移动通信第二章调制技术2

解：
Mj

Gp

S N
out

Ls

＝35－ （10＋3）
＝2（2 db）
2.6 多载波通信
2.6 多载波通信 一. 多载波传输系统
多载波传输首先把一个高速的数据流分解为若干个低速
的子数据流（这样每个子数据流将具有低得多的比特速率），
然后， 对每个子数据流进行符号调制（符号匹配）和滤波
cosxk +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
-1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 +1 akcos xk
πt cosxkcos 2Tb
T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T
e-jN 1t
g*(－t)
g*(－t)
Sn, 0 g(t)
e j0t
…
Sn, k g(t)
e jkt
g(t)
Sn, N－ 1
e jN 1t
＋ sn(t) 信 道 r(t)
e - j0t
g*(－t)
…
e - jk t
e-jN 1t
g*(－t)
g*(－t)
在单载波系统中， 一次衰落或者干扰就可以导致整个传 输链路失效， 但是在多载波系统中， 某一时刻只会有少部 分的子信道会受到深衰落或干扰的影响， 因此多载波系统具 有较高的传输能力以及抗衰落和干扰能力。
调制、解调技术
a 调制
-1 +1
调制、解调技术
b 解调
调制、解调技术
c 误比特率
Pe

1 2
erfc
r 2

调制、解调技术
2. 最小频移键控调制（MSK） 是一种特殊形式的FSK，频差满足两个频率
相互正交的最小频差。
即：Δ f=f2-f1=1/(2Tb) 调制指数：h f 0.5
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
πt akcos xksin 2Tb
T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T 11T 12T 13T 14T 15T 16T
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
调制、解调技术
a 调制
cos xk
akcos xk
调制、解调技术
b 解调
调制、解调技术
c 与FSK比较 1）频率利用高 2）误码率低 3）有自同步性能
相干解调： Pe 1 erfc r 2
差分相干解调： Pe 1 er 2
调制、解调技术
2. 正交相移键控（QPSK）和 交错正交相移键控（OQPSK）
st Acos k cosc t－Asin k sinc t itcosc t－qtsinc t
模/数
＋
e j? N ?1t
Sn, N－1 g(t)
模/数
IFFT/IDFT
数/模
数/模
OFDM系统的实现框图
第二子载波对第一子载波带来的ICI干扰：
第二子载波对第一 子 载 波 带 来 的 ICI干 扰
保护间隔
OFDM码 元 的 信 号 区 间
解决办法：
OFDM符 号 区 间
保护时间
OFDM符 号 的 信 号 区 间
2. 已调信号的频谱旁瓣小，避免对邻道的干扰。 3. 抗衰落性能好，误码率尽可能低。 4. 同频复用的距离小。 5. 能高效率解调，降低移动台功耗。 6. 电路易于实现。
调制、解调技术
三. 调制的分类
模拟调制：AM、FM、PM 数字调制：ASK、FSK、PSK 实际应用中的数字调制技术分为两类：
线性调制：PSK、QPSK、DQPSK、OQPSK、 π /4-DQPSK等
fn
f
(b)
(c)
二. OFDM的基本原理
Sn, 0 g(t)
e j0t
… …
g(t) g(t)
g(t)
Sn, k Sn, 0
Sn, N－ 1
Sn, k g(t)
e jkt e j0t
e jN 1t
e jkt
e jN 1t Sn, N－1 g(t)
＋ sn(t) 信 道 r(t)
＋ sn(t) 模/数
第二章 调制技术
目录
一. 什么是调制、解调？ 二. 调制的目的是什么？ 三. 调制的分类 四. 线性调制与解调 五. 恒定包络（连续相位）调制 六. （书2.5节）扩频通信 七. （书2.6节）多载波通信
调制、解调技术
调制、解调技术
一. 什么是调制、解调？
使高频信号的某个参数（如幅度、频率和相 位）随基带信号发生相应的变化，以此方法携带 基带信号的信息。
调制、解调技术
a 调制 sk t cos(ct k )
调制、解调技术
sk t cos(ct k )
coskcosct sinksinct Ukcosct Vksinct
调制、解调技术
调制、解调技术
b 解调 1) 基带差分检测
解码：
调制、解调技术
2) 中频差分检测
调制、解调技术
3) 鉴频器检测
调制、解调技术
4. QAM调制 是二进制的PSK、四进制QPSK调制的进一
步推广，通过相位和振幅的联合控制。
调制、解调技术
调制、解调技术
调制、解调技术
五. 恒定包络（连续相位）调制 1. 频移键控调制（FSK）
带宽为：B=|f2-f1|+2fs
e - j0t
g*(－t)
…
e - jk t
e-jN 1t
g*(－t)
数/模
g*(－t)
…
e j0t Sn, 0 g(t)
e jkt Sn, k g(t)
e jN 1t Sn, N－1 g(t)
＋ sn(t) 模/数
Sn, 0 g(t)
e j? 0t
模/数
…
e j? kt
Sn, k g(t)
Mj
Gp

