移动通信入门 第三章 移动通信的调制技术
移动通信调制技术介绍
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
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卫星通信系统：利用卫星作为 中继站进行通信
02
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卫星调制技术：将信号调制到 卫星通信频率上
03
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卫星通信的优点：覆盖范围广， 传输速度快，抗干扰能力强
04
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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
移动通信中的信号处理和调制技术研究
移动通信中的信号处理和调制技术研究移动通信技术在现代社会中起到了至关重要的作用。
从2G到5G，移动通信不断发展和完善，使得人们可以随时随地进行语音通话、短信发送、网络浏览等各项功能。
而在移动通信系统中，信号处理和调制技术则是实现可靠、高效通信的关键。
信号处理是指对发送和接收信号进行处理和优化的一系列技术。
在移动通信系统中，信号处理的任务主要包括信号检测、信号解调和信号恢复。
首先，通过信号检测，接收设备可以确定是否存在通信信号。
其次，信号解调是将接收到的模拟信号转换为数字信号。
最后，通过信号恢复，恢复原始的数据。
在信号处理技术中，有一种重要的技术被广泛应用于移动通信领域，即数字信号处理技术（DSP）。
DSP技术通过数字方式对信号进行采样、调试和处理，具有高精度、高抗干扰、高稳定性等优点。
在移动通信系统中，DSP技术被用于实现对信号的解调、滤波、编解码等关键功能。
除了信号处理技术，移动通信系统中的调制技术也是不可或缺的一部分。
调制技术是指将数字信号转换为模拟信号或模拟信号转换为数字信号的过程。
通过调制技术，数字信号可以在信道中进行传输，并在接收端进行解调还原为原始信号。
调制技术的关键是选择合适的调制方法和技术参数。
在移动通信系统中，常用的调制方法有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和正交频分多址（OFDMA）等。
这些调制方法在不同的移动通信标准中被广泛采用。
例如，GSM系统采用了TDMA调制方法，CDMA2000系统采用了CDMA调制方法，而LTE和5G系统则采用了OFDMA调制方法。
除了调制方法，调制技术的参数也对通信性能产生了重要影响。
例如，调制度、带宽、调制速率等参数的选择，都会直接影响到通信系统的信号质量、频谱效率和容量等重要指标。
除了信号处理和调制技术，移动通信系统中还有其他关键的技术和算法，如信道编码、自适应调制、多天线技术等。
这些技术和算法对于提高通信系统的性能和可靠性起到了重要作用。
移动通信中的数字调制技术
•
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• 培训的目的
1.了解数字调制原理和特点 2.了解移动通信系统中的各种调制技术
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• 调制的概念
将待传送的基带信号加到高频载波上进行传输的过程，即按照 调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波的某些参数的过程。
其简单模型可以表示为：
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• 码元速率
码元：数字信号中每一个符号的通称。即可以用二进制表示，也可以用其 它进制的数表示。 码元传输速率，又称为码元速率或传码率。码元速率又称为波特率，指每 秒信号的变化次数。若数字传输系统所传输的数字序列恰为二进制序列， 则等于每秒钟传送码元的数目，而在多电平中则不等同。单位为"波特",常 用符号"Baud"表示，简写为"B"
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传输数字信号时也有三种基本的调制方式：幅移键控(ASK)、 频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。 它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数 字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。 理论上，数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是 属正弦波调制。但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调 制，而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。 在数字通信的三种调制方式（ASK、FSK、PSK)中，就频带利用率 和抗噪声性能（或功率利用率）两个方面来看，一般而言，都是 PSK系统最佳。所以PSK在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。
