無線調(diào)制與編碼__第四章

1、4.1調(diào)制解調(diào)器結(jié)構(gòu)調(diào)制解調(diào)器結(jié)構(gòu)4.2調(diào)制器調(diào)制器4.3 相干解調(diào)器相干解調(diào)器4.4 非相干解調(diào)器非相干解調(diào)器4.5 同步同步返回返回 上頁上頁 下頁下頁4.0 引言引言 調(diào)制解調(diào)器合稱調(diào)制解調(diào)器合稱modem 解調(diào)往往比調(diào)制復雜困難得多解調(diào)往往比調(diào)制復雜困難得多 基于軟件無線電全數(shù)字化實現(xiàn)基于軟件無線電全數(shù)字化實現(xiàn) 多媒體業(yè)務對數(shù)字終端的數(shù)據(jù)吐率、多媒體業(yè)務對數(shù)字終端的數(shù)據(jù)吐率、BER 及延時要求及延時要求 返回返回 上頁上頁 下頁下頁4.1 modem結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)此部分在現(xiàn)代系統(tǒng)此部分在現(xiàn)代系統(tǒng)中通常用中通常用DSP實現(xiàn)實現(xiàn) modem 在在( 數(shù)字數(shù)字 ) 用戶接口和用戶接口和 ( 模擬模

2、擬 ) 射頻射頻 子系統(tǒng)間提供基本鏈路子系統(tǒng)間提供基本鏈路4.2 調(diào)制器調(diào)制器 對對 BPSK 為實數(shù)乘法器；對其它線性調(diào)制為實數(shù)乘法器；對其它線性調(diào)制 為復數(shù)乘法為復數(shù)乘法 原理上：原理上：VCO 調(diào)頻，但很難保證調(diào)制指數(shù)調(diào)頻，但很難保證調(diào)制指數(shù) 精度精度 實際中：實際中： 1) MSK調(diào)制器調(diào)制器 線性調(diào)制器線性調(diào)制器I/Q調(diào)制器調(diào)制器 GMSK調(diào)制器調(diào)制器 兩種方法兩種方法GMSK 圖圖4.3 用用AMP 分解法產(chǎn)生分解法產(chǎn)生GMSK信號信號 由兩個信號脈沖序列（虛線）合成同相分量（實線）由兩個信號脈沖序列（虛線）合成同相分量（實線） 同相分量合成同相分量合成 所得的近似信號（實線）與精

3、確信號比較（虛線）所得的近似信號（實線）與精確信號比較（虛線）(a) （注（注x軸每個刻度對應兩個單位，或一個符號周期軸每個刻度對應兩個單位，或一個符號周期 圖圖4.4 用直接相位法產(chǎn)生用直接相位法產(chǎn)生GMSK信號信號4.3 相干解調(diào)器相干解調(diào)器 整個結(jié)構(gòu)為匹配于已調(diào)信號的濾波器整個結(jié)構(gòu)為匹配于已調(diào)信號的濾波器 I/Q解調(diào)器解調(diào)器 2cos cos - cossin1cos 2sin 2 - 22sin 21cos 2 - 22 2 2pcpcqccccpqccqpqppqqxta ttbttbtttttbtbtttxtbtbtbtxtbtxt 經(jīng)經(jīng)低低通通濾濾波波4.4 非相干解調(diào)器非相干解

4、調(diào)器 僅由幅度信息來估計被傳信息是不夠的僅由幅度信息來估計被傳信息是不夠的 現(xiàn)代調(diào)制不采用幅移鍵控現(xiàn)代調(diào)制不采用幅移鍵控 對信道損傷更強壯對信道損傷更強壯 瑞利衰落瑞利衰落 本振相位噪聲本振相位噪聲 受無線通信親睞受無線通信親睞 4.4.1 包絡檢波器包絡檢波器 簡單模擬電路簡單模擬電路 波波 形形 本質(zhì)上是一個本質(zhì)上是一個I/Q解調(diào)器，而后取解調(diào)器，而后取I/Q分量分量 平方和的開方，即得所需包絡平方和的開方，即得所需包絡 包絡檢波器的數(shù)字實現(xiàn)方式包絡檢波器的數(shù)字實現(xiàn)方式 2022exp2vvpv 2210222exp2vvsvspvI 0I2S 2010200111011 = 22ebSS

