移動(dòng)通信入門-第三章-移動(dòng)通信的調(diào)制技術(shù)課件

第三章移動(dòng)通信的調(diào)制技術(shù)第三章移動(dòng)通信的調(diào)制技術(shù)1目錄3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)33.2調(diào)制技術(shù)的分類23.1調(diào)制技術(shù)的概念13.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制4目錄3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)33.2調(diào)制技術(shù)的分類23.23.1調(diào)制技術(shù)的概念1.

調(diào)制技術(shù)的概念信號(hào)源的編碼信息中含有直流分量和頻率較低的交流分量，稱為基帶信號(hào)。基帶信號(hào)一般不能直接作為傳輸信號(hào)，必須有一個(gè)載波來運(yùn)載基帶信號(hào)。載波的頻率相對(duì)于基帶信號(hào)而言頻率非常高，適合于信道傳輸。對(duì)信號(hào)源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸形式的過程，就是調(diào)制。調(diào)制通過改變高頻載波的幅度、相位或頻率，使其隨著基帶信號(hào)的變化而變化；而解調(diào)則是將基帶信號(hào)從載波中提取出來的逆變換過程。調(diào)制前的基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制后的基帶信號(hào)叫作已調(diào)信號(hào)。已調(diào)信號(hào)是帶通信號(hào)。在第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用的是模擬調(diào)頻（FM）傳輸模擬語(yǔ)音，信令系統(tǒng)采用二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）調(diào)制技術(shù)。第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)采用高斯最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制，IS-54系統(tǒng)和PDC系統(tǒng)采用π/4四相相對(duì)相移鍵控（π/4-DQPSK）調(diào)制，CDMA系統(tǒng)（IS-95）的下行信道采用正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制、上行信道采用偏移四相相移鍵控（OQPSK）調(diào)制。第三代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)將采用多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（MQAM）、平衡四相（BQM）擴(kuò)頻調(diào)制、復(fù)四相擴(kuò)頻調(diào)制（CQM）、雙四相擴(kuò)頻調(diào)制（DQM）技術(shù)。3.1調(diào)制技術(shù)的概念1.調(diào)制技術(shù)的概念33.2調(diào)制技術(shù)的分類調(diào)制方式很多，根據(jù)調(diào)制信號(hào)的形式可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；根據(jù)調(diào)制信號(hào)改變載波參量（幅度、頻率或相位）的不同，模擬連續(xù)波調(diào)制又可分為幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。數(shù)字調(diào)制也有三種方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。從第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)開始，都是采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，和模擬調(diào)制相比，數(shù)字調(diào)制和解調(diào)的抗噪性能更好，編碼和糾錯(cuò)的技術(shù)更復(fù)雜，通信系統(tǒng)安全性和可靠性更高。數(shù)字調(diào)制的分類如圖所示。3.2調(diào)制技術(shù)的分類調(diào)制方式很多，根據(jù)調(diào)制信號(hào)的形式可分為43.2調(diào)制技術(shù)的分類3.2調(diào)制技術(shù)的分類53.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

63.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)下圖為2ASK信號(hào)時(shí)間的波形，如下圖所示：2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖所示。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)下圖為2ASK信號(hào)時(shí)間的波形，如下圖73.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2ASK信號(hào)有兩種基本的解調(diào)方法：非相干（noncoherent）解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干（coherent）解調(diào)（同步檢測(cè)法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成框圖如圖所示。在傳輸過程中，噪聲電壓和信號(hào)一起改變了振幅，所以2ASK是受噪聲影響最大的調(diào)制技術(shù)，現(xiàn)已較少應(yīng)用。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2ASK信號(hào)有兩種基本的解調(diào)方法：非83.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

93.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn)；另一種可以采用鍵控法來實(shí)現(xiàn)，即通過開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率進(jìn)行選通，如圖3-6所示。這兩種方法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的差異在于：由調(diào)頻法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的，而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)是由電子開關(guān)選通獨(dú)立頻率源形成，故相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。一103.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

