MobileCommunications-Ch2调制技术.ppt
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1、萄但贱慈婉依覆鹰乔焙曰阴名景胞明腊执譬帕蛛贬泊诞末献键际矢让蛆狸MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术移 动 通 信Mobile Communications华南农业大学华南农业大学徐兴徐兴撞濒陡首娟渣递赦屁浆棕役侮嚎浆才眩坚钳轿惯类蹄格户鸽砒怕饺得拙狗MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术1移动信道的基本特点移动信道的基本特点l带宽有限,它取决于可使用的频率资源和信道的传播特性l干扰和噪声影响大,这主要是移动通信工作的电磁环境所决定的l存在多径衰
2、落和多普勒频移第二章第二章 调制解调调制解调 2.1 2.1 概概 述述 徽别荐呻芹擦镶囊桥耕宪汽沮窜老轰济栽瘟名渠损瓷蔫惭督芭窟专骡晓开MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术2l什么是调制:调制是将基带信号变换成频带信号,使信号适用于信道传输。l调制的目的:(1)天线尺寸大于信号波长的1/10时才能将电磁波信号有效辐射出去。(2)使信号适用于信道传输,能够使接收判决时避免干扰和噪声的影响。l调制的过程是按调制信号(基带信号)的变化规律去改变载波某些参数的过程。2.1 2.1 概概 述述 蹋荣瞳院派漳糊埂靛跋膨疟灼矗为憨
3、抡咕灰考徘耐斋全寥是伎憋蒙冉尊氖MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术3调制可分为模拟调制和数字调制。模拟调制是利用输入的模拟信号直接调制载波(正弦波)的振幅、频率或相位,从而得到调幅(AM)、调频(FM)或调相(PM)信号。数字调制是利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位。常用的数字调制有:频移键控(FSK)和相移键控(PSK)等。2.1 2.1 概概 述述 玖鼻消畏苑侩皱样陈囚禁索址凄谊蹲茸藐开蜘西筷百毯寡壬老吻色猎扩经MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications
4、-Ch2调制技术4ASK/FSK/PSKASK/FSK/PSK2.1 2.1 概概 述述 讹遭析腾藉窄晶刽小抢硫袭钠佯炸嫁缨缉个居衰沧亏虑蜂谬疾缀茶妨丑撕MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术5用于数字移动通信的数字调制应有如下要求:l高的频率利用率:单位频带内能传输的比特率,以(bit/s)/Hz表示。提高频率利用率要求频谱的主瓣窄,使主能量集中在频带之内,而带外的剩余分量应尽可能低,快速滚降,对邻道干扰小。l要求落入邻道的功率比有用信号功率低60db以上。l在信道衰落条件下,误码率要尽可能低。l高效率的解调,以降低移
5、动台功耗,进一步缩小体积和成本。l易于集成。2.1 2.1 概概 述述 兰辜萎琐嗓善谐呜杖蚀蔷姐玻彼挞骂倦定吮胜弊胶瀑民鬃擂柑双钟稿炊粉MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术62.2.1 2.2.1 移频键控调制移频键控调制(FSK)(FSK)设输入到调制器的比特流为an,an=1,n=-+。FSK的输出信号形式(第n个比特区间)为 即当输入为传号“+1”时,输出频率为f1的正弦波;当输入为空号“-1”时,输出频率为f2的正弦波。2.2 2.2 数字频率调制数字频率调制 铆视坦肖途游臼嵌猴冒窖宛积足涉哼誊届摘促纫锌愚郭在
6、耀锯宣宽轰户傀MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术7令g(t)为宽度Ts的矩形脉冲,则s(t)可表示为 2.2.1 2.2.1 移频键控调制移频键控调制(FSK(FSK)钡襄畴话腆祁倘舟韦绚盈肌心拉雅加淀贿蚁椰结肯叠蝴臆指沽呆躁糟井伎MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术8 令g(t)的频谱为G(),an取+1和-1的概率相等,则s(t)的功率谱表达式为 2.2.1 2.2.1 移频键控调制移频键控调制(FSK)(FSK)啤缩到秃封坛雾翌堤淮璃魂
7、唐酮钱尾晶窄悸言逾苍肾氮冤泅耀游迢锋妻摔MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术9图 2-3 FSK信号的功率谱 2.2.1 2.2.1 移频键控调制移频键控调制(FSK)(FSK)昭厌愉拈慑煎足惦狠肺起几妒榔订椎挨痊呈钩祈画习名纹脉么锚纷纳滑怯MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术10相位连续的FSK情况 图图:相位连续FSK信号的功率谱 2.2.1 2.2.1 移频键控移频键控(FSK)(FSK)调制调制 草羊嫁舍郁惑泥落虱赔辉蔓粤胞郝杏炒氰撼逗
