无线通信技术-第三章 数字通信技术

1 2 M
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3 1 调制信号的表示 3.1
S i (t ) =
+∞
S
j =1 j
N
ij
φ j (t )
i≠ j
−∞ +∞
φ (t )φ
i
( t )dt = 0,
−∞
φ
2 i
( t )dt = 1
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3 1 调制信号的表示 3.1
例如：二相相移键控BPSK信号，
S1 ( t ) = S 2 (t ) = − 2 Eb cos(2π f c t ), 0 ≤ t ≤ Tb Tb 2 Eb cos(2π f c t ), ) 0 ≤ t ≤ Tb Tb
其中:
Eb 每比特的信号能量
1 c b
Tb 每比特的持续时间 2 对该信号集，只有一个基： φ (t ) = T cos(2π f t ), 0 ≤ t ≤ T 这样，BPSK信号集可表示为 S BPSK = { Eb φ1 (t ), − Eb φ1 (t )} 星座图（信号集在矢量空间上的表示）：
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OFDM技术
OFDM的基本原理
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OFDM技术
OFDM系统的实现（以MQAM为例来讨论）
DFT回顾：
注意：
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OFDM技术
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OFDM技术
OFDM信号的产生：
1、码元分组 先将输入码元序列分成帧，每帧中有F个码元，即有F比特。然后将 此F比特分成N组 每组中的比特数可 不同 如下图所示 此F比特分成N组，每组中的比特数可以不同，如下图所示
A0=Re(B0), AN=Im(B0)
对序列Ai (i=0,1,…2N-1)进行2N点IDFT：
1 s (k ) = 2N
2 N −1 n =0
Ae
n
j
2π kn 2N
4. 并串变换、DA变换、上变频
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本章思考题
Q QPSK 、OQPSK Q 的调制和解调 2、OFDM的子载波应满足的条件 3、OFDM信号的产生
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OFDM技术
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OFDM技术
3. IDFT计算 由序列Bi (i=0,1,…N-1)，获得序列Ai (i=0,1,…2N-1) 方法如下： Ai=B Bi ，对 对i i=1,2, 1,2,…,N ,N-1 1 Ai=(B2N-i )*，对i=N+1,N+2,…,2N-1
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提要
2ASK、2FSK和2PSK（ 2DPSK ） 正交调幅（QAM） 调制信号的数学表示 表 调制信号的最佳接收 正交调幅信号的星座图表示 正交调幅信号的调制与解调 正交调幅性能
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3 1 调制信号的表示 3.1
数字调制的实质：调制信息 信号波形 波形集合： S = {S (t ), S (t ),, S (t )} 对二进制调制形式： 进 ：M=2 一个信号波形（符号）最多可携带 log M 比特信息 向量空间 采用数学语言来描述和研究波形集合S 将S中的元素映射为向量空间中的点，可以得到调制方案性 中的元素映射为向量空间中的点 可以得到调制方案性 能的许多信息。 理论基础 向量空间中任何物理可实现的波形的有限集合，都可以表 示为N维向量空间的基底（N个正交波形）的线性组合。
1.
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星座图：
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3 4正交振幅调制（QAM） 3.4
调制与解调
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3 5 多载波调制 3.5
单载波调制和多载波调制比较 单载波体制：码元持续时间Ts短，但占用带宽B大；由 于信道特性C(f)不理想，产生码间串扰。 多载波体制：将信道分成许多子信道。假设有10个子信 道，则每个载波的调制码元速率将降低至1/10，每个子 信道的带宽也随之减小为1/10。若子信道的带宽足够小， 则可以认为信道特性接近理想信道特性，码间串扰可以 得到有效的克服。 得到有效的克服
j ≠i
d ij , 2n 0
(− z2 ) 2
Q( x) =
1 2π

∞
x
e
dz
对于对称星座（所有键控（QPSK） 3.2
Q QPSK 信号表示 载波相位取等间隔的四个值，比如
0,
π
2
,π ,
3π 2
每个相位对应 个 2比特信息 特 息
无线通信技术
上海大学通信与信息工程学院 2013年4月
第三章 数字调制技术
前言
无线调制技术是一种将信源产生的信号转换为适宜无线传 线 线 输的形式的过程。一般说来，信源产生的信号包含直流信 号和低频分量，称为基带信号。由于低频信号传输距离有 限，并且多路信号在同一频段传输会产生互相干扰，因此， 基带信号不适宜用作无线传输。通常将基带信号转变为一 个相对于基带频率而言频率非常高的信号 以适于远距离 个相对于基带频率而言频率非常高的信号，以适于远距离 的无线传输。基带信号称为调制信号，经过调制的高频信 号称为已调信号。 在信号的发生端通过调制过程，利用发送天线把已调信号 发送出去，在信号接收端通过解调过程，把已调信号还原 为基带信号。