S N
out

Ls

Mj：抗干扰容限 Ls：接收系统的工作损耗 （S/N）out：信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比
2.5 扩频通信
举例：一个扩频通信系统处理增益为35dB。要求误 码率小于10-5的信息数据解调的最小的输出信噪比 （S/N）out<10dB，系统损耗为Ls＝3dB，则干扰 容限为多少？
2）OQPSK比QPSK的频谱旁瓣要低 3）OPSK比QPSK的抗干扰能力强
调制、解调技术
3. π /4-DQPSK调制
是对QPSK的改进： 1）QPSK的相位跳变±π , π /4-DQPSK的 跳变为±3π /4，改变了频率特性。 2）QPSK只能相干解调，而π /4-DQPSK可 进行非相干解调，接收设备大大简化。
作业
1. 移动通信中对调制解调技术的要求是什么? 5. 试述MSK调制和FSK调制的区别和联系。 12. QPSK、OQPSK和π/4-DQPSK的星座图和相位转移图有何异同? 13. 试述π/4-DQPSK调制框图中差分相位编码的功能， 以及输入输出信号
的关系表达式。 19. 扩频系统的抗干扰容限是如何定义的？ 它与扩频处理增益的关系如何？ 23. 试述多载波调制与OFDM调制的区别和联系。
5. 扩频方式
直接序列（DS）：用比特率高很多倍的伪随机码即噪 声码（PN）与信号相乘，来扩展带宽。
2.5 扩频通信 跳频（FH）：用扩频码控制载波频率。
GSM系统：规定跳频频率为217跳/秒
2.5 扩频通信 跳时（TH）：用扩频码去控制信号传输的时片。
2.5 扩频通信
二. 直接序列扩频（DSS）组成与原理
调制、解调技术
3. 高斯最小频移键控（GMSK） a 调制
调制、解调技术
b 解调
调制、解调技术
4. 高斯滤波的频移键控（GFSK） a 调制
b 应用 数字无绳电话系统CT2、DECT等。
2.5 扩频通信
一. 概述 1. 扩频
2.5 扩频通信
把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。
2. 扩频通信与常规的窄带通信方式的区别：
dk -1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1
ak -1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 -1
xk
0 0 -2π π -3π -3π -3π 4π -4π -4π -4π 7π 7π 7π -7π -7π 9π
（波形形成）， 再用这样的子数据流的已调符号去调制相应
的子载波， 从而构成多个并行的已调信号，经过合成后进行
传输。
e j0t
e - j0t
Sn, 0 g(t)
g*(－t)
…
…
Sn, k g(t)
e jkt
g(t)
Sn, N－ 1
e jN 1t
＋ sn(t) 信 道 r(t)
e - jk t
QPSK星座图
调制、解调技术
a 调制
星 座 图
QPSK载波相位跳变0，±π /2， ±π
OQPSK载波相位跳变0， ±π /2
调制、解调技术
b 解调 采用相干解调
c 比较（2PSK、QPSK、OPSK） 1）QPSK比2PSK频带利用率高两倍
QPSK相当于两个2PSK的叠加，带宽不变， 而传输速率多1倍
调制、解调技术
四. 线性调制与解调
1. 相移键控调制（PSK）
设输入信号：{an}，an=±1，n=-∞,∞
则PSK的信号形式为：
st
A
cosc t Acos

