调制技术发展
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主要内容
一、调制技术定义
调制就是对信号源的编码信息进 行处理，把要传输的模拟信号或数字 信号变换成适合信道传输的信号的过 程。 通常的调制过程是指把基带信号 转变为一个相对基带频率而言频率较 高的带通信号。这个带通信号叫做已 调信号，而基带信号则叫做被调信号 或者调制信号。
• 基本调制方法:调幅、调频和调相。 • 调制方案选用原则：
QPSK
正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keyin，QPSK）是一种数字调制方式。 它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在 实际中主要采用相对移相方式DQPSK。目前已经广泛应用于无线通信中，成为 现代通信中一种十分重要的调制解调方式。 QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。调制后的载波 相位取四个等间隔值之一，如л /4, 3л /4,5л /4,和7л /4。相应的，可将发射 信号定义为
GMSK
低通滤波器的选择原则是，它应该具有窄的带宽和尖锐的过渡带；低峰突 的冲激响应；保持输出脉冲的面积不变，以保证/2的相移。高斯滤波器 就是合适的选择。 在GMSK中，将调制的不归零（NRZ）数据通过预调制高斯脉冲成型滤波器， 使其频谱上的旁瓣水平进一步降低。预调制高斯滤波器将全响应信号（即 每一基带码元占据一个比特周期T）转换为部分响应信号（每一发射码元 占据几个比特周期）。 GMSK由于具有极好的功率效率（因为恒定包络）和极好的频谱效率。 GMSK牺牲误码性能，而得到了极好的频谱效率和恒定的包络特性。
第一代移动通信系统采用模拟调频（FM）传输模拟 语言信号,信令系统采用2FSK数字调制。
移动通信系统(2G)起源于90年代初期。第二代数字蜂窝技术所传递的 语音都是经过语音编码和信道编码后的数字信号。第二代手机通信技术规 格，以数字语音传输技术为核心。一般定义为无法直接传送如电子邮件、 软件等信息；只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。 不过手机短信在它的某些规格中能够被执行。与第一代模拟蜂窝移动通信 相比，第二代移动通信系统提供了更高的网络容量，改善了话音质量和保 密性，并为用户提供无缝的国际漫游。具有保密性强、频谱利用率高、能 提供丰富的业务、标准化程度高等特点。
Si t =
2E / t cos[2 ft (2i 1) / 4]
其中，i＝1，2，3，4 每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。例如，可用的一组相位值来表示 格雷码的一组二位组：10，00，01，11。
4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一 体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电 视不相上下的技术产品。 4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍， 上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无 线服务的要求。 TD-LTE 即 Time Division Long Term Evolution，是由阿尔 卡特-朗讯、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通 讯、中国移动等业者，所共同开发的第四代（4G）移动通信技 术与标准。
在第二代移动通信技术中GSM采用GMSK进行调 制。在IS-95 CDMA中在上下信道中分别采用QS K和OQSK进行调制。
FSK的不足：FSK虽然抗干扰能力较强，不受信道参数变化的影响，因此FSK特别适合应用于 衰落信道；但是是占用频带较宽，尤其是MFSK，频带利用率较低。其次，若用开关法产生 FSK信号相邻码元的相位可能不连续，通过带通特性的电路后由于通频带限制使得信号的包 络产生较大起伏。因此我们应当采取相应的改进措施降低FSK对频带的占有，MSK就是其中的 一种方式。
MSK信号是一种包络恒定，相位连续，带宽较小并且严格正交的2FSK信号。 在原理上，使两个信号相互正交，就可以将它完全分开。MSK特别适合在移动无线 通信系统中使用。它有很多好的特性，例如包络恒定、误比特率低和自同步性能 。 MSK信号具有包络恒定、带宽较窄的特点，但是它的谱利用率较低，不能满足 移动通信中对带外辐射的严格要求。为了改善谱利用率，在频率调制之前用一个 低通滤波器对基带信号进行预滤波。低通滤波可以除去已调信号s(t)中的高频分 量，有效地抑制MSK的带外辐射，从而提高谱利用率。
