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《现代通信原理与技术》课件_第9章.pptx

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第9章现代数字调制解调技术;

9.1正交振幅调制(QAM);

正交振幅调制信号的一般表示式为

式中,An是基带信号幅度,g(t-nTs)是宽度为Ts的单个基带信号波形。式(9.11)还可以变换为正交表示形式:;

则式(9.12)变为;

QAM信号调制原理图如图9-1所示。;

信号矢量端点的分布图称为星座图。通常,可以用星座图来描述QAM信号的信号空间分布状态。对于M=16的16QAM来说,有多种分布形式的信号星座图。两种具有代表

意义的信号星座图如图9-2所示。;;

若信号点之间的最小距离为2A,且所有信号点等概率出现,则平均发射信号功率为

对于方型16QAM,信号平均功率为;

对于星型16QAM,信号平均功率为;

M=4,16,32,…,256时MQAM信号的星座图如图9-3所示。;;

9.1.2MQAM解调原理

MQAM信号同样可以采用正交相干解调方法,其解调器原理图如图9-4所示。;

9.1.3MQAM抗噪声性能

对于方型QAM,可以将其看成是由两个相互正交且独立的多电平ASK信号叠加而成。因此,利用多电平信号误码率的分析方法,可得到M进制QAM的误码率为

式中,M=L2,Eb为每比特码元能量,n0为噪声单边功率谱密度。图9-5给出了M进制方型QAM的误码率曲线。;;

9.2最小移频键控(MSK);

9.2.1MSK的基本原理

MSK是恒定包络连续相位频率调制,其信号的表示式为;

则式(9.21)可表示为;;

中心频率fc应选为

式(9.28)表明,MSK信号在每一码元周期内必须包含四分之一载波周期的整数倍。fc还可以表示为;;;

对第k个码元的相位常数φk的选择应保证MSK信号相位在码元转换时刻是连续的。根据这一要求,由式(9.22)可以得到相位约束条件为

式中,若取φk的初始参考值φ0=0,则;

对于给定的输入信号序列{ak},相应的附加相位函数θk(t)的波形如图9-7所示。;

对于各种可能的输入信号序列,θk(t)的所有可能路径如图9-8所示,它是一个从-2π到+2π的网格图。;?;

下面简要讨论一下MSK信号的功率谱。对于由式(9.21)定义的MSK信号,其单边功率谱密度可表示为

根据式(9.216)画出MSK信号的功率谱如图9-9-所示。;;

9.2.2MSK的调制解调

由MSK信号的一般表示式(9.23)可得

将;

代入式(9.217)可得

上式即为MSK信号的正交表示形式。其同相分量为;

也称为I支路。其正交分量为

由式(9.218)可以画出MSK信号调制器原理图,如图9-10所示。;;

MSK信号属于数字频率调制信号,因此可以采用一般鉴频器方式进行解调,其原理图如图9-11所示。鉴频器解调方式结构简单,容易实现。;

由于MSK信号调制指数较小,采用一般鉴频器方式进行解调误码率性能不太好,因此在对误码率有较高要求时大多采用相干解调方式。图9-12是MSK信号相干解调器原理图,其由相干载波提取和相干解调两部分组成。;;

9.2.3MSK系统的性能

设信道特性为恒参信道,噪声为加性高斯白噪声,MSK解调器输入信号与噪声的合成波为

式中

是数学期望为零、方差为σ2的窄带高斯噪声。;

经过相乘、低通滤波和抽样后,在t=2kTs时刻I支路的样值为

在t=(2k+1)Ts时刻Q支路的样值为;;;

9.3高斯最小移频键控(GMSK);;

为了有效地抑制MSK信号的带外功率辐射,预调制滤波器应满足以下条件:

(1)带宽窄并且具有陡峭的截止特性;

(2)脉冲响应的过冲较小;

(3)滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于π/2的相移。;;;;

高斯滤波器的输出脉冲经MSK调制得到GMSK信号,其相位路径由脉冲的形状决定。由于高斯滤波后的脉冲无陡峭沿,也无拐点,因此,相位路径得到进一步平滑,如图9-16所示。;;

图9-17是通过计算机模拟得到的GMSK信号的功率谱。图中,横坐标为归一化频偏(f-fc)Tb,纵坐标为功率谱密度,参变量BbTb为高斯低通滤波器的归一化3dB带宽Bb与码元长度Tb的乘积。BbTb=∞的曲线是MSK信号的功率谱密度。GMSK信号的功率谱密度随BbTb值的减小变得紧凑起来。表9-1给出了作为BbTb函数的GMSK信号中包含给定功率百分比的射频带宽。;;;

图9-18是在不同Bb

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