移动通信调制技术..共58页
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移动通信调制技术介绍
卫星通信：使用调制技术实现卫星与地面站之间的 无线数据传输。
无线传感器网络（WSN）：使用调制技术实现传 感器节点之间的无线数据传输。
卫星通信中的应用
01
01
卫星通信系统：利用卫星作为 中继站进行通信
02
02
卫星调制技术：将信号调制到 卫星通信频率上
03
03
卫星通信的优点：覆盖范围广， 传输速度快，抗干扰能力强
04
04
卫星通信的应用领域：军事、 航空、航海、应急通信等
4
更高效的调制技术
更高阶的调制技术： 如64QAM、 256QAM等，可 以提高频谱效率
更先进的多天线技 术：如MIMO、 波束赋形等，可以 提高传输速率和覆 盖范围
更智能的调制技术： 如自适应调制、动 态功率控制等，可 以提高系统灵活性 和性能
01
提高信号传输效 率
2
幅度调制技术
幅度调制技术是一
1
种通过改变信号的
幅度来传递信息的
技术。
常见的幅度调制技
2
术包括：调幅
（AM）、调频
（FM）和调相
（PM）。
调幅技术通过改变
3
信号的幅度来传递
信息，具有较高的
抗干扰能力。
调频技术通过改变
4
信号的频率来传递
信息，具有较高的
传输速率和较低的
误码率。
更绿色的调制技术： 如低功耗、低辐射 等，可以降低能耗 和保护环境
更灵活的调制技术
自适应调制技术：根据信道条件自动调整调制方式， 提高传输效率
多载波调制技术：将多个载波组合在一起，提高传 输速率和频谱利用率
智能天线技术：利用多天线阵列，实现空间分集和 波束赋形，提高传输可靠性和覆盖范围
无线传感器网络（WSN）：使用调制技术实现传 感器节点之间的无线数据传输。
卫星通信中的应用
01
01
卫星通信系统：利用卫星作为 中继站进行通信
02
02
卫星调制技术：将信号调制到 卫星通信频率上
03
03
卫星通信的优点：覆盖范围广， 传输速度快，抗干扰能力强
04
04
卫星通信的应用领域：军事、 航空、航海、应急通信等
4
更高效的调制技术
更高阶的调制技术： 如64QAM、 256QAM等，可 以提高频谱效率
更先进的多天线技 术：如MIMO、 波束赋形等，可以 提高传输速率和覆 盖范围
更智能的调制技术： 如自适应调制、动 态功率控制等，可 以提高系统灵活性 和性能
01
提高信号传输效 率
2
幅度调制技术
幅度调制技术是一
1
种通过改变信号的
幅度来传递信息的
技术。
常见的幅度调制技
2
术包括：调幅
（AM）、调频
（FM）和调相
（PM）。
调幅技术通过改变
3
信号的幅度来传递
信息，具有较高的
抗干扰能力。
调频技术通过改变
4
信号的频率来传递
信息，具有较高的
传输速率和较低的
误码率。
更绿色的调制技术： 如低功耗、低辐射 等，可以降低能耗 和保护环境
更灵活的调制技术
自适应调制技术：根据信道条件自动调整调制方式， 提高传输效率
多载波调制技术：将多个载波组合在一起，提高传 输速率和频谱利用率
智能天线技术：利用多天线阵列，实现空间分集和 波束赋形，提高传输可靠性和覆盖范围
移动通信入门 第三章 移动通信的调制技术
号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可 以采用键控法来实现，即通过开关电路对两个不同的独立频率进行选通，如图3-6所 示。这两种方法产生2FSK信号的差异在于：由调频法产生的2FSK信号在相邻码元之 间的相位是连续变化的，而键控法产生的2FSK信号是由电子开关选通独立频率源形成， 故相邻码元之间的相位不一定连续。
3.3二进制数字调制技术
3.3二进制数字调制技术
除此之外，2FSK信号还有其他解调方法，比如鉴频法、差分检测法、过零检测法 等。下图给出了过零检测法的原理框图及各点时间波形。
2FSK在数字通信中应用较为广泛。国际电信联盟（ITU）建议在数据传输速率 低于1200b/s时采用2FSK体制。2FSK可以采用非相干接收方式，接收时不必利用信号 的相位信息，因此特别适合应用于衰落信道/随参信道（如短波无线电信道）的场合， 这些信道会引起信号的相位和振幅随机抖动和起伏。
在第一代蜂窝移动通信系统中采用的是模拟调频（FM）传输模拟语音，信令系
