最大相位最大跳变幅度跳变幅度解调解调旁瓣衰旁瓣衰减速率减速率QPSK高高相干相干慢慢OQPSK高高相干相干快快 2 OQPSK尽管频谱得到了改善，但仍须用相干尽管频谱得到了改善，但仍须用相干 解调解调 希望寻找一种调制系统，既能改善希望寻找一种调制系统，既能改善QPSK频谱频谱,2.

12、1）概念）概念 即相位跳变最大值小于即相位跳变最大值小于 ，同时又能采用相干，同时又能采用相干解调解调4QPSK 的相位编码规则的相位编码规则返回返回 上页上页 下页下页输入码组输入码组载波相位载波相位11-11-1-11-1ISQSk 4 4 34 34 4QPSK 的相位编码规则的相位编码规则返回返回 上页上页 下页下页/4DQPSK是一种差分相位调制系统是一种差分相位调制系统信信息息寄寄托托在在相相邻邻码码元元载载波波相相位位变变化化中中，其其4QPSK 的相位编码规的相位编码规相位编码规则可由相位编码规则可由则得出则得出4DQPSK 的相位编码规则的相位编码规则返回返回 上页上页 下页

13、下页输入码组输入码组载波相位载波相位变化变化11-11-1-11-1ISQSk4 4 34 34 4DQPSK 的相位编码规则的相位编码规则返回返回 上页上页 下页下页2）特点）特点 相位特性相位特性:属差分（相对）相位调制系统，因而可采属差分（相对）相位调制系统，因而可采 用非相干解调方法，以避免相干检测中的用非相干解调方法，以避免相干检测中的 相干载波提取困难及相位模糊问题相干载波提取困难及相位模糊问题。最大相位跳变幅度为最大相位跳变幅度为3/4，优于，优于QPSK，比比OQPSK 稍差。从而改善了稍差。从而改善了 QPSK那样那样 180相位突跳而相位突跳而 产生的产生的100%包络起伏

14、。包络起伏。从而在通过带限非线性信道时，频谱扩散从而在通过带限非线性信道时，频谱扩散 不严重。不严重。返回返回 上页上页 下页下页3)调制原理调制原理 4cos 1ckSsDQPSKSttkTtkT =coscossinsinkckctt 等等效效数数据据cos kkU sinKkV 返回返回 上页上页 下页下页1:kkkDPSK 1 cos cos kkkkU 故故 1 sin sinkkkkV 11 cos-sin kkkkkUUV 11 cos+sin kkkkkVVU 返回返回 上页上页 下页下页11=coscos-sinsinkkkk11=sincos+cossinkkkk输入码组输

15、入码组载波相位变化载波相位变化11-11-1-11-1ISQSk4 34 4 34 cosksink12121212121212120000 cos 1 U设设 则则4DQPSK 依依相相位位编编码码规规则则知知00 sin 0 V 返回返回 上页上页 下页下页返回返回 上页上页 下页下页11 cos-sin kkkkkUUV 11 cos+sin kkkkkVVU kaISQSkkUkV0U0VkkUV低低通通滤滤波波器器用用来来对对、进进行行平平滑滑，从从而而使使相相位位平平滑滑 4DQPSKSt ka串串/并并ISQSsinct 信号变换信号变换 cosct kUkV LPFLPF 1

16、2 3 4 5 6 7 8 1,1-1,1 1,-1-1,1 1,1-1,-1 1,1-1,-1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 0 -1 0 0 -1 0 1 ISQSkkUkVk kak4 34 4 4 34 34 2 4 4 4 34 34 34 2 例例00 设设返回返回 上页上页 下页下页1212121212121212kUkV五电平信号五电平信号 1 1 02、和和、返回返回 上页上页 下页下页4)星座图星座图 1,0 0,1 1,0 0,1 返回返回 上页上页 下页下页 11,22 11,2211,2211,22 5)相位转移（

17、跳变）图相位转移（跳变）图 11,22 11,2211,2211,22 1,0 0,1 1,0 0,14DQPSK 34 度为度为已调载波相位已调载波相位跳变的最大幅跳变的最大幅返回返回 上页上页 下页下页6)检测检测相干解调相干解调 差分检测差分检测 鉴频鉴频 基带差分检测基带差分检测框图框图本地载本地载波只需波只需同频，同频，不需同不需同相相返回返回 上页上页 下页下页原理原理 4cos 1ckSsDQPSKSttkTtkT 同相支路同相支路 coscoskckcWtt 1cos2LPFk正交支路正交支路 cossinkckcZtt 1sin2LPFk返回返回 上页上页 下页下页11kkK

18、kkXW WZ Z11kkKkkYZ WW Z 1111coscossinsin44kkkkkX 111coscos44kkk 1111sincoscossin44kkkkkY 111sinsin44kkk 解码电路运算规则解码电路运算规则返回返回 上页上页 下页下页 kX 0 1 判判为为0 1 判判为为 kY 0 1 判判为为0 1 判判为为ISQS 中频差分检测中频差分检测框图框图返回返回 上页上页 下页下页原理原理 4cos 1ckSsDQPSKSttkTtkT 同相支路同相支路 1coscoskckcskXttT 2111 cos=cos22c sTnLPFcskkkT 正交支路正交支路 1sincoskckcskYttT 2111 sin=sin22c sTnLPFcskkkT 返回返回 上页上页 下页下页 鉴频器检测鉴频器检测框图框图原理原理 dtv tdt 鉴鉴频频器器特特性性 11 sskTkkkkTv tdt 积积分分采采样样后后得得返回返回 上页上页 下页下页7)/4DQPSK 性能性能 频谱特性频谱特性 发射机中功率放大器的负反馈对改善频谱特性发射机中功率放大器的负反馈对改善频谱特性有显著效果有显著效果返回返回 上页上页 下页下页