无线通信调制__第二章
无线通信技术3.2-无线调制技术
MQAM调制中一个码元可以用平面上的一个点表示。而平面上的一个 点可以用一个矢量或复数表示。下面用复数Bi表示此点。将Mi进制的码元 Bi变成一一对应的复数Bi的过程称为映射过程。例如，若有一个码元Bi是16 进制的，它由二进制的输入码元“1100”构成，则它应进行16QAM调制 。
数字调制和解调技术
通信与信息工程学院
数字调制和解调技术
最佳接收机结构
通信与信息工程学院
数字调制和解调技术
通信与信息工程学院
数字调制和解调技术
匹配滤波法
把相关接收法中的相关器换成匹配滤波器，就变成了匹 配滤波器最佳接收机。
通信与信息工程学院
数字调制和解调技术
4.2 正交振幅调制
正交幅度调制（QAM）是用两路独立的基带信 号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边 带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内 的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。
4.3 多载波调制（正交频分复用OFDM）
数字调制和解调技术
4.3 多载波调制（正交频分复用OFDM）
3、IDFT计算
为了用IDFT实现OFDM，首先令OFDM的最低子载波频率等于0，以满 足下式
右端第一项（即n = 0时）的指数因子等于1。为了得到所需的已 调信号最终频率位臵，可以用上变频的方法将所得OFDM信号的 频谱向上搬移到指定的高频上。 其次，我们令K = 2N，使IDFT的项数等于子信道数目N的两倍， 并用对称性条件，由N个并行复数码元序列{Bi}，(其中i = 0, 1, 2, …, N – 1)，生成K＝2N个等效的复数码元序列{Bn}，(其中n = 0, 1, 2, …, 2N – 1) ，即令{Bn}中的元素等于：
现代无线通信原理：第二章无线电波传播原理1(2018)
◼ 3 移动通信系统中的电波传播
自由空间的电波传播
◼ 电波与自由空间的概念
f微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz ， 是全部电磁波频谱的一个有限频段。
f根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波 沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称
◼ 在工程设计时，已将站距、微波频率和F1m三者关系制 成曲线，如图5所示，若想求任意一点的F1时，参见用 图解法求图第一费涅耳区半径。
图解法求图第一费涅耳区半径-1
例：
已知：d1 = 10km, d2 = 40km, f = 4GHz
解：
in
F1 =
d1d2 d
= 3 108 10 40 103 4 109 50
第二章无线电波传播原理吉林大学通信工程学院无线电波传播原理移动通信系统中的电波传播电磁波传播机制概述研究无线传播的目的为估计一个闭合通信链路所需要的功率提供预测模型提供可靠通信在补偿无线传输所引起的损伤方面为接收机提供设计思无线信道模型形式物理模型考虑到传播环境的严格物理特性
第二章 无线电波传播原理
◼ 不同路由的中继段，当地面的地形不同时，对电波传 播的影响也不同。主要影响有反射、绕射和地面散射。 f 反射：主要考虑地面反射 f 地面散射：表现为乱反射，对主波束的影响小，不 需考虑。 f 绕射：在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过 障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射，将在 下节讨论。
北大无线通信讲义第二章
蜂窝系统概念
马猛 2010-03
1
内容
1 2 3 4 5 6
2
频率复用 信道分配及切换 干扰和系统容量
中继和系统容量 提高蜂窝系统的容量 小结
I. 频率复用
早期的移动通讯设计思想 是用安装在高塔天线大功 率发射的方法尽可能地覆 盖大的通讯面积。 盖大的通讯面积。这种方 法确实可以实现大面积覆 盖，但是它排除了频率再 使用的可能性。 使用的可能性。 70年代 年代Bell Lab在纽约 年代 在纽约 的移动通信系统虽可覆盖 上千平方英里的范围， 上千平方英里的范围，但 仅能提供12个通信业务信 仅能提供 个通信业务信 道。 单基站的大区制 覆盖面积大 系统容量低
8
I. 频率复用
频率复用（ 频率复用 （ Frequency Reuse， 或称频率 ， 再用） 再用）原理
