第2章 调制解调
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第二节调制与解调
1 1 y (t ) cos 2f 0t ( f f 0 ) ( f f 0 ) 2 2
一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就 是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处。 所以，若以高频余弦函数信号做载波，把信号 x（t）和载波相乘，其结果就相当于把原信号 的频谱图形由原点平移至载波频率f0处，其幅 值减半，即：
1 1 X ( f ) ( f f0 ) X ( f ) ( f f0 ) 2 2 1 1 X ( f f0 ) X ( f f0 ) 2 2 x(t ) cos 2f 0t
所以调幅过程就相当于频谱“搬移”过程。
若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频 域图形将再一次进行“搬移”。用一个低通滤 波器滤去中心频率为2f0的高频成分，那么将可 以复现原信号的频谱（只是其幅值减小一半， 这可以用放大处理来补偿），这一过程称为同 步解调。“同步”指解调时所乘信号与调制时 的载波信号有相同的频率和相位。在时域分析 中也可看到：
一、调幅及其解调
1、原理
调幅是将一个高频简谐信号（载波）与测 试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值 随测试信号的变化而变化。
由傅立叶变换的性质可知：在时域中两 个信号相乘，则对应在频域中这两个信号进 行卷积，即：
x(t ) y(t ) X ( f ) Y ( f )
余弦函数的频谱图形是一对脉冲谱线
第二节 调制与解调
调制：
所谓调制就是使一个信号的某些参数在 另一信号的控制下而发生变化的过程。前一 信号称为载波，一般是较高频率的交变信号； 后一信号（控制信号）称为调制信号；最后 输出的是已调制波。已调制波一般都便于放 大和传输。
解调：
从已调制波中恢复出调制信号的过程称为解
一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就 是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处。 所以，若以高频余弦函数信号做载波，把信号 x（t）和载波相乘，其结果就相当于把原信号 的频谱图形由原点平移至载波频率f0处，其幅 值减半，即：
1 1 X ( f ) ( f f0 ) X ( f ) ( f f0 ) 2 2 1 1 X ( f f0 ) X ( f f0 ) 2 2 x(t ) cos 2f 0t
所以调幅过程就相当于频谱“搬移”过程。
若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频 域图形将再一次进行“搬移”。用一个低通滤 波器滤去中心频率为2f0的高频成分，那么将可 以复现原信号的频谱（只是其幅值减小一半， 这可以用放大处理来补偿），这一过程称为同 步解调。“同步”指解调时所乘信号与调制时 的载波信号有相同的频率和相位。在时域分析 中也可看到：
一、调幅及其解调
1、原理
调幅是将一个高频简谐信号（载波）与测 试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值 随测试信号的变化而变化。
由傅立叶变换的性质可知：在时域中两 个信号相乘，则对应在频域中这两个信号进 行卷积，即：
x(t ) y(t ) X ( f ) Y ( f )
余弦函数的频谱图形是一对脉冲谱线
第二节 调制与解调
调制：
所谓调制就是使一个信号的某些参数在 另一信号的控制下而发生变化的过程。前一 信号称为载波，一般是较高频率的交变信号； 后一信号（控制信号）称为调制信号；最后 输出的是已调制波。已调制波一般都便于放 大和传输。
解调：
从已调制波中恢复出调制信号的过程称为解
第2章调制解调
式中， 为调制指数。
将式(2 - 7)展开成级数得
uFM (t ) = U c {J 0 ( m f ) sin ω ct + J 1 ( m f ) sin[(ω c + Ω)t ] − J 1 (m f ) sin[(ω c − Ω)t ] + J 2 (m f ) sin[(ω c + 2Ω)t ] − J 2 (m f ) sin[(ω c − 2Ω)t ] + ...
B = 2(1 + m f + m f ) ⋅ Fm
FM信号的产生可以用压控振荡器(VCO)直接调频， 也可以将调制信号积分后送入调相器进行“间接调频”。 FM信号解调可采用鉴频器或锁相环鉴频。
第2章 调制解调
在接收端，输入的高斯白噪声(其双边功率谱密度为 N0/2)和信号一起通过带宽B=2(mf+1)Fm 的前置放大器，经 限幅后送入到鉴频器，再经低通滤波后得到所需的信号。 在限幅器前，信号加噪声可表示为
Ps ( f ) = 1 2 2 f s [ G ( f + f1 ) + G ( f − f1 ) ] 16
1 2 2 + f s G (0) [δ ( f + f1 ) + δ ( f − f1 ) 16 1 2 2 + f s [ G ( f + f 2 ) + [G ( f − f 2 ) ] 16 + 1 2 f s G (0) [δ ( f + f 2 ) + δ ( f − f 2 ) 16
第2章 调制解调
P s( f ) f0 =（f1+f2） 2
f2－ f1
o
f1－ fs
f1
移动通信第二章-调制技术
第二章 调制技术
目录
CONTENTS
什么是调制、解调？
调制的目的是什么？
调制的分类
01
线性调制与解调
恒定包络（连续相位）调制
02
03
04
05
（书2.5节）扩频通信
06
调制、解调技术
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
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。 解调是调制的逆过程。 调制、解调技术
扩频通信
2.5 扩频通信
解扩
扩频
伪随机序列：
m序列(PN序列) Gold序列 Walsh函数
2.5 扩频通信
2.5 扩频通信
主要性能指标 处理增益（Gp）：频谱扩展前的信息带宽ΔF与频带扩展后的信号带宽W之比。
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 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。
调制、解调技术
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
调制、解调技术
线性调制与解调 设输入信号：{an}，an=±1，n=-∞,∞ 则PSK的信号形式为： 相移键控调制（PSK）
S
n
, 0Biblioteka t0je
?
