【课件】移动通信__第三章__移动通信中的信源编码和调制解调技术
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移动通信中的调制解调(2023版)
移动通信中的调制解调移动通信中的调制解调1.引言1.1 背景1.2 目的2.调制的概述2.1 调制的定义2.2 调制的目的2.3 调制的基本原理3.调制的分类3.1 模拟调制3.1.1 AM调制3.1.2 FM调制3.2 数字调制3.2.1 ASK调制3.2.2 FSK调制3.2.4 QAM调制4.调制器种类4.1 调幅器4.2 调频器4.3 调相器4.4 调性器5.解调的概述5.1 解调的定义5.2 解调的目的5.3 解调的基本原理6.解调的分类6.1 模拟解调6.1.1 按幅度解调 6.1.2 按频率解调 6.1.3 按相位解调 6.2 数字解调6.2.2 FSK解调6.2.3 PSK解调6.2.4 QAM解调7.解调器种类7.1 幅度解调器7.2 频率解调器7.3 相位解调器7.4 多解调器8.调制解调在移动通信中的应用8.1 调制解调在2G移动通信中的应用 8.2 调制解调在3G移动通信中的应用 8.3 调制解调在4G移动通信中的应用8.4 调制解调在5G移动通信中的应用9.未来发展趋势9.1 调制解调技术的进一步创新9.2 调制解调在物联网中的应用9.3 调制解调在中的应用附件：无法律名词及注释：1.调制：将信号按照一定规律调整成为适合传输的波形。
2.解调：从接收到的波形中还原出原始信号。
3.AM调制：调制信号的幅度随着原始信号的变化而变化。
4.FM调制：调制信号的频率随着原始信号的变化而变化。
5.ASK调制：调制信号的振幅随着原始信号的变化而变化。
6.FSK调制：调制信号的频率随着原始信号的变化而变化。
7.PSK调制：调制信号的相位随着原始信号的变化而变化。
8.QAM调制：将多个调制信号组合成一个符号，符号中的振幅和相位都可变化。
本文档涉及附件：无。
移动通信技术与网络优化――第3章 语音编码信道编码和交织PPT课件
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2020/7/21
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图 GSM手机电路基本组成框图
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图 8210／8850型手机发射信号流程图
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图 8210／8850型手机接收信号流程图
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第3章 语音编码、信道编码和交织技术
• 语音编码及信道编码技术： 语音编码和信道编码 是通信数字化的两个重要技术领域。在移动通信 数字化中，模拟语音信号的数字化，可提高频带 利用率和信道容量。信道编码技术可提高系统的 抗干扰能力，从而保证良好的通话质量。
• 长期研究证明，发不同性质的音，激励的情况是 不同的。大致分为两类。
• 发浊音时，气流通过紧绷的声带，冲击声带产生 振荡，是声门处形成准周期的脉冲列，用它来激 励声道。
（RPE-LTP）、矢量和激励线性预测编码 （VSELP）和码激励线性预测编码（CELP）等。
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3.1.1 概述
表3.1常用数字移动通信系统语音编解码
标准
服务类型
语音编码器（比特率：kbps）
GSM
数字蜂窝网 RPE-LTP 13
USDC（IS-54） 数字蜂窝网
VSELP
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3.1.1 概述
1 信源编码的定义与作用
• 源编码就是信源信号的模数（A∕D）变换，即将 模拟的信源信号转化成适于在信道中传输的数字 信号形式。
• 在数字系统中，信源编码的基本目的就是通过压 缩信源产生的冗余信息来提高整个传输链路的有 效性。
2 信源编码的分类
