2调制解调技术ppt
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N o T 0 bc o s2fm tc o s2fs td t s in 2 2 (f( m fm fsf )T s) b T b s in 4 4 fc T fc b T b Image 为了易于区分两个信号，希望它们是正交的，即要求ρ＝0：
• 第一项等于零：2π(2fd)Tb=n π，即：fd＝n/4Tb，MSK可 以满足。
• 衡量指标：
– 功率效率：描述的是低功率情况下调制制度保持数字信息正确 传输的能力；通常表示为在接收机保持特定的误码率的情况下， 每比特信号的能量与噪声功率谱密度的比值。
– 带宽效率：描述的是在有限的带宽条件下，调制制度容纳数字
的能力；通常以每赫兹带宽所能传输的数据速率来表示。
• 带宽效率的一般表示：
调制信号的速率
B
R B
bps/ Hz
已调制信号的带宽
• ShannonB极限CB公式l：og2(1NS)
信道带宽(Hz)
信道容量(bps) 信噪比
第1节 恒包络调制
• 一、最小移频键控(MSK)调制
– MSK的一般概念
设输入到调制器的比特流为｛an｝, 则FSK输出信号
的一般形式可表示为：
s(t)ccoossm stt
/ 2 0
－/ 2 －
5Tb
Tb 2Tb 3Tb 4Tb
6Tb 7Tb 8Tb 9Tb
－ 3 / 2
－ 2 － 5 / 2
－ 3
0 － 2 － 3 － 3 － 3 4 － 4
ak t
xk
– 正交展开：
MSK信号可表示为：S(t)cocst [(t)]
其中(： t)ak
2Tb
txk
展开得：S ( t) co c tcso ( t) s sic ts ni( t) n
• 第二项等于零：4πfcTb>>1，或4πfcTb=nπ (Tb=n/4fc)，即：
每个码元期间包含四分之一载波周期的整数倍。 根据FSM调制指数的定义，MSK的调制指数为：h=0.5。
可见：MSK为频差（带宽）最小的正交FSK调制，故称为 “最小频移键控调制”，或“快速频移键控调制(FFSK)”
第1节 恒包络调制
根据前面分析，
Tb
1/4fc
(Nm) 4
1 fc
故：fm＝cffd
(Nm) 1 1 4 Tb 4Tb
(Nm1) 1 4 Tb
fs＝cffd
(Nm) 1 1 4 Tb 4Tb
(Nm1) 1 4 Tb
每个码元期间包含的fm、fs和fc的周期数都是四分之一的整数倍
第1节 恒包络调制
– 波形与相位：
MS 信 K号的一般 S(t) 表 co示 sct为 2a Tb kt： xk
式中， xk是为了保证t=kTb时相位连续而加入的相位
常量。令 φk = ωct+θk kTb≤t≤(k+1)Tb
式中：k
2Tb
akt
xk
为了保持相位连续， 在t=kTb时应有下式成
立： φk-1(kTb) = φk(kTb)
第2章 调制解调技术
• 定义： 将要传输的信号变换为适合信道特性的形式
的过程。
要传输的信号——调制信号。 转换后的信号——已调信号。
在接收端需将已调信号还原成要传输的原始 信号，Baidu Nhomakorabea该过程称为解调。
• 分类：
– 调制信号：模拟调制、数字调制 – 已调信号的包络：恒包络调制、非恒包络调制 – 已调信号的相位：连续相位、不连续相位
– 信息比特空间到已调信号集的映射关系：现代调制映 射规则是按某种规则将信息符号映射到比信息符号集 更大的调制信号集，即调制本身将引入调制信息序列 之间的一定约束关系。这种映射的目标有两个：
• 在统计特性上将尽可能多的信息符号映射为能量较 小的信号点
• 使不同调制信号序列之间的欧氏距离尽可能大。
– 解调设计：可划分为相干解调与非相干解调；一般情 况下相干解调比非相干解调有 3dB 的能量增益。解调 设计的基本目标只有一个，就是使信息符号接收的差 错概率最小。
设MSK信号的一般形式为：
S ( t) co c t a k sd t x k kTb≤t≤(k+1)Tb
则(： c d)Tb(c d)Tb 故 即： S： (dt＝ )2cTbos或 ct2 ： fa Tdb k＝ t 41Txbk
