数字调制PPT课件.ppt

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1、第2章 调制解调 第第2 2章章 调制解调调制解调2.1概述概述2.2数字频率调制数字频率调制2.3数字相位调制数字相位调制2.4正交振幅调制正交振幅调制(QAM)2.5扩展频谱调制扩展频谱调制2.6多载波调制多载波调制思考题与习题思考题与习题第2章 调制解调 2.1概概述述调制调制就是对消息源信息进行编码的过程，其目的就是就是对消息源信息进行编码的过程，其目的就是使携带信息的信号与信道特性相匹配以及有效的利用使携带信息的信号与信道特性相匹配以及有效的利用信道。信道。多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，无线信道频谱的拥挤这些因素对调制方式

2、的选择都有无线信道频谱的拥挤这些因素对调制方式的选择都有重大的重大的影响影响第2章 调制解调 移动通信调制解调技术特点移动通信调制解调技术特点:移动通信面临的无线信道问题移动通信面临的无线信道问题 多径衰落、干扰多径衰落、干扰(自然，人为，自然，人为，ISIISI)、频率资源有限、频率资源有限移动通信对调制解调技术的要求移动通信对调制解调技术的要求 1 1 频谱资源有限频谱资源有限高的带宽效率高的带宽效率 2 2 用户终端小用户终端小高的功率效率，抗非线性失真能力强高的功率效率，抗非线性失真能力强 3 3 邻道干扰邻道干扰低的带外辐射低的带外辐射 4 4 多径信道传播多径信道传播对多径衰落不敏

3、感，抗衰落能力强对多径衰落不敏感，抗衰落能力强 5 5 干扰受限的信道干扰受限的信道抗干扰能力强抗干扰能力强 6 6 解调一般采用非相干方式或插入导频的相干解调解调一般采用非相干方式或插入导频的相干解调 7 7 产业化问题产业化问题成本低易于实现成本低易于实现调制方案的性能评估调制方案的性能评估：功率效率和带宽效率功率效率和带宽效率第2章 调制解调 调制解调的主要功能调制解调的主要功能频谱搬移，实现基带信号搬移到相应的频段频谱搬移，实现基带信号搬移到相应的频段 实现可以分为两步：首先进行基带信号调制，然后上变频到所需的频段。实现可以分为两步：首先进行基带信号调制，然后上变频到所需的频段。抗干扰

4、性抗干扰性 1 1 主要体现通信系统的质量指标即可靠性主要体现通信系统的质量指标即可靠性 2 2 调制信号具有较小的功率谱占有率调制信号具有较小的功率谱占有率 3 3 要求功率谱主瓣占有尽可能多的信号能量，具有快速滚降特性，带要求功率谱主瓣占有尽可能多的信号能量，具有快速滚降特性，带外衰减大、旁瓣小外衰减大、旁瓣小频谱有效性频谱有效性 1 1 主要体现通信系统的数量指标，即有效性主要体现通信系统的数量指标，即有效性 2 2 频带利用率：频带利用率：bit/s/Hzbit/s/Hz第2章 调制解调 影响调制方式的选择的主要因素影响调制方式的选择的主要因素:1.频带利用率：频带利用率：在数字调制中

5、常用带宽效率在数字调制中，常用带宽效率h hb来表示它对频谱来表示它对频谱资源的利用效率，它定义为资源的利用效率，它定义为h hb Rb/B,其中其中Rb为比特速率，为比特速率，B为为无线信号的带宽。无线信号的带宽。2.功率效率：功率效率：指保持信息精确度的情况下所需的最小信号功率指保持信息精确度的情况下所需的最小信号功率（或者说最小信噪比）（或者说最小信噪比）3.已调信号恒包络已调信号恒包络4.易于解调易于解调5.带外辐射：带外辐射：一般要求达到一般要求达到-60到到-70dB在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合考虑上述各种在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合考虑上述各种因素。

6、因素。第2章 调制解调 移动通信中的调制技术移动通信中的调制技术标准标准服务类型服务类型调制技术调制技术信道带宽信道带宽GSMGSM蜂窝蜂窝GMSKGMSK200 kHz200 kHzDCS-1800DCS-1800蜂窝蜂窝GMSKGMSK200 kHz200 kHzIS-54IS-54蜂窝蜂窝/4-DQPSK/4-DQPSK1.25M Hz1.25M HzIS-95IS-95蜂窝蜂窝QPSK/BPSKQPSK/BPSK1.25M Hz1.25M HzPDCPDC蜂窝蜂窝/4-DQPSK/4-DQPSK25 kHz25 kHzCT2CT2无绳无绳GFSKGFSK100 kHz100 kHzDE