在无线蜂窝系统中， 在无线蜂窝系统中，每个小区需要使用一个频率 （对TDD），或一对频率（对FDD），在对基站发射 TDD），或一对频率（ FDD），在对基站发射 ），或一对频率 ）， 功率严格控制的情况下， 功率严格控制的情况下，相隔距离足够远的两个小 可以重复使用这个频率， 区，可以重复使用这个频率，以提高频谱资源的利 用率。 用率。这种方法称为蜂窝系统的频率再用 reuse)。 （Frequency reuse)。
无线通信系统中的调制解调基础(二)：相位调制
无线通信系统中的调制解调基础（二）：相位调制
作者：Ian Poole
Adrio Communications Ltd
第二部分解释了相移键控（PSK）的多种形式，包括双相相移键控（BPSK），四相相移键控（QPSK），高斯滤波最小相移键控（GMSK），和目前流行的正交幅度调制（QAM）。
第一部分解释了调幅（AM）和调频（FM）技术，并介绍了其优点和缺点。第三部分将会介绍直接序列扩频（DSSS）技术和正交频分复用（OFDM）调制技术。
调相
相位调制是另一种广泛采用的调制技术，特别是在数据传输的应用中。因为相位和频率是相辅相成的（频变是相变的一种形式），两种调制方法可以用角度调制（angle modulation）来概括。
为了解释调相如何工作，我们首先要对相位做出解释。一个无线信号包涵了一个正弦信号的载波，幅度从正到负程波浪形变化，一个周期后回到零点，这个同样可以由一个围绕一个零点旋转的一个点来表示，如图3-13所示，相位就是终点到起点的角度。
调相改变了信号的相位，换句话来说，图中绕着原点旋转的点的位置会改变，要实现这个效果既是要在短时间内改变信号的频率。所以，当进行相位调制的时候会产生频率的
改变，反之亦然。相位和频率是密不可分的，因为相位就是频率的积分，频率调制可以通过简单的CR网络转变成相位调制。因此，相位调制与频率调制信号的边带、带宽具有异曲同工的效果，我们必须留意这个关系。
相移键控
相位调制可以用来传输数据，而相移键控是很常用的。PSK在带宽利用率上有很多优势，在许多移动电话无线通信的应用中广为采用。
第二章 无线通信链路分析
第二章无线通信链路分析
2.1系统工程中的系统链路预算
通信链路（link）属于系统的哪一部分？链路不仅指发射机与接收机之间的信道或者区域，还包括整个通信路径：从信源开始，通过所有的编码和调制过程，经由发射机和信道，直到包含所有信号处理功能的接收机，最后结束于信宿。
下面介绍链路分析的定义，并解释链路分析在通信系统设计中的作用。链路分析及其结果即是链路预算（link budget ),包括对接收端获得的有用信号功率、干扰噪声功率的计算和表格化。链路预算权衡了增益和损耗，概括了发送接收资源、噪声源和信号衰减的详细分配比例，及其对整个链路过程的影响。一些预算参数是统计性的（比如信号衰落容许值）。链路预算是一种评价通信系统差错性能的评估（estimation）技术。差错概率与Eb/No的关系曲线具有“像瀑布一样”的形状。对于高斯噪声信道的各种调
制方式而言，其Eb/No与差错概率相关联。一旦选定调制方式，给定的差错概率对应着曲线图上的某一点。换言之，要求的差错性能规定了满足性能要求的接收机所要达到的Eb/No值。链路分析的主要目的是确定图3.6的实际（actual）系统工作点，并验证该点的差错概率小于或者等于系统的要求。在通信系统设计时使用的许多说明、分析和制表中，链路预算是一个重要的基本工具，它为系统工程师提供对系统的整体了解。
通过链路预算，人们可以知道整个系统的设计和性能。例如，链路余量说明系统能充裕地满足需求，还是刚好或根本不能满足需求。链路分析可以反映系统是否存在硬件限制，以及是否能在链路的其他部分弥补该限制。链路预算经常作为分析系统权衡、配置变化以及系统细微变化和相关性的参考依据，并且，若将其与其他建模技术结合将有助于预测设备的重量和大小、主要功率要求、技术风险以及系统成本。链路预算对系统工程师来说至关重要，它代表了系统性能优化的“底线”。
无线通信基础知识
881MHz二次混频超外差接收机方框图
一个超外差式接收机应包括下列几部分： 1．高频放大部分，包括高频放大器、中频放
大器、以及相应的选择性电路； 2．变频器，包括混频器与本机振荡器； 3．解调器，对调幅信号用检波器，对调频信
超短波通信、微波通信和卫星通信等。所谓工作频率，主 要指发射与接收的射频（RF）频率。射频实际上就是 “高频”的广义语，它是指适合无线电发射和传播的频率。
按照通信方式来分类，主要有双工、 半双工和单工方式。 按照调制方式的不同来划分，有调幅、调频、调相以及混
合调制等。
按照传送的消息的类型分类，有模拟通信和数字通信，也 可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。
无线通信系统组成