5、PPPPPpvdvpvdv 數(shù)值上，第一項起主導作用，即數(shù)值上，第一項起主導作用，即 返回返回 上頁上頁 下頁下頁 202222222200011 exp 2221 =exp2842 1exp22SSebbbebvvPpvdvdvsEsENNEPN 對對于于匹匹配配濾濾波波器器圖圖4.8 非相干非相干ASK BER (a) 與相干解調(diào)與相干解調(diào) (b) 比較比較 非相干比相干惡化非相干比相干惡化13dB 若根據(jù)實際信噪比選擇最佳門限，非相干性能會若根據(jù)實際信噪比選擇最佳門限，非相干性能會 好于上述結(jié)果好于上述結(jié)果4.4.2 限幅鑒頻解調(diào)器限幅鑒頻解調(diào)器圖圖4.9 模擬模擬FM 鑒頻器鑒頻器模擬

6、模擬FM 鑒頻器鑒頻器圖圖4.10 用于用于FM 鑒頻器的鎖相環(huán)鑒頻器的鎖相環(huán) dy ttdt t r t 2 exp ln =ln + =Im ln=Imln = ImImReReIm r tA tjtr tA tjtddy tr tr tdtdtdr dtr tdr dtr tdr dtr tr t 因因故故圖圖4.11 限幅鑒頻器的數(shù)字實現(xiàn)限幅鑒頻器的數(shù)字實現(xiàn) 22ImReReIm = =dr dtr tdr dtr ty tr tdQ dtIdI dtQr t 4.4.3 差分解調(diào)器差分解調(diào)器 乘法器為復乘法器為復 數(shù)乘法器，數(shù)乘法器， 本碼元復數(shù)本碼元復數(shù) 一碼元的復一碼元的復 共扼

7、相乘共扼相乘 = expkkkrjn 1111111 = expexp = expexp + exp k kkkkkkkkkkkkkr rjnjnjjnjnn n 2 n01 = exp2bebEPN 圖圖4.13 BER 曲線曲線(a)相干相干BPSK/QPSK(b)非相干非相干DBPSK(c)非相干非相干DQPSK( 精確精確 )(d)近似近似DQPSK 與與ASK時一樣時一樣，低低 BER 時時，非相干非相干DPSK比相干比相干 BPSK惡化小于惡化小于 1dB ，而，而 非相干非相干DQPSK比相干比相干 QPSK約約2.3 dB，十分接近近似值十分接近近似值3 dB 2j 輸輸出出

8、2 圖圖4.14 GMSK眼圖，時間帶寬積眼圖，時間帶寬積0.3 采用采用1比特延遲差分解調(diào)器比特延遲差分解調(diào)器(a) 采用采用2比特延遲差分解調(diào)器比特延遲差分解調(diào)器 ISI 影響比相干解調(diào)時要嚴重得多，性能惡影響比相干解調(diào)時要嚴重得多，性能惡 化可超過化可超過 6dB 采用采用2比特差分解調(diào)可減小惡化量比特差分解調(diào)可減小惡化量 如圖如圖414 (b) 眼圖展開變大，然而不再對眼圖展開變大，然而不再對 稱，所以最優(yōu)判決門限不再為稱，所以最優(yōu)判決門限不再為0，為解得原，為解得原 始數(shù)據(jù)需要較復則雜的解碼器始數(shù)據(jù)需要較復則雜的解碼器 4.4.4 濾波濾波-包絡檢測器包絡檢測器 濾波濾波-包絡檢測包