7、CTDECT无绳无绳GFSKGFSK1728 kHz1728 kHzPHSPHS无绳无绳/4-DQPSK/4-DQPSK300 kHz300 kHzPACSPACS个人通信个人通信/4-DQPSK/4-DQPSK300 kHz300 kHz第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2.2.12.2.1 相位连续的相位连续的FSK FSK 2FSK2FSK信号信号设要发送的数据为设要发送的数据为ak=1,码元长度为码元长度为Tb。在一个码元时间内，。在一个码元时间内，它们分别用两个不同频率它们分别用两个不同频率f1，f2的正弦信号表示，例如的正弦信号表示，例如:式中

8、定义定义载波角频率载波角频率(虚载波虚载波)为为：1 1,2 2对对c c 的的角频偏角频偏为为：第2章 调制解调 Mobile Communication Theory定义定义调制指数调制指数h:根据根据ak,h,Tb可以重写一个码元内可以重写一个码元内2FSK信号表达式信号表达式:式中 称作称作附加相位附加相位。2.2.12.2.1 相位连续的相位连续的FSK FSK 第2章 调制解调 Mobile Communication Theory附加相位附加相位是是t 的线性函数，的线性函数，其中斜率为其中斜率为，截距为截距为，其特性如右图，其特性如右图 产生产生2FSK2FSK信号两种不同的

9、方法：信号两种不同的方法：开关切换方法开关切换方法（相位不连（相位不连续）和续）和调频调频（相位连续），如下图（相位连续），如下图2.2.12.2.1 相位连续的相位连续的FSK FSK 第2章 调制解调 Mobile Communication Theory所所谓谓相相位位连连续续是是指指不不仅仅在在一一个个码码元元持持续续期期间间相相位位连连续续，而而且且在在从从码码元元ak-1到到ak转转换换的的时时刻刻kTb，两两个个码码元元的的相相位位也相等，即也相等，即即即这样就要求满足关系式这样就要求满足关系式:2.2.12.2.1 相位连续的相位连续的FSK FSK 第2章 调制解调 Mobi

10、le Communication Theory即即：要要求求当当前前码码元元的的初初相相位位由由前前一一码码元元的的初初相相位位、当当前前码码元元ak和和前一码元前一码元ak-1来决定。来决定。这关系就是这关系就是相位约束条件相位约束条件。这两种相位特性不同的这两种相位特性不同的FSK信号波形如图信号波形如图2.4所示。所示。图2.4第2章 调制解调 Mobile Communication Theory由由图图2.4可可以以看看出出，相相位位不不连连续续的的2FSK信信号号在在码码元元交交替替时时刻刻，波波形形是是不不连连续续的的，而而CPFSK信信号号是是连连续续的的，这这使使得得它它们们

11、的的功率谱特性很不同。功率谱特性很不同。图图2.5分别是它们的功率谱特性例子。分别是它们的功率谱特性例子。图2.5第2章 调制解调 Mobile Communication Theory可可以以发发现现，在在相相同同的的调调制制指指数数h情情况况下下，CPFSK的的带带宽宽要要比比一一般般的的2FSK带带宽宽要要窄窄。这这意意味味着着前前者者的的频频带带效效率要高于后者。率要高于后者。随随着着调调制制指指数数h的的增增加加，信信号号的的带带宽宽也也在在增增加加。从从频频带带效效率率考考虑虑，调调制制指指数数h不不宜宜太太大大。但但过过小小又又因因两两个个信信号频率过于接近而不利于信号的检测。号

12、频率过于接近而不利于信号的检测。所以应当从它们的相关系数以及信号的带宽综合考虑。所以应当从它们的相关系数以及信号的带宽综合考虑。第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2FSK信信号号的的归归一一化化互互相相关关系系数数可可以以求求得得如如下下（为为方方便便讨讨论论，令它们的初相为零）：令它们的初相为零）：通常总是通常总是w wcTb=2p pfc/fb 1,或或w wcTb=np p，因此略去第一项，因此略去第一项，得到得到-h关系曲线如图关系曲线如图2.6。第2章 调制解调 Mobile Communication Theory从从图图中中可可以以看看出出，