1. 发送设备 （1）信息源：提供需要传送的信息。 （2）变换器（换能器）：将被发送的信息变换为电信号。例如话筒将声音变
为电信号。 （3）发射机：将换能器输出的电信号变为足够强度的高频振荡。 （4）发射天线：将高频振荡变成电磁波向传输媒质辐射。 2．接收设备 （1）接收天线：将空间传播到其上的电磁波变换成高频电信号。 （2）接收机：将高频电信号放大、变换成较低频率的电信号。 （3）变换器（换能器）：将电信号变换成所传送信息。 （4）受信人：信息的最终接受者。 3．传输媒体 无线通信的传播媒体是无线电波，不同频段无线电波信号的产生、放大和接
第二章 无线通信中的调制技术与
2021年7月24日星期六
无线通讯中的调制技术
1. 无线电波的传达特性 2. 各个波段的传达特点 3. 无线电信号的衰减 4. 无线信道 5. 移动通讯中电波的调制
无线电波的传达特性
移动通讯的一个重要基础是无线电波的 传达，无线电波经过多种方式从发射天 线传达到接纳天线，我们依照无线电波 的波长人为地把电波分为长波〔波长 1000米以上〕，中波〔波长100-1000 米〕，短波〔波长10-100米〕，超短 波和微波〔波长为10米以下〕等等。
三种常用的数字调制技术
1〕 幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)， 调幅
2〕 频移键控FSK(Frequency Shift Keying)， 调频
3〕 相移键控PSK(Phase Shift Keying) ，调 相
三种常用的数字调制技术〔续 〕
载波 S(t) = A cos (t+) SHale Waihona Puke Baidut)的参量包括： 幅度A、频率 、相位 调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变
低频信号内在的缘由
上述的低频信号，所对应的波长从十几 公里到几千公里，要制造如此庞大的天 线，是不能够的；
即使有能够把这种低频信号发射出去， 各个发射台所发送的将是异样的频率范 围，相互关扰使接纳机无法选择所需的 信号；
航空通信系统第二章 无线电收发原理
信号变换为所需的调幅波信号，然后加到发射天 线上去。
三、接收机的基本组成
三、接收机的基本组成
接收天线:将空间电磁波转换为微弱的高频振荡信号。 高频放大器:放大天线上感生的有用信号；同时利用放大器中的谐
振系统抑制天线上感生的其它频率的干扰信号。 混频器:高频调幅波信号不失真地变换为固定中频的调幅波信号 本机振荡器:产生高频本地振荡信号。 中频放大器:放大中频调幅波信号。 振幅检波器:实现解调功能，它将中频调幅信号变换为反映所传送
40dB（主波功率的万分之一）。 末级负载阻抗：为了便于使用者选配合适的天线和馈线，对
末级负载阻抗应有所规定。如小功率晶体管发 射机多为50欧姆或75欧姆。
五、接收机的主要性能指标
灵敏度：灵敏度表示接收机接收弱信号的能力。灵敏度的完整 定义是：在接收机输出端满足一定的输出功率和信噪 比的条件下，天线上所需的的最小感应电动势（或场 强）。
解调(调制的逆过程)
它是从已调波信号中恢复出携有信 息的电信号的一种处理方式，对应不同 的调制方法，其解调方法也不一样。
二、发射机的基本组成
高频振荡器:产生高频振荡信号。 高频放大器:放大振荡器产生的振荡信号。 话筒:用来将语音转换为电信号。 调制信号放大器:用来放大话筒变换来的电信号，并提供足够
现代无线通信原理第二章2
路径1 路径2
1 0 1 0 1 0
合成
(11100101)时延扩展及ISI
2.4.3 多径衰落概述（续3）
时延扩展的程度与反射体以波长计算的远近有关： 近的时延小，远的时延大。 如果已调制信号的持续时间比传播路径迟延展宽大 得多，信道对信号的影响小，甚至不带来线性失真 。此时信道是平衰落（FLAT）的，或频率非选择性 （Frequency-nonselective）衰落信道。若调制信号的 持续时间比传播路径迟延展宽小，则信道对信号造 成线性失真。信道属于频率选择性衰落（Frequency selective Fading）信道。
3、线性频变信道
H ( f , v ) F [ H ( , v )] H ( , v )e j 2 f d 1 H ( , v ) F f [ H ( f , v )] H ( f , v )e j 2 f df
n 1
N
2.4.5 信道的冲激响应模型（续5）
2.4.5 信道的冲激响应模型（续6）
2.4.5 信道的冲激响应模型（续7）
信道函数--时变传输函数
定义：LTV信道的时变传输函数是冲激响应h(τ,t) 关于时延变量τ的傅里叶变换。 设H(f,t)表示信道传输函数，则有如下傅里叶变换对：
H ( f , t ) F [ h( , t )] h( , t )e j 2f d 1 h( , t ) F f [ H ( f , t )] H ( f , t )e j 2f df
