新型数字带通调制技术

LOGO第8章新型数字带通调制技术8.1正交振幅调制8.2最小频移键控和高斯最小频移键控8.3正交频分复用随着VLSI和DSP技术的发展，一些性能上各有所长但实现较复杂的新型调制系统得以广泛应用通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#18.1正交振幅调制QAM(QuadratureAmplitudeModulation)属于振幅、相位联合键控APKMASK、MPSK分析•从星座图可以观察到：若信号的幅度(功率)不变，当M增加时，相邻信号点的欧氏距离减小，对应着噪声容限减小，抗噪声性能减弱通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#28.1正交振幅调制QAM基本原理QAM基本原理•用两个独立的基带波形(二进制/多进制)，对两路正交的同频载波进行MASK-SC调制，实现两路信号并行传输••正交载波：cosw0t、cos(w0t/2)sinw0t传输信号：s(t)mI(t)cosw0tmQ(t)sinw0tmI(t)cosw0tmI(t)cosw0ts(t)-sinw0tmQ(t)-sinw0tmQ(t)通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#3低通滤波信道90移相90移相低通滤波8.1正交振幅调制16QAM4QAM•QPSK16QAMQd•与16PSK比较，噪声容限：AI•当最大幅度相同时AQAMAPSKd通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#4A8.1正交振幅调制16QAM•设各符号等概，平均功率相等：QdAI•当平均功率相同时，16QAM比16PSK的噪声容限大：1.62+2.55=4.17dBd通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#5A8.1正交振幅调制常用的星座图常用的星座图：••••••4QAM16QAM32QAM64QAM128QAM256QAMM=2N•N为偶数时，星座图为矩形•N为奇数时，星座图为十字形通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#68.1正交振幅调制QAM调制与解调比特率~波特率：•RbRBlog2MQAM调制与解调1.正交调幅法：Q10110100○用两路正交的MASK叠加实现00011110I2MLRb/2coswct-sinwctcoswct-sinwctRb/2通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#7抽样判决(L-1)门限低通滤波2L电平转换串并变换定时脉冲并串变换抽样判决(L-1)门限低通滤波2L电平转换8.1正交振幅调制QAM调制与解调2.复合相移法：○用两路独立的MPSK叠加实现10111001100011101111101011001101101110110001000100010000010001010110○差分象限符号映射，格雷码符号映射00110010011116QAM其他星座图：•例：V.29(Modem)53○○○○How?9600b/s2400Baudfc1700HzB2400Hz(500~2900Hz)4.612.61通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#818.1正交振幅调制8QAM8QAM幅度控制(1,1)采用任一星座图皆可实现：Rb=RBlog2M通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#9二电平波形1二电平波形二电平波形四电平波形8.2最小频移键控和高斯最小频移键控最小移频键控MSK•带宽最小、相位连续、包络恒定、频率正交的2FSK简单说明：从CPFSK(连续相位FSK)出发什么情况下需要相位修正?•码元宽度为Ts•••f1f2且相位连续允许在转换点修正一个码元内累计相位ak'0'f1差为，周期数差半个'1'f21c2'0'f11,0,1奇k异码，则变第8章新型数字带通调制技术通信原理Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#10012ffff8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK•••从载波来看，一个码元内两频率各自累计相位差/2一个码元内包含Tc/4的整数倍：调制指数：hf/RbfTs0.5•••f1f2且相位连续允许在转换点修正一个码元内累计相位ak'0'f1差为，周期数差半个'1'f21c2'0'f1fc奇k异码，则变通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#11012Tc/4个数：7,9,10,8ffff8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK•••••从载波来看，一个码元内两频率各自累计相位差/2一个码元内包含Tc/4的整数倍：调制指数：hf/RbfTs0.5以最小f实现了CPFSK，故称最小移频键控MSK上述f是满足频率正交性的最小频差，即2wcr0w通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#1208.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的表示MSK信号的表示jk：为保证相位连续加入的修正相位附加相位函数••附加相位与修正相位的图示方法：qf2=fcf1=fc+ftTsfcf通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#13相差n·即可连续平滑相位8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的表示akMSK信号的表示jk：为保证相位连续加入的修正相位附加相位函数••相位约束条件：k码元开始相位k1码元末尾相位：邻码相同时，修正相位不变：邻码变化时，调整修正相位设j00；则jk0或(mod2)奇k异码，则变通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#140128.