13、当当调调制制指指数数h=0.5，1，1.5，.时时，r r=0,即两个信号是正交的。即两个信号是正交的。h=0.5的的CPFSK就就称称作作最最小小移移频频键键控控MSK。它它是是在在两两个个信号正交的条件下，对给定的信号正交的条件下，对给定的Rb有最小的频差。有最小的频差。图图2.6第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2.2.22.2.2 MSK MSK信号的相位路径、频率及功率谱信号的相位路径、频率及功率谱由于由于h=1/2，MSK的相位约束条件就是的相位约束条件就是由由于于|ak-ak-1|总总为为偶偶数数，所所以以初初始始相相位位为为零零时时，其其后

14、后各各码码元元的的初相位为初相位为 的整数倍。的整数倍。相相位位路路径径的的例例子子如如图图2.7所所示示，其中初始相位为零。其中初始相位为零。图图中中可可以以看看到到的的取取值值为为0，-、-、-、3、.（k=0,1,2.）。）。1.1.相位路径相位路径图2.7第2章 调制解调 Mobile Communication Theory在在MSK信号中，码元速率信号中，码元速率Rb=1/Tb、峰值频偏、峰值频偏fd 和两个频和两个频率率f1、f2存在一定的关系。存在一定的关系。当给定码元速率当给定码元速率Rb时可以确定各个频率如下：时可以确定各个频率如下：即载波频率应当是即载波频率应当是Rb/4

15、的整数倍。的整数倍。2.MSK2.MSK的频率关系的频率关系2.2.22.2.2 MSK MSK信号的相位路径、频率及功率谱信号的相位路径、频率及功率谱第2章 调制解调 Mobile Communication Theory3.MSK3.MSK的功率谱的功率谱MSK的功率谱为的功率谱为式中式中A为信号的幅度。为信号的幅度。功率谱特性如图功率谱特性如图2.8所示。所示。为便于比较，图中也给出一为便于比较，图中也给出一般般2FSK信号的功率谱特性。信号的功率谱特性。由图可见，由图可见，MSK信号比一信号比一般般2FSK信号有更高的带宽效信号有更高的带宽效率。率。2.2.22.2.2 MSK MSK

16、信号的相位路径、频率及功率谱信号的相位路径、频率及功率谱图2.8第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2.2.32.2.3 高斯最小移频键控高斯最小移频键控GMSKGMSKGMSK是一种是一种恒包络调制恒包络调制方式，可以采用功率效率高而方式，可以采用功率效率高而便宜的非线性功率放大器，这使用户单元（手机）的价格便宜的非线性功率放大器，这使用户单元（手机）的价格比较低，有利于当时移动电话的普及。比较低，有利于当时移动电话的普及。1 1 高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性 2 2 GMSK GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径 3 3 GMSK

17、 GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调4 4 GMSK GMSK功率谱功率谱 第2章 调制解调 要求带外辐射功率为要求带外辐射功率为-60-80dBGMSK是是GSM的优选方案的优选方案实现简单，在原实现简单，在原MSKMSK调制器增加前置滤波器调制器增加前置滤波器对前置滤波器的要求对前置滤波器的要求:带宽窄且为锐截止型带宽窄且为锐截止型 有较低的过脉冲响应有较低的过脉冲响应 保持输出脉冲的面积不变保持输出脉冲的面积不变目的：抑制高频分量，防止过量的瞬时频率偏移、目的：抑制高频分量，防止过量的瞬时频率偏移、以及满足相干检测的需要以及满足相干检测的需要高斯滤波器满足以上要求高斯滤波器满足以上

18、要求第2章 调制解调 Mobile Communication Theory1 1 .高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性GMSKGMSK就是就是基带信号基带信号经过经过高斯低通滤波器高斯低通滤波器的的MSKMSK，如图，如图2.92.9图2.9第2章 调制解调 Mobile Communication Theory1 1 .高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性频率特性频率特性H(f)和冲激响应和冲激响应h(t)高斯滤波器具有指数形式的响应特性，其中高斯滤波器具有指数形式的响应特性，其中幅度特性幅度特性为为 冲激响应为冲激响应为令令Bb为为H(f)的的3dB带宽，因为带宽，因为H(0)

19、1，则有：，则有：H(f)|f=Bb=H(Bb)=0.707,可以求得可以求得a:第2章 调制解调 Mobile Communication Theory1 1 .高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性令令t t=t/Tb，并把，并把a=1.7 Bb代入代入并设并设Tb=1，则有，则有设设要要传传输输的的码码元元长长度度为为Tb，速速率率为为Rb=1/Tb，以以Rb为为参参考，对考，对f 归一化：归一化：x=f/Rb=f Tb，则归一化则归一化3dB带宽为：带宽为：这样，用归一化频率表示的频率特性就为这样，用归一化频率表示的频率特性就为H(x)：第2章 调制解调 图2.10给定给定xb,就

