无线接入的基本技术

f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
(b)
2.2 数字调制与解调
2.2.1 数字调制
1. GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）
(1) FSK（Frequency Shift Keying） 传输“1”码时，输出载频f1
传输“0”码时，输出载频f2
FSK的简单表示法
SFSK
令中心频率
fC
f1 2
f2 ,
以fC为基准，码“1”的频率低 相位滞后
码“0”的频率高 相位超前
f2的相位
fC
f1的相位
例：码流“0110100”的FSK发送信号相位迁移图
定义调制指数 m f1 f2 TS ,
TS
1 RS
FSK信号的功率谱密度图形为
功 率 谱 密 度
特点：m增大，频谱展宽。M=0.5时，频谱的主要成份集中在载波附近（即使 采用随机码调制）
结论：m=1/2的FSK是频移最小的数字调频方式
传号 空号
（3）GMSK
问题：MSK的频谱利用率高（所需带宽小于2PSK),但频谱特性不好。
高斯LPF
a(t)
3dB
Bb
b(t) f
MSK
ST(t)
a(t) bku(t kTS ) k
1; bk 1;
ak 0 ak 1
u(t
)
1; 0;
0 t TS Otherwise
b(t) a(t) cb (t)
cb (t)
2
ln 2
Bb
exp
2 2
ln 2
Bb2t 2
ST (t) Acos2 fCt (t) 0
(t)
t
b( )d
2TS
BbT : 高斯滤波器的3dB带宽与码长的乘积
2. QPSK 调制方式
2fTS
m f1 f2 TS 2f TS
当
m
1 2
时，
TS
1 4f
对于MSK，每隔一个 时隙，有 的相位 变化。 2
2fTS
2f
4f
2
问题： m f1 f2 TS
m
频谱展宽，频谱利用率低
不可以
m
频谱窄，频谱利用率高。m是否可以小于0.5？
原因：当m很小时（f1和f2之差很小），接收机难以分辨出 us (t) 和 uM (t)
ai 1
（1,1） ai 1 （1,0）
特征：由于正交载波传输，两个信道的信号互 不影响。
③ 串并联转换与QPSK信号的频谱
S(t) cosct bi sin(ct ai )
设传输的数字信号序列为 {Ci}，需要将 {Ci} 进
行串并转换为{bi}和{ai} 两个序列。
{Ci }
{ai} 延迟T秒
S(t) i cosct i sin ct
S(t) cosct sin ct
S(t) cosct sin ct
S(t) cosct sin ct
S(t) cosct sin ct
[1,-1] (0,1)
[1,1]
sin ct (0,0)
(1,1) [-1,-1]
cos ct
(t
)
Acos(1t Acos(2t
1) 2)
code "1" code "0"
FSK的更专 业表示法
SFSK
(t)
n
an
g
(t
nTS
)
cos1t
n
ang(t nTS ) cos2t
an是an的反码，
பைடு நூலகம்
an
0 1
p(以概率p出现） (1-p)(以概率1-p出现）
FSK的相位：
设f1对应码“1”，f2对应码“0”
②
4
QPSK
Gray码 QPSK的电路框图与前面QPSK的框图相同，
4
只是基带信号生成器的内部结构不同
Gray码 4QPSK基带信号生成器
data n
0,0
3
4
0,1
3
4
1,1
1 4
1.0
1
4
Gray码编码器
t 2mTs
4
（1）QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) ① QPSK 的数学表达式
S
(t
)
cos
ct
ki
2
ki 0,1, 2,3
（0,1） 相
2
相
（1,1）
0相 （0,0）
3相
2
（1,0）
信号空间图
为了用正交载波传输QPSK信号：
同相信道：SI (t) cos ct bi
2.1 无线信道的接入方式 1. 常用的3种接入方式
图2-1 FDMA、TDMA、CDMA的说明
2. 三种无线接入方式的收发信机的构成
3. 蜂窝通信的概念
f1
f2
f1
f2
f3
f1
f2
f3
f1
f2
f3
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f3
f1
f2
f3
f1
f2
f3
f3
(a)
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
f1
（1,0） [-1,1]
（2）4 QPSK
① QPSK的另一种电路
基带信号
S/P
生成器
data n
0,0
3
4
0,1
3
4
1,1
1 4
1.0
1
4
LPF
cosct
2 移相 LPF
cosn
sin n
Q_Ch (0,1)
相邻两个符号间的相位差：
(1,1)
0, ,
2
I_Ch
(0,0)
（1,0）
QPSK 星座图和相位迁移图
2
0
2PSK调相
sin ct
{ai }
QPSK
原理： S(t) cos ct bi sin(ct ai )
=i cosct i sin ct
1
i 1
(bi 0)
(bi
1)
,
1
i 1
(ai 0)
(ai
1)
ai ，bi
0，0 0，1 1，1 1，0
i ，i 1，1 1，-1 -1，-1 -1，1
正交信道：SQ (t) sin(ct ai )
bi 0,1 ai 0,1
QPSK信号： S(t) SI (t) SQ (t)
= cos ct bi sin(ct ai )
② QPSK信号的构成
bi 1
bi 0
ai 0
(0,1)
(ai , bi )
bi 1
ai 0
(0,0) bi 0
（2）MSK（Minimum Shift Keying）
m=0.5的FSK称为最小频移健控
例：求MSK信号一个时隙前后的相位变化（超前或滞后）。
设 f1 fC f , f2 fC f
f2 f1 2f
SFSK
Acos(2
A
cos(2
fCt fCt
2ft 2ft
1) 2)
从t 0到t TS的相位变化量 为
QPSK
S (t )
{bi }
调制
脉冲周期变为2T
{Ci }
101 1100011
{ai }
1110 10 {bi }
0 1001
PSK QPSK
因为{ai}、{bi} 的重复频率是PSK的一半， 所以，QPSK占用的带宽是PSK的一半
④ QPSK的电路框图
cos ct
{bi }
0
2PSK调相
移相