t
0
j
目录
CONTENTS
什么是调制、解调？
调制的目的是什么？
调制的分类
01
线性调制与解调
恒定包络（连续相位）调制
02
03
04
05
（书2.5节）扩频通信
06
调制、解调技术
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
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。 解调是调制的逆过程。 调制、解调技术
扩频通信
2.5 扩频通信
解扩
扩频
伪随机序列：
m序列(PN序列) Gold序列 Walsh函数
2.5 扩频通信
2.5 扩频通信
主要性能指标 处理增益（Gp）：频谱扩展前的信息带宽ΔF与频带扩展后的信号带宽W之比。
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 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。
调制、解调技术
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
调制、解调技术
线性调制与解调 设输入信号：{an}，an=±1，n=-∞,∞ 则PSK的信号形式为： 相移键控调制（PSK）
S
n
, 0Biblioteka t0je
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t
0
j
第2章 调制解调技术-OFDM及扩频技术
IFFT
IFFT输 出
IFFT
时间 Tg Ts 符 号N－ 1 符 号N 符 号N＋ 1 TFFT
图2-71 保护间隔的插入过程
保护间隔与循环前缀——加循环前缀
FFT积分区间
第三节、 OFDM多载波调制技术
三. OFDM系统性能
1. 抗脉冲干扰
OFDM系统抗脉冲干扰的能力比单载波系统强很多。
第三节、 OFDM多载波调制技术
一. OFDM基本原理
二. OFDM信号调制与解调
三. OFDM系统性能
一.OFDM基本原理
数字调制解调方式可采用并行体制。
多载波传输系统是指将高速率的信息数据流经串/并变换
分割为若干路低速率并行子数据流，然后每路低速率数据采 用一个独立的载波进行调制,最后叠加在一起构成发送信号。
Rb BOFDM N N 1 bit / s / Hz
• OFDM系统的频谱利用率比串行系统提高近一倍。
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
二.扩频码介绍
三.扩频调制性能
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
• 扩频(spread spectrum)通信是指用来传输信息的信号带宽远远 大于信息本身带宽的一种传输方式。 • 在通信的一些应用中，我们要考虑通信系统的多址能力，抗干 扰、抗阻塞能力以及隐蔽能力等。 • 扩频技术是解决以上问题的有效措施。 扩频通信理论基础来源于信息论中的香农公式：
0
m
(t ) cos mtdn (t ) cos ntdt 0
原信号的码宽为T，速率为1/T， OFDM信号的符号长度为Ts， Ts=MT。每个子载波速率为1/MT。 得每路子信号的带宽为△f=1/Ts
第02章 调制解调器
· 每片卡配12个指示灯 · 19 英寸工业标准机架 , 可长期稳定 工作。 · 两套电源系统热备份 · 符合ITU-T和Bell数字传输规范 · ITU-T和MNP标准纠错和数据压缩 · 卡片可以带电热插拔更换方便 · 贺氏AT和V.25bis指令集兼容 · 传输速率从300bps到33.600bps · 开机自检和内置V.54环路测试 · 自动或手动调试信号 , 协调提高和 降低速率 · 每架可配置多达16条线 · 可用于2线拨号,2线或4线专线,拨 号备份同步或异步模式
foh =2125Hz
2.1.2调制解调器的用途
使得数字信号可以在电话网中传输，就需 要将数字信号变换成模拟信号的形式，同 时，在通信的另一端要做相反的变换，以 便于数据装置的接收。调制解调器恰恰为 我们提供了这些服务。
2.1.3调制解调器的分类
内置式
按照安装位置分类 外置式 通用调制解调器
按照功能分类
Modem通常有三种工作方式：挂机方式、通 话方式、联机方式。 挂机方式指的是电话线未接通的状态； 双方通过电话进行通话是通话方式 Modem已联通，进行数据传输是联机方式
普通的Modem通常都是通过RS-232C 串 行口信号线与计算机连接。 RS-232C串行口信号分为三类：传送信号、联 络信号和地线 1、传送信号：指TXD(发送数据信号线)和 RXD(接收数据信号线)。经由TXD传送和RXD 接收的信息格式为：一个传送单位(字节)由起始 位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。 2、联络信号：指RTS、CTS、DTR、DSR、 DCD和RI六个信号 3、地线信号