20、可以计算出就可以计算出H(x)、h()并画出它们的特性曲线并画出它们的特性曲线如图如图2.10。第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2.2.GMSK GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径 设设要要发发送送的的二二进进制制数数据据序序列列 b bk k(b bk k =1)1)所所用用线线路路码码为为NRZNRZ码码，码码元元起起止止时时刻刻为为T Tb b的的整整数数倍倍,此此基基带带信信号号经经过过高高斯滤波器后输出为斯滤波器后输出为信号对调频器调频，输出为信号对调频器调频，输出为附加相位为附加相位为第2章 调制解调 Mobile Commun

21、ication Theory在在一一个个码码元元结结束束时时，相相位位的的增增量量取取决决于于在在该该码码元元期期间间q(t)曲线下的面积曲线下的面积Ak：2 2 .GMSK.GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径 Tb/2)第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2 2 .GMSK.GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径 图2.13例如图例如图2.13，xb=0.3，截取，截取g(t)的长度为的长度为3Tb(N=1)的情况。的情况。在在bk期间内，期间内，q(t)曲线只由曲线只由bk及其前后一个码元及其前后一个码元bk-1、bk+1所确定。

22、所确定。当这三个码元同符号时，当这三个码元同符号时，Ak有最大值有最大值Amax，设计调频器的参数，设计调频器的参数kfm，使，使这样调频器这样调频器输出就是一个输出就是一个GMSKGMSK信号。信号。第2章 调制解调 图2.14第2章 调制解调 Mobile Communication Theory经过预滤波后的基带信号经过预滤波后的基带信号q(t)，相位函数，相位函数(t)和和GMSK信号的例子如信号的例子如图图2.15：2 2 .GMSK.GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径 图2.15第2章 调制解调 Mobile Communication Theory3.3.GMSK

23、GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调因为因为因此常常采用因此常常采用正交调制正交调制方法。在实际的应用中可以事先方法。在实际的应用中可以事先制作制作和和两张表，根据输入数据通过查表两张表，根据输入数据通过查表读出相应的数值，得到相应的读出相应的数值，得到相应的和和波形。波形。（1）调制）调制第2章 调制解调 Mobile Communication Theory3.3.GMSK GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调GMSK正交调制方框图如图正交调制方框图如图2.16所示。所示。图图2.16第2章 调制解调 图2.16第2章 调制解调 Mobile Communication Theor

24、yGMSK可以用相干方法解调可以用相干方法解调,也可以用非相干方法解调。也可以用非相干方法解调。这里介绍这里介绍一比特延迟差分解调方法一比特延迟差分解调方法（非相干解调）（非相干解调）,其原其原理如图理如图2.18。（2）解调解调设接收到的信号为设接收到的信号为 3.3.GMSK GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调图2.18第2章 调制解调 Mobile Communication Theory和和s(t)相乘得相乘得x(t)经过低通滤波同时考虑到经过低通滤波同时考虑到 ，得到，得到y(t)3.3.GMSK GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调则则W(t)为为式中：式中：DqDq(t

25、)是一个码是一个码元的相位增量。元的相位增量。第2章 调制解调 Mobile Communication Theory在在t=(k+1)Tb时刻对时刻对y(t)抽样得到抽样得到y(k+1)Tb)，它的符号取，它的符号取决于决于的符号，判决准则为的符号，判决准则为:即0判决解调的数据为判决解调的数据为=+1即0判决解调的数据为判决解调的数据为=-13.3.GMSK GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调第2章 调制解调 Mobile Communication Theory3.3.GMSK GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调解调过程的各波形如图解调过程的各波形如图2.19所示，其中设所示

26、其中设A(t)为常数。为常数。图2.19第2章 调制解调 Mobile Communication Theory4.4.GMSK GMSK功率谱功率谱对对GMSK信信号号功功率率谱谱的的分分析析是是比比较较复复杂杂的的，图图2.20是是计计算算机机仿仿真真得得到到xb=0.5、1和和xb=（MSK）的功率谱。的功率谱。从图中可见，随从图中可见，随着着xb的减小频谱的减小频谱效率越高，但效率越高，但xb过小会使码间干过小会使码间干扰（扰（ISI）增加。）增加。图图2.20第2章 调制解调 GMSK最吸引人的地方是具有最吸引人的地方是具有恒包络特性恒包络特性，功率效率，功率效率高，可用非线性功率