(1) 根据信源信号是离散的信号还是连续的信号， 可以将信源编码分为：
移动通信_第三章_移动通信中的信源编码和调制解调技术
移动通信
第三章
移动通信中的信源编码和调制 解调技术
胡苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
3.1概述
3.2信源编码
3.3最小频移键控
3.4高斯最小频移键控 3.5QPSK调制/3.6高阶调制
3.7正交频分复用
2
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
信 源
信 源 编 码 信 道 编 码 调 制 解 信道 调 信 道 解 码 信 源 解 码 信 宿
4
二者比例 趋于平衡
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
语音编码概念：把模拟语音信号变成数
字语音信号，以便在信道中传输 意义
提高通话质量(数字化＋纠错码) 提高频谱利用率(低码率编码) 提高系统容量(低码率＋话音激活技术)
移动通信对语音编码要求？
低功耗、低复杂度、低延时 低码率、高质量
29
k ( k ) ak k
2
k
k 0 +(a0 a1 )
2
(a1 a2 )
2 k (ak 1 ak ) 2 2
举例输入：-1,1,1,1，初相为0，h=0.5，求满足相位连 续条件的相位转移图 1 ，k 0, 0 0 (T ) a =-
ak h
Tb
kTb k
ak 1h
Tb
kTb k 1
k k 1 ak 1 ak kh
令h=0.5时，满足相位连续的条件如下
k ak 1 ak k / 2 k 1
k 1 , ak 1 ak k k k 1 , ak 1 ak
可选模式语音声码器：基于输入语音的特征（浊音、
第三章
移动通信中的信源编码和调制 解调技术
胡苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
3.1概述
3.2信源编码
3.3最小频移键控
3.4高斯最小频移键控 3.5QPSK调制/3.6高阶调制
3.7正交频分复用
2
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
信 源
信 源 编 码 信 道 编 码 调 制 解 信道 调 信 道 解 码 信 源 解 码 信 宿
4
二者比例 趋于平衡
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
语音编码概念：把模拟语音信号变成数
字语音信号，以便在信道中传输 意义
提高通话质量(数字化＋纠错码) 提高频谱利用率(低码率编码) 提高系统容量(低码率＋话音激活技术)
移动通信对语音编码要求？
低功耗、低复杂度、低延时 低码率、高质量
29
k ( k ) ak k
2
k
k 0 +(a0 a1 )
2
(a1 a2 )
2 k (ak 1 ak ) 2 2
举例输入：-1,1,1,1，初相为0，h=0.5，求满足相位连 续条件的相位转移图 1 ，k 0, 0 0 (T ) a =-
ak h
Tb
kTb k
ak 1h
Tb
kTb k 1
k k 1 ak 1 ak kh
令h=0.5时，满足相位连续的条件如下
k ak 1 ak k / 2 k 1
k 1 , ak 1 ak k k k 1 , ak 1 ak
可选模式语音声码器：基于输入语音的特征（浊音、
移动通信- 第3章 移动通信中的调制解调技术
• BPSK 信号相干解调的过程，是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，因此可以采用极性比 较法进行解调，由于 BPSK 信号实际上是以一个固定初相的未调载波为参考，因此，解调时必须有与此同 频同相的同步载波。如果同步载波的相位发生变化，如 0 相位变为 π 相位或 π 相位变为 0 相位，则恢复 的数字信息就会发生“0”变“1”或“1”变“0”，从而造成错误的恢复，这种因为本地参考载波倒相， 而在接收端发生错误恢复的现象称为“倒 π”现象或“反向工作”现象。绝对移相的主要缺点是容易产生 相位模糊，造成反向工作。这也是它实际应用较少的主要原因。
