简明通信原理 教学课件 作者 曹丽娜 简明 第7章C.ppt

第7章 数字带通传输 OFDM的发展与应用： 多载波调制技术始于1957年，主要用于军事无线通信中，但因结构复杂而限制了它的应用。 1971年，Weinstein和Ebert撰文提出了采用离散傅里叶变换（DFT）实现多载波调制的解决方案，以此取代复杂的硬件结构，使得以OFDM为代表的多载波调制技术开始走向实用。 由于快速傅里叶变换（FFT）是实现DFT计算的简化算法，所以采用FFT更能显著降低多载波传输系统的复杂度。但在当时，由于缺乏数字处理功能强大的元器件，因此OFDM技术迟迟没有得到迅速发展。 近些年来，随着超大规模集成电路和数字信号处理器（DSP）芯片技术的迅猛发展，FFT技术的实现不再是难以逾越的障碍，一些其他难以实现的困难也都得到了解决，从而使OFDM系统的付诸应用成为现实。 目前，OFDM技术已广泛应用到各类通信领域。例如，接入网中的高速数字环路（HDSL）、非对称数字环路（ADSL）、高清晰度数字电视（HDTV）、数字 视频广播（DVB）、数字音频广播（DAB）、无线局域网（WLAN）等，并且 开始应用于无线广域网（WWAN）。在移动通信领域，OFDM已被列为 第4代（4G）移动通信的关键技术。 7.3 多进制制数字调制原理 二进制调制是一种最基本的数字调制方式，具有较好的抗干扰能力。 二进制的每个码元只携带1bit信息，因此频带利用率不高。 二进制： 为了提高信道的频带利用率，可采用多进制数字调制方式。 多进制： 每个码元携带携带的信息量 优点： 缺点： 误码率增大（因为判决范围减小）；系统复杂。 在信息速率 一定时，通过增加进制数 M ，可以降低码元速率 ，从而减小信号带宽、节约频率资源。 在码元速率 一定时，通过增加进制数M，可以增大信息速率 ，从而在相同的带宽中传输更多比特的信息，提高频带利用率。 7.3.1　多进制振幅键控（MASK） MASK可看成是二进制振幅键控（2ASK）的推广。 且有 例如：一种4ASK信号的时间波形 7.3 多进制制数字调制原理 4ASK信号的振幅有4种可能的取值，每个码元含有2bit的信息。 MASK的调制: 与2ASK的产生方法相似，区别在于发送端输入的二进制数字基带信号需要先经过电平变换器转换为M电平的基带脉冲，然后再去调制。 MASK的解调: 与2ASK信号解调也相似，有相干解调和非相干解调两种。 MASK的抗噪声能力差，现常用多进制正交振幅调制（MQAM）来代替。 7.3.2　多进制频移键控（MFSK） MFSK是2FSK方式的扩展。 例如：4FSK中，采用4种不同的频率分别表示双比特信息，如下图所示。 MFSK调制与解调的原理框图如下图所示： 7.3 多进制制数字调制原理 要求载频之间的距离足够大，以便用滤波器分离不同频率的谱 因此，MFSK信号占用较宽的频带，信道频带利用率不高。 MFSK一般用于调制速率不高的场合。 7.3.3　多进制相移键控（MPSK/MDPSK） 多相调制是利用载波的M种不同相位来表示数字信息的。 信号矢量图（星座图）： 7.3 多进制制数字调制原理 在2PSK中，载波相位只有2种取值，分别代表 1 和 0； 在4PSK中，载波相位有4 种，分别表示双比特信息：00、01、10和11。 在8PSK中，载波相位有8 种，分别表示八进制码元，每个码元包含3bit 的信息。 随着进制数 M 的增加，多相制信号可以在相同的带宽中传输更多比特的信息，从而提高频带利用率。 随着进制数M的增加，星座图上的相邻信号点的距离会逐渐减小（相当于噪声容限减小），导致抗噪声性能下降。设备也复杂。 4PSK信号的产生与解调： 4PSK，也称正交相移键控QPSK，是利用载波的4种不同相位来表示数字信息的。 4PSK的每一种载波相位代表两个比特（00、01、10或11）。 两个比特的组合称做双比特码元，记为ab。 双比特ab与载波相位的关系如表7-2所列： 正交调相法：QPSK信号可视为两个互为正交的2PSK信号的合成。 相位选择法：逻辑选相电路根据双比特码元ab的不同，选择相应某个相位的载波输出。 QPSK解调：可分解为两路2PSK信号的解调。 解决方案：采用四相相对相位调制，即4DPSK方式。 4DPSK信号的产生与解调： 4DPSK（QDPSK）是利用相邻码元之间的相对相位变化来表示数字信息的。 QDPSK信号的一种时间波形如下图所示： QDPSK调制： 在QPSK的调制框图中的串/并变换器之后插入双比特的码变换（差分编码器）——将输入的绝对码双比特码元ab转换成相对码双比特码元cd，即可。 QDPSK也有调相法和相位选择法。下图为“码变换+调相法”