数模转换的调制方法也有三种： 1、频移键控（FSK） 频移键控是指用特殊的音频范围来区别发 送数据和接收数据。 2、相移键控（PSK） 3、相位幅度调制（PAM）
第02章 调制解调器要点
1. 基频调制 基频调制就是来自网上的数字信号会经过调制 的过程，将数字信号转换成模拟信号，以模 拟的方式在有线电视的电缆上传输。调制的 方式则与信号传递的方向有关 。下行采用 64QAM调制，在6MHz的频谱宽度内速率可达 到30Mbps。上行采用QPSK调制，可提供 2.56Mbps的数据传送速率 。 2. 上转频 在调制之后，接下來要決定的是信号会经 由哪一个频道送出。即把基频信号转换到某 个电视频道。
Modem通常有三种工作方式：挂机方式、通 话方式、联机方式。 挂机方式指的是电话线未接通的状态； 双方通过电话进行通话是通话方式 Modem已联通，进行数据传输是联机方式
普通的Modem通常都是通过RS-232C 串 行口信号线与计算机连接。 RS-232C串行口信号分为三类：传送信号、联 络信号和地线 1、传送信号：指TXD(发送数据信号线)和 RXD(接收数据信号线)。经由TXD传送和RXD 接收的信息格式为：一个传送单位(字节)由起始 位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。 2、联络信号：指RTS、CTS、DTR、DSR、 DCD和RI六个信号 3、地线信号
2.5 如何选购调制解调器
1．产品类型 内置MODEM 成本低，所以售价相对于外置来说比较便 宜。但是它需要占用主板上的一个扩展槽， 并且要对中断和COM口进行设置，且安装 比较麻烦内置MODEM按所采用的接口不 同又可分为：ISA接口、PCI接口、 PCMCIA接口
外置MODEM 外置MODEM是将MODEM的电路板封装在 一个盒子里 ,价格也比同类型的内置MODEM 要高30%以上。 按所采用的接口不同又可分为：串口 MODEM和USB接口MODEM。 USB接口提供高达12Mbps的数据带宽，支持 即插即用和热插拔的特性，安装十分的方便 快捷
第2章调制解调技术GMSK及π4DQPSK资料.
xk
xk 1
(ak1
ak )
k
2
xk 1
xk1 k
ak ak 1 ak ak 1
第二节、移动通信的数字调制技术
由下列两式可得出MSK的相位轨迹
xk
xk 1
(ak 1
ak )
k
2
k
2Tb
akt
xk
MSK的相位轨迹θ（t）
(t)
3 / 2 － 1 － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1
G
Sout / Nout Sin / Nin
3m
2 f
(m
f
1)
第一节、基本调制技术
目前应用的模拟 FM 移动通信系统： 话音最高频率 fm= 3 kHz; 最大调制频偏 f = 5 kHz, 则单路信号带宽为多少？
B=2(fm+f)=16 kHz 按照FDM原理，保护频带 Bg = 9 kHz，则一个信道的宽 度为 25 kHz（即载波频率点间隔 25 kHz ）。
调制方案的性能衡量标准： 功率效率--在低功率下保持正确传输的能力。（Eb／N0越小越好） 带宽效率—有限带宽内容纳数据量的能力。 （Rb／B越大越好）
在信道频带受限时 为了提高频带利用率，通常采用多进制数字 调制系统。其代价是增加信号功率和实现上的复杂性。
脉冲成型技术可消除码间串扰和保持小的信号带宽，因而得到广 泛应用。
设输入到调制器的比特流为｛an｝, an=±1, n=-∞~+∞。 FSK的输出信号形式(第n个比特区间)为
s(t)
cos(2 cos(2
( (
fc fc
f f
)t) )t)
an 1 an 1
第二章数字信号的调制与解调 ppt课件
பைடு நூலகம்
进入接收端的接收功率用Si表示和噪 声功率用Ni表示
解调信噪比增益（解调器输出与输入 信噪比之比）
（2-8）
由上式可知，当输入端的信噪比一定
时，所获得的输出端的信噪比越大，系统 的解调信噪比增益越大。例如卫星系统中 常取mf=5，那么此时解调信噪比增益达到 450。
【例2-1】在采用FDM/FM方式工作的 卫星通信系统中，已知工作频率为6GHz， 试计算一个载波传输252路电话信号时所需 的传输带宽和信噪比增益。
2.3 时分复用与数字信号的调制与解调
2.4 相干解调的载波跟踪技术
2.0 预备知识 2.0.1为什么要调制？
1．无线电通信使用空间辐射方式， 把信号从发射端传送到接收端。根 据电磁波理论，发射天线尺寸为被 发射信号波长的十分之一或更大些， 信号才能有效地被发射出去 （λ=c/f）。