• 3.2.2最小移频键控（MSK）调制
• 在 FSK 方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。而在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位 通常是不连续的，MSK（Minimum Shift Keying）的设计目标是对 FSK 信号作某种改进，使其相位始终 保持连续不变，从而使得调制后的频谱主瓣窄、旁瓣衰落快，满足通信系统信道宽度要求，节省频率资源。
• 3.3.2四相相移键控（QPSK）调制
• 对于输入的二进制数字序列先进行分组，将每两个比特编为一组，然后用 4 种不同的载波相位来表征，而 这种编组通常是按格雷码排列的，QPSK 信号载波相位矢量关系如图 所示：
• 3.3.3偏移四相相移键控（OQPSK）调制
• 采用 NRZ 直接进行调制所得的 QPSK 信号的幅度非常恒定，但缺点是它的信号频谱较宽，当 QPSK 进行 波形成形时，它们将失去恒包络的性质，从而发生的弧度为 π 的相移，会导致信号的包络在瞬间通过零点， 任何一种在过零点的非线性放大都会引起旁瓣再生和频谱扩展，必须使用效率较低的线性放大器放大QPSK 信号，这将使放大器的效率受到限制，进而影响到终端的小型化。
• 3.2.2最小移频键控（MSK）调制
• 在 FSK 方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。而在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位 通常是不连续的，MSK（Minimum Shift Keying）的设计目标是对 FSK 信号作某种改进，使其相位始终 保持连续不变，从而使得调制后的频谱主瓣窄、旁瓣衰落快，满足通信系统信道宽度要求，节省频率资源。
• 3.3.2四相相移键控（QPSK）调制
• 对于输入的二进制数字序列先进行分组，将每两个比特编为一组，然后用 4 种不同的载波相位来表征，而 这种编组通常是按格雷码排列的，QPSK 信号载波相位矢量关系如图 所示：
• 3.3.3偏移四相相移键控（OQPSK）调制
• 采用 NRZ 直接进行调制所得的 QPSK 信号的幅度非常恒定，但缺点是它的信号频谱较宽，当 QPSK 进行 波形成形时，它们将失去恒包络的性质，从而发生的弧度为 π 的相移，会导致信号的包络在瞬间通过零点， 任何一种在过零点的非线性放大都会引起旁瓣再生和频谱扩展，必须使用效率较低的线性放大器放大QPSK 信号，这将使放大器的效率受到限制，进而影响到终端的小型化。
2011 LX 移动通信_第三章_移动通信中的信源编码和调制解调技术 ver1.1.ppt
3.5 QPSK调制 调制/3.6高阶调制 高阶调制 调制
PSK
以基带数据信号来调制载波的相位
S ( t ) = A cos ( ω c t + ϕ k )
BPSK调制 调制
若输入信号为经映射的比特流{a ， 若输入信号为经映射的比特流 n}，an =±1， 则BPSK信 ± ， 信 号可记为 0, an = 1 ϕk = π , an = −1
10
3.2 信源编码
移动通信中的信源编码举例
标准 信源编码技术英文全 称 RPE-LTP (Regular-Pulse Excitation with LongTerm Prediction) CELP(Code-Excited linear predictive cod ) AMR(Adaptive Multi Rate ) SMV （Selected Mode Vocoder） ） H.264 信源编码技术中文名称 规则脉冲激励长时预测编码 语音压缩编码） （语音压缩编码） 码激励线性预测编码 语音压缩编码） （语音压缩编码） 自适应多速率编码 语音压缩编码） （语音压缩编码） 可选模式语音声码器 语音压缩编码） （语音压缩编码） 视频信源编码
相位转移轨迹
MSK
GMSK
3.4 高斯最小频移键控
MSK类调制性能比较 类调制性能比较 频谱特性， BbTb越小 频谱特性， ，频谱滚降得越快， 频谱滚降得越快， 但太小，会引入严重 但太小， 的码间串扰。 的码间串扰。
Bb为高斯滤波 器的3dB带宽 器的 带宽
