现代无线通信原理第三章

第三章无线通信中的调制技术3.1无线通信中的调制技术概述3.2模拟调制3.3数字调制3.4线性调制技术3.5恒包络调制技术3.6线性和恒包络组合调制技术3.7衰落和多径信道的调制性能3.1无线通信中的调制技术概述无线通信为什么要进行调制？天线只能高效地发送频率与天线尺寸相适应的信号。调制可分为模拟调制和数字调制•载波的波形从原理上是任意波形，通常使用正弦（余弦）信号，有三个参量，频率、相位和幅度。•也有用脉冲序列作为载波的，如扩频调制。3.2模拟调制3.2.1幅度调制3.2.1幅度调制（续1）双边带的频谱3.2.1幅度调制（续2）单边带调制3.2.1幅度调制（续3）导频单音SSB3.2.1幅度调制（续4）幅度调制的解调3.2.2频率调制直接频率调制3.2.2频率调制（续1）间接频率调制3.2.2频率调制（续2）过零检波器3.2.2频率调制（续3）倾斜检波器3.2.2频率调制（续4）使用PLL的频率解调器3.2.2频率调制（续5）积分检波器3.3数字调制3.3.1数字调制概述线型码的功率谱密度3.3.1数字调制概述（续1）二进制线型码的时间波形3.3.2脉冲成形技术理想的奈奎斯特脉冲波形3.3.2脉冲成形技术（续1）奈奎斯特脉冲波形滤波器的传递函数3.3.2脉冲成形技术（续2）升余弦滤波器的传递函数3.3.2脉冲成形技术（续3）升余弦滤波器的冲激相应3.3.2脉冲成形技术（续4）使用升余弦滤波器后的射频信号3.3.2脉冲成形技术（续5）高斯脉冲成形滤波器3.3.3调制信号的几何表示星座图小结1、调制/解调的基本功能为载荷信息、搬移频谱两种方式：基带----〉中频基带----〉射频2、数字调制的实质为从信道编码后的汉明空间到调制后的欧氏空间的映射或变换。映射可以为一维的，也可以为多位维的，可以为线性变换关系也可以为非线性变换关系。3、抗干扰特性是调制的一个主要特性，不同调制方式的抗干扰特性分析；不同条件下的最佳调制方式。用误比特率（误码率）公式表示，工程上用Eb/N0与误比特率Pb之间的关系图表示。4、频谱有效性是调制的一个主要指标，用bps/Hz来度量，提高频谱有效性主要依靠高效率的多进制来实现。5、调制信号的峰平比为已调信号的峰值功率与平均功率的比值，影响功放器件的线性度要求和动态范围要求等工程实现性能。在CDMA系统中，降低峰平比可以提高功率效率。6、工程上要求调制、解调设备简单可靠，体积小，造价低。7、无线通信中对调制方式的选择主要有：可靠性（抗干扰）、有效性、设备简单。8、调制信号的峰平比为已调信号的峰值功率与平均功率的比值，影响功放器件的线性度要求和动态范围要求等工程实现性能。在CDMA系统中，降低峰平比可以提高功率效率。9、工程上要求调制、解调设备简单可靠，体积小，造价低。10、无线通信中对调制方式的选择主要有：可靠性（抗干扰）、有效性、设备简单。11、数字调制的分类：幅度、频率、相位、幅度和相位二进制和多进制直接和差分（克服相位模糊）线性调制（ASK,PSK)和非线性调制连续相位(MSK、CPM、GMSK、TFM)和非连续相位恒包络调制(连续相位的FSK和理想矩形波调制的PSK)和非恒包络3.4线性调制技术3.4.1线性调制技术概述传输信号的幅度随调制数字信号的变化而线性变化的调制方式，叫线性调制技术。优点：带宽效率高，有很好的频谱效率缺点：要使用功率效率低的线性RF放大器(甲类)。