数字调制解调技术

图6-4 DPSK接收机框图及相关波形
6.2.3 差分相移键控DPSK
当有加性高斯白噪声时，平均错误概率如 下所示为
pe, DPSK
Eb 1 exp N 2 0
（6-20）
6.2.4 四相相移键控QPSK
四进制PSK，也称为正交相移键控（Q Phase Shift Keying，QPSK）是MPSK调 制中最常用的一种调制方式。 由于在一个调制码元中传输两个比特，四 相相移键控（QPSK）比BPSK的带宽效率 高两倍。
c R c I c
（6-5）
6.2.1 二进制幅度键控BASK
在二进制幅度键控（Binary Amplitude Shift Keying，BASK）中，载波幅度随二 进制调制信号序列｛m(t)｝变化，即幅度键 控（Amplitude Shift Keying，ASK）信 号可表示为
sASK(t) = m(t)cos(2fct) （6-6）
BPSK信号使用双极性基带数据波形m(t)， 并可以表示为如下的复包络形式
sBPSK = Re{gBPSK(t)exp(j2fct)} （6-12）
式中，gBPSK(t)是信号的复包络
g BPSK (t ) = 2 Eb m(t )e jq Tb
（6-13）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
6.2.2 二进制相移键控BPSK
对于AWGN信道许多调制方案的比特差错 概率用信号点之间距离的Q(x)函数来得到。 从BPSK信号的分布可以得到 2 Eb ，相邻 点的距离为。可以证明比特差错概率为
pe,BPSK 骣 2E ÷ b ÷ ç = Qç ç N ÷ ç 桫 0 ÷ （6-18）
式中，Q(x)函数为
Eb P = （6-1） N0
6.1.2 数字调Βιβλιοθήκη Baidu的性能指标
带宽有效性B是反映调制技术在一定的频 带内数字有效性的能力，可表述成在给定 带宽条件下每赫兹的数据通过率： R B = ((bit/s) / Hz) （6-2） B
式中，R为数据速率（bit/s），B为调制射 频RF信号占用带宽。
6.2.3 差分相移键控DPSK
表 6-1
{mk} {dk? 1} {dk} 1 1 1 1 1 1 1
差分编码过程的图解
0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1
6.2.3 差分相移键控DPSK
图6-3 DPSK发射机框图及相关波形
6.2.3 差分相移键控DPSK
③ 应使用高效率的功率放大器，而带外辐 射又必须降低到所需要求（−60dB～ −70dB）。 ④ 恒定包络。 ⑤ 低的载波与同道干扰（CCI）的功率比。 ⑥ 必须满足快速的比特再同步要求。 ⑦ 成本低，易于实现。
6.1.4 数字调制技术分类
1．线性调制方式 线性调制方式主要有各种进制的PSK和 QAM等。 线性调制方式又可分为频谱高效和功率高 效两种。
6.2.4 四相相移键控QPSK
轾 2 Es π sQPSK (t )= cos 犏 f ct + (i - 1) 2π 犏 Ts 2 臌
sQPSK (t ) = 轾 2 Es π cos 犏- 1) cos(2πf c t ) = (i 犏 Ts 2 臌
2．恒定包络调制方式
恒定包络调制方式主要有MSK、TFM（平 滑调频）、GMSK等。 其主要特点是这种已调信号具有包络幅度 不变的特性，其发射功率放大器可以在非 线性状态而不引起严重的频谱扩散。
6.1.5 调幅与调频
早期VHF频段的移动通信电台大都采用调 幅方式，调幅是使高频载波信号的振幅随 调制信号的瞬时变化而变化，其所占带宽 为BAM＝2fm，其中，fm为音频的上限频率。 由于信道快衰落会使模拟调幅产生附加调 幅而造成失真，目前已很少采用。
（6-10）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
出于方便，经常将m1和m2一般化为取＋1 或−1的二进制数据信号m(t)，它呈现两种 可能的脉冲波形中的一种。这样传输信号 可表示为
2 Eb sBPSK (t ) = m(t ) cos(2πf c t + θ0 ) （6-11） Tb
6.2.2 二进制相移键控BPSK
6.2 线性数字调制技术
理想的调制方式能够使通信在低信噪比情 况下提供低的误码率，在多径和衰落条件 下很好地工作，并且容易实现。 一种数字调制技术的分类方法将它分为线 性和非线性两类。 在线性数字调制技术中，传输信号的幅度 s(t)随调制数字信号m(t)的变化而呈线性变 化。
6.2 线性数字调制技术
6.1.5 调幅与调频
调频是使高频载波信号的瞬时频率随调制 信号的变化而变化，其所占带宽为B FM＝ 2(FM＋1)fm，其中FM为调制指数。 调频制在抗干扰和抗衰落性能方面优于调 幅制，对非线性信道有较好的适应性，世 界上几乎所有的模拟蜂窝系统都使用频率 调制。
6.1.5 调幅与调频
单边带调幅系统只传送一个边带（上边带 或下边带），所以只占用普通调幅系统一 半的带宽。 单边带调制技术对移动通信还是非常有用 的。 随着数字信号处理、大规模集成电路和新 的单边带调制解调技术的进步，单边带在 移动通信中的应用还是很有前途的。
6.1.2 数字调制的性能指标
由香农（Shannon）定理： 骣 S÷ C=B lb ç1 + ÷ （6-3） ç ç N÷ 桫 式中，C为信道容量；B为RF带宽；S/N为 信噪比；lb = loga，a = 2。
6.1.2 数字调制的性能指标
因此，最大可能的BMAX为 C S BMAX = = lb(1 + ) （6-4） B N 对于GSM，B = 200kHz，SNR = 10dB， 则有：
Q(x) = ò
¥ x
1
x2 expdx （6-19） 2 2π
6.2.3 差分相移键控DPSK
如果不是利用载波相位的绝对数值，而是 利用前后码元之间相位的相对变化传送数 字信息，则这种方法称为相对调相。 差分相移键控（Differential Phase Shift Keying，DPSK）是一种最常用的相对调 相方式，采用非相干的相移键控形式。 它不需要在接收机端有相干参考信号，而 且非相干接收机容易实现，价格便宜，因 此在无线通信系统中广泛使用。