统采用二进制频移键控（2FSK）调制技术。第二代数字蜂窝移动通信系统GSM系统采
用高斯最小频移键控（GMSK）调制，IS-54系统和PDC系统采用π/4四相相对相移键控
（π/4-DQPSK）调制，CDMA系统（IS-95）的下行信道采用正交相移键控（QPSK）调
于基带信号而言频率非常高，适合于信道传输。对信号源的编码信息进行处理，使其
变为适合于信道传输形式的过程，就是调制。调制通过改变高频载波的幅度、相位或
频率，使其随着基带信号的变化而变化；而解调则是将基带信号从载波中提取出来的
逆变换过程。调制前的基带信号称为调制信号，经过调制后的基带信号叫作已调信号。
已调信号是带通信号。
3.4 多进制数字调制
3.3二进制数字调制技术
3.3二进制数字调制技术
除此之外，2FSK信号还有其他解调方法，比如鉴频法、差分检测法、过零检测法 等。下图给出了过零检测法的原理框图及各点时间波形。
2FSK在数字通信中应用较为广泛。国际电信联盟（ITU）建议在数据传输速率 低于1200b/s时采用2FSK体制。2FSK可以采用非相干接收方式，接收时不必利用信号 的相位信息，因此特别适合应用于衰落信道/随参信道（如短波无线电信道）的场合， 这些信道会引起信号的相位和振幅随机抖动和起伏。
在第一代蜂窝移动通信系统中采用的是模拟调频（FM）传输模拟语音，信令系
统采用二进制频移键控（2FSK）调制技术。第二代数字蜂窝移动通信系统GSM系统采
用高斯最小频移键控（GMSK）调制，IS-54系统和PDC系统采用π/4四相相对相移键控
（π/4-DQPSK）调制，CDMA系统（IS-95）的下行信道采用正交相移键控（QPSK）调
于基带信号而言频率非常高，适合于信道传输。对信号源的编码信息进行处理，使其
变为适合于信道传输形式的过程，就是调制。调制通过改变高频载波的幅度、相位或
频率，使其随着基带信号的变化而变化；而解调则是将基带信号从载波中提取出来的
逆变换过程。调制前的基带信号称为调制信号，经过调制后的基带信号叫作已调信号。
已调信号是带通信号。
3.4 多进制数字调制
《调制技术》PPT课件_OK
BASK）中，载波幅度随二进制调制信号序列｛m
(t)｝变化而变化，即幅度键控（Amplitude Shift K
eying，ASK）信号可表示为
2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形
脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。
有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发
送“0”
28
2 . 恒定包络调制
• 恒定包络调制方式主要有2FSK、CPFSK、MSK（最小移频键控）、TFM（平滑调
频）、GMSK（高斯最小移频键控）等。
• 其主要特点是这种已调信号具有包络幅度不变（频率随调制信号的变化而变化）
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。
缺点：频带利用率低
5.2.2 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。
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。
•
因此，最大可能的BMAX为
•
对于GSM，B = 200kHz，SNR = 10dB，则有：
BMAX =log2(1+S/N)
R=B*log2(1+S/N)=200log2(1+10)=691.886kbit/s
BMAX =log2(1+S/N)=R/B=3.46(k对数字调制技术的要求
的带通信号。带通信号叫做已调信号，而基带
信号叫做调制信号。调制可以通过使高频载波
随信号幅度的变化而改变载波的幅度，相位或
(t)｝变化而变化，即幅度键控（Amplitude Shift K
eying，ASK）信号可表示为
2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形
脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。