假如要发射一个300Hz的音频信号 （其波长为106m），则就必须要用 100km长的天线，这是无法实现的。
于余弦信号有幅度、相位和频率三种基本 参量，因此可以构成调幅、调相和调频三 种基本调制方式
3．调制定理
在通信系统中，常常会遇到基带信号 f(t)和余弦信号相乘的情况。
信号的频谱由一个频率位置搬移到另 一个频率位置上。
概念： 上边带：位于ωc之上的部分 下边带：位于ωc之下的部分
4．解调原理
2．另外，大气层对基带信号迅 速衰减，对较高频率范围的信号则 能传播很远的距离，因此，要通过 大气层远距离传送基带信号，就需 要极高频率的载波信号来携带被传 送的基带信号，这就是调制。
2.0.2调制定理
1．调制的概念
所谓调制是指用基带信号对载波（通 常为余弦或正弦）波形的某些参数（如幅 度、相位和频率）进行控制，使这些参数 随基带信号的变化而变化。通常是将调制 信号调制到中频（70MHz或140MHz）， 然后在频谱搬移到射频（此时不调制）。
进入接收端的接收功率用Si表示和噪 声功率用Ni表示
解调信噪比增益（解调器输出与输入 信噪比之比）
（2-8）
由上式可知，当输入端的信噪比一定
时，所获得的输出端的信噪比越大，系统 的解调信噪比增益越大。例如卫星系统中 常取mf=5，那么此时解调信噪比增益达到 450。
【例2-1】在采用FDM/FM方式工作的 卫星通信系统中，已知工作频率为6GHz， 试计算一个载波传输252路电话信号时所需 的传输带宽和信噪比增益。
2.3 时分复用与数字信号的调制与解调
2.4 相干解调的载波跟踪技术
2.0 预备知识 2.0.1为什么要调制？
1．无线电通信使用空间辐射方式， 把信号从发射端传送到接收端。根 据电磁波理论，发射天线尺寸为被 发射信号波长的十分之一或更大些， 信号才能有效地被发射出去 （λ=c/f）。
假如要发射一个300Hz的音频信号 （其波长为106m），则就必须要用 100km长的天线，这是无法实现的。
于余弦信号有幅度、相位和频率三种基本 参量，因此可以构成调幅、调相和调频三 种基本调制方式
3．调制定理
在通信系统中，常常会遇到基带信号 f(t)和余弦信号相乘的情况。
信号的频谱由一个频率位置搬移到另 一个频率位置上。
概念： 上边带：位于ωc之上的部分 下边带：位于ωc之下的部分
4．解调原理
2．另外，大气层对基带信号迅 速衰减，对较高频率范围的信号则 能传播很远的距离，因此，要通过 大气层远距离传送基带信号，就需 要极高频率的载波信号来携带被传 送的基带信号，这就是调制。
2.0.2调制定理
1．调制的概念
所谓调制是指用基带信号对载波（通 常为余弦或正弦）波形的某些参数（如幅 度、相位和频率）进行控制，使这些参数 随基带信号的变化而变化。通常是将调制 信号调制到中频（70MHz或140MHz）， 然后在频谱搬移到射频（此时不调制）。
移动通信第2章调制与解调
调制信号的功率谱
f
7
2.1.5 数字调制分类的方法
数字式调制
不恒定包络
ASK（移幅键控） QAM（正交幅度调制） MQAM（星座调制）
FSK BFSK（二进制移频键控） (移频键控) MFSK（多进制移频键控）
BPSK（二进制移相键控）
恒定包络
PSK (移相键控)
DPSK（差分二进制移相键控）
QPSK (正交四相 移相键控)
• 当采用较高传输速率时，要求更为紧凑的功率谱才能满足 对邻道辐射功率低于-60dB~-80dB的要求
23
2.2.12 GMSK
• GMSK是GSM的优选方案
– 实现简单，在原MSK调制器增加前置滤波器，得到平滑后的某 种新的波形后再进行调频，就可以得到良好的频谱特性
– 对前置滤波器的要求 • 带宽窄且为锐截止型，以滤除基带信号中的高频成分 • 有较低的过脉冲响应，防止已调波瞬时频偏过大 • 保持输出脉冲响应的面积不变，使调制指数为1/2
11
第2章 调制与解调
2.1 概述 2.2 数字频率调制
– 二进制频移键控BFSK – 最小频移键控MSK） – 高斯最小频移键控GMSK
2.3 数字相位调制
– 二进制移相键控调制2PSK – 四相移键控调制QPSK
• 交错四相移键控调制OQPSK • /4- DQPSK调制
2.4 正交振幅调制QAM 2.5 扩频调制技术 2.6 多载波调制
S(t)
1
-1 -1
1
1
1
0
f2
f1
f1
f2
f2
f2
k
2π +1 -1
-1 +1 +1 +1
第2章 调制解调(终稿)
第2章 调制解调
由于信道快衰落会使模拟调幅产生附加调幅而 造成失真，已很少采用。 调频和调相信号可以写成如下形式：
u(t) Uc cos(c t (t))
(t)：载波的瞬时相位。
设调制信号：
u m (t) Um cos t
则调频信号的瞬时角频率与输入信号的关系为：
第2章 调制解调
J0(mf)
c
第2章 调制解调
若以90%能量所包括的谱线宽度作为调频信号的 带宽，则可以证明调频信号的带宽为