9、絡檢測濾波濾波-包絡檢測器包絡檢測器 帶通濾波器帶通濾波器 中心頻率中心頻率 實現(xiàn)匹配濾波實現(xiàn)匹配濾波二進制有兩個濾波器二進制有兩個濾波器M進制有進制有m個濾波器個濾波器 傳輸信號傳輸信號 1100 = exp 2 = exp 2stjf tstjf t 匹配與匹配與“1”信號的濾波器對于信號的濾波器對于“1”和和“0”信信號的輸出號的輸出 1111010010 exp -2 exp -2 TTartjf t dtartjf t dt 1100 = rtstrtst 1111010010010010101exp 2+ exp -2 = exp exp 2+ exp -2 = exp 2+ ex

10、p 21 = exp 2s = expexp TTTajf tjf tdtTjajf tjf tdtjfft jdtjffTjjffjffT 0101in ffTff 110001100101 sin aaTffTaaTffT 同樣地，匹配與同樣地，匹配與“0”信號的濾波器對于信號的濾波器對于“0”和和“1” 信號的輸出信號的輸出為性能最佳，應有為性能最佳，應有1001 0aa 01d= 2= 0 ffTf Thkhkk 為為非非 整整數(shù)數(shù) 相干解調(diào)時，相干解調(diào)時，h 僅需為僅需為0.5的整數(shù)倍的整數(shù)倍 濾波濾波-包絡非相干解調(diào)時，包絡非相干解調(diào)時， h 需為非零整數(shù)需為非零整數(shù) 使其不像別的

11、使其不像別的FSK 解調(diào)器應用那么廣泛解調(diào)器應用那么廣泛h 為非零整數(shù)，所選包絡檢測器輸出（如傳為非零整數(shù)，所選包絡檢測器輸出（如傳1 時為時為 ）服從賴斯分布，而沒選檢測器的輸）服從賴斯分布，而沒選檢測器的輸 出出 服從瑞利分布服從瑞利分布 010001110001 =exp22ebbpp sspsds psdsEN 1s0s返回返回 上頁上頁 下頁下頁1. 問題的提出問題的提出調(diào)制方式調(diào)制方式頻譜頻譜效率效率相位最大相位最大跳變幅度跳變幅度解調(diào)解調(diào)旁瓣衰旁瓣衰減速率減速率QPSK高高相干相干慢慢OQPSK高高相干相干快快 2 OQPSK盡管頻譜得到了改善，但仍須用相干盡管頻譜得到了改善，但

12、仍須用相干 解調(diào)解調(diào) 希望尋找一種調(diào)制系統(tǒng)，既能改善希望尋找一種調(diào)制系統(tǒng)，既能改善QPSK頻譜頻譜, 2. 1）概念）概念 即相位跳變最大值小于即相位跳變最大值小于 ，同時又能采用相干，同時又能采用相干解調(diào)解調(diào)4QPSK 的相位編碼規(guī)則的相位編碼規(guī)則返回返回 上頁上頁 下頁下頁輸入碼組輸入碼組載波相位載波相位11-11-1-11-1ISQSk 4 4 34 34 4QPSK 的相位編碼規(guī)則的相位編碼規(guī)則返回返回 上頁上頁 下頁下頁 /4DQPSK是一種差分相位調(diào)制系統(tǒng)是一種差分相位調(diào)制系統(tǒng)信信息息寄寄托托在在相相鄰鄰碼碼元元載載波波相相位位變變化化中中，其其4QPSK 的相位編碼規(guī)的相位編碼規(guī)

13、相位編碼規(guī)則可由相位編碼規(guī)則可由則得出則得出4DQPSK 的相位編碼規(guī)則的相位編碼規(guī)則返回返回 上頁上頁 下頁下頁輸入碼組輸入碼組載波相位載波相位變化變化11-11-1-11-1ISQSk4 4 34 34 4DQPSK 的相位編碼規(guī)則的相位編碼規(guī)則返回返回 上頁上頁 下頁下頁2）特點）特點 相位特性相位特性: 屬差分（相對）相位調(diào)制系統(tǒng)，因而可采屬差分（相對）相位調(diào)制系統(tǒng)，因而可采 用非相干解調(diào)方法，以避免相干檢測中的用非相干解調(diào)方法，以避免相干檢測中的 相干載波提取困難及相位模糊問題相干載波提取困難及相位模糊問題。 最大相位跳變幅度為最大相位跳變幅度為3/4 ，優(yōu)于，優(yōu)于QPSK ， 比比