第二章无线电通信的基础知识
第三章 MF/HF单边带通信设备
第一节电波与天线的基本知识
GMDSS系统中，无论是地面系统还是空间系统，都属于无线电通信系统，任何无线电通信系统都包括发射端、接收端、传输信道三全环节，其中无线电波的传播对通信质量有重大的影响，作为通信人员首先应了解无线电波的传播规律。
一、无线电波的基本概念
1、无线电波的产生与传播
无线电波实质上就是一种电磁波：频率10Hz~1023Hz
2、波长、速度、频率的关系
λf=c
3、无线电波的波段划分
二、无线电波的传播途径及其特点
1、地波传播
沿地表面绕射传播的波：
传播距离与频率有关，波长越长，距离越远与地表导电性有关
稳定性好，基本不受气候条件影响
2、空间传播
在地表面上空至少一个波长以上的空间传播
3、电离层传播（天线）
通过电离层传播：不稳定，有衰落现象；存在盲区（寂静区）
三、常用船舶天线
1、天线基本理论
（1）天线的方向性
（2）天线的效率
（3）天线的辐射电阻
（4）天线的电流分布
2、船舶常用天线介绍
（1）T型
（2）倒L型
（3）直立桅杆式天线
（4）鞭状天线
第三章MF/HF单边带通信设备
一、MF/HF单边带通信设备概述
GMDSS系统是原有遇险系统的自然发展，是在原有的MF/HF/VHF通信系统进行改造而形成的，在GMDSS系统中，MF/HF不仅要完成无线电话业务，而且还要完成遇险报警，搜救协调通信，搜救现场通信及日常通信，为了保证GMDSS地面通信系统各种功能的实现。对MF/HF设备提出新的要求：
1、设备应形成组合式结构
2、设备应有一个合理的操作程序，最重要
的是：自动报警；自动值守；自动通信；
现代无线与移动通信系统课程(第二章).
守候状态 1
① 所有用户停在呼叫信道内，处于守候状态 ② 主呼用户自动寻找空闲话务信道，若有空闲信道则在呼叫信道中 发主呼叫信道 ③ 主呼用户发出呼叫信号后，自动转入所寻找的空闲话务信道上等 待应答。被呼用户确定呼叫信号后，自动转入该空闲话务信道上，作 出应答，并建立通信。 ④ 挂机状态 双方通话完毕，各自由话务信道返回呼叫信道内。
指定呼叫信道
基站在空闲信道中可选择中一个空闲信道，作为临时的 呼叫信道，在此信道上基站发出空闲信号 网 内 电 台 进 行 自 动 信 道 扫 描 ，搜 索 到 基 站 的 空 闲 信 号 就 停 止扫描并定位在该信道上，处于守候 用户在该临时呼叫信道上呼叫，被呼方也在该信道上应 答，并建立通信。 此 时 该 信 道 变 为 话 务 信 道 ，而 基 站 再 找 个 空 闲 信 道 作 为 临 时呼叫信道
例：C=3 次/天，T=120 秒/次，K=10% 则 a=0.01Erl/用户 （专网 a=0.06，中国 a 将大于 0.1） 用 a 代替 An
A 则：U ，总用户数 a
m U / N ，每信道用户数
例： B=0.05 a=0.01 若有 N=5 U=？
2.218 221 N=5 查表 A=2.218 U 0.01
④ 蜂窝系统的同频干扰
C C m I IK
k 1
m：干扰源的总数
通信原理第二章(信道)习题及其答案
第二章（信道）习题及其答案
【题2－1】设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为
0()()d H K t ωϕωω⎧=⎨=-⎩
其中，0,d K t 都是常数。试确定信号()s t 通过该信道后的输出信号的时域表达式，并讨论之。
【答案2－1】 恒参信道的传输函数为：()0()()d j t j H H e K e ωϕωωω-==，根据傅立叶变换可
得冲激响应为：0()()d h t K t t σ=-。
根据0()()()i V t V t h t =*可得出输出信号的时域表达式：
000()()()()()()d d s t s t h t s t K t t K s t t δ=*=*-=-
讨论：题中条件满足理想信道（信号通过无畸变）的条件：
()d d H ωωφ
ωωτττ⎧=⎨⎩常数（）＝－或＝ 所以信号在传输过程中不会失真。
【题2－2】设某恒参信道的幅频特性为[]0()1cos d j t H T e ωω-=+，其中d t 为常数。
试确定信号()s t 通过该信道后的输出表达式并讨论之。
【答案2－2】 该恒参信道的传输函数为()0()()(1cos )d j t j H H e T e ωϕωωωω-==+，根据傅立
叶变换可得冲激响应为：
0011()()()()22d d d h t t t t t T t t T δδδ=-+--+-+
根据0()()()i V t V t h t =⊗可得出输出信号的时域表达式：