给定两个信号cos2πfmt和cos2πfst，它们之间的相关系数
– 在正交基上的最佳已调信号集或信号星座的设计：
• 星座的外形或说星座的最小闭包特性的研究，目标 是使星座的平均能量最小；
• 星座的内部结构特性研究，它决定了在接收空间中 对信号点的判决区的划分，而最佳的判决区划分会 使得信号检测的差错概率最小，这在某种程度上确 定了解调器的结构；
• 星座的维数设计，它在一定意义上决定了信号的带 宽利用率。
• 数字调制的优越性
– 更强的抗干扰和抗噪声能力； – 便于进行差错控制； – 易于复用各种不同形式的信息； – 更好的安全保密性能； – 利于大规模集成电路的应用，以降低成本； – 便于实现软件无线电。
• 数字调制与解调的研究内容
– 正交基的设计和选择：此设计的主要目标是实现已调 信号与信道特性的最大相容。
令xk=0，
可得： xkxk1(ak1ak)k2
则xk是=0,或±π(模2 π)
MSK的可能相位轨迹
(t)
2
3 / 2
/2
0
Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb 7Tb 8Tb 9Tb
t
£ / 2
£
£3 / 2
£2
例： xk=0
(t)
3 / 2 － 1 － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1
0t Tb,an 1 0t Tb,an 1
cos(ctandt)
空号频率 传号频率
其带宽为：Bms 2M
d
调制指数：
hm－ s /2＝d/
1/Tb
1/Tb
o
s c m
f
而MSK是FSK的一种特殊形式，它要求：
• 两个频率的信号不相关 • 两个频率的信号在一个码元期间所积累的相位差为π • 且在码元转换时刻已调信号的相位连续
• 移动通信对调制方式的要求：
– 频率资源有限→高的带宽效率 – 干扰和噪声严重→抗干扰、抗噪声的能力强 – 存在着衰落→对多径衰落不敏感、抗衰落 – 功耗受限→高的功率效率，对非线性失真不敏感 – 成本、体积受限→易于实现
• 对应问题：
– 主瓣宽带与带外滚降 – 恒包络调制与非恒包络调制问题 – 相干解调与非相干解调问题 – 连续相位与非连续相位问题
• 第一项等于零：2π(2fd)Tb=n π，即：fd＝n/4Tb，MSK可 以满足。
• 衡量指标：
– 功率效率：描述的是低功率情况下调制制度保持数字信息正确 传输的能力；通常表示为在接收机保持特定的误码率的情况下， 每比特信号的能量与噪声功率谱密度的比值。
– 带宽效率：描述的是在有限的带宽条件下，调制制度容纳数字
的能力；通常以每赫兹带宽所能传输的数据速率来表示。
• 带宽效率的一般表示：
调制信号的速率
B
R B
bps/ Hz
已调制信号的带宽
• ShannonB极限CB公式l：og2(1NS)
信道带宽(Hz)
信道容量(bps) 信噪比
第1节 恒包络调制
• 一、最小移频键控(MSK)调制
– MSK的一般概念
设输入到调制器的比特流为｛an｝, 则FSK输出信号
的一般形式可表示为：
s(t)ccoossm stt
/ 2 0
－/ 2 －
5Tb
Tb 2Tb 3Tb 4Tb
6Tb 7Tb 8Tb 9Tb
－ 3 / 2
－ 2 － 5 / 2
－ 3
0 － 2 － 3 － 3 － 3 4 － 4
ak t
xk
– 正交展开：
MSK信号可表示为：S(t)cocst [(t)]
其中(： t)ak
2Tb
txk
展开得：S ( t) co c tcso ( t) s sic ts ni( t) n
• 第二项等于零：4πfcTb>>1，或4πfcTb=nπ (Tb=n/4fc)，即：
每个码元期间包含四分之一载波周期的整数倍。 根据FSM调制指数的定义，MSK的调制指数为：h=0.5。
可见：MSK为频差（带宽）最小的正交FSK调制，故称为 “最小频移键控调制”，或“快速频移键控调制(FFSK)”
第1节 恒包络调制
根据前面分析，
Tb
1/4fc
(Nm) 4
1 fc
故：fm＝cffd
(Nm) 1 1 4 Tb 4Tb
