西安电子科技大学：《移动通信系统》课程教学课件（讲稿）第四讲 无线调制技术

第四讲无线调制技术

第四讲 无线调制技术

4.1概述 调制的是传输的模拟信号或者数字信号变成适合信道传输的 信号。 模拟调制是利用连续的模拟信号来调制（改变）载波（正弦波） 的振幅或者频率，如AM和FM。 数字调制是利用离散的数字信号来控制载波（正弦波）的振幅、 频率或者相位，如ASK、FSK和PSK。 对调制技术的研究主要包括：调制的原理、已调信号的 频谱特性、解调的原理和实现方法以及信噪比和误码 率性能的分析。 Mobile Communication Theory 2

Mobile Communication Theory 2 4.1 概述 调制的是传输的模拟信号或者数字信号变成适合信道传输的 信号。 模拟调制是利用连续的模拟信号来调制(改变)载波(正弦波) 的振幅或者频率，如AM和FM。 数字调制是利用离散的数字信号来控制载波(正弦波)的振幅、 频率或者相位，如ASK、FSK和PSK。 对调制技术的研究主要包括：调制的原理、已调信号的 频谱特性、解调的原理和实现方法以及信噪比和误码 率性能的分析

影响调制方式的选择的主要因素 1.频带利用率：在数字调制中，常用带宽效率6来表示 它对频谱资源的利用效率，它定义为16=R,/B其中 R为比特速率，B为无线信号的带宽； 2.功率效率：指保持信息精确度的情况下所需的最小信 号功率（或者说最小信噪比）： 3.可实现性：恒包络调制（限幅器、非线性功率放大器）： 非恒包络调制（线性功率放大器）。 4.带外辐射：对相邻信道的千扰一般要求不超过-60~ 70dB。 在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合 考虑上述各种因素。 Mobile Communication Theory

Mobile Communication Theory 3 影响调制方式的选择的主要因素 1. 频带利用率：在数字调制中，常用带宽效率ηb 来表示 它对频谱资源的利用效率，它定义为ηb ＝Rb /B,其中 Rb为比特速率，B为无线信号的带宽； 2.功率效率：指保持信息精确度的情况下所需的最小信 号功率(或者说最小信噪比)； 3.可实现性：恒包络调制(限幅器、非线性功率放大器)； 非恒包络调制(线性功率放大器)。 4.带外辐射：对相邻信道的干扰一般要求不超过-60~- 70dB 。 在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合 考虑上述各种因素

4.2.1二进制频移键控(2FSK) 2FSK信号 设要发送的数据为a=±1，码元长度为Tb。在一个码元时间 内，它们分别用两个不同频率f,的正弦信号表示，例如： ak=+1: SESK(t)=cos(@t+) (kT6≤t≤(k+I)T6) ak=-1: SFsK(t)=cos(@2t+2) 式中0=2π(，=2π方，定义载波角频率（虚载波）为： 0e=2πf=(0+02)/2 w1,w2对①。的角频偏为： 0d=2πfa01-o2|/2 Mobile Communication Theory

Mobile Communication Theory 4 4.2.1 二进制频移键控(2FSK) 2FSK信号 设要发送的数据为ak=±1,码元长度为Tb 。在一个码元时间 内，它们分别用两个不同频率f1 , f2 的正弦信号表示，例如: 式中 1 1 2 2       2 , 2 f f ,定义载波角频率(虚载波) 为： 1 2 2 ( ) / 2 c c        f ω1 , ω2对ω c 的角频偏为： 1 2 2 | | / 2 d d        f   1 1 2 2 1: ( ) cos( ) ( 1) 1: ( ) cos( ) k FSK b b k FSK a s t t kT t k T a s t t                  

4.2.12FSK的附加相位 定义调制指数h: h=斤-f2lT6=2fa·T6=2fa1R, 根据ak,h,T,可以重写一个码元内2FSK信号表达式： SFSK(t)=cos(@t+ax@dt+k)=cos h.+9s =cos(ot+Ok(t)） 式中 ht+p 0(0=akT (kT6<t≤(k+I)T6) 称作附加相位。 Mobile Communication Theory

Mobile Communication Theory 5 4.2.1 2FSK的附加相位 定义调制指数h: 1 2 | | 2 2 / b d b d b h f f T f T f R      根据ak ,h ,Tb可以重写一个码元内2FSK信号表达式:   ( ) cos( ) cos cos ( ) FSK c k d k c k k b c k h s t t a t t a t T t t                         式中 称作附加相位。 ( ) ( 1)   k k k b b b h t a t kT t k T T        

4.2.12FSK的产生 P&-1 0-1(0 0(kTi) 附加相位是t的线性函数，其 0,(n) 中斜率为akπh/T,截距为pk, 0x-(kT) 其特性如图4.1。 dk-1 ak 0 …k1kk+1… 图4.1附加相位特性 产生2SK信号两种不同的方法：开关切换方法（相位不连续） 和调频（相位连续），如图4.2。 cos(@,t+o a(t) FM 2K() cos(@t+) S2FSK(1) ak (a)开关切换 (b)调频方式 图4.22FSK信号的产生 Mobile Communication Theory 6