b
− Eb
Eb
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3 1 调制信号的表示 3.1
向量空间
这种星座图为每一个可能的符号的复包络提供了一个直观的图形：x轴代 表复包络的同相分量，y轴代表复包络的正交分量，这个概念可推广到M进 制调制。 制调制 为了表示调制信号的完整集合需要的基底信号的数目称为矢量空间的 维数。 调制方案的某些性质可以从它的星座图中得到： （1）带宽效率（2）误码率性能 误码率的上界：Ps (ε | si ) ≤ Q
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OFDM技术
OFDM信号的产生 2、MQAM坐标映射
将每组中的bi个比特看作是一个Mi进制码元Bi，其中bi ＝ log2 Mi，并 且经过串/并变换将F个串行码元bi变为N个（路）并行码元Bi。各路并行码 各路并行码 元Bi持续时间相同，均为一帧时间Tf = FTs，但是各路码元Bi包含的比特数 不同。这样得到的N路并行码元Bi用来对于N个子载波进行不同的MQAM 调制 这时的各个码元Bi可能属于不同的Mi进制，所以它们各自进行不同 调制。这时的各个码元B 进制 所以它们各自进行不同 的MQAM调制。 MQAM调制中一个码元可以用平面上的一个点表示。而平面上的一个 点可以用一个矢量或复数表示。下面用复数Bi表示此点。将Mi进制的码元 Bi变成一一对应的复数Bi的过程称为映射过程。例如，若有一个码元Bi是16 进制的，它由二进制的输入码元“1100”构成，则它应进行16QAM调制
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3 5 多载波调制 3.5
多载波调制的基本原理
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正交频分复用（OFDM）技术
正交频分复用OFDM： 复 是一种多载波调制
特点： • 为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱 有部分重叠； • 各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号 • 每路子载波的调制可以是多进制调制； • 每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优 劣不同采用不同的体制。并且可以自适应地改变调制体制以适应信 道特性的变化。 缺点： • 对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感； • 信号峰值功率和平均功率的比值较大，这将会降低射频功率放大器 的效率。
OQPSK的优缺点
OQPSK克服了QPSK的l80°的相位跳变，信号通过BPF后包络起伏小， 性能得到了改善，因此受到了广泛重视。但是，当码元转换时，相位变化 不连续，存在90°的相位跳变，因而高频滚降慢，频带仍然较宽。
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3 4正交振幅调制（QAM） 3.4
幅度和相位联合键控 原理：在两路正交载波上分别采用独立的MASK调制然后叠 加生成，调制信号通过电平幅度和载波相位承载比特信息。
误码率性能
星座点距离： 座 ： 2Es = 2 ， Eb （ （每个符号2bits b ts：Es=2Eb） 代入前面的公式得到QPSK的误比特率： 2 Eb 1 Eb = erfc Pe = Q 相同的能量效率下，频谱效率提高一倍 n0 2 n0
Ts：符号持续时间
s QPSK ( t ) =
QPSK信号矢量空间的基底可取
φ1 ( t ) =
2 cos( 2π f c t ), φ 2 ( t ) = Ts 2 sin( 2π f c t ) Ts
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3 2四相相移键控（QPSK） 3.2
QPSK信号集 Q
π s QPSK ( t ) : E s cos ( i − 1) φ1 ( t ) − 2 π E s sin ( i − 1) φ 2 ( t ), i = 1, 2 ,3, 4 2
s QPSK ( t ) = 2Es π cos 2 π f c t + ( i − 1) , 0 ≤ t ≤ T s , i = 1, 2 ,3 , 4 2 Ts
2Es π cos ( i − 1) cos( 2π f c t ) − Ts 2 2Es π sin ( i − 1) sin( 2π f c t ) Ts 2
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前言
按照调制信号的形式，调制可以分为模拟调制和数字调制。 ， 。 模拟调制是指利用输入的模拟信号直接调制载波的振幅、 频率或相位，从而得到已调信号；例如，AM，FM和PM。 数字调制是指利用数字信号来控制载波的幅度、频率或相 位，例如ASK，FSK和PSK，QAM等。 按照载波的形式 调制可以分为已正弦波作为载波的连 按照载波的形式，调制可以分为已正弦波作为载波的连 续波调制和以脉冲序列作为载波的脉冲调制。 对信号进行调制传输主要达到以下目的： （1）将调制信号转换为适合于信道传输的已调信号 （2）实现信道的多路复用，提高信道利用率 ）实现信道的多路复用 提高信道利用率 （3）提高抗干扰能力