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1.符号速率 符号速率*扩频因子=码片速率,符号速率=码片速率/扩频因子
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chapt-3调制技术
– 相位连续的频移键控 – 相位不连续的频移键控
2、信号组成
S2
FSK
(t
)
A c os (2f1t A c os (2f 2t
1 2
) )
定义：
(1)标称载频
f0
f1 f2 2
(2)频移宽度 f0 f2 f1
传“1” 传“0”
ak
bk 2PSK调制
2PSK(bk)
2DPSK(ak)
bk 1
Ts
二进制差分相移键控（DPSK）（续）
1. 2DPSK信号的解调
– 相干解调（同步检测法或极性比较法）
已调2DPSK信号
BPF a
c
d
LPF
抽样判决
cosct
载波同步 b
位同步 cp(t)
2PSK解调
bk
e
f
ak
TS
bk-1
码反变换
– 特点
• 采用同步解调法，需有一个和载波保持同频同 相的相干振荡信号，否则会造成解调后的波形 失真，一般采用锁相环路或窄带滤波来提取同 步信号；
• 实现困难，技术要求高，设备复杂；
频移键控FSK
一、调制原理 用基带数据信号控制载波频率。当传
送“1”码时送出一个频率f1，传送“0”码 时送出另一个频率f0。
– 调制信号：数字型正弦调制、连续性正弦调 制
– 质量标准：模拟信号-信噪比（SNR） 数字信号-误码率（BER调制技术的要求
移动通信信道的特点
– 带宽有限，取决于可 使用频率资源和信道 的传播特性
– 干扰和噪声影响大， 移动通信的电磁工作 环境决定
移动通信中的调制解调
移动通信中的调制解调AM和FM射频信号被用来传递信息，信息有可能是音频，数据或者其他格式，该信息被调制(modulate)到载波信号上，并通过射频传送到接收器，在接收器端，信息从载波上分离出来，这个被称为解调（demodulation）。
而载波本身并不带有任何信息。
调制方法多种多样，简单的一般有幅度调制，频率调制和相位调制，尽管调频和调相本质上是相同的。
每种调制方法都有其有缺点。
了解每种调制方法的基础是很重要的，尽管大家更为关注的是移动通信系统的调制方法。
复习这些简单技术可以让大家对它们的优缺点有更好的认识。
载波无线通信的基础是载波，基本的载波如下图所示，这个信号在发射器部分产生，并不带有任何信息，在接收器部分也作为不变的信号出现。
调幅调制最显而易见的的方式就是调幅了，通过调整信号幅度大小传递信息。
最简单的调制是OOK（on–off keying，开关键控），载波以开关的形式传递信息。
这个是数字调制的基础，并用在传递莫斯（Morse）电码上面，莫斯在早期的“无线”应用上广为采用，通过开或关的长度传递码元。
在音频或其他领域应用更为常见的是，整个信号的幅度通过载波体现，如下图，这个被称为幅度调制（AM）。
AM解调音频信号的过程十分简单，只需要一个简单的二极管包络检波电路就可以实现，如图3-3，在这个电路中二极管只允许无线信号的半波通过，一个电容被作为低通滤波器来去除信号的高频部分，只留下音频信号。
这个信号直接通过放大后输出至扬声器。
该解调电路十分简单和易于实现，在目前的AM收音机接收上面还在广泛采用。
AM解调过程同样可以用更为有效的同步检波电路实现。
如图3-4，射频信号被本地载波振荡信号混频。
该电路的优点是比二极管检波器有更好的线性度，而且对失真和干扰的抵抗比较好。
产生本振信号的方法很多，其中最简单的就是把接收到的无线信号通过高通滤波器，从而滤掉调制信号保留精确频率和相位的载波，再与无线信号混频滤波就能得到原始音频信号。
移动通信的编码与调制技术
移动通信的编码与调制技术在当今高度互联的时代，移动通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从日常的语音通话、短信交流，到高清视频播放、在线游戏，移动通信技术的不断发展为我们带来了越来越便捷和丰富的体验。
而在这背后，编码与调制技术起着至关重要的作用。
首先，我们来谈谈编码技术。
编码，简单来说，就是将信息转换为特定的代码形式，以便于传输和存储。
在移动通信中，常用的编码技术包括信源编码和信道编码。
信源编码的主要任务是减少信息的冗余度，提高传输效率。
例如，在语音通信中，我们不会传输连续的声音信号，而是对其进行采样和量化，将模拟的声音信号转换为数字形式。