(Nm1) 1 4 Tb
fs＝cffd
(Nm) 1 1 4 Tb 4Tb
(Nm1) 1 4 Tb
每个码元期间包含的fm、fs和fc的周期数都是四分之一的整数倍
第1节 恒包络调制
– 波形与相位：
MS 信 K号的一般 S(t) 表 co示 sct为 2a Tb kt： xk
式中， xk是为了保证t=kTb时相位连续而加入的相位
常量。令 φk = ωct+θk kTb≤t≤(k+1)Tb
式中：k
2Tb
akt
xk
为了保持相位连续， 在t=kTb时应有下式成
立： φk-1(kTb) = φk(kTb)
第2章 调制解调技术
• 定义： 将要传输的信号变换为适合信道特性的形式
的过程。
要传输的信号——调制信号。 转换后的信号——已调信号。
在接收端需将已调信号还原成要传输的原始 信号，Baidu Nhomakorabea该过程称为解调。
• 分类：
– 调制信号：模拟调制、数字调制 – 已调信号的包络：恒包络调制、非恒包络调制 – 已调信号的相位：连续相位、不连续相位
– 信息比特空间到已调信号集的映射关系：现代调制映 射规则是按某种规则将信息符号映射到比信息符号集 更大的调制信号集，即调制本身将引入调制信息序列 之间的一定约束关系。这种映射的目标有两个：
• 在统计特性上将尽可能多的信息符号映射为能量较 小的信号点
• 使不同调制信号序列之间的欧氏距离尽可能大。
– 解调设计：可划分为相干解调与非相干解调；一般情 况下相干解调比非相干解调有 3dB 的能量增益。解调 设计的基本目标只有一个，就是使信息符号接收的差 错概率最小。
设MSK信号的一般形式为：
S ( t) co c t a k sd t x k kTb≤t≤(k+1)Tb
则(： c d)Tb(c d)Tb 故 即： S： (dt＝ )2cTbos或 ct2 ： fa Tdb k＝ t 41Txbk
给定两个信号cos2πfmt和cos2πfst，它们之间的相关系数
– 在正交基上的最佳已调信号集或信号星座的设计：
• 星座的外形或说星座的最小闭包特性的研究，目标 是使星座的平均能量最小；
• 星座的内部结构特性研究，它决定了在接收空间中 对信号点的判决区的划分，而最佳的判决区划分会 使得信号检测的差错概率最小，这在某种程度上确 定了解调器的结构；
• 星座的维数设计，它在一定意义上决定了信号的带 宽利用率。
• 数字调制的优越性
– 更强的抗干扰和抗噪声能力； – 便于进行差错控制； – 易于复用各种不同形式的信息； – 更好的安全保密性能； – 利于大规模集成电路的应用，以降低成本； – 便于实现软件无线电。
• 数字调制与解调的研究内容
– 正交基的设计和选择：此设计的主要目标是实现已调 信号与信道特性的最大相容。
令xk=0，
可得： xkxk1(ak1ak)k2
则xk是=0,或±π(模2 π)
MSK的可能相位轨迹
(t)
2
3 / 2
/2
0
Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb 6Tb 7Tb 8Tb 9Tb
t
£ / 2
£
£3 / 2
£2
例： xk=0
(t)
3 / 2 － 1 － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1
0t Tb,an 1 0t Tb,an 1
cos(ctandt)
空号频率 传号频率
其带宽为：Bms 2M
d
调制指数：
hm－ s /2＝d/
1/Tb
1/Tb
o
s c m
f
而MSK是FSK的一种特殊形式，它要求：
• 两个频率的信号不相关 • 两个频率的信号在一个码元期间所积累的相位差为π • 且在码元转换时刻已调信号的相位连续
• 移动通信对调制方式的要求：
– 频率资源有限→高的带宽效率 – 干扰和噪声严重→抗干扰、抗噪声的能力强 – 存在着衰落→对多径衰落不敏感、抗衰落 – 功耗受限→高的功率效率，对非线性失真不敏感 – 成本、体积受限→易于实现
• 对应问题：
– 主瓣宽带与带外滚降 – 恒包络调制与非恒包络调制问题 – 相干解调与非相干解调问题 – 连续相位与非连续相位问题