一般都不是恒包络调制3.4.2BPSK调制BPSK的功率谱密度3.4.2BPSK调制（续1）BPSK接收机3.4.3DPSK调制3.4.3DPSK调制（续1）3.4.4QPSK调制3.4.4QPSK调制（续1）3.4.4QPSK调制（续2）3.4.4QPSK调制（续3）3.4.4QPSK调制（续4）3.4.4QPSK调制（续5）3.4.4QPSK调制（续6）3.4.4QPSK调制（续7）3.4.4QPSK调制（续8）3.4.4QPSK调制（续8）3.4.4QPSK调制（续9）QPSK(1,1)(-1,1)(1,-1)(-1,-1)OQPSK(1,1)(1,-1)(-1,1)(-1,-1)/4QPSK是在QPSK和OQPSK的基础上，改进的一种恒包络调制（近似）方式。1、相位跳变时的相位差为/4或3/4；2、允许使用非相干检测，以避免相干检测中载波出现的相位模糊问题；3、与OQPSK一样，是一种限制相位跳变的调制方式；4、有8个相位点；5、带限的/4QPSK信号的恒包络特性比QPSK好，比OQPSK差，对于多径干扰的信道，性能比OQPSK好。例：设θ0=90o,输入比特流为001011(-1-11-111)用QPSK发送，比特从左到右送入发射机，确定在发送期间的θk和Ik、Qk的值。QPSK(1,1)(-1,1)(1,-1)(-1,-1)例：设θ0=270o,输入比特流为001011(-1-11-111)用QPSK发送，比特从左到右送入发射机，确定在发送期间的θk和Ik、Qk的值。OQPSK(1,1)(1,-1)(-1,1)(-1,-1)00101100--10--1100-00-10-1010-11例：设θ0=0o,输入比特流为001011用/4QPSK发送，比特从左到右送入发射机，确定在发送期间的θk和Ik、Qk的值。解：θ0=0o,I0=1、Q0=000-3/4,θ1=-3/4,I1=-0.707、Q0=-0.70710-/4,θ2=-,I2=-1、Q2=011/4,θ2=-3/4,I3=-0.707、Q3=-0.707/4QPSK3.5恒包络调制技术3.5.1恒包络调制技术概述不论调制信号如何变化，载波的幅度是恒定，这种的调制方式，叫恒包络调制。•优点：可以使用功率效率高的C类放大器，占用的频带不增加；带外辐射低；可用限幅器—鉴相器检测，从而简化接收机的设计，并能很好地抵抗随机噪声和由瑞利衰落引起的信号波动。•缺点：占用带宽比线性调制大。3.5.2FSK调制3.5.2FSK调制（续1）3.5.3MSK调制3.5.3MSK调制（续1）3.5.4GMSK调制3.5.4GMSK调制（续1）3.5.4GMSK调制（续2）3.5.4GMSK调制（续3）3.5.4GMSK调制（续4）3.5.4GMSK调制（续5）3.6线性和恒包络组合调制技术3.6.1线性和恒包络组合调制技术概述同时改变载波的包络和相位（频率），为多进制调制。•优点：适用于带宽受限信道•缺点：对定时抖动敏感。•获得更好的带宽特性的同时，牺牲了功率效率。3.6.2MPSK调制3.6.2MPSK调制（续1）3.6.2MPSK调制（续2）3.6.3QAM调制3.6.3QAM调制（续1）3.6.3QAM调制（续2）先构造M/2点的方星座，在此基础上附加M/2点，每边M/8,M=22m,M=16M=32M=64M=1283.7衰落和多径信道的调制性能3.7.1慢速、平坦衰落中的性能3.7.2频率选择性移动信道中的数字调制3.7.2频率选择性移动信道中的数字调制（续1）3.7.3衰落和干扰中/4DQPSK的性能3.7.3衰落和干扰中π/4DQPSK的性能（续1）3.7.3衰落和干扰中π/4DQPSK的性能（续2）3.7.3衰落和干扰中π/4DQPSK的性能（续3）