27、放大器和非相干检测。高，可用非线性功率放大器和非相干检测。GMSK的缺点是频谱效率还不够高。的缺点是频谱效率还不够高。在北美，频率资源紧缺，系统采用具有更高频谱效率在北美，频率资源紧缺，系统采用具有更高频谱效率的调制方式，这就是的调制方式，这就是/4-QPSK。第2章 调制解调 2.2.4 2.2.4 高斯滤波的移频键控高斯滤波的移频键控(GF(GFS SK)K)调制调制由由前前面面的的讨讨论论可可知知，MSK和和GMSK两两种种调调制制方方式式对对调调制制指指数数是是有有严严格格规规定定的的，即即h=0.5，从从而而对对调调制制器器也也有有严严格格的要求。的要求。GFSK吸吸取取了了GMSK

28、的的优优点点，但但放放松松了了对对调调制制指指数数的的要要求，求，通常调制指数在通常调制指数在0.40.7之间即可满足要求。之间即可满足要求。例例如如在在第第二二代代无无绳绳电电话话系系统统(CT-2)标标准准中中规规定定，发发射射“+1”时对应的频率比时对应的频率比fc低低14.4kHz到到25.2kHz。因因此此，GFSK调调制制的的原原理理框框图图如如图图2-22所所示示。GFSK与与GMSK类似，是连续相位的恒包络调制。类似，是连续相位的恒包络调制。第2章 调制解调 图2-22GFSK调制的原理框图第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2.32.3 P

29、SKPSK调制调制2.3.1二相调制二相调制BPSK2.3.2四相调制四相调制QPSK和偏移和偏移QPSK-OQPSK2.3.3/4-QPSK第2章 调制解调 移相键控移相键控(PSK)PSK)19861986年前，线性高功率放大器成本较高，因此采用恒年前，线性高功率放大器成本较高，因此采用恒包络的包络的CPMCPM调制实现高功率效率。之后，线性功率放调制实现高功率效率。之后，线性功率放大器已取得实质性进展。大器已取得实质性进展。PSKPSK是一种线性调制技术，具有带宽效率高、频谱利是一种线性调制技术，具有带宽效率高、频谱利用率高等特点用率高等特点移动通信中，一般采用性能优良的绝对移相体制而不

30、移动通信中，一般采用性能优良的绝对移相体制而不采用相对移相体制，虽然相对移相体制可以解决相位采用相对移相体制，虽然相对移相体制可以解决相位模糊度问题。而模糊度问题。而CDMACDMA中，常采用导频信道传送载波信中，常采用导频信道传送载波信息进行相干解调。息进行相干解调。第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2.3.12.3.1 二相调制二相调制BPSKBPSK1.1.二相调制信号二相调制信号S SBPSKBPSK(t t)在二进制相位调制中，二进制的数据在二进制相位调制中，二进制的数据b bk k=1 1可以用相位不同可以用相位不同取值表示，例如取值表示，例如

31、 其中其中由于由于，所以，所以BPSKBPSK信号一般也可以表示为信号一般也可以表示为 第2章 调制解调 Mobile Communication Theory 设二进制的基带信号设二进制的基带信号b b(t t)的波形为双极性的波形为双极性NRZNRZ码码,BPSK,BPSK信号的波形如图信号的波形如图3.223.22所示。所示。2.3.12.3.1 二相调制二相调制BPSKBPSK第2章 调制解调 Mobile Communication Theory功率谱功率谱 BPSK BPSK 信号是一种线性调制，当基带波形为信号是一种线性调制，当基带波形为NRZNRZ码时，其功码时，其功率谱如图率

32、谱如图3.233.23所示。所示。如图，基带波形为如图，基带波形为NRZNRZ码时码时 BPSKBPSK信号有较大的副瓣，副瓣的总功率信号有较大的副瓣，副瓣的总功率约占信号的总功率约占信号的总功率10%10%，带外辐射严重。，带外辐射严重。为了减小信号带宽，可考虑用为了减小信号带宽，可考虑用M M进制代替二进制。进制代替二进制。2.3.12.3.1 二相调制二相调制BPSKBPSK第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2.3.22.3.2 QPSKQPSK和和OQPSKOQPSKQPSKQPSK信号信号 在在QPSKQPSK调制中，在要发送的比特调制中，在要发

