数字相位调制

sin k 1/ 1/ 1/ 1/ 2 2 2 2
１ １ －１ １ －１ －１ １ －１
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据不会同时发生变化，因而不可能像QPSK那样产生±π的相
位跳变，而仅能产生±π/2的相位跳变。因此，OQPSK的旁 瓣要低于QPSK的旁瓣。
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第3章 移动通信中的调制解调技术
但是在多径衰落信道下，相干载波的恢复比较困难，相
干检测往往导致比非相干检测性能更差。在差分检测中， OQPSK比QPSK性能差，原因是OQPSK在差分检测中引 入了码间干扰。 QPSK和OQPSK调制共同的缺点表现为：功率谱旁瓣占 有的能量大，要求有较宽的带宽；而且，在QPSK和OQPSK 输出端必须有复杂的滤波器限带，否则在移动通信中很难满 足邻道干扰小于60dB的要求。
3 c 4 3 c 4
a n a n 1 1 1 a n a n 1 1 1
（3.15）
a n a n 1 1 1 a n a n 1 1 1
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第3章 移动通信中的调制解调技术
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第3章 移动通信中的调制解调技术
图3-15π/4-QPSK信号的相位状态
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图3-16 π/4-QPSK调制器的原理框图
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设已调信号为
S k cos c t k
nTb ≤ t ≤ (n 1)Tb
（3.13）
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即当输入为0时，信号的附加相位为0；当输入为1时，对应
的信号附加相位为π。PSK信号可分为绝对PSK和相对PSK。 相对调相实际上就是原始信码经过相对码变换后再进行绝对 调相，通常采用相对调相的目的是为了克服绝对调相时在接 收端出现的相位模糊问题。
将二进制数字信号变换为四进制，应将输入数字信号每两个
比特分成一组，共有00、01、10、11四种双比特码组。
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图3-13 QPSK信号相位和时间波形图
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假定输入二进制序列为{an}，an =+1或-1，则在kTs≤t＜
(k+1)Ts(Ts=2Tb)的区间内，QPSK产生器的输出为S(t)=Acos (ωct+θk)(令n=2k+1)
A cos A cos S (t ) A cos A cos
ct 4 ct 4
号的功率利用率的高低。
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第3章 移动通信中的调制解调技术
（3）能接受差分检测，易于解调。由于移动通信系统
接收信号的衰落和时变特性，相干解调性能明显变差，而 差分检测不需载波恢复，能实现快速同步，获得好的误码 性能，因而差分检测的数字调制方案被越来越多地应用于 数字蜂窝移动通信系统中。 一般的数字调制技术，如幅移键控（ASK）、相移键 控（PSK）和频移键控（FSK），因传输效率低而无法满足 移动通信的要求。为此，需要专门研究一些抗干扰性能强、 误码性能好、频谱利用率高的调制技术，尽可能地提高单 位频带内传输数据的比特速率，以适应移动通信的要求。 目前已在数字移动通信系统中得到广泛应用的数字调制方
第3章 移动通信中的调制解调技术
第3章
数字调制解调技术
数字相位调制
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第3章 移动通信中的调制解调技术
3.1 概
述
要使数字信号在有限带宽的信道中传输，就必须用数
字信号对载波进行调制，即用数字信号来调制某一较高频 率的正弦或脉冲载波，使已调信号能通过带限信道传输。
这种用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换
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3.3 数字相位调制
3.3.1 式为
A sin( c t ) S (t ) A sin( c t ) an 0 an 1
二相相移键控调制（PSK）
设输入比特率为{an},an=“1”或“0”，则PSK的信号表达
量Δθk又取决于差分编码器的输入码组SI、SQ。四种输入码组
分别对应每个相位点有四种相位跳变量。它们的关系见表3-1。
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表3-1 π/4-QPSK的相位跳变规则
SI SQ k
/4 3 / 4 3 / 4 /4
cos k 1/ 1/ 1/ 1/ 2 2 2 2
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第3章 移动通信中的调制解调技术
图3-14 QPSK和OQPSK调制器 (a)QPSK调制器；(b)OQPSK调制器
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3.3.3 π/4-QPSK调制
π/4-QPSK是在常规QPSK调制的基础上发展起来的，是 对QPSK信号特性进行改进的一种调制方式。一是将QPSK 的最大相位跳变±π降为±3π/4，从而改善频谱特性；二是 改进解调方式，QPSK只能用相干解调，而π/4-QPSK既可采 用相干解调，也可采用非相干解调。
cos c t cos k sin c t sin k