有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发
送“0”
28
2 . 恒定包络调制
• 恒定包络调制方式主要有2FSK、CPFSK、MSK（最小移频键控）、TFM（平滑调
频）、GMSK（高斯最小移频键控）等。
• 其主要特点是这种已调信号具有包络幅度不变（频率随调制信号的变化而变化）
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。
缺点：频带利用率低
5.2.2 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。
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。
•
因此，最大可能的BMAX为
•
对于GSM，B = 200kHz，SNR = 10dB，则有：
BMAX =log2(1+S/N)
R=B*log2(1+S/N)=200log2(1+10)=691.886kbit/s
BMAX =log2(1+S/N)=R/B=3.46(k对数字调制技术的要求
的带通信号。带通信号叫做已调信号，而基带
信号叫做调制信号。调制可以通过使高频载波
随信号幅度的变化而改变载波的幅度，相位或
移动通信调制技术
= (a 0 a1 )
3 k 2 ( a a ) + (a1 a 2 ) + 2 3 2 + (a k 1 a k ) 2 2 2
k ak
0 0
1 0
2 2
3 1
4 3
5 3
1 1 1
1 1
k
第二章 移动通信中的调制技术
这里的φ k不是每个码元相位变化的终了值，而是线性变 化的截距 由式（2.5）知 a S MSK = cos[ c t k (0)] （2.11） 2Ts
第二章 移动通信中的调制技术
图2.4 MSK的相位网格图
第二章 移动通信中的调制技术
（4）MSK调制器
图2.5 MSK调制器原理框图
第二章 移动通信中的调制技术
MSK调制器的工作过程为： ①对输入二进制数据信号进行差分编码 ②经串/并转换，分成相互交错一个码元宽度的两路信号Ik和Qk ③用加权函数cos (πt/2Ts)和sin (πt/2Ts)分别对两路数据信号Ik 和Qk进行加权 ④加权后的两路信号再分别对正交载波cosωct和sinωct进行调制 ⑤将所得到的两路已调信号相加，通过带通滤波器，就得到MSK 信号 MSK解调，可用相干、非相干两种方式 (5) MSK信号特点 ①已调信号振幅是恒定的。 ②信号频率偏移严格符合±1/4Ts，相位调制指数h＝1/2 ③以载波相位为基准的信号相位，在一个码元期间内准确地 按线性变化±π/2
Ps ( f ) （f1 +f2 ） f0 = 2 f2 － f1
o
f1 － fs
f1
f0
f2
f2 ＋ fs
B f 2 f1 2 f s
第6章 移动通信数字调制解调技术
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） 6.2.6 p/4四相相移键控QPSK s ( t ) = R e [ A m ( t ) e x p ( j 2 f c t ) ] = A [ m R ( t ) c o s ( 2 f c t ) ? m I ( t ) s i n ( 2 f c t ) ] （ 6 - 5 ）
式中，R为数据速率（bit/s），B为调制射 频RF信号占用带宽。
6.1.2 数字调制的性能指标
由香农（Shannon）定理： C = B l b 1 S （ 6 - 3 ） N
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
6.2.3 差分相移键控DPSK
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
2
sin π( f fc )Tb π( f fc )Tb
（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
s B P S K (t) m (t)2 T E b bc o s (2 π fc t θ 0 θ c h ) m (t)2 T E b bc o s (2 π fc t θ ) （ 6 -1 6 ）