0000011()()()()()()()2211 ()()()22d d d d d d s t s t h t s t t t t t T t t T s t t s t t T s t t T δδδ⎡⎤=⊗=⊗-+--+-+⎢⎥⎣⎦
宽带无线通信 第二章 信道模型1
Pr ∝ d − n
n≈4
国家重点实验室
一、信道基本特性
举例：Determine the critical distance for the two-ray model in an urban microcell (ht = 10m, hr = 3 m) and an indoor microcell (ht = 3 m, hr = 2 m) for fc = 2 GHz. Solution:
其中fc 是载波频率(MHz，150MHz－ 1500MHz)，hte是发端(基站)天线有效 高度(m，30m－200m)，hre是收端(移 动台)天线有效高度(m，1m－10m)，d 是收发端距离(km，1km－20km)， a(hre)是移动台天线的校正参数，是覆 盖面积的函数。 hte
国家重点实验室
二、传播预测模型
• Hata模型
对于中小城市，移动天线的修正因子为：
a (hre )(dB) = (1.1 lg f c − 0.7)hre − (1.56 lg f c − 0.8)
对于大城市，移动天线的修正因子为（建筑物平均高度超过15m）
当f c ≤ 300MHz 时， a (hre )(dB) = 8.29(lg 1.54hre ) 2 − 1.1
InH Umi Uma Rma SMa
曾召华:LTE基础原理和关键技术，西电版，2010
5G无线通信中的信号传输与调制技术优化
5G无线通信中的信号传输与调制技术优化第一章：引言
随着移动通信技术的发展和人们对网络需求的不断增长，无线通信已成为现代社会中不可或缺的一部分。5G作为当前最新一代的无线通信技术，具有更高的传输速度、更低的延迟和更大的容量。在5G无线通信中，信号传输与调制技术的优化至关重要，可以对网络性能和系统效率产生巨大影响。本文将围绕5G无线通信中的信号传输与调制技术优化展开讨论。
第二章：5G无线通信的概述
首先，本章将简要介绍5G无线通信的概念和特点。5G无线通信相较于4G有着更高的带宽、更低的时延、更大的连接密度和更好的可靠性，可以支持物联网、虚拟现实、智能交通等多样化的应用场景。然而，高速率和大容量的数据传输仍然是5G系统的关键特征。因此，信号传输与调制技术的优化对于5G无线通信的成功实现至关重要。
第三章：信号传输技术的优化
本章将详细介绍5G无线通信中信号传输技术的优化。首先，对于5G系统而言，多天线天线技术被广泛应用以提高信号传输的可靠性和数据传输速率。通过利用天线阵列的波束赋形技术，可以实现空间域多路复用和波束跟踪，从而提高信道容量和系统性
能。此外，自适应编码调制（ACM）技术可以根据信道质量和传
输要求动态地选择最佳调制方式，以提供最高的传输速率和可靠性。
第四章：调制技术的优化
本章将详细介绍5G无线通信中调制技术的优化。高效的调制
技术对于提高信号传输的效率和可靠性至关重要。在5G系统中，正交频分多路复用（OFDM）被广泛使用，其通过将数据流划分
为多个低速率的子载波并进行并行传输，以增加频谱利用率和系
移动通信第二章-调制技术
02
调相（PM）调制
调相调制是通过改变载波信号的相位来传输信息信号的调制方式。调相
调制具有抗干扰能力强、失真小、动态范围大等优点，广泛应用于卫星
通信、雷达等领域。
03
调幅（AM）调制
调幅调制是通过改变载波信号的振幅来传输信息信号的调制方式。调幅
调制具有实现简单、成本低等优点，但抗干扰能力较弱，失真较大，动
移动通信第二章-调制技术
• 调制技术概述 • 常见调制技术 • 高级调制技术 • 调制技术的性能比较 • 调制技术的发展趋势
01
调制技术概述
调制技术的定义
调制技术
是将信息信号转换为适合传输的载波信号的过程，即将信息信号调 制到载波信号上。
调制技术的作用
通过调制技术，可以将信息信号转换为适合传输的载波信号，实现 信息的传输和通信。
03
高级调制技术
正交幅度调制（QAM）
总结词
正交幅度调制是一种数字调制方式，通 过将两个独立的正弦波和余弦波信号进 行调制，实现信号的传输。
VS
详细描述
QAM通过将输入的二进制数据转换为振 幅和相位的变化，在载波信号上实现调制 。根据所使用的振幅和相位的不同， QAM有多种形式，如16-QAM、64QAM等。QAM具有较高的频谱效率和抗 干扰能力，因此在高速数据传输中得到广 泛应用。
无线通信技术-第二章 无线电的传播(二)
2013年4月25日
1
5
11
2.2小尺度衰落和多径效应
例题2：一个多径信道的冲击响应模型如下图所示，计算该信 道模型的平均附加时延和时延扩展。