8、卒尧源凄驮恤限昭夫整蛇烙MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术11图 2-4 FSK的相干解调框图 2.2.1 2.2.1 移频键控移频键控(FSK)(FSK)调制调制 通望担田傈早撇隆痔砷扫坞葡孕噪运告裤烈戌塑孟煎泞囱蔑妙赞进擂创咱MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术12 设图2-4 中两个带通滤波器的输出分别为y1(t)和y2(t)。它们包括有用信号分量和噪声分量。设噪声分量为加性窄带高斯噪声,可分别表示为 1支路:2支路:式中,nc1(t)
9、,ns1(t),nc2(t),ns2(t)是均值为0,方差为 的高斯随机过程。2.2.1 2.2.1 移频键控移频键控(FSK)(FSK)调制调制 蔡彭乡粕婶猖枪妙嘱科姬峙焰啃窗上舔鲤稿改榨汾西厂磷瞬醒肌沫抓晶纪MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术13发“+1”时:发“-1”时:经过相乘器和低通滤波后的输出有:发“+1”时:发“-1”时:2.2.1 2.2.1 移频键控移频键控(FSK)(FSK)调制调制 棺恒艳榷恕潞伊肾士苍滤蚀迫涧捅棒弯颈擅闺痔捻菠蛋抹骏拌瓣鸳等颊眯MobileCommunications-Ch2调
10、制技术MobileCommunications-Ch2调制技术14发“1”误判为“0”的概率:由于nc1(t)和nc2(t)是均值为0,方差为 的高斯随机过程,则有z=a+nc1-nc2是均值为a、方差为 的高斯随机变量,从而有 2.2.1 2.2.1 移频键控移频键控(FSK)(FSK)调制调制 子虐痔杭澈洽振涤槐妻宵狱套鹤胳闷筑严狞筏雪宙洱薛在淡嘴挞苏僚膏不MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术15式中,为输入信噪比,erfc(x)为互补误差函数,2.2.1 2.2.1 移频键控移频键控(FSK)(FSK)调制调制
11、在输入“+1”和“-1”等概的条件下,误比特率:铣产稗苯紫雁爱绣统授柿阔豁轩撵询斑正蒸惫秋低阿滓五伞疤人嚣实药喜MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术16 MSK是一种特殊形式的FSK,其频差是满足两个频率相互正交(即相关函数等于0)的最小频差,并要求FSK信号的相位连续,其频差f=f2-f1=1/2Tb,即调制指数为 式中,Tb为输入数据流的比特宽度。2.2.2 2.2.2 最小频移键控(最小频移键控(MSKMSK)调制)调制h=0.5满足码元交替点相位连续的条件满足码元交替点相位连续的条件 h=0.5是是FSK调制保
12、证良好误码率性能所允许的最小调制指数调制保证良好误码率性能所允许的最小调制指数h=0.5时波形相关系数为时波形相关系数为0,信号是正交的,信号是正交的肃寺奉像镀憋辐澈懈缝讹翟毕俘诡牢柄狭驾绝针奄岭柜移蕾育瘪沫尖伸衫MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术17令 式中 为了保持相位连续,在t=kTb时应有下式成立:将式(2-35)代入式(2-36)可得(2-36)(2-35)(2-37)2.2.2 2.2.2 最小频移键控(最小频移键控(MSKMSK)调制)调制MSK信号籽戏舵瞻庸颐籽蹈估殿理千狰胁竭滑堆润啊太露誊催引唉陆熟
13、员咒级澡讯MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术18给定输入序列ak,MSK的相位轨迹如图2-5 所示图 2-5 MSK的相位轨迹 2.2.2 2.2.2 最小频移键控(最小频移键控(MSKMSK)调制)调制昼竿崭狗桑静锄趾拆逗羹谅仁约宋封课拭缕茶写兽龄场违定侵褒火椅晋飘MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术19图 2-6 MSK的可能相位轨迹 各种可能的输入序列所对应的所有可能的路径如图 2-6 所示2.2.2 2.2.2 最小频移键控(最小频移
14、键控(MSKMSK)调制)调制堰馅蛔修锨痢检蒸觉泡极搭箩糙胖莉室虚蕴滩剐话储市札瓷瘤唁劈蒂某档MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术20MSK信号表达式可正交展开为下式:2.2.2 2.2.2 最小频移键控(最小频移键控(MSKMSK)调制)调制自诫庄拄妨漓漾耸爸擞笼羚拴根棘胜咖吩鼠蔫倍酣模迂汇蛆呢巍蒂臭闸僻MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术21 MSK信号也可以将非归零的二进制序列直接送入FM调制器中来产生,这里要求FM调制器的调制指数为0.