3.4 高斯最小频移键控
高斯滤波最小频移键控 (GMSK)
φ1 = φ0 +(a0 − a1 ) θ1 (2Tb ) = a1 2 π
《调制解调》课件
《调制解调》PPT课件
本《调制解调》PPT课件将介绍调制解调的基本概念、信号传输、调制技术、 解调技术、以及调制解调技术在通信系统中的应用和发展趋势。
前言
调制解调是现代通信中关键的技术之一。本课程将着重介绍调制解调的基本 概念，以及课程的主要内容和目标。
信号传输
传输信号有两种基本类型：模拟信号和数字信号。了解噪声和失真的影响以 及信息传输中的信道对信号的影响。
调制技术
模拟调制技术
AM、FM、PM等模拟调制技术的原理和应用。
数字调制技术
了解脉冲调制、QAM、OSK、OFDM等数字调制 技术的基本原理。
解调技术
模拟解调技术
检波器、直接解调、抑制载波解调、同步解调等模拟解调技术。
数字解调技术
了解直接解调、差分解调、时钟恢复、解码和译码等数字解调技术。
应用和发展
调制解调技术在通信系统中的应用
了解调制解调技术在移动通信、宽带通信等领 域的广泛应用。
调制解调技术的发展趋势展望未来调制解ຫໍສະໝຸດ 技术的发展方向和应用前景。结语
总结本课程的重点和难点，同时展望调制解调技术在未来的应用前景和发展方向。
本《调制解调》PPT课件将介绍调制解调的基本概念、信号传输、调制技术、 解调技术、以及调制解调技术在通信系统中的应用和发展趋势。
前言
调制解调是现代通信中关键的技术之一。本课程将着重介绍调制解调的基本 概念，以及课程的主要内容和目标。
信号传输
传输信号有两种基本类型：模拟信号和数字信号。了解噪声和失真的影响以 及信息传输中的信道对信号的影响。
调制技术
模拟调制技术
AM、FM、PM等模拟调制技术的原理和应用。
数字调制技术
了解脉冲调制、QAM、OSK、OFDM等数字调制 技术的基本原理。
解调技术
模拟解调技术
检波器、直接解调、抑制载波解调、同步解调等模拟解调技术。
数字解调技术
了解直接解调、差分解调、时钟恢复、解码和译码等数字解调技术。
应用和发展
调制解调技术在通信系统中的应用
了解调制解调技术在移动通信、宽带通信等领 域的广泛应用。
调制解调技术的发展趋势展望未来调制解ຫໍສະໝຸດ 技术的发展方向和应用前景。结语
总结本课程的重点和难点，同时展望调制解调技术在未来的应用前景和发展方向。
调制和解调技术课件
率(bit/s/Hz)，即提高频谱有效性。
•调制和解调技术
•3
3.2.1四相移相键控（QPSK）调制
QPSK技术应用广泛，是一种正交相移键控。图3-5为 传 统QPSK调制器框图.
图3-5 QPSK调制•调器制和解调技术
•4
其基本工作原理如下：
比特率为fb的输入单级二进制码流通过串/并(S/P)变转 换器转换成比特率为fs= fb /2的两个比特流(同相和正交码
•调制和解调技术
•9
一个未滤波QPSK信号的功率谱密度为
S(f)4CbT s2 i2 n (f(f fcf)c T)bTb2
（式3-1）
式中为通过电阻的归一化平均信号功率， Tb 1/ fb 为比特持续时间。
•调制和解调技术
•10
假定调制器中使用了具有升余弦函数均方根特性、滚降 系数为 (最佳特性时)的频谱成形滤波器，则很容易得到 QPSK信号滤波后的频谱，如图3-8所示。图3-8中曲线(a)是 未滤波QPSK频谱，曲线(b)是带幅度均衡器的滚降系数为α 的升余弦函数的幅度响应，曲线(c)是已滤波QPSK频谱只存 在加性高斯白噪声(AWGN)，且无符号间干扰(ISI)时的幅度 响应。
•调制和解调技术
•14
同QPSK相比，包络起伏比较小(它的最大相变为1350) ， 故有较好的输出谱特性。 π/4移位QPSK的信号元素可看成 是从两个彼此相移π/4的信号星座图中交替选样出来的。 π/4移位QPSK调制器框图示于图3-9。输入比特流经串/并
(S/P)变换器转换成两个并行流(ak，bk),并行流的符号率为
图3-14 GMSK调制器
•调制和解调技术
•27
LPF的脉冲响应函数为
h(t)exp2(t2 2T2)/T 2
•调制和解调技术
•3
3.2.1四相移相键控（QPSK）调制
QPSK技术应用广泛，是一种正交相移键控。图3-5为 传 统QPSK调制器框图.
