4.3_数字调制技术

null第三节 数字调制技术第三节 数字调制技术4.3.1 数字调制技术概述(一)4.3.1 数字调制技术概述(一)目的:使传输的数字信号与信道特性相匹配，便于有效的进行信息传输。 分类: 调制信号:模拟调制和数字调制 相位连续:相位不连续调制和相位连续调制 信号恒定:恒包络调制和非恒包络调制4.3.1 数字调制技术概述(二)4.3.1 数字调制技术概述(二)移动通信面临的无线信道问题： 多径，衰落，干扰（自然，人为，ISI），频谱资源有限 移动通信对调制解调技术的要求 频谱资源有限高的带宽效率 用户终端小高的功率效率,抗非线性失真能力强 邻道干扰低的带外辐射 多径信道传播对多径衰落不敏感,抗衰落能力强 干扰受限的信道,抗干扰能力强 解调一般采用非相干方式,或插入导频的相干解调 产业化问题成本低,易于实现 调制方案的性能评估:功率效率和带宽效率4.3.1 调制解调的主要功能4.3.1 调制解调的主要功能频谱搬移,实现基带信号搬移到相应的频段 实现可以分为两步:首先进行基带信号调制,然后上变频到所需的频段 抗干扰性 主要体现通信系统的质量指标,即可靠性 调制信号具有较小的功率谱占有率 要求:功率谱主瓣占有尽可能多的信号能量,具有快速滚降特性,带外衰落大,旁瓣小 频谱有效性 主要体现通信系统的数量指标,即有效性 频带利用率:bit/s/Hz4.3.1 数字调制方式的分类4.3.1 数字调制方式的分类4.3.1 各类二进制调制波形图4.3.1 各类二进制调制波形图4.3.1 移动通信中的调制技术4.3.1 移动通信中的调制技术4.3.2 脉冲成型技术4.3.2 脉冲成型技术矩形脉冲经过限带信道后,脉冲在时间上扩展,造成严重的符间串扰(ISI). 脉冲成型可以减少ISI和调制信号的带宽 Nyquist准则: 第一准则:抽样点无失真,升余弦滚降滤波 第二准则:转换点无失真 第三准则:脉冲波形面积保持不变 移动通信中的脉冲成型技术 升余弦滚降滤波 高斯脉冲成型滤波器4.3.2 升余弦滚降滤波器4.3.2 升余弦滚降滤波器升余弦滚降滤波器的传递函数见书P614.3.2 WCDMA/FDD中的成型技术4.3.2 WCDMA/FDD中的成型技术平方根升余弦(RRC)滚降滤波器4.3.2 高斯成型滤波器4.3.2 高斯成型滤波器4.3.3 模拟调制方式—调频(FM)4.3.3 模拟调制方式—调频(FM)4.3.4 恒包络调制-FSK,MSK,GMSK4.3.4 恒包络调制-FSK,MSK,GMSK恒包络调制的特点: 恒包络调制,对线性要求低,可使用C类放大器,功率效率高 带外辐射低,可达-60~-70dB 可使用限幅器----鉴频器检测,系统结构简单,实现容易 限幅器可克服随机噪声和瑞利衰落导致的信号幅度的变化,抗干扰和衰落能力强 具有较好的解调门限 4.3.5 FSK和CPFSK4.3.5 FSK和CPFSK2FSK 调制指数: 当h=0.5时,S0与S1为正交信号 CPFSK(连续相位移频键控) 在时间Tb内,相位是线形变化的,每经过时间Tb,相位变化π/2,且在t=kTb时相位连续4.3.5 最小移频键控-MSK 4.3.5 最小移频键控-MSK MSK是一种特殊的CPFSK,调制指数为0.5 h=0.5时,满足在码元交替点相位连续的条件 h=0.5是移频键控为保证良好误码性能所允许的最小调制指数 h=0.5时,波形相关系数为0,信号是正交的 MSK也是一类特殊形式的OQPSK,用半正弦脉冲取代OQPSK的基带矩形脉冲 信号达式:4.3.5 MSK的调制和解调4.3.5 MSK的调制和解调4.3.5 MSK信号的特征和功率谱密度4.3.5 MSK信号的特征和功率谱密度特征: 已调制信号幅度是恒定的 在一个码元周期内,信号包含1/4载波周期整数倍 码元转换时,相位连续无突变 信号频偏严格等于±1/4Tb,调制指数为0.5 信号相位在一个码元周期内变化±π/2 功率谱密度4.3.5 GMSK4.3.5 GMSK要求带外辐射功率为-60~-80dB GMSK是GSM的优选方案 实现简单,在原MSK调制器增加前置滤波器 对前置滤波器的要求 带宽窄且为锐截止型 有较低的过脉冲响应 保持输出脉冲的面积不变 目的:抑制高频分量,防止过量的瞬时频率偏移以及满足相干检测的需要. 高斯滤波器满足以上要求3.3.5 MSK和GMSK的BER性能3.3.5 MSK和GMSK的BER性能4.3.6 移相键控--PSK4.3.6 移相键控--PSK1986年前,线性高功率放大器成本较高,因此采用恒包络的CPM调制实现高功率效率,现在线性线性功率放大器已取得实质性进展. PSK是一种线性调制技术,具有带宽效率高,频谱利用率高等特点. 移动通信中一般采用性能优良的绝对移相体制,而不采用相对移相体制,虽然相对移相体制可以解决相位模糊度问题,而CDMA中,常采用导频信道传送载波进行相干解调.4.3.6 BPSK和QPSK4.3.6 BPSK和QPSK4.3.6 偏移QPSK(OQPSK)4.3.6 偏移QPSK(OQPSK)QPSK波形成型后,将失去恒包络性质,180o相移导致信号包络过零点.对放大器线性度敏感 与QPSK的区别为:调制器输入的信号,其正交支路比特流比同相支路比特流延迟了1个码元 好处是:载波相位只有±90o变化,而无±180o变化,在非线性放大后仍保持带限性质,IS-95上行4.3.6 OQPSK的调制和解调4.3.6 OQPSK的调制和解调4.3.6 π/4QPSK4.3.6 π/4QPSK4.3.7 各种调制的BER性能4.3.7 各种调制的BER性能4.3.8 正交幅度调制技术(QAM)4.3.8 正交幅度调制技术(QAM)标准QAM存在载波恢复和自动增益控制方面问题,不适合瑞利衰落信道.星型QAM可以有效地叠加差分编码,性能优于标准QAM. 微蜂窝系统中,LOS无线传播,QAM技术可使用.必须使用导频信号和均衡. 自适应QAM调制:根据信道情况,自适应改变调制的电平数量.4.3.9 自适应调制技术4.3.9 自适应调制技术为什么要自适应调制? 无线多媒体的变速率传输特性 信道传输能力的时变性 无线移动互联网的引入….