第三代移动通信系统（IMT-2000），在第二代移动通信技术基础上进一步 演进的以宽带CDMA技术为主, 并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统 亦即 未来移动通信系统，是一代有能力彻底解决第一、二代移动通信系统主要弊端的最 先进的移动通信系统。
3G移动通信主要调制方式 WCDMA 调制方式 （前向/反向） QPSK/BPSK CDMA2000 QPSK/BPSK TD-SCDMA QPSK/8PSK
四、调制技术在1G到4G中的演变
1G 时代：
第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。由于受到传输 带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系 统。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。 第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性 差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。
二、移动通信特点和移动通信调制技术的要求
频谱资源有限
较高的频谱利用率
多径效应 用户终端发射功率小 邻道干扰，自然干扰
信道衰落
对多径效应不敏感 较高的功率效率 较好的抗干扰能力
抗衰落能力
三、基本的调制方式
按照调制器输入信号（即调制信 号）的形式，调制可分为模拟调制和 数字调制。
模拟调制
AM
FM
PM
• • • • • 1、频谱效率尽可能高 2、相邻信道的干扰尽可能小 3、信号频谱带外滚降要快，便于滤波 4、具有一定的抗噪声性能 5、波形易于硬件实现
• 调制系统性能指标：
• 功率有效性：低功率的电平下保证系统误码性能的能力。 • 宽带效率：反映了对分配的带宽如何有效利用的，可表述成给定带宽 下每赫兹的数据通过率。
• 多载波调制（Multi-Carrier Modulation，MCM）和并行传输的角度去分 析这种调制的基本性能。其基本概念是将高速率的信息数据流经串／并 变换，分割为若干路低速数据流，然后每路低速数据采用一个独立的载 波调制并迭加在一起构成发送信号。由于速率降低，信息码元周期增大 。如果码元速率大于多径时延，那么多径的影响将较少的带到下一个码 元，这样就减少了多径时延扩散在接收到的信息码元中所占相对的百分 比值，以削弱多径干扰对传输系统性能的影响。 • 正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)， OF DM技术属于多载波调制。将指配的信道分成许多正交子信道，在每个子 信道上进行窄带调制和传输，信号带宽小于信道的相关带宽。它使用相 互正交的一组子载波构成子信道来传输各个子数据流，子信道的频谱是 可以相互交叠的，这样就提高了频谱效率。通过各个子载波的联合编码 ，可具有很强的抗衰落能力。另一个更重要的优点是OFDM能够用FFT算 法实现，并可以采用非常有效的数字信号处理器(DSP)技术。
调幅方式(AM)表示的就是系统中高频载波的幅度大小 随调制信号幅度的改变而改变。调幅信号可表示为： 调幅信号的调制指数定义为信号峰值与载波峰值之比。 调频（FM）调制中，载波信号的瞬时频率随基带信号 呈线性变化，如下式所示
调相（PM）调制中，载波信号的角度随基带信号变化 而改变，如下式所示
调相与调频之间的主要区别是指被调制波形（相对于载 波）的相位在调相中与输入信号成正比，而在调频中与 输入的积分成正比。
数字调制
wenku.baidu.com
ASK
FSK
PSK
数字调制方式抗噪声性能更好，抗信道能力损耗更 强，复用各种不同形式的信息（如语音、数据和视频图 像等）更容易，通信的安全性也更好。 在二进制幅度键控（2ASK）中，载波幅度随二进制 调制信号序列{m(t)}变化，即幅度键控（ASK）信号可 表示为： 在二进制频率键控2FSK中，频移键控是利用两个不 同频率f1和f2的振荡源来代表信号1和0 ������ cos 2Πf1 ������1 + ������1 ������ ������ = 0 2������������������ (t) = ������ cos 2Πf2 ������2 + ������2 ������ ������ = 1 在二进制相移键控（BPSK）中，幅度恒定的载波信 号根据信号两种可能m1和m2（即二进制数1和0）的改 变而在两个不同的相位间切换。通常这两个相位相差18 0。 ������ cos (ω������1 + ������) 2������������������ (t) = ������ cos (ω������2 + ������ + ������)