图3-5 QPSK调制•调器制和解调技术
•4
其基本工作原理如下：
比特率为fb的输入单级二进制码流通过串/并(S/P)变转 换器转换成比特率为fs= fb /2的两个比特流(同相和正交码
•调制和解调技术
•9
一个未滤波QPSK信号的功率谱密度为
S(f)4CbT s2 i2 n (f(f fcf)c T)bTb2
（式3-1）
式中为通过电阻的归一化平均信号功率， Tb 1/ fb 为比特持续时间。
•调制和解调技术
•10
假定调制器中使用了具有升余弦函数均方根特性、滚降 系数为 (最佳特性时)的频谱成形滤波器，则很容易得到 QPSK信号滤波后的频谱，如图3-8所示。图3-8中曲线(a)是 未滤波QPSK频谱，曲线(b)是带幅度均衡器的滚降系数为α 的升余弦函数的幅度响应，曲线(c)是已滤波QPSK频谱只存 在加性高斯白噪声(AWGN)，且无符号间干扰(ISI)时的幅度 响应。
•调制和解调技术
•14
同QPSK相比，包络起伏比较小(它的最大相变为1350) ， 故有较好的输出谱特性。 π/4移位QPSK的信号元素可看成 是从两个彼此相移π/4的信号星座图中交替选样出来的。 π/4移位QPSK调制器框图示于图3-9。输入比特流经串/并
(S/P)变换器转换成两个并行流(ak，bk),并行流的符号率为
图3-14 GMSK调制器
•调制和解调技术
•27
LPF的脉冲响应函数为
h(t)exp2(t2 2T2)/T 2
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
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a1 a2*
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
15
数字调制器
二进制序列 比特变 符号
基带调 制
exp j2p fct
成形滤 波
si t
数字调制器功能框图
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
16
SNR, Es N0 , Eb N0
主要度量指标：可懂度。
特点
编码速率低：1.2kbps~4.8kbps 话音质量中等（2.5~3.5），不满足商用要求。
典型参量编码方式
线性预测编码LPC及其改进型。
LPC：Linear Prediction Coding
8
混合编码
将波形编码（语音信号的部分波形）和参量编码 （部分特征参数）结合起来，力图保持波形编码 的高质量的优点和参量编码的低速率的优点。
特点
编码速率较低：4kbps~16kbps 语音质量较好（3.5~4.0），适合数字移动通信网。
典型混合编码方式
多脉冲激励线性预测编码 码激励线性预测编码
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
9
话音编码方式性能比较
话音质量 混合编码
混合编码是优选方向 波形编码
参量编码
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
3
3.1 信源编码
信源编码的目的
压缩信源产生的冗余信息
降低开销，提高传输链路的有效性
信源编码
将模拟信源或离散信源的输出有效地变换成二 进制数字序列的过程
离散信源编码
信息熵、可变长编码
模拟信源编码
话音编码、图像编码
压缩技术
2020年9月
低速率话音编码时，话音质量显著下降。 典型波形编码方式
PCM，DPCM，ΔM 等。
PCM：Pulse-Code Modulation
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
7
参量编码
又称为“声源编码” 利用人的发声机制，仅传送 反映话音波形产生的主要特征参数（模拟声带频 谱特性的滤波器参数和若干声源参数），在接收 端根据发声机制，由传送来的特征参数人工合成 话音。
MSK(最小频移键控) GFSK(高斯滤波MSK) TFM(平滑调频)
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
14
二进制码与双极性码的映射关系
二进制码：0, 1
双极性码：1, -1
0
1 00 0 011
1 0 1 11 0 推广： b1 b2
1 1 11 1
11 1
速率(kbit/s)
话音编码方式性能比较
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第三章内容
3.1 信源编码 3.2 数字调制中的基本概念 3.2 QPSK调制 3.3 高阶调制 3.4 正交频分复用
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
11
数字调制中的基本概念
数字调制技术
对信息序列进行处理，使之变为适合于信道传输的 波形的过程。
第三章 移动通信中的信源编码 和调制解调技术
无线通信系统的基本组成
模拟源 离散源
信息序 列
信源
信源 编码
信道 编码
数字 调制
信源近 似还原
信息序 列重构
输出
信源 译码
信道 译码
数字 解调
无线通信系统的基本组成框图
模拟波 形
