无线通信原理与应用-65-线性调制技术课件.pptx

1、1无线通信原理与应用无线通信原理与应用2主要内容主要内容n调制技术概述调制技术概述n无线移动通信对数字调制技术的要求无线移动通信对数字调制技术的要求n线路码及其频谱线路码及其频谱n脉冲成形脉冲成形n信号空间概念信号空间概念n线性调制技术线性调制技术 n恒包络调制技术恒包络调制技术n扩频调制技术扩频调制技术3n线性调制技术的概念n二进制相移键控（BPSK）n 差分相移键控（DPSK）n四进制相移键控（QPSK）n偏移四进制相移键控（OQPSK）n/4 QPSK线性调制技术线性调制技术4线性调制技术的概念线性调制技术的概念n已调信号S(t)的包络随调制信号m(t)线性的变化：n包络一般是不恒定的，

2、需要使用功率效率较低的线性射频功放。使用功率效率高的非线性射频功放会产生频谱再生，加大发射信号的邻道辐射，从而增加了对相邻信道的干扰。而蜂窝系统是干扰受限的，干扰的加大会直接导致系统容量的降低。)(/)(tan)2cos()()()2sin()()2cos()()2exp()(Re)(22tmtmtftmtmAtftmtftmAtfjtAmtsRImmcIRcIcRc5BPSK信号信号nBPSK信号可表示为：信号可表示为：n调幅形式：调幅形式：nBPSK信号的误比特率：bccbbccbbBPSKbccbbBPSKTtfTEfTEsTtfTEs0)2cos(2)2cos(200)2cos(21时

3、：发时：发)2cos(2)(ccbbBPSKfTEtms,02be BPSKEPQN6BPSK信号的功率谱与带宽信号的功率谱与带宽n零点到零点带宽：零点到零点带宽：n90%功率带宽：功率带宽：未经脉冲成形未经脉冲成形：1.6Rb对升余弦脉冲对升余弦脉冲成形：成形：1.5RbbbTRBW/2222sin()sin()()2()()bcscsBPSKccEff Tff TPfff Tff T7BPSK信号的发射和接收信号的发射和接收n发射：发射：BPSK信号等效于抑制载波的双边带幅度调制，因此BPSK信号可用平衡调制器产生。接收：接收：载波恢复电路存在180o的相位模糊8DPSK的原理的原理n对输

4、入的二进制序列首先进行差分编码再进行BPSK调制，差分编码的过程见下页表：nDPSK信号可以在接收端进行非相关解调，从而省去了接收端的载波恢复电路，简化了接收机。可以进行非相关解调也是在选择数字调制方式的一个重要的条件。nDPSK信号的误比特率：1kkkdmd0,exp21NEPbDPSKe910DPSK信号的发射和接收信号的发射和接收(1)n发射发射n接收接收11DPSK信号的发射和接收信号的发射和接收(2)n对接收端差分解调的说明：积分器的输出为：(1)111,()()()(),()()bbkTbkkkkkTbkkEs tstls t st dtEs tst 12QPSK信号信号n一个符号

5、传输两个比特的信息，两个比特共有一个符号传输两个比特的信息，两个比特共有四种状态，需要四个相位状态，信号可以表示四种状态，需要四个相位状态，信号可以表示为：为：nQPSK信号的误比特率：4,3,2,10)2sin(2)1(sin2)2cos(2)1(cos22)1(2cos2)(iTtfiTEfiTEifTEtsscsscsscssQPSK,02be QPSKEPQN13QPSK信号的功率谱与带宽信号的功率谱与带宽n传输同样的数据，QPSK占用的带宽是BPSK的一半，但是二者却具有相同的误码率。只是由于QPSK信号同时利用了两路正交的载波传输信息。2222sin()sin()()2()()si

6、n2()sin2()2()2()scscsQPSKcscscbcbbcbcbEff Tff TPfff Tff Tff Tff TEff Tff T14QPSK信号的发射信号的发射15QPSK信号的接收信号的接收16QPSK的相位转移图的相位转移图nQPSK的相位转移图如下图，可以看出有的相位转移图如下图，可以看出有4种可能的种可能的相位转移：相位转移：0，90，180。17QPSK的包络的包络 n经过基带滤波以后，经过基带滤波以后，码元转换时刻相位转码元转换时刻相位转移角越接近于移角越接近于180，已调波形的包络凹陷已调波形的包络凹陷越严重。越严重。实际上，码元转实际上，码元转换时刻换时刻1

7、80 的相位的相位转移会导致包络的过转移会导致包络的过零点，这意味着已调零点，这意味着已调信号包络起伏达到了信号包络起伏达到了最大。最大。包络过零点包络过零点18QPSK信号的相位突变与包络信号的相位突变与包络n一般来说，调制中相位突变越严重，则用脉冲成形后（即低通滤波后）的基带信号进行调制得到的已调信号波形的包络变化越明显。nQPSK信号具有最大达到180的相位突变，因此当使用脉冲成形后其包络不是恒定的。对QPSK调制的改进主要是如何减小其相位突变。19交错交错QPSK（OQPSK）1n原理：将偶比特流 和奇比特流 在他们对齐的位置错开一个比特周期。P-212图6.30。这样对OQPSK信号