通过合理的编码算法，可以去除那些人耳不太敏感的部分，从而在不影响语音质量的前提下减少数据量。
信道编码则是为了提高通信的可靠性。
由于移动通信环境复杂，信号在传输过程中容易受到各种干扰和衰减。
信道编码通过在原始信息中添加一些冗余信息，使得接收端能够检测和纠正传输过程中产生的错误。
常见的信道编码方式有卷积码、Turbo 码等。
接下来，我们再看看调制技术。
调制就像是给信息穿上不同的“外衣”，以便让它们能够在无线信道中顺利传输。
在移动通信中，常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
幅度调制是根据信息的变化改变载波的幅度；频率调制则是改变载波的频率；相位调制则是改变载波的相位。
而现代移动通信系统中，更广泛采用的是数字调制技术，如二进制相移键控（BPSK）、正交相移键控（QPSK）、正交幅度调制（QAM）等。
以 QPSK 为例，它将信息编码为四个不同的相位状态，每个相位状态代表两个比特的信息。
这样，在相同的带宽下，能够传输更多的信息。
QAM 则更进一步，它同时改变载波的幅度和相位，从而可以在一个符号中传输更多的比特。
例如 16QAM 可以在一个符号中传输 4 比特的信息。
编码与调制技术的选择并非是孤立的，而是需要根据具体的通信需求和系统条件来综合考虑。
调制技术
现代移动通信中的调制技术通信2班陈铭铎15号调制技术的概念在移动通信中，信源产生的原始信号绝大部分需要经过调制，变换为适合于在信道内传输的信号，才能在线路中传输。
把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形，这一变换过程成为调制。
通常把原始信号称为调制信号，也称基带信号；被调制的高频周期性脉冲起运载原始信号的作用，因此称载波。
调制技术其实也就是实现了信源与信道的频带匹配。
调制技术的主要功能1.频率变换：为了采用无线传送方式，如将（0.3MHz～3.4kHz）有效带宽内的信号调制到高频段上去。
2.实现信道复用：例如将多路型号互不干扰地安排在同一物理信道中传输。
3.提高抗干扰性：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相制约，通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如FM替代AM。
调制原理形式调幅、调频和调相是调制的三种基本形式。
1.调幅(AM)：用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着调制信号变化。
已调波称为调幅波。
调幅波的频率仍是载波频率，调幅波包络的形状反映调制信号的波形。
调幅系统实现简单,但抗干扰性差,传输时信号容易失真。
2.调频(FM)：用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。
已调波称为调频波。
调频波的振幅保持不变，调频波的瞬时频率偏离载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。
调频系统实现稍复杂，占用的频带远较调幅波为宽，因此必须工作在超短波波段。
抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用率也较高。
3.调相(PM)：用调制信号控制载波的相位，使载波的相位随着调制信号变化。
已调波称为调相波。
调相波的振幅保持不变，调相波的瞬时相角偏离载波相角的量与调制信号的瞬时值成比例。
在调频时相角也有相应的变化，但这种相角变化并不与调制信号成比例。
在调相时频率也有相应的变化，但这种频率变化并不与调制信号成比例。
在模拟调制过程中已调波的频谱中除了载波分量外在载波频率两旁还各有一个频带，因调制而产生的各频率分量就落在这两个频带之内。
电子科技大学《移动通信原理》 第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
7
典型波形编码方式
PCM：Pulse-Code Modulation
2014年3月
1 1 1
* a1 a2
1 1 1
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推广： b1 b2
2014年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
数字调制器
exp j 2p f c t
二进制序列 比特变 符号
基带调 制
成形滤 波
si t
图3.3 数字调制器功能框图
2014年3月
各类二进制调制波形
14
数字调制技术分类
不恒定包络 ASK(幅移键控) QAM(正交幅度调制) MQAM(星座调制) FSK (频移键控) BFSK(二进制频移键控) MFSK(多进制频移键控) 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) MSK(最小频移键控) GFSK(高斯滤波MSK) TFM(平滑调频)