B 2 mf 1)Fm 2(fm Fm ) （
Fm=/2为调制频率，fm=mf•Fm为调制频偏。
若以99%能量计算调频信号的带宽为
B 2 1 mf mf ) Fm （
n n
(2 - 24)
第2章 调制解调
令g(t)的频谱为G(ω), an取+1和-1的概率相等， 则
s(t)的功率谱表达式为
1 2 Ps ( f ) f s G ( f f1 ) G ( f f1 ) 2 16 1 2 2 f s G (0) ( f f1 ) ( f f1 ) 16 1 2 2 f s G( f f2 ) ( f f2 ) 16 1 2 2 f s G (0) ( f f 2 ) ( f f 2 ) 16
( 2 20)
经解调后，信噪比的增益为
Sout / N out 3 2 B 2 G mf 3m f (m f 1) Sin / Nin 2 Fm
(2 21)
第2章 调制解调
但在小信噪比情况下，即Uc<<V(t)， 由式(2 -14)得
Uc ( t ) 0t ( t ) sin[ (t ) (t )] V (t )
第二章 调制解调器
电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化的电 信号称为模拟信号(analog signal);模拟信号的 信号电平是连续变化的;
V(t)
模拟信号
0
t
3.1数据传输中常见概念:
计算机所产生的电信号是用两种不同的电平 去表示0,1比特序列的电压脉冲信号,这种电 信号称为数字信号(dligital signal);
V(t)
数字信号
0
t
3.1数据传输中常见概念:
信道:传输信息的必经之路称为"信道".也称为传 送电信号的一条道路.按照信道中传输的信号分类, 可把信道分为模拟信道和数字信道 . 物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路,网络 中两个结点之间的物理通路称为通信链路,物理信道 由传输介质及有关设备组成. 逻辑信道也是一种通路但在信号收,发点之间并不存 在一条物理上的传输介质,而是在物理信道基础上, 由结点内部的边来实现.
3.1数据传输中常见概念:
指通信线上传输信息的速度.有两种表示方法,即信号速 率和调制速率. 信号速率S:指单位时间内所传送的二制位代码的有效位 数,以每秒多少比特数计,即bit/s,b/p,位/秒.信号速 率的高低,由每位所占的时间决定,若一位数据所占的时 间越小,则信号速率越高.设T为传输的电脉冲信号的宽 度或周期,N为电脉冲信号所有可能的状态数,则信号速 率为S=1/T×log2N(bps) ( ) × 调制速率B:是脉冲信号经过调制后的传输速率,以波特 (BAUD)为单位,通常用于表示调制器之间传输信号的 速率.表示每分钟传送多少电信号单元,若T(秒)表示 调制周期,则调制速率为:B=1/T
3.1数据传输中常见概念:
符号速率又叫信号速率,记为 .它表示单位时间内(每秒 每秒) 符号速率又叫信号速率,记为N.它表示单位时间内 每秒 又叫信号速率 脉冲个数(可以是多进制 可以是多进制). 信道上实际传输的符号个数或 脉冲个数 可以是多进制 . 符号速率的单位是波特,即每秒的符号个数. 符号速率的单位是波特,即每秒的符号个数. 信息传输速率,简称传信率,通常记为 . 信息传输速率,简称传信率,通常记为R.它表示单位时 间内系统传输(或信源发出 的信息量,即二进制码元数. 或信源发出)的信息量 间内系统传输 或信源发出 的信息量,即二进制码元数. 在二进制通信系统中,信息传输速率R(比特 比特/ 等于信 在二进制通信系统中,信息传输速率 比特/秒)等于信 号速率.对于多进制两者不相等. 号速率.对于多进制两者不相等.例如四进制中符号速率 波特, 为2400波特,其信息速率为 波特 其信息速率为4800bit/s;而八进制的信息 /; 速率为7200bit/s等等.它们的关系为式中 为符号的进 等等. 速率为 / 等等 它们的关系为式中m为符号的进 制数 .
V(t)
模拟信号
0
t
3.1数据传输中常见概念:
计算机所产生的电信号是用两种不同的电平 去表示0,1比特序列的电压脉冲信号,这种电 信号称为数字信号(dligital signal);
V(t)
数字信号
0
t
3.1数据传输中常见概念:
信道:传输信息的必经之路称为"信道".也称为传 送电信号的一条道路.按照信道中传输的信号分类, 可把信道分为模拟信道和数字信道 . 物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路,网络 中两个结点之间的物理通路称为通信链路,物理信道 由传输介质及有关设备组成. 逻辑信道也是一种通路但在信号收,发点之间并不存 在一条物理上的传输介质,而是在物理信道基础上, 由结点内部的边来实现.