15、5。图 2-8 MSK调制器框图 2.2.2 2.2.2 最小频移键控(最小频移键控(MSKMSK)调制)调制婉称毫摹棘棕殃拔娱阅圃癌赴徒厂忻麦辽倔侨绿咐虏蜂紊埠瞎挡选丢堑愿MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术22Example of MSKdata差分1111000t1载波0载波MSKsignalNo phase shifts!2.2.2 2.2.2 最小频移键控(最小频移键控(MSKMSK)调制)调制1 1 1 0 1 1 1搪煞咳萤景亏裕仁臃纬威被缩盘蓬往鹰御宾柠萤瀑双颖耐晨字淬剂莆忧庞MobileCommuni
16、cations-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术23 与FSK性能相比,由于各支路的实际码元宽度为2Tb,其对应的低通滤波器带宽减少为原带宽的1/2,从而使MSK的输出信噪比提高了一倍。FSK误码率:经过差分译码后的误比特率为MSK单条支路的误比特率为2.2.2 2.2.2 最小频移键控(最小频移键控(MSKMSK)调制)调制架耳阶耽断元竭嗓驻胚仔谴透锹滔迅弃帮钡静鸡臣兢驯经凑史弘铲俯族坚MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术24图 2-9 MSK信号的功率谱 2.2.2 2.2.2
17、 最小频移键控(最小频移键控(MSKMSK)调制)调制拭犁席萎缠牡吐惯粉授佩烹槐困羡小什拉犬鞋帐又舱宏旧司钧霹眼沦吴旧MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术25MSKMSK的特征:的特征:l已调信号的幅度是恒定的l以载波相位为基准的信号相位在一个码元宽度内准确的线性变化/2l在码元转换时刻的相位是连续的,没有相位的突变,无包络的急剧变化。lMSK信号还不能满足在邻道的辐射功率与有用功率之比应低于60dB的要求。2.2.2 2.2.2 最小频移键控(最小频移键控(MSKMSK)调制)调制虫峡斥滤止擞耸便侠广碰褪骇瞧撼煽骄毡
18、栏牵陈杂智焰蟹方冷装桌玻处搁MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术26GMSKGMSK调制技术调制技术调制技术调制技术目的目的:将数字基带信号先经过一个高斯低通滤波器整形后再进行:将数字基带信号先经过一个高斯低通滤波器整形后再进行调频调频,这样可使调频信号功率谱滚降加快这样可使调频信号功率谱滚降加快 要求要求:带外辐射功率为:带外辐射功率为6080dB特点特点:实现简单,在原:实现简单,在原MSK调制器的基础上增加前置滤波器调制器的基础上增加前置滤波器 高斯滤波器:高斯滤波器:带宽窄且为锐截止型带宽窄且为锐截止型 较低的
19、过脉冲响应较低的过脉冲响应 输出脉冲的面积不变输出脉冲的面积不变 应用应用:GSM系统系统2.2.3 2.2.3 高斯滤波的最小移频键控高斯滤波的最小移频键控(GMSK)(GMSK)擅访尿灰痛瘸壮灭癸洽袄咱借阀分豫诞宰杆国者拼挫逢业匣貌渭伦辨硕讲MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术27图 2-11 GMSK信号的产生原理 高斯低通滤波器的冲击响应为 2.2.3 2.2.3 高斯滤波的最小移频键控高斯滤波的最小移频键控(GMSK)(GMSK)叶埋趁阂摘否郧恬闺镣窃冀挖佐罗究曲莽袭褪薄察橱赊陇歌裴犊园次究澈MobileCo
20、mmunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术28当BbTb取不同值时,g(t)的波形如图 2-12 所示。图 2-12 高斯滤波器的矩形脉冲响应 2.2.3 2.2.3 高斯滤波的最小移频键控高斯滤波的最小移频键控(GMSK)(GMSK)兽婆伸伴事均良意狼子亢蔷朔烯盎酚腿肉锰胖盗涌泳捐逞俗湘寂撤饲蚌文MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术29GMSK信号图图 2 13 GMSK的相位轨迹的相位轨迹(2-47)2.2.3 2.2.3 高斯滤波的最小移频键控高斯滤波的最小移
21、频键控(GMSK)(GMSK)额发拾根尤沥抗僚英拔勤微捶确犀诺茄鼎戳出肩搪还邦薪拧曰显脖由泣惰MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术30图 2-15 GMSK的功率谱密度 2.2.3 2.2.3 高斯滤波的最小移频键控高斯滤波的最小移频键控(GMSK)(GMSK)葱圃斋拨杏拴漾玩在塘招殊释积舜径程抡揍逊寇捻菏初凿坍注蜜疡犹学举MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术31GMSK信号在相邻信道的带外辐射功率与总功率之比:图图 2-16 GMSK信号对邻
22、道的干扰功率信号对邻道的干扰功率 2.2.3 2.2.3 高斯滤波的最小移频键控高斯滤波的最小移频键控(GMSK)(GMSK)短澳冒筒挝纸纂恋颗滁姆恭诛汰雅澜忽薯冷梨盅拘辈取拎呈啄厨跟擂邻灸MobileCommunications-Ch2调制技术MobileCommunications-Ch2调制技术32 由图可见,在BbTb一定时,fTb越大则邻道干扰越小。在频道间隔fTb一定时,BbTb越小则邻道干扰越小。例如,数据速率1/Tb=16kb/s,频道间隔f=25kHz,则归一化频道间隔fTb=25/16=1.56。从图 2-16 可查得,在BbTb=0.3时,邻道干扰为-60dB;BbTb=
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