调制技术

一、数字调制的性能指标
• 功率有效性ηP (Power Efficiency)：反映调制技术 在低功率电平情况下保证系统误码性能的能力，
可表述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度之
比：
P
Eb N0
• 带宽有效性ηB (Spectral Efficiency)：反映调制技 术在一定的频带内数字有效性的能力，可表述成
691 .886
kb/s
BMAX
C B
log2110
3.46(kb/s)/Hz
对于GSM目前实际数据速率为270.833kb/s，只达到
信道容量的40%。
二、蜂窝系统对数字调制技术的要求
• 数字调制的目的在于使传输的数字信号与信道特性 相匹配，必须具有优良的频谱特性和抗干扰、抗衰 落性能；
• 移动通信要求采用恒定包络数字调制技术; • 应尽量避免幅-相转换(AM/PM)效应; • 要求调制方式具有最小的功率谱占用率。
f0 - fc
f0
fs f1
f1 + fc
f
3. 二进制相移键控BPSK
➢ 已调信号的相位有两种状态变化。
➢ 数学表达式：
s(t)
A c os (0 t ) Acos(0t
)
当发送“0”时 当发送“1”时
s(t
)
A
cos0t A c os0 t
当发送“0”时 当发送“1”时
➢ 已调信号波形： “1”
三、几种基本的数字调制方式
调制信号为二进制数字信号时的调制方式统称为 二进制数字调制。在这类调制中，载波的某个参数 （如幅度、频率或相位）只有两种变化的状态。由于 两种状态的切换与通断键控相当，所以二进制调制分 为幅度键控、频移键控和相移键控三种。
1. 二进制幅度键控BASK
➢ 又称为开关键控OOK，已调信号的幅度有两种状态 变化。
• D-AMPS：824-849MHz（上行） 869-894MHz（下行） /4正交相移键控(/4QPSK)
• IS-95(CDMA)：QPSK(上行)，OQPSK(下行) • GSM：890-915MHz(上行)
935-960MHz(下行) 高斯最小移频键控(0.3 GMSK)
5.1 数字调制技术介绍
wk.baidu.com➢ 数学表达式：
s(t) A(t) cos(0t ) 0 t T
A A(t) 0
当发送“1”时, 当发送“0”时。
➢ 已调信号波形：
1. 二进制幅度键控BASK
➢ BASK的功率谱密度：
Ps ( f )
1 4
PA
(
f
f0 ) PA ( f
f0 )
➢ BASK的带宽：2B
PA(f)
f / fc (a) 功率谱密度PA(f)的曲线
➢ 已调信号波形：
恒包络 变换
“1”
“0”
“1”
T
2. 二进制频率键控BFSK
➢ 2FSK的功率谱：
Ps ( f )
1 4
PA1
(
f
f1 ) PA1( f
f1 )
1 4
PA0
(
f
f0 ) PA0 ( f
f0 )
➢ 2FSK的带宽：
f f1 f0 2 fc
fc
fs = (f0 +f1) / 2
(b) 功率谱密度Ps(f)的曲线
1. 二进制幅度键控BASK
➢ 特点：
信号突然消失和再次 出现需要无限的带宽
已调信号的 幅度有变化
信号成形
2. 二进制频率键控BFSK
➢ 已调信号的频率有两种状态变化。 ➢ 数学表达式：
s(t)
A c os (1t
A
c
os
(
0t
1) 0 )
当发送“1”时 当发送“0”时
第五章 调制技术
主讲人：刘劲 联系方式：ysss@tom.com
主要内容
5.1 数字调制技术介绍 5.2 信号成形 5.3 蜂窝无线系统中的调制 5.4 正交频分复用
概述
问题一：为什么要采用调制技术？
问题二：根据上学期《通信原理》中已经学 过的知识，分析何种调制方式更适合移动信 道？
概述
调制在通信系统中占有十分重要的地位，只有经过 调制才能将基带信号转换成适合于信道传输的已调信号， 而且它对系统的传输有效性和可靠性都有很大的影响。
f
f0)
PA ( f
f0 )
➢ BPSK的带宽： 2B
4. 性能比较
1
➢ 误码率曲线
10-1
10-2
10-3
Pe
10-4
10-5
2PSK
2DPS K
2FS K
2AS K
10-6
10-7
-6 -3 0 3 6 9 12 15 18
信噪比r (dB)
5.2 信号成形
一、概述
1. 信号成形的目的 如：2ASK：幅度的突变——无限带宽 2PSK：相位的突变——无限带宽 实际中不可能出现陡峭的突变，但是相位的变
化一定会导致不需要的信号传输带宽的增加和相应 的由于有限的传输带宽而导致的传输信号幅度的变 化。
必须采取一定的措施保证已调信号的带宽在系 统指定的带宽内。
一、概述
2. 基本形式
s(t) m(t)h(t) cos0t
h(t)
码元的时间中点
特点： • 在从1到0的转换期间 保持平滑； • 中心有最大值，两边 平缓下降； • 成形可以在基带实行， 也可以直接在载频上实 t 行，结果是一样的。
在给定带宽条件下每赫兹的数据通过率：
B
R B
((bit/s)/Hz)
一、数字调制的性能指标
• 由香农(Shannon)定理：
C
B
log
2
1
S N
因此，最大可能的ηBMAX为
BMAX
C B
log
2
1
S N
对于GSM，B=200kHz，SNR=10dB，则有：
C
B
log
2
1
S N
200
log 2 (110)
一、概述
2. 基本形式
h(t)
• 脉冲的宽度和它的带宽 彼此互为反相关关系。
• h(t)的宽度减小，则基带 信号序列的带宽增加； • h(t)的宽度增加，则基带 信号序列的带宽减小；
“0”
恒包络 变换
“1”
T
T
T
3. 二进制相移键控BPSK
➢ BPSK在接收端必须使用相干参考信号，才能确定 BPSK信号的相位变化，所以BPSK信号只有与作为 基准的相干参考信号比较相位才有意义。
➢ 产生相位模糊
3. 二进制相移键控BPSK
➢ BPSK的功率谱密度：
Ps ( f )
1 4
PA
(
基带信号
调制
带通信号
调制信号
载波
已调信号
幅相频 度位率
概述
在无线移动信道中，当衰落和多径条件很恶劣时， 设计一个能抵抗移动信道损耗的调制方案，是一项具 有挑战性的工作，研究的最终目的就是在无线信道中 以尽可能好的质量同时占用最少的带宽来传输信号。
概述
➢ 第一代蜂窝系统
• AMPS：模拟FM
➢ 第二代蜂窝系统