2
第三章内容
3.1 信源编码 3.2 数字调制中的基本概念 3.3 QPSK调制 3.4 高阶调制 3.5 正交频分复用
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
4
话音编码
话音编码的意义
提高频谱利用率（低码率编码）
提高系统容量（低码率，语音激活技术）
移动通信对话音编码的要求
编码速率低，语音质量好 有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能 编译码延时小，总延时在65ms以内
高质量 低延时
编译码器复杂度低，便于大规模集成
低复杂度
功耗小，便于应用于手持机
低功耗
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
5
话音编码类型
波形编码：质量好、效率低 参量编码：质量中、效率高 混合编码：质量较好、效率较高
话音质量评定（MOS）
4分以上入公 网
3分以上入移 动通信网
级别 评定类别
人的印象标准
5
优
几乎无噪声和失真，细节清晰可辨
4
良
有可感觉的轻微噪声和失真
3
中
有令人烦恼的噪声和失真
2
差
有令人非常烦恼的噪声和严重失真
1
劣
语言几乎不可懂
MOS: Mean Opinion Score
6
波形编码
将时间域波形信号直接变换成数字代码，目的是 尽可能精确再现原始语音波形。
三步骤：抽样、量化、编码。 特点
高速率话音编码时（ 16kbps ~ 64kbps ），话音质 量好（4.0~4.5），占用较高带宽。
实现方法
通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随 基带信号的变化而变化。
移动通信系统要求
频带利用率高（ bit/s/Hz ） 功率效率高 具有恒包络特性 易于解调 带外辐射少
2020年9月
பைடு நூலகம்
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
12
各类二进制调制波形
13
数字调制技术分类
不恒定包络
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
17
频带利用率
也是带宽效率
每赫兹可用带宽可以传输的信息速率: R W b s Hz
R：为信息比特速率 W：信号所需带宽
R Rs log2 M
奈奎斯特带宽：
理论上无码间串扰的基带系统，若每秒传输Rs个码 元，需要最小带宽是 Rs 2 Hz。
理论 Rs W ：2码元/s/Hz
数 字 调 制 恒定包络
ASK(幅移键控) QAM(正交幅度调制) MQAM(星座调制)
FSK
BFSK(二进制频移键控)
(频移键控) MFSK(多进制频移键控)
PSK (相移键控)
CPM (连续相位
调制)
BPSK(二进制相移键控) DPSK(差分二进制相移键控)
QPSK OQPSK(偏移QPSK) (正交四相 p/4QPSK 相移键控) DQPSK(差分QPSK)
实际 Rs W ：1.4~1.8码元/s/Hz
SNR Ps Pn
Eb Ps Tb Ps W N0 Pn W Pn Rb
W SNR
Rb 对于M阶调制信号，有：
Ps : 信号平均功率 Pn : 噪声平均功率 Tb : 比特周期 W : 噪声带宽
数字通信系统的 度量指标
Es N0
Eb
log2 N0
M
Eb N0
log2
M
2020年9月
11 1
a1 a2*
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
15
数字调制器
二进制序列 比特变 符号
基带调 制
exp j2p fct
成形滤 波
si t
数字调制器功能框图
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
16
SNR, Es N0 , Eb N0
主要度量指标：可懂度。
特点
编码速率低：1.2kbps~4.8kbps 话音质量中等（2.5~3.5），不满足商用要求。
典型参量编码方式
线性预测编码LPC及其改进型。
LPC：Linear Prediction Coding
8
混合编码
将波形编码（语音信号的部分波形）和参量编码 （部分特征参数）结合起来，力图保持波形编码 的高质量的优点和参量编码的低速率的优点。
特点
编码速率较低：4kbps~16kbps 语音质量较好（3.5~4.0），适合数字移动通信网。
典型混合编码方式
多脉冲激励线性预测编码 码激励线性预测编码
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
9
话音编码方式性能比较
话音质量 混合编码
混合编码是优选方向 波形编码
参量编码
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
3
3.1 信源编码
信源编码的目的
压缩信源产生的冗余信息
降低开销，提高传输链路的有效性
信源编码
将模拟信源或离散信源的输出有效地变换成二 进制数字序列的过程
离散信源编码
信息熵、可变长编码
模拟信源编码
话音编码、图像编码
压缩技术
2020年9月