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK附加相位轨迹qk附加相位轨迹2○ak=+1：/2○ak=-1：/2相位jk可直接依据：○纵轴交点：m○横轴交点：2mTsqk(t)轨迹ak0123456789/Ts-•-2•通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#15：邻码相同时，修正相位不变：邻码变化时，调整修正相位设j00；则jk0或(mod2)奇k异码，则变k01234567891011ak+1+1-1+1-1+1+1-1-1-1-1+1jk000000t8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的正交表示法MSK信号的正交表示法0通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#168.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的正交表示法Qk=ak·Ik•MSK可视作一种正交调制○同相序列：Ik=cosjkIk=ak·QkQk=ak·cosjk○正交序列：Qk=ak·IkakIk、Qk•j0=0，I0=+1①差分变换：bkakbk1②串并变换：Ik、Qk○○kk为偶数，Ik不会变化为奇数，Qk不会变化通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#17：邻码相同时，修正相位不变：邻码变化时，调整修正相位设j00；则jk0或(mod2)奇k异码，则变规律方法aka0a1a2a3a4a5IkI0I1I2I3I4I5QkQ0Q1Q2Q3Q4Q5bkI0Q0I1Q2I3Q4I5加权(调制)函数8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的正交表示法Qk=ak·Ik•MSK可视作一种正交调制○○同相序列：Ik=cosjk正交序列：Qk=ak·IkIk=ak·QkQk=ak·cosjk通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#18k-1012345678910ak+1+1+1-1+1-1-1-1+1-1-1jk0000000bk+1+1+1+1-1-1+1-1+1+1-1+1Ik+1+1+1-1-1+1+1+1+1-1-1Qk+1+1+1+1-1-1-1-1+1+1+1加权(调制)函数8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的正交表示法Qk=ak·IkMSK~OQPSK相同点：Ik、Qk是偏移(offset)的MSK~OQPSK不同点：两正交支路的包络是正弦波•••根据MSK正交表达式可以实现MSK调制通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#19k-1012345678910ak+1+1+1-1+1-1-1-1+1-1-1jk0000000bk+1+1+1+1-1-1+1-1+1+1-1+1Ik+1+1+1+1-1-1+1+1+1+1-1-1Qk+1+1+1+1-1-1-1-1+1+1+18.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的产生与解调Qk=ak·IkMSK信号的产生与解调MSK信号的产生方法cosWtcoswctakbksMSK(t)sinWt-sinwctbk=akbk1k通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#2090移相Ik串并变换Q90移相差分编码带通滤波8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的产生与解调Qk=ak·IkMSK信号的产生与解调MSK信号的解调方法1010q(t)k1t2Ts•••1.2FSK相干解调02FSK非相干解调延时判决相干解调法2.3.(2i1)T~(2i1)Tss-sinwct-sinwct11、10：qk(t)0，vo000、01：qk(t)0，vo02iTs~2(i1)Ts通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#21积分判决载波提取积分判决8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的功率谱密度MSK信号的功率谱密度Ps(f)Ps(f)/dB1.0QPSK,MSK2PSK2FSKOQPSK0MSK2PSK-10-200.5-30-40(ffc)Tb(ffc)Tb0.51.01.50.751234通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#228.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的功率谱密度MSK信号的功率谱密度•90%功率带宽：MSK、QPSK、OQSPK：B1/TbBPSK：B2/Tb99%功率带宽：MSK：B1.2/TbQPSK、OQSPK：B8/TbMSK与QPSK和OQPSK相比：功率谱密度更为集中，••旁瓣下降得更快，对临道干扰更小。通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrightsreservedPage#238.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的误码率性能MSK信号的误码率性能误码率性能与接收方式有关：1.用匹配滤波器接收时，误比特率性能与2PSK、QPSK及OQPSK等的性能一样2.用2FSK相干解调时，误比特率性能比2PSK信号的性能差3dB通信原理第8章新型数字带通调制技术Copyright©2011DyNEAllrigh