一、调制技术定义
调制就是对信号源的编码信息进 行处理，把要传输的模拟信号或数字 信号变换成适合信道传输的信号的过 程。 通常的调制过程是指把基带信号 转变为一个相对基带频率而言频率较 高的带通信号。这个带通信号叫做已 调信号，而基带信号则叫做被调信号 或者调制信号。
• 基本调制方法:调幅、调频和调相。 • 调制方案选用原则：
QPSK
正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keyin，QPSK）是一种数字调制方式。 它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在 实际中主要采用相对移相方式DQPSK。目前已经广泛应用于无线通信中，成为 现代通信中一种十分重要的调制解调方式。 QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。调制后的载波 相位取四个等间隔值之一，如л /4, 3л /4,5л /4,和7л /4。相应的，可将发射 信号定义为
GMSK
低通滤波器的选择原则是，它应该具有窄的带宽和尖锐的过渡带；低峰突 的冲激响应；保持输出脉冲的面积不变，以保证/2的相移。高斯滤波器 就是合适的选择。 在GMSK中，将调制的不归零（NRZ）数据通过预调制高斯脉冲成型滤波器， 使其频谱上的旁瓣水平进一步降低。预调制高斯滤波器将全响应信号（即 每一基带码元占据一个比特周期T）转换为部分响应信号（每一发射码元 占据几个比特周期）。 GMSK由于具有极好的功率效率（因为恒定包络）和极好的频谱效率。 GMSK牺牲误码性能，而得到了极好的频谱效率和恒定的包络特性。
第一代移动通信系统采用模拟调频（FM）传输模拟 语言信号,信令系统采用2FSK数字调制。
移动通信系统(2G)起源于90年代初期。第二代数字蜂窝技术所传递的 语音都是经过语音编码和信道编码后的数字信号。第二代手机通信技术规 格，以数字语音传输技术为核心。一般定义为无法直接传送如电子邮件、 软件等信息；只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。 不过手机短信在它的某些规格中能够被执行。与第一代模拟蜂窝移动通信 相比，第二代移动通信系统提供了更高的网络容量，改善了话音质量和保 密性，并为用户提供无缝的国际漫游。具有保密性强、频谱利用率高、能 提供丰富的业务、标准化程度高等特点。
Si t =
2E / t cos[2 ft (2i 1) / 4]
其中，i＝1，2，3，4 每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。例如，可用的一组相位值来表示 格雷码的一组二位组：10，00，01，11。
4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一 体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电 视不相上下的技术产品。 4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍， 上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无 线服务的要求。 TD-LTE 即 Time Division Long Term Evolution，是由阿尔 卡特-朗讯、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通 讯、中国移动等业者，所共同开发的第四代（4G）移动通信技 术与标准。
在第二代移动通信技术中GSM采用GMSK进行调 制。在IS-95 CDMA中在上下信道中分别采用QS K和OQSK进行调制。
FSK的不足：FSK虽然抗干扰能力较强，不受信道参数变化的影响，因此FSK特别适合应用于 衰落信道；但是是占用频带较宽，尤其是MFSK，频带利用率较低。其次，若用开关法产生 FSK信号相邻码元的相位可能不连续，通过带通特性的电路后由于通频带限制使得信号的包 络产生较大起伏。因此我们应当采取相应的改进措施降低FSK对频带的占有，MSK就是其中的 一种方式。
MSK信号是一种包络恒定，相位连续，带宽较小并且严格正交的2FSK信号。 在原理上，使两个信号相互正交，就可以将它完全分开。MSK特别适合在移动无线 通信系统中使用。它有很多好的特性，例如包络恒定、误比特率低和自同步性能 。 MSK信号具有包络恒定、带宽较窄的特点，但是它的谱利用率较低，不能满足 移动通信中对带外辐射的严格要求。为了改善谱利用率，在频率调制之前用一个 低通滤波器对基带信号进行预滤波。低通滤波可以除去已调信号s(t)中的高频分 量，有效地抑制MSK的带外辐射，从而提高谱利用率。