2013年4月25日
12
2.2小尺度衰落和多径效应
由相干带宽分类的两种衰落类型 （1）频率选择性衰落 B信号<B相关 （2）平坦衰落(非频率选择性衰落） B信号>B相关 如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产生符号间 干扰(ISI)，并且调制脉冲将会产生时域扩展，从而进入相邻 符号； 均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应产生的符号间干 扰(ISI)。
8
2.2小尺度衰落和多径效应
小尺度衰落：
例题：若一发射机发射载频为1850MHz，一列火车（载有接收机）以 350Km/h的速度运动，计算在以下情况下接收到的信号的载频： （1）火车沿直线朝向发射机运动； （2）火车沿直线背向发射机运动； (3）汽车运动方向与入射波方向成直角 解答：
∗
97.22 / ，
多普勒频移
由于移动台与基站的相对运动，每个多径波都经历了明显的频移过程。 移动引起的接收机信号频移被称为多普勒频移。
2013年4月25日
5
2.2小尺度衰落和多径效应
影响小尺度衰落的因素
(1) 多径传播
信道中反射物的存在，构成了一个不断消耗信号能量的环境，导致接收信号幅度、相位以 及到达时间的变化。多径传播常常延长信号基带部分到达接收机所用的时间，由码间干扰引 起信号模糊。 (2) 移动台的运动速度 移动台相对于基站运动，会引起随机频率调制，这是由多径分量存在的多普勒频移引起 的。多普勒频移是正频移还是负频移取决于相对运动的方向。 (3)环境物体的运动速度 如果无线信道中的物体处于运动状态，就会引起时变多普勒频移。如果环境物体以大于 移动台的移动速度运动，那么这种运动将对小尺度衰落起决定作用。否则，可仅考虑移动台 运动速度的影响，而忽略环境物体运动速度的影响。 (4) 信号的传输带宽 如果无线信号的传输带宽大于多径信道带宽，接收信号将会失真，但是接收信号的强度 不会衰落很多。后面将会看到，信道带宽可用相关带宽量化。相关带宽是一个频率范围，在 此范围内，传输信号的幅度保持很强的相关性。若相对于信道带宽来说，传输信号为窄带信 号，则信号幅度就会迅速改变，但信号不会出现时间失真。
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§2.1 调制原理和分析工具
1. 调制的目的
将信号变换为适于信道传输的形式
（在无线通信中）频率变换
2. 基本方法
用待传信号以某种方式改变载波（如正弦）
a t Acosct
可改变A 和/或
inst
d ct
dt
c
d
dt
依改变哪个（或哪几个）参数可得到不同的 调制类型
3. 调制分类 调制A 和/或
● 系统结构
★ 在判决器输入端无ISI，要求发送滤波器和 接收滤波器串联后的整体必须遵守奈奎斯 特准则，而不是单独的发送滤波器
★ 若出现在接收滤波器的噪声为白噪声，应 使接收滤波器匹配于传输信号波形
● 求解满足要求的滤波器
T f R f RC f R f ＝T f
解得
奈奎斯特准则
2
exp
n2
2 2
为噪声的标准差，其方差为
2＝n2＝Pn
2. 带限高斯白噪声 ● 带限平坦功率谱密度
单边功率谱密度 N0
● 可视为载波幅度和相位受随机调制
● 表示式
nt At cos ct t np t cosct nq t sinct
● 若 n 服从高斯分布
★ np t 和 nq t 必独立也为高斯分布，且
§2.1.2 星座图 1. 基本概念
bt bp t jbq t
bq t 对于 bp t 曲线
★ 复基带信号阿干特图（两垂直轴一为实数轴 一为虚数轴信号
★ 表示幅度和相位可能状态的点构成
2. BPSK及QPSK的星座图
★ 等效于极坐标 幅度A：到原点的距离 相位 ：与正实轴夹角
§2.1.3 已调信号的频谱 1. 已调信号频谱与复基带信号频谱的关系 ● 一般描述 频谱搬移关系：上边带 下边带 ★ 实基带信号： 频谱对称 上下边带镜像对称
2. BPSK ● 调制相位
'0', '1', 0
● 已调信号波形
● 已调信号建模为载波和基带信号的乘积 基带信号给出了已调信号大多数的重要信息
● 基于模型的实现
★ BPSK模型不能产生除0 、 外的其它相 位，用 于一般已调信号的表示还需进行 推广
3. I/Q 调制器 ★ 可用于产生任意给定相位和幅度的信号
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第二章 线性调制原理
§2.1 调制原理和分析工具 §2.2 线性和指数调制 §2.3 数字传输基础 §2.4 基本线性调制方案 §2.5 多电平调制方案 §2.6 系统应用