33、送的比特序列中序列中,每两个相连的比特分为每两个相连的比特分为一组构成一个一组构成一个4 4进制的码元，即进制的码元，即双比特码元。双比特码元的双比特码元。双比特码元的4 4种种状态用载波的四个不同相位状态用载波的四个不同相位(k=k=1,2,3,4)1,2,3,4)表示。这种对应关表示。这种对应关系叫做相位逻辑。例如系叫做相位逻辑。例如 QPSKQPSK信号可以表示为：信号可以表示为：其中其中A A为信号的幅度，为信号的幅度，为载波频率。为载波频率。第2章 调制解调 Mobile Communication TheoryQPSKQPSK信号产生信号产生 QPSKQPSK信号可以用正交调制方式

34、产生。信号可以用正交调制方式产生。把串行输入的（把串行输入的（a ak k，b bk k）分开进入两个并联的支路）分开进入两个并联的支路I I支路（同相支路）支路（同相支路）和和Q Q支路（正交支路），分别对一对正交载波进行调制，然后相加便支路（正交支路），分别对一对正交载波进行调制，然后相加便得到得到QPSKQPSK信号。信号。2.3.22.3.2 QPSKQPSK和和OQPSKOQPSK第2章 调制解调 Mobile Communication TheoryQPSKQPSK信号的功率谱和带宽信号的功率谱和带宽正交调制产生正交调制产生QPSK信号实际上是把两个信号实际上是把两个BPSK信号相

35、加。它们信号相加。它们有有相同的功率谱相同的功率谱，带宽也为，带宽也为B=Rb。频带效率。频带效率B/Rb则提高为则提高为1。已调信号功率谱的副瓣仍然很大已调信号功率谱的副瓣仍然很大，在两个支路加入升余弦特性，在两个支路加入升余弦特性低通滤波器低通滤波器(如图如图3.29)，以减小已调信号的副瓣。，以减小已调信号的副瓣。2.3.22.3.2 QPSKQPSK和和OQPSKOQPSK第2章 调制解调 Mobile Communication TheoryQPSKQPSK信号的包络特性和相位跳变信号的包络特性和相位跳变当基带信号为方波脉冲（当基带信号为方波脉冲（NRZ）时，）时，QPSK信号具有恒

36、包信号具有恒包络特性。由络特性。由升余弦滤波器形成升余弦滤波器形成的基带信号是连续的波形的基带信号是连续的波形,但但QPSK信号的包络也不再恒定。信号的包络也不再恒定。并且偶尔发生的并且偶尔发生的180度的相移，导致信号的包络在瞬时间度的相移，导致信号的包络在瞬时间通通过零点过零点，反映在频谱方面，会出现边瓣和频谱加宽的现象。，反映在频谱方面，会出现边瓣和频谱加宽的现象。为了防止旁瓣再生和频谱扩展，必须使用效率较低的线性为了防止旁瓣再生和频谱扩展，必须使用效率较低的线性放大器放大放大器放大QPSK信号。信号。对放大器线性度敏感。功率效率会降低。对放大器线性度敏感。功率效率会降低。2.3.22.

37、3.2 QPSKQPSK和和OQPSKOQPSK第2章 调制解调 QPSK是一种相位不连续的信号是一种相位不连续的信号,在码元转换的时刻，信在码元转换的时刻，信号的相位发生跳变。通过星座图可以看出跳变的幅度为号的相位发生跳变。通过星座图可以看出跳变的幅度为180和和90。第2章 调制解调 Mobile Communication Theory把把QPSKQPSK两个正交支路的码元时间上错开两个正交支路的码元时间上错开T Ts s/2=/2=T Tb b，这样每经过，这样每经过T Tb b时时间，只有一个支路的符号发生变化，因此相位的跳变就被限制在间，只有一个支路的符号发生变化，因此相位的跳变就

38、被限制在9090，减小了信号包络的波动幅度减小了信号包络的波动幅度。功率谱和带宽效率不变。功率谱和带宽效率不变。在非线性放大后仍保持带限性质，在非线性放大后仍保持带限性质，IS-95IS-95上行。上行。调制原理图和相位跳变路径为：调制原理图和相位跳变路径为：2.3.22.3.2 QPSKQPSK和和OQPSKOQPSK第2章 调制解调 Mobile Communication Theory2.3.32.3.3 /4-QPSK/4-QPSK/4-QPSK兼顾频带效率、包络波动幅度小和能采用差分检兼顾频带效率、包络波动幅度小和能采用差分检测。测。它的相位跳变最大幅度大于它的相位跳变最大幅度大于O

