第8章新型数字带通调制技术1.ppt

第8章 新型数字带通调制技术 主要内容： 正交振幅调制 最小频移键控和高斯最小频移键控 正交频分复用 8.1 正交振幅调制QAM 在系统带宽一定的情况下，多进制调制的信息传输速率比二进制高，即多进制调制系统的频带利用率高，提高了有效性。 多进制调制系统频带利用率的提高是通过牺牲功率利用率来换取的 ，降低了可靠性。 解决方法： 振幅相位联合键控(APK) 信号矢量图 在信号表示式中，若?k值仅可以取?/4和-?/4，Ak值仅可以取+A和-A，则此QAM信号就成为QPSK信号，如下图所示： 所以，QPSK信号就是一种最简单的QAM信号。 有代表性的QAM信号是16进制的，记为16QAM，它的矢量图示于下图中： 类似地，有64QAM和256QAM等QAM信号，如下图所示： 它们总称为MQAM调制。由于从其矢量图看像是星座，故又称星座调制。 16QAM信号产生方法 正交调幅法：用两路独立的正交4ASK信号叠加，形成16QAM信号，如下图所示。 复合相移法：它用两路独立的QPSK信号叠加，形成16QAM信号，如下图所示。 实例：在下图中示出一种用于调制解调器的传输速率为9600 b/s的16QAM方案，其载频为1650 Hz，滤波器带宽为2400 Hz，滚降系数为10％。 8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控 最小频移键控（MSK）定义： 是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，其波形图如下： 正交2FSK信号的最小频率间隔 假设2FSK信号码元的表示式为 为了满足正交条件，要求 即要求 上式积分结果为 假设?1+?0 1，上式左端第1和3项近似等于零，则它可化简为 由于?1和?0是任意常数，故必须同时有 上式才等于零。 为了同时满足这两个要求，应当令 即要求 所以，当取m = 1时是最小频率间隔。故最小频率间隔等于 1 / Ts。 上面讨论中，假设初始相位?1和?0是任意的，它在接收端无法预知，所以只能采用非相干检波法接收。对于相干接收，则要求初始相位是确定的，在接收端是预知的，这时可以令?1 - ?0 = 0。 于是，下式 可以化简为 因此，仅要求满足 所以，对于相干接收，保证正交的2FSK信号的最小频率间隔等于1 / 2Ts。 MSK信号的基本原理 MSK信号的第k个码元可以表示为 式中，?c － 载波角载频； ak = ? 1（当输入码元为“1”时， ak = + 1 ； 当输入码元为“0”时， ak = - 1 ）； Ts － 码元宽度； ?k － 第k个码元的初始相位，它在一个码元宽度 中是不变的。 由上式可以得知： 式中，T1 = 1 / f1；T2 = 1 / f2 上式给出一个码元持续时间Ts内包含的正弦波周期数。由此式看出，无论两个信号频率f1和f0等于何值，这两种码元包含的正弦波数均相差1/2个周期。 MSK信号的归一化双边功率频谱密度 为 （2）GMSK（高斯最小频移键控） 目的：改善MSK频谱利用率 方法：在频率调制之前用一个高斯低通滤波器对基带信号进行预滤波。低通滤波可以除去s (t)中的高频分量，得到比较紧凑的功率谱。 8.3 正交频分复用 概述 正交频分复用(OFDM) ：一类多载波并行调制体制 OFDM的特点： 为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠； 各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号； 每路子载波的调制是多进制调制； 每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制。并且可以自适应地改变调制体制以适应信道特性的变化。 OFDM的基本原理 设在一个OFDM系统中有N个子信道，每个子信道采用的子载波为 式中，Bk － 第k路子载波的振幅，它受基带码元的调制 fk － 第k路子载波的频率 ?k － 第k路子载波的初始相位 则在此系统中的N路子信号之和可以表示为 上式可以改写成 正交条件 为了使这N路子信道信号在接收时能够完全分离，要求它们满足正交条件。在码元持续时间Ts内任意两个子载波都正交的条件是： 三角公式展开得到 积分结果为 令上式等于0的条件是： 其中m = 整数和n = 整数；并且?k和?i可以取任意值。 由上式解出，要求 fk = (m + n)/2Ts， fi = (m – n)/2Ts 即要求子载频满足 fk = k/2Ts ，式中