第三代移动通信系统（IMT-2000），在第二代移动通信技术基础上进一步 演进的以宽带CDMA技术为主, 并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统 亦即 未来移动通信系统，是一代有能力彻底解决第一、二代移动通信系统主要弊端的最 先进的移动通信系统。
3G移动通信主要调制方式 WCDMA 调制方式 （前向/反向） QPSK/BPSK CDMA2000 QPSK/BPSK TD-SCDMA QPSK/8PSK
四、调制技术在1G到4G中的演变
1G 时代：
第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。由于受到传输 带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系 统。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。 第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性 差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。
二、移动通信特点和移动通信调制技术的要求
频谱资源有限
较高的频谱利用率
多径效应 用户终端发射功率小 邻道干扰，自然干扰
信道衰落
对多径效应不敏感 较高的功率效率 较好的抗干扰能力
抗衰落能力
三、基本的调制方式
按照调制器输入信号（即调制信 号）的形式，调制可分为模拟调制和 数字调制。
模拟调制
AM
FM
PM
• • • • • 1、频谱效率尽可能高 2、相邻信道的干扰尽可能小 3、信号频谱带外滚降要快，便于滤波 4、具有一定的抗噪声性能 5、波形易于硬件实现
• 调制系统性能指标：
• 功率有效性：低功率的电平下保证系统误码性能的能力。 • 宽带效率：反映了对分配的带宽如何有效利用的，可表述成给定带宽 下每赫兹的数据通过率。
• 多载波调制（Multi-Carrier Modulation，MCM）和并行传输的角度去分 析这种调制的基本性能。其基本概念是将高速率的信息数据流经串／并 变换，分割为若干路低速数据流，然后每路低速数据采用一个独立的载 波调制并迭加在一起构成发送信号。由于速率降低，信息码元周期增大 。如果码元速率大于多径时延，那么多径的影响将较少的带到下一个码 元，这样就减少了多径时延扩散在接收到的信息码元中所占相对的百分 比值，以削弱多径干扰对传输系统性能的影响。 • 正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)， OF DM技术属于多载波调制。将指配的信道分成许多正交子信道，在每个子 信道上进行窄带调制和传输，信号带宽小于信道的相关带宽。它使用相 互正交的一组子载波构成子信道来传输各个子数据流，子信道的频谱是 可以相互交叠的，这样就提高了频谱效率。通过各个子载波的联合编码 ，可具有很强的抗衰落能力。另一个更重要的优点是OFDM能够用FFT算 法实现，并可以采用非常有效的数字信号处理器(DSP)技术。
调幅方式(AM)表示的就是系统中高频载波的幅度大小 随调制信号幅度的改变而改变。调幅信号可表示为： 调幅信号的调制指数定义为信号峰值与载波峰值之比。 调频（FM）调制中，载波信号的瞬时频率随基带信号 呈线性变化，如下式所示
调相（PM）调制中，载波信号的角度随基带信号变化 而改变，如下式所示
调相与调频之间的主要区别是指被调制波形（相对于载 波）的相位在调相中与输入信号成正比，而在调频中与 输入的积分成正比。
数字调制
wenku.baidu.com
ASK
FSK
PSK
数字调制方式抗噪声性能更好，抗信道能力损耗更 强，复用各种不同形式的信息（如语音、数据和视频图 像等）更容易，通信的安全性也更好。 在二进制幅度键控（2ASK）中，载波幅度随二进制 调制信号序列{m(t)}变化，即幅度键控（ASK）信号可 表示为： 在二进制频率键控2FSK中，频移键控是利用两个不 同频率f1和f2的振荡源来代表信号1和0 ������ cos 2Πf1 ������1 + ������1 ������ ������ = 0 2������������������ (t) = ������ cos 2Πf2 ������2 + ������2 ������ ������ = 1 在二进制相移键控（BPSK）中，幅度恒定的载波信 号根据信号两种可能m1和m2（即二进制数1和0）的改 变而在两个不同的相位间切换。通常这两个相位相差18 0。 ������ cos (ω������1 + ������) 2������������������ (t) = ������ cos (ω������2 + ������ + ������)