XXXX移动通信_第三章

第三章通信抗干扰技术国家级重点实验室移动通信移动通信中的信源编码和调制解调技术主要内容3.1概述3.2信源编码3.3最小频移键控3.4高斯最小频移键控3.5QPSK调制/3.6高阶调制3.7正交频分复用2链路3.1概述(1/2)信源信源编码信道编码数字调制信源译码信道译码数字解调输出无线通信系统的基本组成框图模拟源离散源模拟波形信息序列信源近似还原信息序列重构3目的3.1概述(2/2)信源编码的目的：压缩信源产生的冗余信息降低开销，提高传输链路的有效性调制的目的：使信号更符合信道传输特征42信源主要内容3.1概述3.2信源编码3.3最小频移键控3.4高斯最小频移键控3.5QPSK调制/3.6高阶调制3.7正交频分复用5链路语音编码类型(了解)波形编码将时间域信号直接变换成数字代码，目的是尽可能精确再现原始语音波形质量高，效率低参量编码将信源信号在频域或其它正交变换域提取特征参量，并转换成数字代码进行传输质量中，效率高混合编码将波形编码和参量编码结合起来速率(Kbps)语音质量波形编码混合编码参量编码6典型3.2信源编码(了解)移动通信中的信源编码举例标准信源编码技术英文全称信源编码技术中文名称GSMRPE-LTP(Regular-PulseExcitationwithLong-TermPrediction)规则脉冲激励长时预测编码（语音压缩编码）IS-95CELP(Code-Excitedlinearpredictivecod)码激励线性预测编码（语音压缩编码）WCDMAAMR(AdaptiveMultiRate)自适应多速率编码（语音压缩编码）CDMA2000SMV（SelectedModeVocoder）可选模式语音声码器（语音压缩编码）3GH.264视频信源编码73主要内容3.1概述3.2信源编码3.3最小频移键控3.4高斯最小频移键控3.5QPSK调制/3.6高阶调制3.7正交频分复用8PSK3.5QPSK调制/3.6高阶调制PSK(PhaseShiftKeying)调制以基带数据信号来调制载波的相位BPSK(BinaryPhaseShiftKeying)调制若输入信号为经映射的比特流{an}，an=±1，则BPSK信号可记为011,,nknaacosncaASttcosckStAt011cos,cos,cncnAtaStAta11cos,cos,cncnAtaStAta9QPSK补充：二进制码与双极性码的映射关系10二进制码：0,1双极性码：1,-1011100011101111110111111011112bb*12aa推广：QPSK假设输入二进制序列为{an}，an=±1，经串并转换后两支路信号分别记为Ik,Qk,则QPSK信号可记为双极性(Q,I)Ψk(格雷编码)+1,+1π/4-1,13π/4-1,-1-3π/4+1,-1-π/4()cossinkckcstItQtcos,sinkkkkIQ()cos+ckstAtcos+=coscos-sinsinckckcktttIQ11111111IQ11111111QPSK相位转移图11,1,1nnaa；()cos()4cStAt12,1,1nnaa；()cos()4cStAt13,1,1nnaa；3()cos()4cStAt14,1,1nnaa；3()cos(+)4cStAtcosckStAt双极性(Q,I)ψk+1,+1π/4-1,13π/4-1,-1-3π/4+1,-1-π/412相位非连续相位突变πtQPSKStQPSK的包络特性13QPSKStt相位突变会在成型滤波后引起包络起伏大，且过零点。设法减少相位跳变幅度，以减少信号包络的波动OQPSKQPSK在成形滤波前后的包络变化理想的QPSK成形滤波后的QPSK相位突变3.5QPSK调制/3.6高阶调制OQPSKOQPSK的调制方法与QPSK类似在一条正交支路上引入了一个比特的延时，以使得两支路的数据不会同时发生变化降低最大相位跳变，相位变化被限制到了±90o14相位转移QSt二进制序列基带调制映射成形滤波-sinct11或-11kd或-比特变符号ItISt成形滤波cosctbTbQtT11或-OQPSKStOQPSK相位转移图输入数据：1,1,-1,-1,-1,1……求相位转移图111111-11-1-11-14341134bT2bTa0a1a2a3a4a5a0a1a2a3a4a52bT避免了相位突变π最大相位变化π/2双极性(Q,I)ψk+1,+1π/4-1,13π/4-1,-1-3π/4+1,-1-π/4格雷映射15DQ/4DQPSKIk=cosθk，Qk=sinθk，其中θk=θk-1+ψk例4.1，设θ0=0，输入-1-1,1-1,1-1,-11,求相位转移图双极性(SI,SQ)ψk+1,+1π/4-1,13π/4-1,-1-3π/4+1,-1-π/4Ik-π/2××+Qk输出tccostcsin输入串/并变换cosckStAt码变化SISQ111011,-1,13/43/4nnaa，则，则122122,1,1/4nnaa，则，则133233,1,-1-/43/4nnaa，则，则144344,-1,13/43/2nnaa，则，则最大相位变化3π/416比较3