（3.16）
式中，θk为kTs≤t≤(k+1)Ts之间的附加相位。当前码元的附加相
位是前一码元的附加相位θk-1与当前码元的相位跳变量Δθk之和， 即
k k 1 k
从而有
U
k
（3.17）
cos k cos( k 1 k ) cos k 1 cos k sin k 1 sin k
信号波形如图3-12所示。
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图3-12 数字调相波形 （a)二相绝对调相2PSK波形；(b)二相相对调相2DPSK波形
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第3章 移动通信中的调制解调技术 3.3.2 QPSK和OQPSK调制 为了提高频谱利用率，提出多进制移相键控（MPSK）。 图3-13给出了4PSK（QPSK）信号相位和时间波形图。已调 信号有四种不同的相位值，与四进制数字信号相对应。为了
案分为如下两类：
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第3章 移动通信中的调制解调技术
①恒包络调制技术（不管调制信号如何变化，载波振
幅保持恒定）。恒包络调制技术有2FSK、MSK、GMSK、 TFM和GTFM等。恒包络调制技术的功率放大器工作在C 类，具有带外辐射低、接收机电路简单等优点，但其频带 利用率比线性调制技术稍差一些。 ②线性调制技术（已调信号的幅度随调制信号线性变 化）。
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移动通信中的数字调制技术应具有以下特点：
（1）要有窄的功率谱和高的频谱利用率。移动通信是 一种多波道系统，调制信号功率谱带外辐射对邻道产生干 扰，使性能下降。为了保证数字信息传输质量，信号功率 与干扰功率之比应大于20dB，考虑到移动台运动时的衰落 深度可达20～40dB，所以要求已调信号在邻道的总辐射干 扰低于20～40dB。 （2）误码性能好。移动通信环境以衰落、噪声、干扰 为特点，包括多径瑞利衰落、频率选择性衰落、多普勒频 移和障碍物阻挡的联合影响。因此，必须根据抗衰落和干 扰能力来优选调制方案。误码性能的好坏实际上反映了信
k 1
k 1
,
则 （3.19）
U
cos k V K 1 sin k
k 1
V k V k 1 cos k U
sin k
这是π/4-QPSK的一个基本关系式，它表明了前一码元两 正交信号Uk-1和Vk-1与当前码元两正交信号Uk和Vk之间的关系， 它取决于当前码元的相位跳变量Δθk，而当前码元的相位跳变
为频带数字信号的过程称为数字调制。在接收端通过解调 器把频带数字信号还原成基带数字信号，这种数字信号的 逆变换过程称为解调。通常，把数字调制与解调合起来称 为数字调制，把包括调制和解调过程的传输系统称为数字 信号的频带传输系统。
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下面介绍数字调制基本原理。
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对于上述问题，人们不采用8PSK，是因为其功率谱虽
然集中，但抗干扰能力差,人们在寻求更适合移动信道的调 制技术。 图3-14画出了用正交调幅法产生QPSK和OQPSK信号的 调制器。但在对四相绝对相移键控信号的相干解调中，存在 着因相干载波初相位不确定而导致解调器输出基带数字信号 极性不确定的问题，即相位模糊的问题。因此，实际中一般 采用四相相对相移键控（QDPSK）。QDPSK是绝对码经相 对码变换（差分编码）后再进行绝对相移键控。
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图3-1 各类二进制调制原理波形图
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移动信道的基本特征如下：
①带宽有限，它取决于可使用的频率资源和信道的传 播特性； ②干扰和噪声的影响较大，这主要是由移动通信工作 的电磁环境所决定的； ③存在着多径衰落。
其相位星座图如上，实际中也可以产生 k 0, / 2, 的 QPSK 信号，即将上图的星座旋转４５度。从表达式可以看出，在 QPSK 的码元速率与ＰＳＫ信号的比特速率相等的情况下，ＱＰＳＫ信号 是两个ＰＳＫ信号之和，故它具有和ＰＳＫ信号相同的频谱特征和 误比特率性能。
OQPSK调制与QPSK调制类似，不同之处是在正交支路 引入了一个比特（半个码元）的时延，这使得两个支路的数
由于基带信号是数字信号，因此相应地有三种基本调
制方式，即幅移键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）、频 移键控（FrequencyShiftKeying，FSK）和相移键控 （PhaseShiftKeying，PSK）。其他调制方式，如差分（相 对）相移键控（DifferentialPSK，DPSK）、正交（四相） 相移键控（QuatemaryPSK，QPSK）和交错（偏置）正交 （四相）相移键控（OffsetQPSK，OQPSK）都是PSK的改 型；而高斯型最小频移键控（GMSK）是FSK的改型。各 类二进制调制原理的波形如图3-1所示。
V k sin k sin ( k 1 k ) sin k 1 cos k cos k 1 sin k
（3.18）
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其中， k 1 sin
U
V K 1 ,
k
cos k 1 U
通常，一个正弦波可用下式表示：
S(t)=A(t)sin［ωt+φ(t)］ （3.1）
式中:变量t代表时间，A是正弦波的振幅，ω是角频率， φ是相位。所谓调制，就是用基带信号，改变正弦波的三个 参量（A，ω，φ）之一（也可以是其中的两个），将其变 为已调数字信号。
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