第4章-数字调制技术.ppt

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1、第4章数字调制技术4.1引言4.2线性调制技术4.3恒包络调制技术4.4“线性”和“恒包络”相结合的调制技术4.5正交频分复用(OFDM)技术4.6扩频调制技术4.7在多径衰落信道中的调制性能分析4.1引言移动通信的数字调制要求是:(1)必须采用抗干扰能力较强的调制方式(采用恒包络角调制方式以抗严重的多径衰落影响)；(2)尽可能提高频谱利用率:·占用频带要窄，带外辐射要小(采用FDMA、TDMA调制方式)；·占用频带尽可能宽，但单位频谱所容纳的用户数多(采用CDMA调制方式)；(3)具有良好的误码性能。4.1.1影响数字调制的因素数字调制方式应考虑如下因

2、素：抗扰性，抗多径衰落的能力，已调信号的带宽，以及使用、成本等因素。好的调制方案应在低信噪比的情况下具有良好的误码性能，具有良好的抗多径衰落能力，占有较小的带宽，使用方便，成本低。4.1.2数字调制的性能指标数字调制的性能指标通常通过功率有效性ηp(PowerEfficiency)和带宽有效性ηB(SpectralEfficiency)来反映。功率有效性ηp是反映调制技术在低功率电平情况下保证系统误码性能的能力,可表述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比：带宽有效性ηB是反映调制技术在一定的频带内数字有效性的能力,可表述成在给定带宽条件下每赫兹的数据通过率：(

3、4-1)(4-2)由香农(Shannon)定理：式中，C为信道容量；B为RF带宽；S/N为信噪比。因此，最大可能的ηBMAX为对于GSM，B=200kHz,SNR=10dB,则有(4-3)(4-4)4.1.3当今蜂窝系统、PCS(个人通信系统)和无绳电话采用的主要调制方式当今蜂窝系统、PCS和无绳电话采用的主要调制方式见表4-1。表4-1蜂窝系统、PCS和无绳电话采用的主要调制方式4.2线性调制技术数字调制技术可广义分为线性和非线性调制两类。在线性调制中,发射信号s(t)的幅度随调制信号a(t)线性变化。线性调制技术(LinearModulationTechniqu

4、es)具有频道利用率高的优点。因而对无线通信系统的应用有很大吸引力。在线性调制方案中,发射信号s(t)可表示如下：(4-5)(4-6)4.2.1二进制移相键控(BPSK)1.BPSK信号的表示式sBPSK(t)0≤t≤Tb“1”0≤t≤Tb“0”(4-7)或写成：式中，Tb为码元宽度，a(t)为调制信号。因此,BPSK可采用平衡调制器产生。(4-8)(4-9)2.BPSK的功率谱密度PBPSK式中，gBPSK为信号复包络。信号复包络的功率谱密度为(4-10)(4-11)(4-12)BPSK信号的基带表示为(4-13)(4-14)BPSK的功率谱密度为因此得

5、BPSK接收机如果信道无多径传输出现,接收端的BPSK信号可表示为式中,θch是相对于信道时延有关的相位。(4-15)(4-16)图4-1带载波恢复电路的BPSK接收机BPSK可使用相干或同步解调。但由于式(4-14)中不含fc离散谱，因此接收机载波恢复需采用非线性电路而获得(见图4-1中的载波恢复电路)。式中:输入信号经平方电路后：(4-17)经带通滤波，获得cos(4πfct+2θ)，再经二分频，获得载波cos(2πfct+θ)。在加性白噪声条件下，BPSK的误码率为(4-18)(4-19)由于BPSK接收机在载波恢复上存在相位模糊问题，因此BPSK无法得到

6、实际应用。4.2.2差分移相键控(DPSK)DPSK避免了接收机需要相干参考信号。这在非相干接收机中比较容易实现，且价格低廉，因而广泛应用于无线通信系统。DPSK调制器框图如图4-2所示。图中有图4-2DPSK调制器框图图4-3差分编码实现图4-4DPSK接收机框图在加性白噪声(AWGN，AdditiveWhiteGaussianNoise)情况下，DPSK的误码率Pe,DPSK为(4-20)4.2.3正交移相键控QPSK(4PSK)由于在一个调制符号中发送2bit,QPSK较BPSK频带利用率提高了一倍。载波相位取四个空间相位0、π/2,π和3π/2中的一个，每个

7、空间相位代表一对惟一的比特。QPSK信号可写成：0≤t≤Tsi=1,2,3,4Ts是符号间隙,等于两个比特周期,上式可进一步写成:(4-21)(4-22)假设：0≤t≤Ts0≤t≤Ts则有i=1,2,3,4(4-23)(4-24)(4-25)图4-5QPSK信号矢量图(a)π/4系统；(b)π/2系统图4-6π/2-QPSK系统调制器原理框图图4-7π/2-QPSK系统解调器原理框图π/4-QPSK系统的调制器和解调器原理框图也可以用类似方法实现，只要把两个载波cosωct和sinωct分别用cos(ωct+45°)和sin(ωct+45°)代替就可以了。在