对于M阶调制信号，有：
E s Eb log 2 M Eb log 2 M N0 N0 N0
2014年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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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 R R log M s 2 W：信号所需带宽
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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
DQPSK信号的解调方法和QPSK信号的解调方法类似也有两类，即极性比较法和 相位比较法。左图是DQPSK信号极性比较法解调原理方框图。由图可见DQPSK信号的 极性比较法解调原理和QPSK信号的一样，只是多一步码反变换，将相对码变成绝对 码。
DQPSK信号相位比较法解调原理方框图如右图所示。由此图可见，它和 2DPSK信号相位比较法解调的原理基本一样，只是由于现在的接收信号包含正交 的两路已调载波，故需要用两个支路差分相干解调。
制、上行信道采用偏移四相相移键控（OQPSK）调制。第三代数字蜂窝系统将采用
多进制正交幅度调制（MQAM）、平衡四相（BQM）扩频调制、复四相扩频调制
（CQM）、双四相扩频调制（DQM）技术。
3.2 调制技术的分类
调制方式很多，根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制；根据调制信号 改变载波参量（幅度、频率或相位）的不同，模拟连续波调制又可分为幅度调制 （AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。数字调制也有三种方式：幅度键控 （ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。
从第二代蜂窝移动通信系统开始，都是采用数字调制技术，和模拟调制相比，数 字调制和解调的抗噪性能更好，编码和纠错的技术更复杂，通信系统安全性和可靠性 更高。数字调制的分类如图所示。
3.2 调制技术的分类
3.3二进制数字调制技术
3.3二进制数字调制技术
下图为2ASK信号时间的波形，如下图所示：
2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法，相应的调制 器如图所示。
3.3二进制数字调制技术
2ASK信号有两种基本的解调方法：非相干（noncoherent）解调（包络检波法） 和相干（coherent）解调（同步检测法），相应的接收系统组成框图如图所示。
在传输过程中，噪声电压和信号一起改变了振幅，所以2ASK是受噪声影响 最大的调制技术，现已较少应用。
3.3二进制数字调制技术
3.3二进制数字调制技术
3.3二进制数字调制技术
3.3二进制数字调制技术
2PSK信号的解调通常采用相干解调法，解调器原理框图如图所示。 2PSK信号相干解调各点时间波形如右图所示。
3.3二进制数字调制技术
3.3二进制数字调制技术
2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而相应的2DPSK信号的典型波形如图所示。
2DPSK调制器原理框图如图左所示。右图是2DPSK信号极性比较法解调原理框图。
3.3二进制数字调制技术
下图是2DPSK信号相位比较法解调原理框图及各点波形。
3.4 多进制数字调制
3.4 多进制数字调制
图左是相乘法产生QPSK信号原理框图，图右是相位选择法产生QPSK信号原理框 图。QPSK信号的解调原理如下图所示。由于QPSK信号可以看作是两个正交2PSK信号 的叠加，所以用两路正交的相干载波去解调，可以很容易地分离这两路正交的2PSK 信号。相干解调后的两路并行码元a和b，经过并/串变换后，成为串行数据输出。
第三章 移动通信的调制技术
目录
1 3.1 调制技术的概念 2 3.2 调制技术的分类 3 3.3 二进制数字调制技术 4 3.4多进制数字调制
1. 调制技术的概念
3.1调制技术的概念
信号源的编码信息中含有直流分量和频率较低的交流分量，称为基带信号。基带
信号一般不能直接作为传输信号，必须有一个载波来运载基带信号。载波的频率相对
3.4 多进制数字调制
2. 四进制差分相移键控（DDQPSK） DDQPSK信号的产生方法和QPSK信号的产生方法类似，只是需要把输入基带信号
先经过码变换器把绝对码变成相对码再去调制（或选择）载波。下图给出了用正交调 相法产生DDQPSK信号的原理方框图。图中a和b为经过串/并变换后的一对码元，它需 要再经过码变换器变换成相对码c和d后才与载波相乘。