移动通信数字调制解调技术

Eb P = （6-1） N0
6.1.2 数字调制的性能指标
带宽有效性B是反映调制技术在一定的频 带内数字有效性的能力，可表述成在给定 带宽条件下每赫兹的数据通过率： R B = ((bit/s) / Hz) （6-2） B
式中，R为数据速率（bit/s），B为调制射 频RF信号占用带宽。
本章提示
第一代蜂窝移动通信系统采用模拟调频 （FM）传输模拟语音，其信令系统采用 2FSK数字调制。第二代数字蜂窝移动通信 系统传送的语音都是经过语音编码和信道 编码后的数字信号。GSM系统采用GMSK 调制；IS-54系统和PDC系统采用/4 DQPSK调制；IS-95 CDMA系统的下行信 道采用QPSK调制，其上行信道采用 OQPSK调制。第三代蜂窝移动通信系统将 采用MQAM、QPSK或8PSK调制。
6.1.3 蜂窝移动通信系统对数字调制技术 的要求
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 数字调制技术分类络形式
sBPSK = Re{gBPSK(t)exp(j2fct)} （6-12）
式中，gBPSK(t)是信号的复包络
g BPSK (t ) = 2 Eb m(t )e jq Tb
（6-13）
6.2.2 二进制相移键控BPSK
C = = lb(1 + 10) = 3.46(kbit/s)/Hz B
骣 S÷ C = B lb ç 1+ ÷ = 200 lb(1 + 10) = 691.886kbit/s ç ÷ ç 桫 N hBMAX
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
1．线性调制方式 线性调制方式主要有各种进制的PSK和 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。
6.2.2 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 ) 2 Eb 2 Eb cos(2 πf c t + θ0 + θch ) = m(t ) cos(2 πf ct + θ ) Tb Tb
（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
6.2.2 二进制相移键控BPSK
在分频器后乘法器的输出为
2 Eb 2 Eb 2 m(t ) cos (2 πf c t + θ ) = m(t ) Tb Tb 轾 1 1 犏 + cos 2(2 πf c t + θ ) （6-17） 犏 2 2 臌
6.1.5 调幅与调频
单边带调幅系统只传送一个边带（上边带 或下边带），所以只占用普通调幅系统一 半的带宽。 单边带调制技术对移动通信还是非常有用 的。 随着数字信号处理、大规模集成电路和新 的单边带调制解调技术的进步，单边带在 移动通信中的应用还是很有前途的。
6.2 线性数字调制技术
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 （Spectral Efficiency）来反映。 功率有效性p是反映调制技术在低功率电 平情况下保证系统误码性能的能力，可表 述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度 之比：
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 术
（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
2 Eb sBPSK (t ) = m(t ) cos(2 πf c t + θ0 ) （6-11） Tb
6.2.2 二进制相移键控BPSK
Q (x ) = ò
¥ x
x2 expdx （6-19） 2 2π
6.2.3 差分相移键控DPSK
如果不是利用载波相位的绝对数值，而是 利用前后码元之间相位的相对变化传送数 字信息，则这种方法称为相对调相。 差分相移键控（Differential Phase Shift Keying，DPSK）是一种最常用的相对调 相方式，采用非相干的相移键控形式。 它不需要在接收机端有相干参考信号，而 且非相干接收机容易实现，价格便宜，因 此在无线通信系统中广泛使用。
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。 从BPSK信号的分布可以得到 2 Eb ，相邻 点的距离为。可以证明比特差错概率为
pe,BPSK 骣 2E ÷ b ÷ ç = Qç ÷ ç ç 桫 N0 ÷
1
（6-18）
式中，Q(x)函数为
6.1 数字调制技术概述
6.1.1 6.1.2 6.1.3 要求 6.1.4 6.1.5 概述 数字调制的性能指标 蜂窝移动通信系统对数字调制技术的
数字调制技术分类 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。
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） s(t) = Re[Am(t)exp(j2f t)] = A[m (t)cos(2f t) ? m (t)sin(2f t)] 6.2.6 p/4四相相移键控QPSK
2 轾 骣 Eb 犏 sin π( f - f c )Tb 鼢 骣 sin π(- f - f c )Tb 珑 鼢 = + 珑 犏 鼢 珑 珑 2 犏 桫 π( f - f c )Tb 鼢 桫 π(- f - f c )Tb 臌 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）
6.1.3 蜂窝移动通信系统对数字调制技术 的要求
具体地讲，数字调制技术应满足如下特性 要求。 ① 为了在衰落条件下获得所要求的误码率 （BER），需要好的载噪比（C/N）和载干 比 （C/I）性能。 ② 所用的调制技术必须在规定频带约束内 提供高的传输速率，以（bit/s）/Hz为单位。
c R c I c
（6-5）
6.2.1 二进制幅度键控BASK
在二进制幅度键控（Binary Amplitude Shift Keying，BASK）中，载波幅度随二 进制调制信号序列｛m(t)｝变化，即幅度键 控（Amplitude Shift Keying，ASK）信 号可表示为
sASK(t) = m(t)cos(2fct) （6-6）
如果正弦载波的幅度为Ac，每比特能量 1 2 ，则传输的BPSK信号为 Eb = Ac Tb 2
ì ï 2 Eb ï cos(2πfct + θ0 ) ï ï T ï b sBPSK (t ) = ï í ï 2 Eb ï ï cos(2πfct + π + θ0 ) = ï ï ï î Tb 0 ≤ t ≤ Tb , 信号为1 2 Eb cos(2πfct + θ0 ) Tb 0 ≤ t ≤ Tb , 信号为0
理想的调制方式能够使通信在低信噪比情 况下提供低的误码率，在多径和衰落条件 下很好地工作，并且容易实现。 一种数字调制技术的分类方法将它分为线 性和非线性两类。 在线性数字调制技术中，传输信号的幅度 s(t)随调制数字信号m(t)的变化而呈线性变 化。
6.2 线性数字调制技术
线性数字调制技术带宽效率较高，所以非 常适用于在有窄频带要求下，需要容纳越 来越多用户的无线通信系统。 在线性数字调制方案中，传输信号s(t)可表 示为
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）。