低速率话音编码时，话音质量显著下降。 典型波形编码方式
PCM，DPCM，ΔM 等。
PCM：Pulse-Code Modulation
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
7
参量编码
又称为“声源编码” 利用人的发声机制，仅传送 反映话音波形产生的主要特征参数（模拟声带频 谱特性的滤波器参数和若干声源参数），在接收 端根据发声机制，由传送来的特征参数人工合成 话音。
MSK(最小频移键控) GFSK(高斯滤波MSK) TFM(平滑调频)
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
14
二进制码与双极性码的映射关系
二进制码：0, 1
双极性码：1, -1
0
1 00 0 011
1 0 1 11 0 推广： b1 b2
1 1 11 1
11 1
速率(kbit/s)
话音编码方式性能比较
10
第三章内容
3.1 信源编码 3.2 数字调制中的基本概念 3.2 QPSK调制 3.3 高阶调制 3.4 正交频分复用
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
11
数字调制中的基本概念
数字调制技术
对信息序列进行处理，使之变为适合于信道传输的 波形的过程。
第三章 移动通信中的信源编码 和调制解调技术
无线通信系统的基本组成
模拟源 离散源
信息序 列
信源
信源 编码
信道 编码
数字 调制
信源近 似还原
信息序 列重构
输出
信源 译码
信道 译码
数字 解调
无线通信系统的基本组成框图
模拟波 形
2
第三章内容
3.1 信源编码 3.2 数字调制中的基本概念 3.3 QPSK调制 3.4 高阶调制 3.5 正交频分复用
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
4
话音编码
话音编码的意义
提高频谱利用率（低码率编码）
提高系统容量（低码率，语音激活技术）
移动通信对话音编码的要求
编码速率低，语音质量好 有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能 编译码延时小，总延时在65ms以内
高质量 低延时
编译码器复杂度低，便于大规模集成
低复杂度
功耗小，便于应用于手持机
低功耗
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
5
话音编码类型
波形编码：质量好、效率低 参量编码：质量中、效率高 混合编码：质量较好、效率较高
话音质量评定（MOS）
4分以上入公 网
3分以上入移 动通信网
级别 评定类别
人的印象标准
5
优
几乎无噪声和失真，细节清晰可辨
4
良
有可感觉的轻微噪声和失真
3
中
有令人烦恼的噪声和失真
2
差
有令人非常烦恼的噪声和严重失真
1
劣
语言几乎不可懂
MOS: Mean Opinion Score
6
波形编码
将时间域波形信号直接变换成数字代码，目的是 尽可能精确再现原始语音波形。
三步骤：抽样、量化、编码。 特点
高速率话音编码时（ 16kbps ~ 64kbps ），话音质 量好（4.0~4.5），占用较高带宽。
实现方法
通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随 基带信号的变化而变化。
移动通信系统要求
频带利用率高（ bit/s/Hz ） 功率效率高 具有恒包络特性 易于解调 带外辐射少
2020年9月
பைடு நூலகம்
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
12
各类二进制调制波形
13
数字调制技术分类
不恒定包络
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
17
频带利用率
也是带宽效率
每赫兹可用带宽可以传输的信息速率: R W b s Hz
R：为信息比特速率 W：信号所需带宽
R Rs log2 M
奈奎斯特带宽：
理论上无码间串扰的基带系统，若每秒传输Rs个码 元，需要最小带宽是 Rs 2 Hz。
理论 Rs W ：2码元/s/Hz
数 字 调 制 恒定包络
ASK(幅移键控) QAM(正交幅度调制) MQAM(星座调制)
FSK
BFSK(二进制频移键控)
(频移键控) MFSK(多进制频移键控)
PSK (相移键控)
CPM (连续相位
调制)
BPSK(二进制相移键控) DPSK(差分二进制相移键控)
QPSK OQPSK(偏移QPSK) (正交四相 p/4QPSK 相移键控) DQPSK(差分QPSK)
实际 Rs W ：1.4~1.8码元/s/Hz
SNR Ps Pn
Eb Ps Tb Ps W N0 Pn W Pn Rb
W SNR
Rb 对于M阶调制信号，有：
Ps : 信号平均功率 Pn : 噪声平均功率 Tb : 比特周期 W : 噪声带宽
数字通信系统的 度量指标
Es N0
Eb
log2 N0
M
Eb N0
log2
M
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