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） 6.2.6 p/4四相相移键控QPSK s ( t ) = R e [ A m ( t ) e x p ( j 2 f c t ) ] = A [ m R ( t ) c o s ( 2 f c t ) ? m I ( t ) s i n ( 2 f c t ) ] （ 6 - 5 ）
式中，R为数据速率（bit/s），B为调制射 频RF信号占用带宽。
6.1.2 数字调制的性能指标
由香农（Shannon）定理： C = B l b 1 S （ 6 - 3 ） N
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
6.2.3 差分相移键控DPSK
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
2
sin π( f fc )Tb π( f fc )Tb
（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
s B P S K (t) m (t)2 T E b bc o s (2 π fc t θ 0 θ c h ) m (t)2 T E b bc o s (2 π fc t θ ) （ 6 -1 6 ）
第四章 移动通信的调制技术
4、解调：将基带信号从载波中提取出来以便预定的接
收者处理和理解的过程。
9
4.1. 调制技术的基本概念
4.1.1 调制技术
4.1.2 调幅与调频
10
4.1.2 调幅与调频
调幅
– 定义：使高频信号的振幅随调制信号瞬时变 化而变化
– 优点：结合单边带调制，使所占带宽下降为 原先一半，提高频带利用率
– 缺点：抗衰落能力较弱（信道快衰落使调幅 产生附加调幅而造成失真）
46
4.2.3 线性调制方式(9/16)
•OQPSK与QPSK的区别
QPSK：当码组0011或0110时，产生180°的载波相位跳 变。这种相位跳变引起包络起伏，当通过非线性部件后， 使已经滤除的带外分量又被恢复出来，导致频谱扩展，增 加对相邻波道的干扰。
OQPSK：属于恒包络技术，所产生的已调波经过发送带限 后，当通过非线性部件时，只产生很小的频谱扩展。
/4 DQPSK
48
4.2.3 线性调制方式(11/16)
/4QPSK调制原理
49
4.2.3 线性调制方式(12/16)
/4DQPSK调制原理
cosct
IUkk
LPF
输入 数据
mIS,KI 串 /并 变换
mQS,QK
差分 相位 编码
LPF
QVkk
＋
∑
放大
－
sinct
/ 4-DPSK 信号
– 自从1978年提出平滑调频 (TFM) 方式以来， 相继出现了GMSK、 /4 QPSK等多种窄带数 字调制方式。
27
4.2.2 窄带数字调制技术(2/5)
分类
– 线性调制方式 PSK – BPSK、QPSK、OQPSK、 /4 QPSK QAM – 16QAM、64QAM、256QAM
收者处理和理解的过程。
9
4.1. 调制技术的基本概念
4.1.1 调制技术
4.1.2 调幅与调频
10
4.1.2 调幅与调频
调幅
– 定义：使高频信号的振幅随调制信号瞬时变 化而变化
– 优点：结合单边带调制，使所占带宽下降为 原先一半，提高频带利用率
– 缺点：抗衰落能力较弱（信道快衰落使调幅 产生附加调幅而造成失真）
46
4.2.3 线性调制方式(9/16)
•OQPSK与QPSK的区别
QPSK：当码组0011或0110时，产生180°的载波相位跳 变。这种相位跳变引起包络起伏，当通过非线性部件后， 使已经滤除的带外分量又被恢复出来，导致频谱扩展，增 加对相邻波道的干扰。
OQPSK：属于恒包络技术，所产生的已调波经过发送带限 后，当通过非线性部件时，只产生很小的频谱扩展。
/4 DQPSK
48
4.2.3 线性调制方式(11/16)
/4QPSK调制原理
49
4.2.3 线性调制方式(12/16)
/4DQPSK调制原理
cosct
IUkk
LPF
输入 数据
mIS,KI 串 /并 变换
