第6章 移动通信数字调制解调技术

带宽条件下每赫兹的数据通过率：
B = R ((bit/s) / Hz)
B
（6-2）
式中，R为数据速率（bit/s），B为调制射 频RF信号占用带宽。
பைடு நூலகம்
6.1.2 数字调制的性能指标
由香农（Shannon）定理：
C=B lb 骣 ççç桫1+
S N
÷÷÷
（6-3）
式中，C为信道容量；B为RF带宽；S/N为 信噪比；lb = loga，a = 2。
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)
2Eb Tb
cos(2πfct +
θ0
+
θch ) =
m(t)
2Eb Tb
cos(2πfct
+
θ)
（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
+
θ0 )
2Eb Tb
cos(2πfct +
π+
θ0 ) =
-
0 ≤ t ≤Tb , 信号为1
2Eb Tb
cos(2πfct
+
θ0 )
0 ≤ t ≤Tb , 信号为0
（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
因此，RF上BPSK信号的PSD为
pBPSK =
Eb 2
轾 犏 犏 犏 臌骣 珑 珑 珑 珑 桫sinπ(πf(
f -
- fc )Tb fc )Tb
2
鼢 鼢 鼢 鼢+
骣sin π(桫 π(- f
f -
- fc )Tb fc )Tb
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）
本章提示
由于带宽资源受限，目前所有调制技术 的主要设计思路就是最小化传输带宽。相 反，扩频技术使用的传输带宽比要求的最 小信号带宽大几个数量级。在多用户系统 中，事实证明在多址干扰（MAI）环境，扩 频系统能获得很高的频谱利用率。
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
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
sBPSK (t) = m(t)
2Eb Tb
cos(2πfct
+
θ0 )
（6-11）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
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
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。
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
6.2.1 二进制幅度键控BASK
m(t) = å an g(t - nTs ) （6-7）
n
an =
ìïïíïïî
1 0
概率P 概率1- P
（6-8）
Ps ASK ( f ) =
1 4
[pm
(
f
+
fc ) +
pm ( f -
fc )]
（6-9）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
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。
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。
6.1.5 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。
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
如 Eb果= 正12 弦Ac2载Tb，波则的传幅输度的为BAPc，SK每信比号特为能量
sBPSK (t) = ìïïïïïïíïïïïïïî
2Eb Tb
cos(2πfct
术
6.1 数字调制技术概述
6.1.1 概述 6.1.2 数字调制的性能指标 6.1.3 蜂窝移动通信系统对数字调制技术的
要求 6.1.4 数字调制技术分类 6.1.5 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。
QAM等。 线性调制方式又可分为频谱高效和功率高
效两种。
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。
差分编码过程的图解
{mk}
1
1
0
1
0
0
1
0
{dk? 1}
1
1
1
0
0
1
0
0
{dk}
1
1
1
0
0
1
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
图6-4 DPSK接收机框图及相关波形
s(t) = Re[Am(t)exp(j2fc t)] = A[mR(t)cos(2fc t) ?mI(t)sin(2fc t)] （6-5）
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） s6(t).=2R.6e[Am(pt)e/x4p(四j2相fc t)]相= A移[mR键(t)co控s(2Qfc tP) ?SmIK(t)sin(2fc t)] （6-5）
6.1.2 数字调制的性能指标
因此，最大可能的BMAX为
BMAX
=
C B
=
lb(1 +
S) N
（6-4）
对于GSM，B = 200kHz，SNR = 10dB，
则有：
C= B
lb 骣 ççç桫1 +
S N
÷÷÷=
200
lb(1+ 10) = 691.886kbit/s
hBMAX
=
C= B
6.2.2 二进制相移键控BPSK
在分频器后乘法器的输出为
m(t)
2Eb Tb
cos2 (2πfct +
θ) =
m(t)
2Eb Tb
轾 犏 犏 臌12 +
1 2
cos
2(2πfct
+
θ)
（6-17）
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。
第6章 移动通信数字调制解调 技术
本章提示
调制在通信系统中占有十分重要的地位。 只有经过调制才能将基带信号转换成适合 于信道传输的已调信号，而且它对系统的 传输有效性和可靠性都有很大的影响。
本章提示
数字调制与模拟调制本质上并无什么不 同，它们同属正弦载波调制。但是数字调 制的调制信号为数字型正弦调制，模拟调 制的调制信号为连续性正弦调制。模拟信 号传输的质量标准是信噪比（S/N），数字 信号传输的质量标准是误码率（Pe）。
lb(1+ 10) =
3.46(kbit/s)/Hz
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
gBPSK (t) =
2Eb m(t)e jq Tb
（6-13）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
可以证明，复包络的功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）为