113.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)除此之外，2FSK信號(hào)還有其他解調(diào)方法，比如鑒頻法、差分檢測(cè)法、過零檢測(cè)法等。下圖給出了過零檢測(cè)法的原理框圖及各點(diǎn)時(shí)間波形。2FSK在數(shù)字通信中應(yīng)用較為廣泛。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）建議在數(shù)據(jù)傳輸速率低于1200b/s時(shí)采用2FSK體制。2FSK可以采用非相干接收方式，接收時(shí)不必利用信號(hào)的相位信息，因此特別適合應(yīng)用于衰落信道/隨參信道（如短波無線電信道）的場(chǎng)合，這些信道會(huì)引起信號(hào)的相位和振幅隨機(jī)抖動(dòng)和起伏。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)除此之外，2FSK信號(hào)還有其他解調(diào)方123.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

133.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

143.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

2PSK信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，解調(diào)器原理框圖如圖所示。2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如右圖所示。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

2PSK信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)153.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

163.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2DPSK信號(hào)的相位并不直接代表基帶信號(hào)，而相應(yīng)的2DPSK信號(hào)的典型波形如圖所示。2DPSK調(diào)制器原理框圖如圖左所示。右圖是2DPSK信號(hào)極性比較法解調(diào)原理框圖。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2DPSK信號(hào)的相位并不直接代表基帶173.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)下圖是2DPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)原理框圖及各點(diǎn)波形。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)下圖是2DPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)原183.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制

3.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制

193.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制圖左是相乘法產(chǎn)生QPSK信號(hào)原理框圖，圖右是相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)原理框圖。QPSK信號(hào)的解調(diào)原理如下圖所示。由于QPSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)正交2PSK信號(hào)的疊加，所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的2PSK信號(hào)。相干解調(diào)后的兩路并行碼元a和b，經(jīng)過并/串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。3.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制圖左是相乘法產(chǎn)生QPSK信號(hào)原理框圖，203.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制2.

四進(jìn)制差分相移鍵控（DDQPSK）DDQPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法和QPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法類似，只是需要把輸入基帶信號(hào)先經(jīng)過碼變換器把絕對(duì)碼變成相對(duì)碼再去調(diào)制（或選擇）載波。下圖給出了用正交調(diào)相法產(chǎn)生DDQPSK信號(hào)的原理方框圖。圖中a和b為經(jīng)過串/并變換后的一對(duì)碼元，它需要再經(jīng)過碼變換器變換成相對(duì)碼c和d后才與載波相乘。3.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制2.四進(jìn)制差分相移鍵控（DDQPSK213.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制DQPSK信號(hào)的解調(diào)方法和QPSK信號(hào)的解調(diào)方法類似也有兩類，即極性比較法和相位比較法。左圖是DQPSK信號(hào)極性比較法解調(diào)原理方框圖。由圖可見DQPSK信號(hào)的極性比較法解調(diào)原理和QPSK信號(hào)的一樣，只是多一步碼反變換，將相對(duì)碼變成絕對(duì)碼。DQPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)原理方框圖如右圖所示。由此圖可見，它和2DPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)的原理基本一樣，只是由于現(xiàn)在的接收信號(hào)包含正交的兩路已調(diào)載波，故需要用兩個(gè)支路差分相干解調(diào)。3.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制DQPSK信號(hào)的解調(diào)方法和QPSK信號(hào)22第三章移動(dòng)通信的調(diào)制技術(shù)第三章移動(dòng)通信的調(diào)制技術(shù)23目錄3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)33.2調(diào)制技術(shù)的分類23.1調(diào)制技術(shù)的概念13.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制4目錄3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)33.2調(diào)制技術(shù)的分類23.243.1調(diào)制技術(shù)的概念1.