.5QPSK调制/3.6高阶调制QPSK、OQPSK、π/4QPSK比较：星座图QPSK相位转换通过0点，最大相位变化为1800OQPSK相位转换不通过0点，最大相位变化为900π/4QPSK相位变化均不过0点，最大相位变化为1350IQ0s3s5s7s1s2s4s6sIQ0s1s2s3sIQ0s1s2s3s(a)QPSK(b)OQPSK(c)/4QPSK17相干/非3.5QPSK调制/3.6高阶调制相干解调/非相干解调相干解调指需要恢复得到与载频相干（同频同相）的参考信号，用其与接收信号相乘并求解非相干解调指不需要恢复得到与载频相干（同频同相）的参考信号的求解方法18例以/4DQPSK为例，相干解调单径信道接收信号本地相干载波求解如果cosckssSkTkTexpscskSkTjkT0expskhkTAj0expskcskrkTAjkT0ˆˆˆexpskcsfkTAjkT*ˆ()()sssskTrkTfkT00*ˆˆˆexpexpkcskkcsAjkTAjkT00*ˆˆˆexpkkccskAAjkT00ˆˆˆ,,kkccAA2ˆexpskkskTAj提取原始信息同频同相19非以/4DQPSK为例，非相干解调单径信道接收信号不需要本地相干载波求解如果如果θk=θk-1+ψk，发端采用差分编码可以由相位信息提取出原始信息cosckssSkTkTexpscskSkTAjkT1*ˆ()(())sssskTrkTrkT01101*ˆexpexp()skcskkcskskTAjkTAjkT0expskhkTAj0expskcskrkTAjkT11*expkkcskkAAjT1kkAA21ˆexpskcskkskTAjT20高阶3.5QPSK调制/3.6高阶调制为什么需要采用高阶调制？有限带宽下实现高速数据传输，提高频谱效率多进制调制中，每若干个(比如k个)比特构成一个符号高阶调制阶数越高，性能越差21调制评估IQ0s3s5s7s1s2s4s6s223.5QPSK调制/3.6高阶调制调制技术的性能评估：功率效率：在接收机输入端特定的误码概率下，要求的每比特信号能量和噪声功率谱密度的比值。带宽效率(频带利用率)其中，R是每秒数据率，单位比特，B是已调RF信号占用的带宽。0bPENbps/HzBRBmax2log1BSN香农公式，22选择折衷3.5QPSK调制/3.6高阶调制调制方式的选择需要在带宽效率和功率效率之间折衷2bps/HzBQPSK164bps/HzBQAM差于10.5PQPSKdB1614PQAMdB优于23分类Es/N0与Eb/N0的关系对于BPSK，M=2，对于QPSK，M=4，24比特变符号，log2M个比特为一个符号M阶调制bTsTsT二进制信源序列2logsbTTM22200000logloglogssssbsbbEPTPTMPTEMMNNNNN2000logsbbEEEMNNN20002logsbbEEEMNNN调制技术分类：按相位连续性分：相位不连续调制和相位连续调制按信号恒定性分：恒包络调制和非恒包络调制典型蜂窝移动通信系统所采取的调制方法标准服务类型调制技术信道带宽GSM蜂窝GMSK200kHzIS-54蜂窝/4-DQPSK1.25MHzIS-95蜂窝QPSK/OQPSK1.25MHz3.5QPSK调制/3.6高阶调制25OFDM主要内容3.1概述3.2信源编码3.3最小频移键控3.4高斯最小频移键控3.5QPSK调制/3.6高阶调制3.7正交频分复用26单载波单载波传输系统一个用户的数据只采用一个载波信号来进行传输，其简单结构如图所示g(t)为匹配滤波器一次衰落或干扰可导致整个链路失效3.7正交频分复用27多径影响调制exp2cjftexp2cjft检测处理信道3.7正交频分复用多径时延的长短会限制单载波的传输速率发送信号多径时延小接收信号多径时延大接收信号TSστ平坦衰落信道28OFDMOFDM（正交频分复用，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）一种无线环境下的高速传输技术1.连续多载波系统2.正交子载波的引入3.循环前缀的引入4.OFDM的DFT实现3.7正交频分复用29早期早期连续多载波系统原理图如下30优势0f1f2f3.7正交频分复用并行多载波的优势串并变化将高速信号变为多路的低速信号，抗频率选择性衰落串并变化1b2b3b4bsT1b2b3b4bsTNT31问题3.7正交频分复用问题复杂度高，与多载波路数成正比要求各路子载波的中心频率之间的间隔有相当的间距对各子载波的滤波器有较高的要求32正交定义相互正交的子载波的定义构造正交子载波组{f0f1…...fN-1}假设f0为0，当为一组相互正交的子载波组2200*()()nmTjftjftnmnmeedtAnm1/fT01101;;......;()nNffffNffnf33时域3.7正交频分复用时域2200*()()nmTjftjftnmnmeedtAnm34正交作用3.7正交频分复用正交性的作用：1.提高信道的利用率f35作用20f1f2f正交性的作用：2.保证收端可以无混淆地分离各路信号发送信号为120()nNjftnnstbe36接收端接收端子载波m由子载波