第八章新型数字带通调制技术

1 正交振幅调制QAM（续）
•
16QAM的调制、解调框图
根据16QAM的星座图，第i个信号的表达式为
si (t ) Ai (cosct i )
i 1,2,...16
下面给出16QAM信号的一种调制和解调方框图
Q(t)
3 1 -1
-3
I（t） -3 -1 1 3
2 最小频移键控（MSK）
à Æ Ï Ò 900
à Ó ÷ Ï ¼ Æ
I k cos(t / 2Ts ) cos c t MSK Å Å Ð º ø ¨ ´ Í
Ë ¨÷  ² Æ
sin(t / 2Ts ) Qk sin(t / 2Ts )
à Ë ÷ Ï ³ Æ
Qk sin(t / 2Ts ) sin c t
n
X n g (t nTs ) cos c t Yn g (t nTs ) sin c n n 式中， X n An cos， Yn An sin n n 可看出，APK信号可以看作两个正交调制信号之和。 QAM信号也可以表示成
发送端
接收端
图
QAM系统组成框图
1 正交振幅调制QAM（续）
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MQAM与MPSK比较
– MQAM全部星点呈矩形排列，M>4时不是等幅包络 ； MPSK为恒包络信号，信号空间全部星点均在一个同心圆上。
dP
A
dQ
图
MQAM与MPSK星座图
– M=4式，QAM与QPSK相同（QAM星点既在同圆又呈方格 形），性能也相同，欧氏距离 2 A dQ d P – 当M>4时，如M=16， 0.47A ， 0.39A ，说明MQAM抗噪 dQ dp 声性能优于MPSK （M>4） – MPSK以M等分相位，M增大，相邻信号夹角更小，适用于M 不大的应用。一般以QPSK最佳。 现代无线通信MQAM系统， 可高达1024QAM
2 最小频移键控（MSK）（续）
2PSK
(f-fc)/fs
0．75 1 2
MSK信号频谱衰减快，谱零点带宽为1.5 Rb ，低于2PSK
2 最小频移键控（MSK）（续）
2 高斯最小频移键控（MSK）
•
– 从MSK调制来看，当随机传送1、0码时，其载波相位以 2 突变，这会使功率谱扩展，而MSK多用于无线信道，带外辐射 要求很小，因此提出各种改进型MSK，旨在改善相位波动量
Qk
图 MSK调制器原理框图
2 最小频移键控（MSK）（续）
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MSK信号的相干解调
[ 2iTs ,2(i 1)Ts , ] MSK 信号
载波 提取
相乘器 积分判决
输出 数据
相乘器 积分判决
[( 2i 1)Ts , ( 2i 1)Ts ]
图 采用延迟判决的MSK信号解调器原理框图
2 最小频移键控（MSK）（续）
• 最小频移键控（MSK）原理
最小频移键控（MSK）是频移键控（FSK）的一种改进型， 是使FSK相位始终保持连续变化的一种调制，这里“最小” 指的是以最小的调制指数（即0.5）获得正交信号 正交性条件为-两个信号的相关系数为零
cos2t cos1tdt 0
0
Ts
即 sin(1 2 )Ts sin(1 2 )Ts 0 1 2 1 2 f1 、 f 2 分别为传号载频和空号载频 令k=1时频差最小，为 f f 2 f1
基带信号 高斯滤波 MSK 调制器 GMSK
e0 (t ) mI (t ) cosct mQ (t ) sin ct
同相信号 正交信号
1 正交振幅调制QAM（续）
mI (t )
相乘器 相乘器 低通 滤波器
mI' (t )
cos0t mQ (t )
相加器
信道
cos0t
低通 滤波器
' mQ (t )
相乘器
相乘器
sin0t
sin0t
(t) MSK
MSK调制存在的问题

GMSK
t/Ts
2 高斯最小频移键控（MSK）（续）
• GMSK调制
– 为进一步改善MSK的相位路径，使其变化斜率不发生突
变，频谱衰减更快，提出了高斯最小频移键控。 高斯滤波的特点：前置高斯滤波器的带宽窄，输出功率谱 紧凑。 GMSK信号频谱特性的改善是通过降低误比特性能 换来的。误比特性能也将变得越差
2 最小频移键控（MSK）（续）
•
MSK信号的调制
令 cosk I k ,
ak cosk Qk
代入上式，可得 t t ) cos ct Qk sin( ) sin ct , (k 1)Ts t kTs SMSK (t ) I k cos( 2Ts 2Ts 由此构成一种MSK调制器
k
k k 1 (ak 1 ak ) (k 1) 2
a k 1, (t )减少