39、QPSK而小于而小于QPSK，只有，只有45和和135，因此信号包络波动幅度大于，因此信号包络波动幅度大于OQPSK而小于而小于QPSK。采用差分编码的采用差分编码的/4-QPSK就称作就称作/4-DQPSK。第2章 调制解调 Mobile Communication Theory/4-DQPSK/4-DQPSK信号产生信号产生/4-DQPSK可采用正交调制方式产生。其原理图如图可采用正交调制方式产生。其原理图如图3.37所示：所示：相位差分编码就是输入的双比特相位差分编码就是输入的双比特SI和和SQ的的4个状态用个状态用4个个值来表示。其相位逻辑如表值来表示。其相位逻辑如表3.2所示。所传输

40、的信息包含在两所示。所传输的信息包含在两个相邻的载波相位差之中。个相邻的载波相位差之中。2.3.32.3.3 /4-QPSK/4-QPSK第2章 调制解调 可能的取值有个：可能的取值有个：，由两个彼此偏，由两个彼此偏移移的两个的两个QPSK星座图构成，相位的跳变总是在这星座图构成，相位的跳变总是在这两个星座图之间交替进行，跳变的路径如图两个星座图之间交替进行，跳变的路径如图3.39的虚线的虚线所示：所示：Mobile Communication Theory/4-DQPSK/4-DQPSK信号的相位跳变信号的相位跳变2.3.32.3.3 /4-QPSK/4-QPSK第2章 调制解调 2.4正交

41、振幅调制正交振幅调制(QAM)Mobile Communication Theory1 1、数字调制的信号空间原理数字调制的信号空间原理信号波形的表示式和多维矢量空间的表示式存在一定程度信号波形的表示式和多维矢量空间的表示式存在一定程度的相似性，如果把信号的波形映射到矢量空间就可以很直的相似性，如果把信号的波形映射到矢量空间就可以很直观地表示观地表示欧氏距离欧氏距离了。了。对对于于一一个个确确定定的的实实信信号号 ，它它具具有有有有限限能能量量 。在在一一组完备的归一化正交函数集组完备的归一化正交函数集 中中，实实信号信号 可以由这些函数的加权线性组合来近似表示，可以由这些函数的加权线性组合来

42、近似表示，由此由此 在在 维矢量空间中就可以表示为，维矢量空间中就可以表示为，第2章 调制解调 1 1、数字调制的信号空间原理数字调制的信号空间原理Mobile Communication Theory如如果果把把M个个能能量量有有限限的的信信号号映映射射到到N维维的的矢矢量量空空间间上上，空空间中的间中的M个映射点称作个映射点称作星座点星座点，矢量空间称作，矢量空间称作信号空间信号空间。在在矢矢量量空空间间中中可可以以很很容容易易地地描描述述衡衡量量误误码码性性能能的的两两个个指指标：信号之间的标：信号之间的互相关系数互相关系数和和欧氏距离欧氏距离。符符号号之之间间相相关关性性越越大大，欧欧

43、式式距距离离就就越越小小，那那么么误误码码性性能能就越差。就越差。一一般般来来说说，调调制制阶阶数数越越高高欧欧氏氏距距离离就就越越小小。但但是是由由于于频频率资源的限制，使得调制方式必须要采用比较高的阶数。率资源的限制，使得调制方式必须要采用比较高的阶数。为为了了保保证证高高频频谱谱效效率率下下链链路路的的性性能能，可可以以相相应应的的采采用用强强有有力力的的差差错错控控制制技技术术，提提升升功功率率等等措措施施来来弥弥补补误误码码性性能能的的缺陷。缺陷。第2章 调制解调 Mobile Communication TheoryM进制的数字调制，一般可以分为进制的数字调制，一般可以分为MASK

44、MPSK，MQAM和和MFSK，它们属于无记忆的线性调制。，它们属于无记忆的线性调制。如果结合到信号的矢量空间表示，可以理解为这些不同的如果结合到信号的矢量空间表示，可以理解为这些不同的调制方式是因为采用了不同的正交函数集。一般认为在阶调制方式是因为采用了不同的正交函数集。一般认为在阶数数时为高阶调制。时为高阶调制。MASK，MQAM，MPSK这这三三种种调调制制方方式式在在信信息息速速率率和和M值相同的情况下，频谱利用率是相同的。值相同的情况下，频谱利用率是相同的。由由 于于 MPSK的的 抗抗 噪噪 声声 性性 能能 优优 于于 MASK，所所 以以 2PSK、QPSK获获得得了了广广泛

