移动通信中各类数字调制方式的分析比较

目前，根据移动通信系统发展过程和通信业务要求不同，各移动通信系统采用的调制方式也各有特点，如下表所示：

表：各移动通信系统采用的调制方式
标准 服务类型 主要调制方式
GSM 蜂窝 GMSK
IS-95 蜂窝 上行：OQPSK下行：BPSK
PHS 无绳 π／4-DQPSK
CDMA2000 蜂窝 QPSK和BPSK
WCDMA 蜂窝 QPSK和HPSK
TD-SCDMA 蜂窝 QPSK和8PSK
B3G(4G) 蜂窝 OFDM及其相关技术

1.1 GMSK调制方式
GSM系统GSM 系统采用的是称为GMSK 的调制方式。GMSK 在二进制调制中具有最优综合性能。其基本原理是让基带信号先经过高斯滤波器滤波，使基带信号形成高斯脉冲，之后进行MSK调制，属于恒包络调制方案。它的优点是能在保持谱效率的同时维持相应的同波道和邻波道干扰，且包络恒定，实现起来较为容易。目前，常选用锁相环(PLL)型GMSK 调制器。从其调制原理可看出，这种相位调制方法选用90°相移，每次相移只传送一个比特，这样的好处是虽然在信号的传输过程中会发生相当大的相位和幅度误差，但不会扰乱接收机，即不会生成误码，对抗相位误差的能力非常强。如果发生相位解码误差，那么也只会丢失一个数据比特。这就为数字化语音创建了一个非常稳定的传输系统，这也是此调制方式在第二代移动通信系统中得以广泛使用的重要原因。但其唯一的缺点是数据传输速率相对较低，其频谱效率不如QPSK，并不太适合数据会话和高速传输。因此，为提高传输效率，在 G P R S 系统中的增强蜂窝技术（EDGE）则运用了3 π /8-8PSK 的调制方式，以弥补GMSK 的不足，为GSM 向3G 的过渡做好了准备。
1.2 PSK 类调制方式
以基带数据信号控制载波的相位，使它作不连续的、有限取值的变化以实现传输信息的方法称为数字调相，又称为相移键控，即PSK。理论上，相移键控调制方式中不同相位差的载波越多，传输速率越高，并能够减小由于信道特性引起的码间串扰的影响，从而提高数字通信的有效性和频谱利用率。如四相调制（QPSK）在发端一个码元周期内（双比特）传送了２位码，信息传输速率是二相调制（BPSK）的2 倍，依此类推，8PSK 的信息传输速率是BPSK 的3 倍。但相邻载波间的相位差越小，对接收端的要求就越高，将使误码率增加，传输的可靠性将随之降低。为了实现两者的统一，各通信系统纷纷采用改进的PSK 调制方式，而实际上各类改进型都是在最基本的BPSK 和QPSK 基础上发展起来的。
在实际应用中，北美的IS-54 TDMA、我国的PHS 系统均采用了π /4- DQPSK 方式。π /4- DQPSK 调制是一种正交差分移相键控调制，实际是OQPSK 和QPSK 的

折中，一方面保持了信号包络基本不变的特性，克服接收端的相位模糊，降低了对于射频器件的工艺要求；另一方面它可采用相干检测，从而大大简化了接收机的结构。但采用差分检测方法，其性能比相干QPSK 有较大的损失，实际系统在略微增加复杂度的条件下，采用Viterbi检测可提高该系统的接收性能。在CDMA 系统中，通过扩频与调制的巧妙结合，力图实现在抗干扰性即误码率达到最优的BPSK性能，在频谱有效性上达到QPSK 的性能。同时为了减少设备的复杂度，降低已调信号的峰平比，采用各种BPSK 和QPSK 的改进方式，引入了偏移QPSK
（OQPSK）、π /4- DQPSK、正交复四相移键控CDQPSK 以及混合相移键控HPSK 等。可见，PSK 数字调制技术灵活多样，更适应于高速数据传输和快速衰落的信道。在2G 向3G 演进的过程中，它已成为各移动通信系统主要的调制方式。
1.3 OFDM技术
OFDM 是一种多载波数字通信调制技术，属于复用方式。它并不是刚发展起来的新技术，而是由多载波调制（MCM）技术发展而来，应用已有近40 年的历史。它开始主要用于军用的无线高频通信系统。这种多载波传输技术在无线数据传输方面的应用是近十年来的新发展。目前，已被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及宽带通信系统中。由于其具有频谱利用率高、抗噪性能好等特点，适合高速数据传输，已被普遍认为是第四代移动通信系统最热门的技术之一。
该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代OFDM系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。
OFDM 的另一个优点在于每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM 等，实现频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。例如，为了保证系统的可靠性，很多通信系统都倾向于选择BPSK 或QPSK 调制，以确保在信道最坏条件下的信噪比要求，但是这两种调制方式的频谱效率很低。OFDM 技术由于使用了自适应调制，可根据信道条件选择不同的调制方式。比如在信道质量差的情况下，采用BPSK等低

阶调制技术;而在终端靠近基站时，信道条件一般会比较好，调制方式就可以由B P S K （频谱效率1 b i t / s / H z ）转化成16QAM～64QAM（频谱效率4bit/s/Hz～6bit/s/Hz），整个系统的频谱利用率就会得到大幅度的提高。目前OFDM 也有许多问题亟待解决。其不足之处在于峰均功率比大，导致射频放大器的功率效率较低;对系统中的非线性、定时和频率偏移敏感，容易带来损耗，发射机和接收机的复杂度相对较高等。近年来，业内已对这些问题进行积极研究，取得了一定进展。
除了以上介绍的调制技术外,目前在研究的还有很多调制技术,例如：
1：可变速率调制，根据信道的变化自适应地改变无线传输速率,信道条件好,用较高速率;信道条件差,用较低速率.这是可变速率调制,或称自适应调制。
2：平滑调频( TFM)，从如何平滑MSK信号的相位轨迹来压缩已调信号带外辐射功率的角度提出的一种恒定包络调制方式。
3：通用平滑调频(GTFM)，是TFM的扩展. 它通过改变预调制滤波器的参数来平衡拼谱特性和误码率性能。