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§2.0 引言
● 线性和非线性调制的区别 ● 分析和图示工具
★ 已调信号的复基带表示 ★ 星座图 ★ 通信信号的脉冲叠加模型 ● 基本概念 ★ 奈奎斯特滤波器 ★ 匹配滤波器 ● 线性调制 BPSK QPSK MPSK QAM
见 P21 式 (2.10)
1. 线性调制 适用于脉冲叠加模型的调制
★ 已调信号和符号值间为线性关系
bt di g t iT i
a t Re b t e jct
★ 通过适当选择 di 可能的取值，线性调制可 产生所希望的任何幅度和相位组合，从而
任何幅度键控、相位键控以及两者任意的组 合均为线性调制 2. 指数调制
= Re bp t cosct bq t sinct
j bp t sinct bq t cosct
= bp t cosct bq t sinct
★ 数学证明
a t At cos ct t = At cos t cosct At sin t sinct
= Re b t e jct
2
1
= 2
b
t
e j c tdt
＋
b
t
e
j
c
t
dt
=
1 2
B
c
B
c
★ 复基带信号包含了已调信号所有重要的信 息。
★ 已调信号的频谱，仅为基带谱简单搬移到载 波处的结果
2. 已调信号功率与复基带信号功率间的关系
S
A 2 d
1 2
B
c
B
c
2
● 定义 FSK 包含对相 位变化率的调制，即复基带
信号的相位 t ＝didt , 而幅度恒定（不失
一般性，令其为1）, 从而
b t e jdidt
a t Re b t e jct
★ 已调信号和符号值间为指数关系
●例
di 1 2FSK
a t
Re e jdte jct Re e jdte jct
则
G
f
H
f
exp 2
jfT
df
s2 T n2
1
2
N0 H
f
2
df
G
f
exp 2
jfT
2
df
H
f
2
df
1
2
N0 H
f
2
df
当 H f kG f exp-2 jfT 等式成立， s2 T n2 达到最大
即 H f G f 时，达到最大信噪比
也就是说，当接收滤波器的响应匹配于信号 脉冲的谱时，输出信噪比最大
无线通信调制与编码
next
本课程主要内容
第一章 调制和编码介绍 第二章 线性调制原理 第三章 非线性系统调制 第四章 调制解调器设计 第五章 前向纠错编码原理 第六章 循环分组码 第7章 卷积码
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第八章 策九章 第十章 第十一
编码调制 在多径信道上的调制与编码 正交频分复用（OFDM） Turbo码
●例
经三阶勃脱瓦兹滤波，截止频率
fc
1 2T
引起 ISI
★ 时域扩展是限制信号带宽的必然结果。通过 仔细选择滤波器，有可能消除 ISI
★ 要求滤波后的脉冲在除当前抽样时刻外的所 有其它抽样时刻均过零
2. 奈奎斯特时域准则
g
iT
1 0
i0 i0
3. 奈奎斯特频域准则
G
k
f
k T
T
f 1 2T
★ 复基带信号 频谱并不一定镜像对称 上下边带也并非一定镜像对称
● 数学表述
a t Re b t e jct
1 2
b
t
e jct＋b
t
e－jct
A
1 2
b t
e jct＋b
t
e－jct e－jtdt
1
=
b
t
e j c tdt
＋
b t e jc tdt
2FSK di 1
bp t cosd t
bq t sind t
★ 已调信号的幅度恒定不变，线性调制可 能是变化的
§2.3 数字传输基础
奈奎斯特滤波器 匹配滤波器 独立应用于基带信号 联合应用于无线系统 2.3.1 奈奎斯特滤波器 1. 基本概念 通信信号必须位于限定的带宽之内，这意 味着复基带信号的带宽也是受限的 限制信号带宽会引起信号在时域的扩展
bt di g t iT i
di 表示第 i 个符号的值，一般为复数
BPSK 取 1
QPSK 1 j 2
gt 脉冲成型函数，一般为实函数
gt 通常的形状
▲ 时长为一个符号周期的矩形脉冲 图2－13
▲ 对其进行低通滤波后的波形（可能导 致相邻符号波形间的交叠） 图2－14
★ 该模型适用范围很宽，但并非对所有信号 均适用
1
★ 意味着信号（双边带）带宽决不能低于T
★ 残留对称性
幅度谱关于 f
1 2T
奇对称
4. 升余弦滤波器
● 频域数学式
1
G
f
1 2
1-sin
t
f
1 2T
0
● 时域数学式
f 1 1
2T
1 1 < f 1 1
2T
2T
f 1 1
2T
gt 2cos t T sin t T t 1 4t2 2 T 2
n2 1 2
N0 H
f
2
df
从而，输出信噪比
G
f
H
f
exp 2