45、泛的的应应用用。并并且且ASK信信号号是是对对载载波波的的幅幅度度进进行行调调制制，所所以以不不适适合合衰衰落落信信道道。在在时时MQAM的的抗抗噪噪声声性性能能优优于于MPSK的的，所所以以阶阶数数更更高高的的调调制制一一般般采采用用的的是是QAM的形式。的形式。1 1、数字调制的信号空间原理数字调制的信号空间原理第2章 调制解调 所所以以在在采采用用高高阶阶调调制制时时一一般般使使用用的的是是8PSK、16QAM、32QAM、64QAM等形式。等形式。M维调制技术以牺牲功率获得较高的带宽效率。维调制技术以牺牲功率获得较高的带宽效率。第2章 调制解调 2 2、M M进制振幅键控（进制振幅键控

46、MASKMASK）Mobile Communication Theory用用MPAM的的数数字字基基带带信信号号的的幅幅度度直直接接对对载载波波进进行行调调制制就就能能够够得得到到MASK信信号号，每每个个比比特特映映射射为为一一个个M进制符号。进制符号。MASK信号可以表示为，信号可以表示为，假设假设 ，把，把MASKMASK信号正交展开就可以得到，信号正交展开就可以得到，其中：其中：第2章 调制解调 Mobile Communication Theory以以8ASK8ASK为例在一维空间上的信号星座图如图为例在一维空间上的信号星座图如图3-413-41所示，所示，图 3-41 8ASK的

47、信号空间图白白高高斯斯信信道道下下8ASK8ASK的的各各个个似似然然函函数数和和最最佳佳判判决决域域的的划划分分如如图图3-423-42所示，所示，图 3-42 8ASK的各个似然函数和最佳判决域的划分2 2、M M进制振幅键控（进制振幅键控（MASKMASK）第2章 调制解调 Mobile Communication Theory3 3、M M进制移相键控（进制移相键控（MPSKMPSK）MPSK信信号号是是使使用用MPAM数数字字基基带带信信号号对对载载波波的的相相位位进进行行调调制制得得到到的的，每每个个M进进制制的的符符号号对对应应一一个个载载波波相相位位，MPSK信号可以表示为，信

48、号可以表示为，由由上上式式看看出出可可以以把把MPSK信信号号映映射射到到一一个个二二维维的的矢矢量量空空间上，这个矢量空间的两个间上，这个矢量空间的两个归一化正交基函数归一化正交基函数为：为：第2章 调制解调 Mobile Communication TheoryMPSKMPSK信号的正交展开式为，信号的正交展开式为，MPSKMPSK信号的二维矢量表示为，信号的二维矢量表示为，3 3、M M进制移相键控（进制移相键控（MPSKMPSK）其中：其中：第2章 调制解调 8PSK8PSK和和16PSK16PSK的信号星座图如图所示：的信号星座图如图所示：第2章 调制解调 Mobile Commun

49、ication Theory使使用用较较多多的的是是8PSK信信号号，在在白白高高斯斯信信道道下下的的最最佳佳判判决决域域划分如图划分如图3-44所示：所示：图 3-44 8PSK的最佳判决域划分3 3、M M进制移相键控（进制移相键控（MPSKMPSK）第2章 调制解调 Mobile Communication Theory（1）QAM基本原理基本原理MASK信信号号的的矢矢量量空空间间是是一一维维的的，MPSK信信号号的的矢矢量量空空间间是是二二维维的的，随随着着调调制制阶阶数数的的增增加加，符符号号间间的的欧欧式式距距离离在在减减小小。那那么么如如果果能能充充分分利利用用二二维维矢矢量量

50、空空间间的的平平面面，在在不不减减少少欧欧氏氏距距离离的的情情况况下下增增加加星星座座的的点点数数就就可可以以增增加加频频谱谱利利用用率率，从从而而引引出出了了联联合合控控制制载载波波的的幅幅度度和和相相位位的的正正交交幅幅度度调调制制方方式式QAM。QAM方式也是高阶调制中使用得最多的，下面重点介绍。方式也是高阶调制中使用得最多的，下面重点介绍。4 4、正交幅度调制（、正交幅度调制（QAMQAM）第2章 调制解调 MQAM信信号号是是由由被被相相互互独独立立的的多多电电平平幅幅度度序序列列调调制制的的两两个正交载波叠加形成的，信号表示式为，个正交载波叠加形成的，信号表示式为，其中其中，是两组