3.1数据传输中常见概念:
指通信线上传输信息的速度.有两种表示方法,即信号速 率和调制速率. 信号速率S:指单位时间内所传送的二制位代码的有效位 数,以每秒多少比特数计,即bit/s,b/p,位/秒.信号速 率的高低,由每位所占的时间决定,若一位数据所占的时 间越小,则信号速率越高.设T为传输的电脉冲信号的宽 度或周期,N为电脉冲信号所有可能的状态数,则信号速 率为S=1/T×log2N(bps) ( ) × 调制速率B:是脉冲信号经过调制后的传输速率,以波特 (BAUD)为单位,通常用于表示调制器之间传输信号的 速率.表示每分钟传送多少电信号单元,若T(秒)表示 调制周期,则调制速率为:B=1/T
3.1数据传输中常见概念:
符号速率又叫信号速率,记为 .它表示单位时间内(每秒 每秒) 符号速率又叫信号速率,记为N.它表示单位时间内 每秒 又叫信号速率 脉冲个数(可以是多进制 可以是多进制). 信道上实际传输的符号个数或 脉冲个数 可以是多进制 . 符号速率的单位是波特,即每秒的符号个数. 符号速率的单位是波特,即每秒的符号个数. 信息传输速率,简称传信率,通常记为 . 信息传输速率,简称传信率,通常记为R.它表示单位时 间内系统传输(或信源发出 的信息量,即二进制码元数. 或信源发出)的信息量 间内系统传输 或信源发出 的信息量,即二进制码元数. 在二进制通信系统中,信息传输速率R(比特 比特/ 等于信 在二进制通信系统中,信息传输速率 比特/秒)等于信 号速率.对于多进制两者不相等. 号速率.对于多进制两者不相等.例如四进制中符号速率 波特, 为2400波特,其信息速率为 波特 其信息速率为4800bit/s;而八进制的信息 /; 速率为7200bit/s等等.它们的关系为式中 为符号的进 等等. 速率为 / 等等 它们的关系为式中m为符号的进 制数 .
第二章-调制解调
移动通信
电子工程系 李明
39
图２－１６ 方型16QAM和星形16QAM星座图的比较
五、扩频调制SS (Spread Spectrum)
扩频通信是利用自相关性非常强而互相关 性弱的周期性码序列作为地址码，对被用 户信息调制过的载波进行再次调制，使其 频谱大为展宽(扩频调制)；在接收端以本 地产生的已知地址码为参考，根据相关性 差异对收到的所有信号进行鉴别，从中将 与本地地址码完全一致的宽带信号还原成 窄带信号而选出，其他与本地地址码无关 的信号则仍保持或扩展为宽带信号而滤去 (相关检测或扩频解调)。
移动通信
电子工程系 李明
34
一般表达式为：
y(t) Am cosct Bm sinct 0 t Ts
式中，Ts为码元宽度。m=1, 2, ···, M；M为Am 和Bm的电平数。
移动通信
电子工程系 李明
35
串并 变换
2到L
Am 预调制
电平 变换
LPF
2到L 电平 变换
Bm 预调制 LPF
移动通信
电子工程系 李明
4
高频谱利用率要求已调信号频谱能量集中，所 占的带宽窄，避免辐射到相邻频道的功率过大。
高的抗干扰和抗多径性能指的是在恶劣的信道 环境下，经过调制解调后的输出信号的信噪比 较大或者误码率较低。
移动通信
电子工程系 李明
5
二、数字频率调制
•MSK (Minimum Frequency Shift Keying)
S(t)
cosct
2Tb
t
an
g
nTb
Tb 2
d
式中an为输入数据。
移动通信
电子工程系 李明
移动通信-第2章-调制解调
S ou k t2 fu m 2(t) 1 2 k 2 fU m 2
(2 1)7
u
2 m
(t
)
表示对u2m(t)进行统计平均。
14
噪声功率为
N ou t2 1 U c 2 2N 0 d3 N 0 U c 2 3
从而得到输出信噪比为
(2 1)8
N So ou u ttN 0 k 2 fU 3/c 2 2 /2 U c 22 3m 2 fU N c 2 0F /m 2 (2 1)9
• 调频指数h=0.5时，移频键控信号具有最 小频偏、最小占有带宽，并有最好的相 干检测误码性能。
• 由于相位连续，可以克服一般移频键控 码元交替过程中存在相位跳变，使频谱 的边带下降很多，频谱变窄。
32
MSK的信号表达式为
S(t)co c st2 T baktxk
(23)4
xk 是为了保证t=kTb时相位连续而加入的相位常 量。
Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb 7Tb 8Tb 9Tb
36
MSK信号的 调制
SM(t )SKc信os 号 表c t 达2式Tb 可a k t以 正x k 交展开为
(2 38 )
cos
x k cos c t
2Tb
a k t sin
x k sin c t
2Tb
包络检波器
X1(t) 输出
判决电路
h(t)
2 Ts
cos2(T
t)
0 t Ts
匹配虑波器
包络检波器 X2(t)
24
4.相干解调法
1
cos(1t+1)
y1(t)
X1(t)
输入
带通滤波器 相乘器 低通滤波器
第二章 调制与解调2
1 vSSB (t ) VmVcm cos( c )t 2
单边带调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形。 对单边带调幅信号，只能使用同步解调方法。
2.1.2.2 单边带调幅（续3）