Mobile Communication Theory 6 4.2.1 2FSK的产生 k 1 k k 1 ( )t   ( ) k t  1 ( ) k b   kT ( ) k b  kT k 1 k 附加相位是t的线性函数，其 中斜率为 ,截距为 ， 其特性如图4.1 。 / k b a h T   k (a) 开关切换 (b) 调频方式 图 4.2 2FSK信号的产生 ak cos  1 1 t   cos  2 2 t   2 ( ) FSK S t ak(t) FM 2 ( ) FSK S t 产生2FSK信号两种不同的方法：开关切换方法（相位不连续） 和调频（相位连续），如图4.2

4.2.1相位连续 所谓相位连续是指不仅在一个码元持续期间相位连续， 而且在从码元a-1到a转换的时刻kTb,两个码元的相位 也相等，即 0(kT6)=0k-1(kT6) 即 πh.k灯6+0k=ak-1 ak To πh.(k-1),+0-1 这样就要求满足关系式： Pk =(ak-1-ak)h.k+pk-1 Mobile Communication Theory

Mobile Communication Theory 7 4.2.1 相位连续 所谓相位连续是指不仅在一个码元持续期间相位连续， 而且在从码元ak-1到ak转换的时刻kTb，两个码元的相位 也相等，即 1 ( ) ( ) k b k b   kT kT   1 1 ( 1) k b k k b k b b h h a kT a k T T T             即 这样就要求满足关系式:    k k k k     a a h k   1 1 

4.2.12FSK和二进制相位连续FSK(2 CPFSK) 即要求当前码元的初相位由前一码元的初相位、当前码元ak和 前一码元ak1来决定。这关系就是相位约束条件。这两种相位 特性不同的FSK信号波形如图4.3所示。 b(1 b(0 1 0 1100 0 00 0t) c0s(01l+p1) H A女 ☑ (a)相位不连续的FSK波形 (b)相位连续的FSK波形 图4.32FSK信号的波形 Mobile Communication Theory

Mobile Communication Theory 8 4.2.1 2FSK和二进制相位连续FSK(2CPFSK) 即要求当前码元的初相位由前一码元的初相位、当前码元ak 和 前一码元ak-1来决定。 这关系就是相位约束条件。这两种相位 特性不同的FSK信号波形如图4.3所示。 s2FSK(t) b(t) f1 f1 f1 f2 f2 f2 1 1 1 0 0 0 (a) 相位不连续的FSK波形 2 2 cos( )   t  1 1 cos( )   t  (b) 相位连续的FSK波形 b(t) 1 1 1 0 0 0 s2FSK(t) c(t) f1 f2 f1 f1 f2 f2  ( )t （载波）

4.2.12FSK和2 CPFSK的频谱比较 h=0.8 h0.8 08 0.5 h=l.5 06 04 1.5 0 X(AOT 0 0 (a)相位不连续的2S的功率湾 ()相位连续的2S的功率增 图4.42SK信号的功率谱 可以发现，在相同的调制指数h情况下，CPFSK的带宽要比一般 的2FSK带宽要窄。这意味着前者的频带效率要高于后者。 随着调制指数的增加，信号的带宽也在增加。从频带效率考虑， 调制指数不宜太大。但过小又因两个信号频率过于接近而不利于信 号的检测。所以应当从它们的相关系数以及信号的带宽综合考虑。 Mobile Communication Theory

Mobile Communication Theory 9 4.2.1 2FSK和2CPFSK的频谱比较 可以发现，在相同的调制指数h情况下，CPFSK的带宽要比一般 的2FSK带宽要窄。这意味着前者的频带效率要高于后者。 随着调制指数h的增加，信号的带宽也在增加。从频带效率考虑， 调制指数h不宜太大。但过小又因两个信号频率过于接近而不利于信 号的检测。所以应当从它们的相关系数以及信号的带宽综合考虑

4.2.1归一化互相关系数 2FSK信号的归一化互相关系数可以求得如下（为方便讨论， 令它们的初相为零)： sin(20T)sin(2@aTp) (20,T6) (2@dTp) 通常总是wT2=2πfR,>>1,或⊙.T6nn,因此略去第一 项，得到 Ds sin2ouI6-sin2πf-flT6_sin2πh 20aT6 2πf-f2T6 2πh p∽h关系曲线如图4.5。 Mobile Communication Theory 10

Mobile Communication Theory 10 2FSK信号的归一化互相关系数可以求得如下（为方便讨论， 令它们的初相为零）：     0 1 2 2 sin 2 sin 2 cos cos (2 ) (2 ) Tb c b d b b c b d b T T t tdt T T T            通常总是ω c Tb =2πfc /Rb >>1,或ω c Tb =nπ，因此略去第一 项，得到 1 2 1 2 sin 2 sin 2 sin 2 2 2 2 d b b d b b T h f f T T f f T h             ρ∽h关系曲线如图4.5。 4.2.1 归一化互相关系数