14、OQPSK 稍差。從而改善了稍差。從而改善了 QPSK那樣那樣 180相位突跳而相位突跳而 產(chǎn)生的產(chǎn)生的100% 包絡起伏。包絡起伏。 從而在通過帶限非線性信道時，頻譜擴散從而在通過帶限非線性信道時，頻譜擴散 不嚴重。不嚴重。返回返回 上頁上頁 下頁下頁3 ) 調(diào)制原理調(diào)制原理 4cos 1ckSsDQPSKSttkTtkT =coscossinsinkckctt 等等效效數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)cos kkU sinKkV 返回返回 上頁上頁 下頁下頁1: kkkDPSK 1 cos cos kkkkU 故故 1 sin sinkkkkV 11 cos-sin kkkkkUUV 11 cos+sin kkk

15、kkVVU 返回返回 上頁上頁 下頁下頁11 = coscos- sinsinkkkk 11= sincos+ cossinkkkk 輸入碼組輸入碼組載波相位變化載波相位變化11-11-1-11-1ISQSk4 34 4 34 cosksink 12121212121212120000 cos 1 U 設設 則則4DQPSK 依依相相位位編編碼碼規(guī)規(guī)則則知知00 sin 0 V 返回返回 上頁上頁 下頁下頁返回返回 上頁上頁 下頁下頁11 cos-sin kkkkkUUV 11 cos+sin kkkkkVVU kaISQSkkUkV0U0VkkUV低低通通濾濾波波器器用用來來對對、進進行行平

16、平滑滑，從從而而使使相相位位平平滑滑 4DQPSKSt ka串串/并并ISQSsinct 信號變換信號變換 cosct kUkV LPFLPF 1 2 3 4 5 6 7 8 1,1 -1,1 1,-1 -1,1 1,1-1,-1 1,1-1,-1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 0 -1 0 0 -1 0 1 ISQSkkUkVk kak4 34 4 4 34 34 2 4 4 4 34 34 34 2 例例00 設設返回返回 上頁上頁 下頁下頁1212121212121212kUkV五電平信號五電平信號 1 1 02、和和、返回返回 上頁

17、上頁 下頁下頁4 ) 星座圖星座圖 1, 0 0, 1 1, 0 0 , 1 返回返回 上頁上頁 下頁下頁 11, 22 11, 2211, 2211, 22 5 ) 相位轉(zhuǎn)移（跳變）圖相位轉(zhuǎn)移（跳變）圖 11, 22 11, 2211, 2211, 22 1, 0 0, 1 1, 0 0 , 14DQPSK 34 度為度為已調(diào)載波相位已調(diào)載波相位跳變的最大幅跳變的最大幅返回返回 上頁上頁 下頁下頁6 ) 檢測檢測相干解調(diào)相干解調(diào) 差分檢測差分檢測 鑒頻鑒頻 基帶差分檢測基帶差分檢測框圖框圖本地載本地載波只需波只需同頻，同頻，不需同不需同相相返回返回 上頁上頁 下頁下頁原理原理 4cos 1c

18、kSsDQPSKSttkTtkT 同相支路同相支路 coscoskckcWtt 1cos2LPFk正交支路正交支路 cossinkckcZtt 1sin2LPFk返回返回 上頁上頁 下頁下頁11kkKkkXW WZ Z 11kkKkkYZ WW Z 1111coscossinsin44kkkkkX 111coscos44kkk 1111sincoscossin44kkkkkY 111sinsin44kkk 解碼電路運算規(guī)則解碼電路運算規(guī)則返回返回 上頁上頁 下頁下頁 kX 0 1 判判為為0 1 判判為為 kY 0 1 判判為為0 1 判判為為ISQS 中頻差分檢測中頻差分檢測框圖框圖返回返回 上頁上頁 下頁下頁原理原理 4cos 1ckSsDQPSKSttkTtkT 同相支路同相支路 1coscoskckcskXttT 2111 cos = cos22c sTnLPFcskkkT 正交支路正交支路 1sincoskckcskYttT 2111