（2）实现单边带调幅的电路： 滤波法：当调制信号中含有低频分量时，滤波器的实现困难。
v f (t ) Vm cos t
2.1.2.1 抑制载波调幅
（1）抑制载波调幅的时域表示式：
vDSB (t ) kv f (t )(Vcm cos ct ) k (Vm cos t )(Vcm cos ct )
（2）抑制载波调幅的频域表示式：
1 1 vDSB ( ) V f [ j ( c )] V f [ j ( c )] 2 2
讨论：1.若1，4端和8，10端直流平衡，输出是什么调幅波形？ 2.若8，10端直流平衡，如何得到标准调幅波形？ 3.载漏是如何产生的？ 4.若1，4端平衡，而8，10端不平衡，输出是什么波形？
2.1.2.2 单边带调幅
双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波分量，因而可以 有效地利用发射机的功率传递信息。但它是双边带信号，所占 带宽仍为调制信号最高角频率的两倍。 而从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就够了，只 传送一个边带的调幅信号称为单边调幅，可以选择上边带也可 以采用下边带。 单边带调幅，简记为SSBAM，显然，它既可充分利用发射 机的功率又节省占有频带。所以，它是传输信息的最佳调幅 方式。 但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复杂。
2.1.2.1 抑制载波调幅（续1）
（3）抑制载波调幅信号的波形图：
返回
2.1.2.1 抑制载波调幅（续2）
从图中可以看出：
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(b)
图 2 - 51 直扩通信系统原理 (a) 系统组成框图； (b) 主要波形或相位
第2章 调制解调
2.5.3
伪随机码序列
1、码序列的相关性： 因为噪声具有完全的随机性，也可以说这类码具 有近似于噪声的性能。但是，真正的随机信号和噪声 是不能重复再现和产生的。我们只能产生一种周期性 的脉冲信号来近似随机噪声的性能，故称为伪随机码
第2章 调制解调
信道估计器的设计应考虑两个方面的问 题：导频信息的插入；既有较低的复杂度又 有良好的导频跟踪能力。
基于训练序列的信道估计方法又可分为 两种：一类是在频域内进行信道估计；另一 类是在时域内进行信道估计。
第2章 调制解调
2.6.3正交频分复用调制的应用 1、OFDM基本参数的选择： 比特率；保护间隔；带宽；
图 2 – 2 FM解调器的性能及门限效应
第2章 调制解调
2.2 数字频率调制
2.2.1 移频键控调制(FSK)
第2章 调制解调
Ps ( f ) f0 =（f1 +f2 ） 2
f2 － f1
o
f1 － fs
f1
f0
f2
f2 ＋ fs
图 2 - 3 FSK信号的功率谱
第2章 调制解调
2.2.2 最小移频键控(MSK)
2、移动通信中的应用
3、无线局域网中的应用
或PN码。
第2章 调制解调
2.6 多载波调制
2.6.1 多载波传输系统 1 并行传输技术简介
第2章 调制解调
2、频分复用（FDM）
优点是实现简单直接，但由于每个信道只支持一个 用户，子信道间还要预留保护间隔，所以其带宽利 用率普遍较低。
第2章 调制解调
FDM是把一个较宽的频带分成一系列的窄带信道
信息
扩频码 发生器
射频 发生器
频率 合成 器
扩频码 发生器
(a)
f1
f2
…
fn－1 fn
f
(b)
图 2 - 48 跳频(FS)系统 (a) 原理示意图； (b) 频率跳变图案
第2章 调制解调
信息 通—断 开关 二相 或四相 调制 通—断 开关 二相 或四相 解调 存储器 信息 再定时
存储器
扩频码 发生器
+
-
图 2 - 24 QPSK和OQPSK信号的产生
(a) QPSK的产生； (b) OQPSK的产生
第2章 调制解调
Q +1
Q +1
-1
0
I +1
-1
0
I +1
-1
-1
(a)
(b)
图 2 - 25 QPSK和OQPSK的星座图和相位转移图 (a) QPSK; (b) OQPSK
第2章 调制解调
2.3.3 π/4-DQPSK调制
第2章 调制解调
cosωct Uk 输入 数据ωct 2-26 LPF ＋ ∑ － 放大 π /4-DPSK 信号
图 2 - 26 π/4-DQPSK信号的产生
第2章 调制解调
Q （0 , 1 ） （－1 / √ , 1 / √ ） 2 2 （1 / √ , 1 / √ ） 2 2
载波恢复
定时恢复
并串变换
LPF
多电平判决
L到2 电平变换
(b) 图 2 - 41 QAM调制解调原理框图
(a) QAM调制框图； (b) QAM解调框图
第2章 调制解调
2.5 扩展频谱调制 2.5.1 扩展频谱通信概述：
1、定义： 扩频通信：即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，在发送端将待传送的信息数据被伪 随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频 谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调 及相关处理，恢复原始信息数据。