c
t
，a
，a
n n

1 1
调制、解调技术
a 调制
调制、解调技术
b 解调
调制、解调技术
c 误比特率
在多载波传输技术中， 对每一路载波频率（子载波） 的选取可以有多种方法， 它们的不同选取将决定最终已调 信号的频谱宽度和形状。
第1种方法： 各子载波间的间隔足够大， 从而使各路子 载波上的已调信号的频谱不相重叠.
该方案就是传统的频分复用方式， 即将整个频带划分 成N个不重叠的子带， 每个子带传输一路子带已调信号， 在接收端可用滤波器组进行分离。 这种方法的优点是实 现简单、 直接； 缺点是频谱的利用率低， 子信道之间要 留有保护频带， 而且多个滤波器的实现也有不少困难。
1 / Tb
Tb为输入数据流的比特宽度。
调制、解调技术
S(t)


cos c t



2Tb
ak t

xk


cos
xk
cos

2Tb

t cos c t

ak
cos
xk
sin

2Tb

t sin c t

k 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
fn
f
(a)
第2种方法： 各子载波间的间隔选取， 使得已调信号的频谱 部分重叠， 使复合谱是平坦的。 重叠的谱的交点在信号功率 比峰值功率低3 dB处。 子带已调信号之间的正交性通过交错 同相或正交子带的数据得到(即将数据偏移半个码元周期)。
fn
f
fn
f
(a)
(b)
(c)
第3种方案是： 各子载波是互相正交的， 且各子载波的频谱有 1/2的重叠。 该调制方式被称为正交频分复用(OFDM)。 此时 的系统带宽比FDMA系统的带宽可以节省一半。
解调是调制的逆过程。
二. 调制的目的是什么？
使传输的模拟信号或数字信号变换成适合信 道传输的信号。
？移动通信信道的特点
调制、解调技术
移动通信信道的特：
1. 带宽有限 2. 干扰和噪声影响大 3. 存在着多径衰落
所以对调制、解调技术的要求：
1. 调制后频带利用率高（用每Hz所传的比特数来衡 量）。
1）信息的频谱扩展后形成宽带传输。 2）相关处理后恢复成窄带信息数据。
2.5 扩频通信
3. 典型扩展频谱系统框图
2.5 扩频通信
4. 优点 1） 易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率。 2） 抗干扰能力强，误码率低。
3）隐蔽性好 4）可以实现码分多址（CDMA系统使用） 5）抗多径干扰
2.5 扩频通信
恒定包络（连续相位）调制：MSK、GMSK、 GFSK等
调制、解调技术
以上两种调制的优缺点：
线性调制（一般不等幅）：
优点：频带利用率高 缺点：要求通信设备从频率变换道放大和发射保
持充分的线性，所以设备复杂、成本高
恒定包络（连续相位）调制（等幅）：
优点：可使用功率高的C类放大器 缺点：频谱利用率低
2.5 扩频通信 扩频
解扩
2.5 扩频通信
伪随机序列： 1. m序列(PN序列) 2. Gold序列 3. Walsh函数
2.5 扩频通信
4. 主要性能指标
1）处理增益（Gp）：频谱扩展前的信息带宽
Δ F与频带扩展后的信号带宽W之比。
Gp W F
工程上：Gp 10lg W F
2）抗干扰容限：指扩频通信系统能在多大干扰 环境下正常工作的能力。