移动通信精品教学课件-第2章 调制解调.pptVIP

第2章 调制解调 2.1 概述 2.2 数字频率调制 2.3 数字相位调制 2.4 正交振幅调制(QAM) 2.5 扩展频谱调制 2.6 多载波调制 思考题与习题 2.1 概 述 调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的高频信号。 该信号称为已调信号。 调制过程用于通信系统的发端。 在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号， 该过程称为解调。 按照调制器输入信号(该信号称为调制信号)的形式， 调制可分为模拟调制(或连续调制)和数字调制。 模拟调制指利用输入的模拟信号直接调制(或改变)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。 数字调制指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： 移频键控(FSK)和移相键控(PSK)等。 移动通信信道的基本特征是： 第一， 带宽有限， 它取决于使用的频率资源和信道的传播特性； 第二， 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； 第三， 存在着多径衰落。 针对移动通信信道的特点， 已调信号应具有高的频谱利用率和较强的抗干扰、 抗衰落的能力。 高的频谱利用率要求已调信号所占的带宽窄。 它意味着已调信号频谱的主瓣要窄， 同时副瓣的幅度要低(即辐射到相邻频道的功率要小)。 对于数字调制而言， 频谱利用率常用单位频带(1 Hz)内能传输的比特率(b/s)来表征。高的抗干扰和抗多径性能要求在恶劣的信道环境下， 经过调制解调后的输出信噪比(S/N)较大或误码率较低。 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 图 2 - 1 FM信号的频谱(mf=2) 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， U′c(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 从而得输出信噪比为 所以经过鉴频器解调后， 信噪比的增益为 图 2 - 2 FM解调器的性能及门限效应 2.2 数字频率调制 2.2.1 移频键控(FSK)调制 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 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 图 2 - 4 FSK的相干解调框图 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