第二讲移动通信的调制解调技术.ppt

移动通信电子教案 授课班级：通信091班、通信092班 授课教师：广东海洋大学信息学院 梁能 对于调制解调研究， 需要关心的另一个问题就是可实现性。 如采用恒定包络调制， 则可采用限幅器、 低成本的非线性高效功率放大器件。 如采用非恒定包络调制， 则需要采用成本相对较高的线性功率放大器件。 此外， 还必须考虑调制器和解调器本身的复杂性。 综上所述，研究调制解调技术的主要内容包括：调制的原理及其实现方法、已调信号的频谱特性、解调的原理和实现方法、解调后的信噪比或误码率性能等。 下面以调频信号为例说明调制解调的过程及其信号特征和性能。 设载波信号为： 设调制信号为um(t), 则调频信号的瞬时角频率与输入信号的关系为： 因而调频信号的形式为： 将式（2 - 7）展开成级数得： 若以90%能量所包括的谱线宽度（以载频为中心）作为调频信号的带宽， 则可以证明调频信号的带宽为： 在接收端，输入的高斯白噪声（其双边功率谱密度为N0/2）和信号一起通过带宽B=2（mf+1）Fm的前置放大器， 经限幅后送入到鉴频器，再经低通滤波后得到所需的信号。 在限幅器前， 信号加噪声可表示为： 式中， Uc ′(t)经限幅器限幅后将为一常量，而 鉴频器的输出为： 经过低通滤波后，信号的功率为： 所以经过鉴频器解调后， 信噪比的增益为： 令g(t)为宽度Ts的矩形脉冲且： 令g(t)的频谱为G(ω)， an取+1和-1的概率相等， 则s(t)的功率谱表达式为： 图 2 – 3 FSK信号的功率谱 第一、二项表示FSK信号功率谱的一部分由g(t)的功率谱从0搬移到f1， 并在f1处有载频分量； 第三、 四项表示FSK信号功率谱的另一部分由g(t)的功率谱从0搬移到f2， 并在f2处有载频分量。FSK信号的功率谱如图2-3 所示。从图中可以看到，如果（f2-f1）小于fs(fs=1/Ts)，则功率谱将会变为单峰。FSK信号的带宽大约为： 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： 　　 ω1支路： nc1(t) cos(ω1t+φ1)-ns1(t) sin(ω1t+φ1) 　　ω2支路： nc2(t) cos(ω2t+φ2)-ns2(t) sin(ω2t+φ2) 式中， nc1(t), ns1(t), nc2(t), ns2(t)是均值为0、 方差为σ2n的高斯随机过程。 发“+1”时： 设在取样时刻，x1(t)和x2(t)对应的样点值为x1和x2， nc1(t)和nc2(t)对应的样点值为nc1和nc2， 则在输入“+1”和“-1”等概的条件下， 误比特率就等于发送比特为“+1”(或“-1”)的误比特率， 即： 2.2.2 最小移频键控（MSK）调制 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Δf=f2-f1=1/2Tb，即调制指数为： MSK的信号表达式为： 为了保持相位连续， 在t=kTb时应有下式成立： 从图 2-5 和图 2-6 可以看出： 当t=2lTb， l=0, 1, 2, …时，相位取值只能是0或±π（模2π）； 当t=（2l+1）Tb, l=0, 1, 2, …时, 相位取值只能是±π/2（模2π）； 在一个比特区间内， 相位线性地增加或减少π/2。 MSK信号表达式可正交展开为下式： 由式（2-37）得： 因为 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0.5。 MSK信号的单边功率谱表达式为： MSK信号可以采用鉴频器解调， 也可以采用相干解调。 相干解调的框图如图 2 - 10 所示。 图中采用平方环来提取相干载波。从图中可以看出经过低通滤波后， I支路和Q支路的输出分别为： 参照FSK的误码率分析， 在输入为窄带高斯噪声（均值为0，方差为σ2n）的情况，各支路的误码率为： 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，