2
2 最小频移键控（MSK）（续）
1 -1 -1 1 1 1
图 附加相位函数
相位常数 k 与 k
附加相位路径网络
ak
的关系 4 1 -2π 0 5 1 6 1 -2π 0
(k 1)Ts k 1
(k 1)Ts t kTs
ak 1
2Ts
ak
2Ts
(k 1)Ts k
即相位连续条件为
, 当ak ak 1时 k 1 k 1 (k 1) , 当ak ak 1时 若设 k 的起始参考值为零，则 k 0或 附加相位函数 (t ) ak t k , (k 1)Ts t kTs 是总相位减去载 2Ts 波相位而得到的剩余相位。 (t )在一个码元期间内的变化量总是 / 2 ，即 a 1, (t )增加 2
Ik ä ë Ê È ý ¾ Ê 数据 Ý ak
输入
à Ë ÷ Ï ³ Æ
I k cos(t / 2Ts )
à Ë ÷ Ï ³ Æ
cos(t / 2Ts )
î Ö ² · à ë ±Â
ck
® ¢ ´ /² ä ±»
1 ñ ´ Õ µ f 4TS
Ó Ù Ñ ³ Ts à Ë ÷ Ï ³ Æ
ñ ´ Õ µ f fc
（模2π） k
ak k
1 1 0 0
2 -1 π π
3 -1 π π
-2π 0
2 最小频移键控（MSK）（续）
1 f2 2 Ts 3 1 f1 2 Ts
图 MSK信号波形举例
MSK 信号 ，“+”信号与“-”信号在一个码元期间相差二分之一
2 最小频移键控（MSK）（续）
• MSK信号的特点
1 2Ts
k f1 f 2 f 2Ts 1 1 f c ( f1 f 2 ) n 2 4Ts
()
(2)
，称为最小移频键控。 1 Ts n Tc ， 此时调制指数为 h fTs 0.5由等式（2）可得到 4 说明：MSK信号在一个码元期间内，应包括四分之一载波周 期的整数倍。
– MSK为恒包络（即已调信号的振幅是恒定的）已调波， 功 1 率谱特性好 f 4Ts f f f 1 – hMSK信号的两个频率偏离信道载频 ；调制指数 2 1
fs fs 2
– 以载波相位为基准的MSK信号，其相位在一个码元期间 / 2 内 准确地线性变化 f 0 ( f1 f 2 ) / 2 – 在一个码元周期内，信号应包含1/4载波周期的整数倍 （这里载波是指频率为 的载波） – 在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说，信号的波 形没有突跳。
2 最小频移键控（MSK）（续）
• MSK信号的调制
SMSK (t ) cosct (t ) cos (t ) cosct sin (t ) sin ct MSK信号可看成是两个彼此正交的载波 cosc和sin ct 分别被
函数 cos (t )和sin (t ) 进行振幅调制而合成的。 a 因为 (t ) k t k ，ak 1, k 0或 ，可得 2Ts t cos (t ) cos( ) cos k
2Ts sin (t ) ak sin(
t
2Ts
) cos k
故MSK信号可表示为
SMSK (t ) cos k cos(
t
2Ts
) cos c t ak cos k sin(
t
2Ts
) sin c t
, (k 1)Ts t kTs
式中，等号后面的第一项是同相分量，也称I分量；第二项是正 交分量，也称Q分量。
2 最小频移键控（MSK）（续）
MSK信号的表达式为
a 式中， c为载波角频率； s 为码元宽度； k为第k个码元中的信息 T 取值为 1 ； k为第个码元的相位常数，在时间 (k 1)Ts t kTs中 保持不变。 MSK信号的两个频率为
1 当a k 1时， f 2 2
1 当ak 1时， f1 2
ak S MSK (t ) cos c t t k 2Ts cosc t (t ), (k 1)Ts t kTs
1 m 1 1 c fc N 2Ts 4Ts 4 Ts
第八章 新型数字带通调制技术
主要内容
• 1 正交调幅（MQAM） • 2 最小频移键控（MSK） • 3 正交频分复用（OFDM）
1 正交振幅调制QAM
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APK调制的概念 – APK就是用一个信号符号同时控制载波的幅度与相位2个
参量的调制方式，又称QAM调制。