mQS,QK
差分 相位 编码
LPF
QVkk
＋
∑
放大
－
sinct
/ 4-DPSK 信号
– 自从1978年提出平滑调频 (TFM) 方式以来， 相继出现了GMSK、 /4 QPSK等多种窄带数 字调制方式。
27
4.2.2 窄带数字调制技术(2/5)
分类
– 线性调制方式 PSK – BPSK、QPSK、OQPSK、 /4 QPSK QAM – 16QAM、64QAM、256QAM
移动通信调制技术58页PPT
移动通信调制技术
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60—左
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60—左
《移动通信技术 》课件第3章 编码及调制技术
⑤ 使用基于信道错误率估计的自适应平滑器 ，在信道误码率较高的情况下也能合成自 然度较高的语音。
3.2 信道编码概述
· 信道编码也称为差错控制编码，它是以提 高信息传输的可靠性为目的的编码，它通常 通过增加信源的冗余度来实现来改善信道链 路的性能。 用于检测错误的信道编码称为检错编码， 既可检错又可纠错的信道编码称为纠错编码。
参量编码的改进：多脉冲激励线性预测编 码（Multi-Pulse Excited LPC，MPE-LPC） 、规则脉冲激励线性预测编码（Regular Pulse Excited LPC，RPE-LPC）等。
移动通信对语音编码技术的要求如下： 速率较低，纯编码速率应低于16kbit/s； 在强噪声环境中，算法应具有较好的抗误码性 能，以保持较高的语音质量； 在一定编码速率下语音质量应尽可能高； 编解码时延应较短，控制在几十毫秒之内。
· 卷积码的解码技术有许多种，常用的有 Viterbi算法、序贯译码法。 而最重要的是 Viterbi算法，它是一种最大似然译码法。
3.2.3 交织编码
交织编码主要用来纠正突发差错，将突发差错分散成 为随机差错而得到纠正。
通常，交织编码与各种纠正随机差错的编码(如卷积 码或其它分组码)结合使用，从而具有较强的既能纠正随机 差错又能纠正突发差错的能力。
3.1.3 脉冲编码调制（PCM）
·PCM是一种典型的波形编码技术，是最早 提出的语音编码方法，至今仍被广泛采用， 主要用于有线电话网，它的语音质量好，可 与模拟语音相比，达到网络质量。
PCM的优点是技术简单、无时延，对语音 信号和其他类型信号都能可靠地编码传输。
图3.2 PCM原理框图
抽样:对模拟信号进行周期性扫描，把时 间上连续的信号变成时间上离散的信号。
3.2 信道编码概述
· 信道编码也称为差错控制编码，它是以提 高信息传输的可靠性为目的的编码，它通常 通过增加信源的冗余度来实现来改善信道链 路的性能。 用于检测错误的信道编码称为检错编码， 既可检错又可纠错的信道编码称为纠错编码。
参量编码的改进：多脉冲激励线性预测编 码（Multi-Pulse Excited LPC，MPE-LPC） 、规则脉冲激励线性预测编码（Regular Pulse Excited LPC，RPE-LPC）等。
移动通信对语音编码技术的要求如下： 速率较低，纯编码速率应低于16kbit/s； 在强噪声环境中，算法应具有较好的抗误码性 能，以保持较高的语音质量； 在一定编码速率下语音质量应尽可能高； 编解码时延应较短，控制在几十毫秒之内。
· 卷积码的解码技术有许多种，常用的有 Viterbi算法、序贯译码法。 而最重要的是 Viterbi算法，它是一种最大似然译码法。
3.2.3 交织编码
交织编码主要用来纠正突发差错，将突发差错分散成 为随机差错而得到纠正。
通常，交织编码与各种纠正随机差错的编码(如卷积 码或其它分组码)结合使用，从而具有较强的既能纠正随机 差错又能纠正突发差错的能力。
3.1.3 脉冲编码调制（PCM）
·PCM是一种典型的波形编码技术，是最早 提出的语音编码方法，至今仍被广泛采用， 主要用于有线电话网，它的语音质量好，可 与模拟语音相比，达到网络质量。
PCM的优点是技术简单、无时延，对语音 信号和其他类型信号都能可靠地编码传输。
图3.2 PCM原理框图
抽样:对模拟信号进行周期性扫描，把时 间上连续的信号变成时间上离散的信号。