8、，和 的跳变瞬时被错开了，在任意给定的时刻两个比特流中只有一个会发生改变，即最大的相位突变只有90，但是相位突变将会变得更频繁，即每个比特周期 都有可能发生相位改变。)(tmI)(tmQ)(tmI)(tmQbT20交错交错QPSK（OQPSK）221交错交错QPSK（OQPSK）322从从OQPSK到到/4 QPSKn由于由于OQPSK没有行之有效的非相干没有行之有效的非相干解调方式，尽管它具有很好的接近于解调方式，尽管它具有很好的接近于恒包络的已调信号波形，却未能得到恒包络的已调信号波形，却未能得到普遍的应用。普遍的应用。2G系统中常采用系统中常采用/4 QPSK。23采用采用/4QPSK的

9、的2G系统系统TDMA/FDD30kHz 48.6kbps1.62bit/s/HzTDMA/FDD25kHz 42kbps1.68bit/s/HzTDMA/TDD300kHz384kbps(双向双向)1.28bit/s/Hz 此外，欧洲的数字集群系统也采用调制，在25kHz的信道上传输36kbps的数据。24/4 QPSK的基本原理（的基本原理（1）n/4 QPSK的星座图如右图所示。其调制原理可描述如下：该星座图由两套呈旋转/4 的星座点（如右 图中的 和 ）构成，基带的比特流每两比特一组（即一个四进制符号）按时间顺序交替在两套星座点上取相应的星座点对应出不同相位的调制波形。25/4 QPS

10、K的基本原理（的基本原理（2）n相位转移图黑色实线所示是/4 QPSK可能的相位转移红色虚线是/4 QPSK中不存在的相位转移26/4 QPSK的基本原理（的基本原理（3）n与前面介绍过的QPSK和OQPSK相比较，它们的相位转移情况如P-214表6.2：从相位跳变情况看，/4 QPSK介于二者之间。QPSKOQPSK/4 QPSK090180 090 45 135 27/4 QPSK的基本原理（的基本原理（4）n/4 QPSK调制具有以下优点：（1）与QPSK调制相比，相邻符号之间没有180的相位变化，带通滤波之后/4 QPSK信号比QPSK信号包络波动更小；（2）与QPSK调制相比，相邻符

11、号之间必存在相位差，这使得接收机中的符号同步变得更容易；（3）可以对/4 QPSK采用非相干检测，使接收机结构变得更简单。28/4QPSK的发射（的发射（1）29/4 QPSK信号的发射（信号的发射（2）n由二进制信息序列mk产生/4 QPSK信号的步骤如下：（1）将信息速率为Rb的输入序列mk转换为速率为Rb/2的由奇数比特组成的序列mI,k 和由偶数比特组成的序列mQ,k，这一步通常由串并变换器实现。（2）将每个两比特符号（mI,k，mQ,k）映射为当前符号间隔kTs，(k+1)Ts与前一符号间隔(k-1)Ts，kTs所发射的信号波形的相位差 。k30/4 QPSK信号的发射（信号的发射（

12、3）（mI,k，mQ,k）基带符号与已调信号相位差的映射关系表基带符号与已调信号相位差的映射关系表k31/4 QPSK信号的发射（信号的发射（4）n（3）产生基带同相分量和正交分量：Ik=cos k，Qk=sin k，其中k为当前符号间隔kTs，(k+1)Ts的/4QPSK信号载波相位，k-1为前一符号间隔(k-1)Ts，kTs的/4QPSK信号载波相位，有：k=k-1+或 =k-k-1，则同相分量和正交分量可表示为：1111cossin,0,1,1/2sincos,0,1,1/2kkkkkkkkkkIIQQIQ kk32/4 QPSK信号的发射（信号的发射（5）（4）同相分量Ik和正交分量Q

13、k分别被两个相互正交的载波调制产生/4 QPSK波形：其中：ttQttItSccQPSKsin)(cos)()(4/10101010)2/(sin)2/()()2/(cos)2/()(NksskNksskNksskNksskTkTtpTkTtpQtQTkTtpTkTtpItI33/4 QPSK的的基带差分解调基带差分解调134/4 QPSK的的基带差分解调基带差分解调2n低通滤波器输出：n差分解码器输出：n根据表根据表6.2做出如下判决：做出如下判决：sI=1，如果xk0 或 sI=0，如果xk0 或 sQ=0，如果yk0 cos()sin()kkkkwz1111111111cos()cos(

14、)sin()sin()cos()sin()cos()cos()sin()sin()kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkxw wz zyz ww z35习题n课本pp-214的例6.9和pp-216的例6.10。36/4 QPSK的的IF差分解调1LPFXkYk并 /串变 换LPFSk迟 延 Ts带 通 滤 波相移237/4 QPSK的的IF差分解调2n输入信号Sk(t)=cos(ct+k)经两个支路相乘后的信号分别为ncos(ct+k)cosc(t-Ts)+k-1 nsin(ct+k)cosc(t-Ts)+k-1n经低通滤波后，所得低频分量为(取 cTs=2n)：1111cos()cos2211sin()sin22kkkkkkkkXY38/4 DQPSK的鉴频器解调的鉴频器解调 n鉴频器检测的框图如上图 所示。信号经过平方根升余弦滚降的带通滤波器后进入硬限幅器，再经鉴频器和积分采样清除电路之后，用模2检测器检测出两采样瞬间的相位差，从而可判决出所传输的数据。n理想的鉴频器特性为：n经过积分和采样后有：并/串变换差分相位解码模2积分清除鉴频器带通滤波v(t)k()()dttdt(1)1()sskTkkkkTt dt