可以证明，复包络的功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）为
骣 πf Tb ÷ çsin ÷ （6-14） PgBPSK ( f ) = 2Eb ç ç πf T ÷ ÷ ç 桫
b
2
6.2.2 二进制相移键控BPSK
因此，RF上BPSK信号的PSD为
pBPSK
2 轾 骣 π( f - f c )Tb 鼢 骣 π(- f - f c )Tb E 珑 sin sin 鼢+ = b犏 珑 犏 鼢 珑 珑 2 犏 π( f - f c )Tb 鼢 桫 π(- f - f c )Tb 桫 臌 2
（6-15）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
图6-1 BPSK信号的功率谱密度（PSD）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
如果没有信道引入的多径损耗，接收的 BPSK信号可表示为
sBPSK (t ) = m(t ) 2 Eb 2 Eb cos(2πf c t + θ0 + θch ) = m(t ) cos(2πf ct + θ ) Tb Tb
线性数字调制方案有很好的频谱效率，但 传输中必须使用功率效率低的RF放大器。
6.2 线性数字调制技术
6.2.1 二进制幅度键控BASK 6.2.2 二进制相移键控BPSK 6.2.3 差分相移键控DPSK 6.2.4 四相相移键控QPSK 6.2.5 交错QPSK（OQPSK） s(t) = Re[Am(t)exp(j2f t)] = A[m (t)cos(2f t) ?m (t)sin(2f t)] 6.2.6 p/4四相相移键控QPSK
6.2.1 二进制幅度键控BASK
m(t ) =
ì1 ï an = ï í ï0 ï î
å
n
an g (t - nTs ) （6-7）
概率P 概率1 - P
（6-8）
1 Ps ASK ( f ) = [pm ( f + f c ) + pm ( f - f c ) ] 4
（6-9）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
第6章 移动通信数字调制解调 技术
第6章 移动通信数字调制解调技术
6.1 数字调制技术概述 6.2 线性数字调制技术 6.3 恒包络调制 *6.4 “线性”和“恒包络”相结合的调制技 术
6.1 数字调制技术概述
6.1.1 6.1.2 6.1.3 要求 6.1.4 6.1.5 概述 数字调制的性能指标 蜂窝移动通信系统对数字调制技术的
6.1.2 数字调制的性能指标
数字调制的性能指标通常通过功率有效性 p（Power Efficiency）和带宽有效性B （Spectral Efficiency）来反映。 功率有效性p是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：
如果正弦载波的幅度为Ac，每比特能量 1 2 ，则传输的BPSK信号为 Eb = Ac Tb 2
ì 2E ï b ï ï ï T cos(2πfct + θ0 ) ï b sBPSK (t ) = ï í ï 2E ï b ï cos(2πfct + π + θ0 ) = ï ï Tb ï î 0 ≤ t ≤ Tb , 信号为1 2 Eb cos(2πfct + θ0 ) Tb 0 ≤ t ≤ Tb , 信号为0
数字调制技术分类 调幅与调频
6.1.1 概述
第二代数字移动通信系统都使用数字调制 技术。 超大规模集成电路（VLSI）和数字信号处 理（DSP）技术的发展使数字调制比模拟 调制的传输系统更有效。
6.1.1 概述
新的多用途可编程数字信号处理器使得数 字调制器和解调器完全用软件来实现成为 可能。 嵌入式软件实现方法可以在不重新设计和 替换调制解调器的情况下改变和提高性能。
线性数字调制技术带宽效率较高，所以非 常适用于在有窄频带要求下，需要容纳越 来越多用户的无线通信系统。 在线性数字调制方案中，传输信号s(t)可表 示为
s(t) = Re[Am(t)exp(j2fc t)] = A[mR(t)cos(2fc t) ?mI(t)sin(2fc t)] （6-5）
（6-16）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
图6-2 带载波恢复电路的BPSK接收机框图
6.2.2 二进制相移键控BPSK
在分频器后乘法器的输出为
2 Eb 2 Eb 2 m(t ) cos (2πf c t + θ ) = m(t ) Tb Tb 轾 1 1 犏 + cos 2(2πf c t + θ ) （6-17） 犏 2 2 臌
在二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying，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180°。由于只有两个 相位，所以二进制相移键控也称二相相移 键控。
6.2.2 二进制相移键控BPSK
C = = lb(1 + 10) = 3.46(kbit/s)/Hz B
骣 S÷ C = B lb ç1 + ÷= 200 lb(1 + 10) = 691.886kbit/s ç ç 桫 N÷ hBMAX
6.1.3 蜂窝移动通信系统对数字调制技术 的要求
（1）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 （2）移动通信要求采用恒定包络数字调制 技术 （3）应尽量避免幅-相转换（AM/PM）效 应 （4）要求调制方式具有最小的功率谱占用 率
6.1.3 蜂窝移动通信系统对数字调制技术 的要求
具体地讲，数字调制技术应满足如下特性 要求。 ① 为了在衰落条件下获得所要求的误码率 （BER），需要好的载噪比（C/N）和载干 比 （C/I）性能。 ② 所用的调制技术必须在规定频带约束内 提供高的传输速率，以（bit/s）/Hz为单位。
6.1.3 蜂窝移动通信系统对数字调制技术 的要求