jfT
df
s2 T n2
1
2
2 N0 H f df
由柯西－许瓦兹不等式
X
f
Y
f
df
2
X
f
2
df
Y
f
2
df
X f kY f 等式成立
令 X f H f Y f G f exp 2 jfT
● 频谱图
● 不同 时 的时域波 形
● 信号带宽
W 1 T rs 1
★ 应折衷考虑
2.3.2 匹配滤波器 1. 二进制基带接收机结构
★ 滤波器的目的是使其输出端信噪比最大
SNRout s2 T n2
2. 推导
输出信号
sT
G
f
H
f
exp 2
jfT
df
输出噪声功率
5. 非白噪声时的情形－白化匹配滤波器 ● 先将噪声经白化滤波器变为白噪声，再对其 输出端信号匹配
若噪声功率谱为 f N f 2 则白化滤波器为 W f 1 f
匹配滤波器幅度响应为
H f G f W f G f f
● 白化滤波器总幅度响应
H
f
overall
2. 复基带信号的频谱
B 2 F
bt b t d
F dd k gg
= F dd k G 2
dd k 、gg 分别表示数据和信号波形的自相
关函数
★ 通常，相继符号是不相关的，基带谱完全由 脉冲成型函数的谱决定
★ 在通过线路编码后，由数据和脉冲共同决定
§2.2 线性和指数调制
★ 在此，BPSK 中单个基带信号被一对信号
（分别称作同相和正交基带信号）所取代，
已调信号为
a
t
bp
t
cos
c
t
bq
t
cos
ct
2
= bp t cosct bq t sinct
★ 这一对基带信号可表示为一个复数信号
bt bp t jbq t
从而有
a t Re b t e jct Rebt cosct j sinct
d
=
1 4
B
c
2
+
B
c
2＋
2
B
c
B
c
d
= 1 2
B c
2
d
= 1 B 2 d 2
= 1 B f 2 df 2
1
= 2
b2p + bq2
§2.1.4 噪声的复基带表示 1. AWGN
● 平坦功率谱密度 单边功率谱密度 N0
● 高斯概率密度函数
pn
1
3. 时域形式
ht gT t 时间翻转、延时
4. 最大输出信噪比
G
f
exp 2
jfT
2
df
H
f
2
df
SNRout s2 T n2
1
2
2 N0 H f df
2
E H f
=1
2 N0 H f
df
2
df
2E
N0
★ 最大输出信噪比只与脉冲波形的能量有关， 而与其具体形状无关
线性
调制
调制 d
dt 非线性
2ASK BPSK 多电平
FSK MSK
MPSK QAM
二进制
> 1bit /symbol
GMSK,etc
§2.1.1 复基带表示 1.基本概念
任何已调信号（实际上任何带通信号）均 可表示为复指数信号（表示载波）和复基 带信号的乘积 ★ 基带信号包含了已调信号中除载波外的所有 重要信息 ★ 给出了已调信号的简洁表示
匹配滤波
T f R f ＝ RC f
★ 发送滤波器和接收滤波器均应为平方根 升余炫
3. 滤波器的等效噪声带宽Weff
设滤波器输入端为白噪
声，单边功率谱密度为
N0 ，则输出噪声功率谱 密度
f N0 R f 2 N0RC f
总输出噪声功率
N
0
f
df
N0
RC
0
f
df
方差相同
n2p t = nq2 t 2 Pn
★ 幅度服从瑞利分布
p
A
A
2
exp
A2
2 2
★ 相位服从均匀分布
p 1
2
0< 2
★ np t 、nq t 特性
N0
单边功率谱密度 2 N0 带宽 W 2
§2.1.5 脉冲叠加模型 1. 复基带信号模型
数据加权的时移脉冲叠加
W
f H
f
G f f
★ 仅当信号间隔大于白化滤波器带宽的倒数 时，才是最优的；否则，会引入额外失真
§2.3.3 无线系统中的奈奎斯特和匹配滤波器 1. 基本概念 通常既希望将传送信号限带而不会引入ISI又 希望使接收的信噪比最大，故必须同时实现 奈奎斯特和匹配滤波 2. 对发送和接收滤波器的要求
Re e Re e
jc d t jc d t
=
cos c
cos
c
d t d t
di 1 di 1
● 指数调制的复基带信号
b t e jdidt cos did t j sindid t = bp t jbq t
bp t cosdid t bq t sindid t
N W 0 eff
N0 T
1
Weff
T
4. I / Q 匹配滤波器 ● 结构
● 分析 匹配滤波器 输出信噪比
这里
d
2 p
2
2Ep 2N0
bp2T N0
dq2
2
bq2T N0
2
Pn
Weff
N0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N0 T
I、Q组合后输出信噪比
d
2 p
dq2
A2
bp2 bq2 T
2
2
N0
S 1 2
b2p bq2