調(diào)制技術(shù)的概念信號(hào)源的編碼信息中含有直流分量和頻率較低的交流分量，稱為基帶信號(hào)。基帶信號(hào)一般不能直接作為傳輸信號(hào)，必須有一個(gè)載波來運(yùn)載基帶信號(hào)。載波的頻率相對(duì)于基帶信號(hào)而言頻率非常高，適合于信道傳輸。對(duì)信號(hào)源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸形式的過程，就是調(diào)制。調(diào)制通過改變高頻載波的幅度、相位或頻率，使其隨著基帶信號(hào)的變化而變化；而解調(diào)則是將基帶信號(hào)從載波中提取出來的逆變換過程。調(diào)制前的基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制后的基帶信號(hào)叫作已調(diào)信號(hào)。已調(diào)信號(hào)是帶通信號(hào)。在第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用的是模擬調(diào)頻（FM）傳輸模擬語(yǔ)音，信令系統(tǒng)采用二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）調(diào)制技術(shù)。第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)采用高斯最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制，IS-54系統(tǒng)和PDC系統(tǒng)采用π/4四相相對(duì)相移鍵控（π/4-DQPSK）調(diào)制，CDMA系統(tǒng)（IS-95）的下行信道采用正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制、上行信道采用偏移四相相移鍵控（OQPSK）調(diào)制。第三代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)將采用多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（MQAM）、平衡四相（BQM）擴(kuò)頻調(diào)制、復(fù)四相擴(kuò)頻調(diào)制（CQM）、雙四相擴(kuò)頻調(diào)制（DQM）技術(shù)。3.1調(diào)制技術(shù)的概念1.調(diào)制技術(shù)的概念253.2調(diào)制技術(shù)的分類調(diào)制方式很多，根據(jù)調(diào)制信號(hào)的形式可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；根據(jù)調(diào)制信號(hào)改變載波參量（幅度、頻率或相位）的不同，模擬連續(xù)波調(diào)制又可分為幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。數(shù)字調(diào)制也有三種方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。從第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)開始，都是采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，和模擬調(diào)制相比，數(shù)字調(diào)制和解調(diào)的抗噪性能更好，編碼和糾錯(cuò)的技術(shù)更復(fù)雜，通信系統(tǒng)安全性和可靠性更高。數(shù)字調(diào)制的分類如圖所示。3.2調(diào)制技術(shù)的分類調(diào)制方式很多，根據(jù)調(diào)制信號(hào)的形式可分為263.2調(diào)制技術(shù)的分類3.2調(diào)制技術(shù)的分類273.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

283.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)下圖為2ASK信號(hào)時(shí)間的波形，如下圖所示：2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖所示。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)下圖為2ASK信號(hào)時(shí)間的波形，如下圖293.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2ASK信號(hào)有兩種基本的解調(diào)方法：非相干（noncoherent）解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干（coherent）解調(diào)（同步檢測(cè)法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成框圖如圖所示。在傳輸過程中，噪聲電壓和信號(hào)一起改變了振幅，所以2ASK是受噪聲影響最大的調(diào)制技術(shù)，現(xiàn)已較少應(yīng)用。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2ASK信號(hào)有兩種基本的解調(diào)方法：非303.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

313.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn)；另一種可以采用鍵控法來實(shí)現(xiàn)，即通過開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率進(jìn)行選通，如圖3-6所示。這兩種方法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的差異在于：由調(diào)頻法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的，而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)是由電子開關(guān)選通獨(dú)立頻率源形成，故相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。一323.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

333.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)除此之外，2FSK信號(hào)還有其他解調(diào)方法，比如鑒頻法、差分檢測(cè)法、過零檢測(cè)法等。下圖給出了過零檢測(cè)法的原理框圖及各點(diǎn)時(shí)間波形。2FSK在數(shù)字通信中應(yīng)用較為廣泛。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）建議在數(shù)據(jù)傳輸速率低于1200b/s時(shí)采用2FSK體制。2FSK可以采用非相干接收方式，接收時(shí)不必利用信號(hào)的相位信息，因此特別適合應(yīng)用于衰落信道/隨參信道（如短波無線電信道）的場(chǎng)合，這些信道會(huì)引起信號(hào)的相位和振幅隨機(jī)抖動(dòng)和起伏。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)除此之外，2FSK信號(hào)還有其他解調(diào)方343.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

353.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

363.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

2PSK信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，解調(diào)器原理框圖如圖所示。2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如右圖所示。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

2PSK信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)373.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)

383.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2DPSK信號(hào)的相位并不直接代表基帶信號(hào)，而相應(yīng)的2DPSK信號(hào)的典型波形如圖所示。2DPSK調(diào)制器原理框圖如圖左所示。右圖是2DPSK信號(hào)極性比較法解調(diào)原理框圖。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2DPSK信號(hào)的相位并不直接代表基帶393.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)下圖是2DPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)原理框圖及各點(diǎn)波形。3.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)下圖是2DPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)原403.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制

3.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制

413.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制圖左是相乘法產(chǎn)生QPSK信號(hào)原理框圖，圖右是相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)原理框圖。QPSK信號(hào)的解調(diào)原理如下圖所示。由于QPSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)正交2PSK信號(hào)的疊加