第2章 调制解调
调制的分类
按照调制器输入信号(该信号称为调制信号)的 形式，调制可分为： 模拟调制 数字调制
第2章 调制解调
移动通信信道的基本特征是： 第一，带宽有限；
第二，干扰和噪声影响大；
第三，存在着多径衰落。
第2章 调制解调
FM
dB
AM 同步检 波
No ut
So ut
o
门限 S in N in dB
射频 调制
变频
扩频 解调
信息 信息 解调
扩频码 发生器
射频 发生器
本地 射频 发生器
本地 扩频码 发生器
第2章 调制解调
平衡调制器
fc
扩频码序列输入
fc
G(f )
图 2 - 47 直接序列扩展频谱示意图
第2章 调制解调
信息
信息 调制 器
频率 合成 器
射频 调制 器
变频 器
中频 带通
信息 解调 器
0 0 0 0
0 0
0 0
0 0 0 0 0
(6) s1(t)相位 (7) s2(t)相位 (8) 中频相位 (9) 解调输出
0 0 0
0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
第2章 调制解调
2.2.4 高斯滤波的移频键控(GFSK)
输入数据 高斯滤波 不归零(NRZ)
FM （h=0.4~0.7)
GFSK信号
图 2 - 22 GFSK调制的原理框图
第2章 调制解调
2.3 数字相位调制
2.3.1 移相键控调制(PSK)
第2章 调制解调
输入
带通 滤波器 cos(ω ct) (a)
NT
B/N
图2-4 辅助载波在时域和频域的表示
第2章 调制解调
下图显示了一个典型的QAM调制的多载波调制发射机。
R/Nbps
Rbps
Serial To Parallel Conventer
R/Nbps
QAM Modulator
Χ
∑
QAM Modulator
Χ
图2-5 多载波调制系统的发射机结构图
第2章 调制解调
循环 前缀
D/A fc 离 散 信 道
U(f) X 信道 fc X U*(f)
二进制信息
子载波上数据检 测与译码
DFT
去掉 前缀
A/D
T
第2章 调制解调
3.OFDM信号的功率谱
4.OFDM信号的特征与性能
第2章 调制解调
（1）OFDM信号的峰值功率与平均功率比
（2）OFDM系统的同步问题
（3）OFDM系统估计问题
4、 正交频分复用（OFDM）
2B/N
Symbol1 f1 2/NT
Symbol2 f1
SymbolN f1
图2-6a
FDM频谱图
第2章 调制解调
2B/N
1
f1 1/NT f2
2
N-1
fN-1 fN
N
图2-6b OFDM频谱图
第2章 调制解调
2.6.2 正交频分复用（OFDM）调制
1 OFDM的基本原理 OFDM技术的基本原理是把调制在单载波上
第2章 调制解调
这一定义包含了以下三方面的意思： • 信号的频谱被展宽了
•采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱
•在接收端用相关解调来解扩
第2章 调制解调
2、扩频通信的主要性能指标
•处理增益 •抗干扰容限
第2章 调制解调
4、优点 与窄道通信方式的区别是：信息的频谱 扩展后形成宽带传输；相关处理后恢复出窄 带信息数据。 正是由于这两大持点，使扩频通信有如 下的优点： •易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率
第2章 调制解调
s1(t) 信码 m(t) (1) (2) p(t) PN c(t) (3) 调相 (4) 载波 (5) (6) 功放 前端 s1(t) 相关 (8) 中频 滤波 解调 (9) 输出 信码
s2(t) (7) 调相 s(t) PN
时钟
本振
时钟
(a)
• 图 2 - 51 直扩通信系统原理 • (a) 系统组成框图； (b) 主要波形或相位
（－1 , 0 ）
o
I （1 , 0 ）
（－1 / √ , －1 / √ ） 2 2
2 （1 / √ , －1 / √ ） 2
（0 , －1 ）
图 2 - 27 π/4-DQPSK的相位关系
第2章 调制解调
2.4 正交振幅调制(QAM)
2 到L 电平变换 Am 预调制 LPF cos(ωct) 串并变换 sin (ωct) 2 到L 电平变换 Bm (a) LPF 多电平判决 L到2 电平变换 预调制 LPF Σ + y(t) + 已调信号输出
第2章 调制解调
•抗干扰性强，误码率低 •隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小 •可以实现码分多址
•抗多径干扰
•能精确地定时和测距
第2章 调制解调
2.5.2 扩频调制 1. 扩频通信系统类型 1) 直接序列(DS)扩频 2) 跳频(FH) 3) 跳时(TH)
第2章 调制解调
信息 信息 调制
扩频 调制
低通 滤波器
抽样 判决器 抽样时钟
输出
输入
带通 滤波器 迟延器 Tb (b)
低通 滤波器
抽样 判决器 抽样时钟
输出
图 2 - 23 PSK的解调框图 (a) 相干解调； (b) 差分相干解调
第2章 调制解调
2.3.2 四相相移键控调制(QPSK)和交错四相相移键控调制(OQPSK)
+ 串并变换 cos(ω c t) Σ Tb sin(ω c t) (a) sin(ω c t) (b) 串并变换 cos(ω c t) Σ