移動通信中的調制解調技術

第3章 移動通信中的調制解調技術

• 第3章 移動通信中的調制解調技術
  • 3.1 概述
    • 調制就是對消息源信息進行編碼的過程，其目的就是使攜帶信息的信號與信道特性相匹配以及有效的利用信道。
    • 多徑衰落、多普勒頻率擴展；日益增加的用戶數目，無線信道頻譜的擁擠這些因素對調制方式的選擇都有重大的影響
    • 影響調制方式的選擇的主要因素
      • 頻帶利用率：在數字調制中，常用帶寬效率ηb來表示它對頻譜資源的利用效率，它定義為ηb ＝Rb/B,其中Rb為比特速率，B為無線信號的帶寬。
      • 功率效率:指保持信息精確度的情況下所需的最小信號功率（或者說最小信噪比）
      • 已調信號恒包絡
      • 易于解調
      • 帶外輻射：一般要求達到-70到-60dB
  • 3.2 最小頻移鍵控MSK
    • 相位連續的FSK
      • 2FSK信號
      • 說明：在相同的調制指數h情況下，CPFSK的帶寬要比一般的2FSK帶寬要窄。這意味著前者的頻帶效率要高于后者。隨著調制指數h的增加，信號的帶寬也在增加。從頻帶效率考慮，調制指數h不宜太大。但過小又因兩個信號頻率過于接近而不利于信號的檢測。所以應當從它們的相關系數以及信號的帶寬綜合考慮
    • MSK信號的相位路徑、頻率及功率譜
      • 相位路徑
      • MSK的頻率關系
      • MSK的功率譜
      • MSK信號的產生與解調
      • MSK調制器的工作過程
        • ①對輸入二進制數據信號進行差分編碼
        • ②經串/并轉換，分成相互交錯一個碼元寬度的兩路信號Ik和Qk
        • ③用加權函數cos(πt/2Ts)和sin(πt/2Ts)分別對兩路數據信號Ik
        • 和Qk進行加權
        • ④加權后的兩路信號再分別對正交載波cosωct和sinωct進行調制
        • ⑤將所得到的兩路已調信號相加，通過帶通濾波器，就得到MSK
        • 信號
  • 3.3 高斯最小移頻鍵控GMSK
    • 3.3.1? 高斯濾波器的傳輸特性
      • GMSK就是基帶信號經過高斯低通濾波器的MSK
      • 頻率特性H(f)和沖激響應h(t)
    • 3.3.2? GMSK信號的波形和相位路徑
    • 3.3.3? GMSK信號的調制與解調
      • 調制
      • 解調
        • GMSK可以用相干方法解調,也可以用非相干方法解調。這里介紹一比特延遲差分解調方法（非相干解調）設接收到的信號為?
    • 3.3.4? GMSK功率譜
  • 3.4 QPSK調制
    • 3.4.1　二相調制BPSK
      • 功率譜BPSK 信號是一種線性調制，當基帶波形為NRZ碼時，其功率譜如圖3.23所示
    • 3.4.2?? 四相調制QPSK
      • QPSK信號產生
      • QPSK的解調
      • QPSK信號的功率譜和帶寬
      • QPSK信號的包絡特性和相位跳變
    • 3.4.3?? 偏移QPSK—OQPSK
    • 3.4.4?? π/4-QPSK
      • π/4-QPSK概述
        • π/4-QPSK調制是OQPSK和QPSK在實際最大相位變化進行折衷。在p/4-QPSK中，最大相位變化限制在±135度，而QPSK是±180度，OQPSK是±90度。因此帶限p/4-QPSK信號比帶限QPSK有更好的恒包絡性質，但是對包絡變化方面比OQPSK要敏感。
        • 在多徑擴展和衰落的情況下， p/4-QPSK比OQPSK的性能更好
        • π/4-QPSK可以用相干或非相干方法進行解調。非相干檢測將大大簡化接收機的設計。在采用差分編碼后，p/4-QPSK可成為p/4-DQPSK。
        • π/4-QPSK信號具有頻譜特性好，功率效率高，抗干擾能力強等特點
      • π/4-DQPSK信號產生
      • 相位差分編碼
      • π/4-DQPSK信號的相位跳變
      • pi/4-DQPSK的解調
  • 3.5 高階調制?
    • 3.5.1? 　數字調制的信號空間原理
      • 如果把M個能量有限的信號映射到N維的矢量空間上，空間中的M個映射點稱作星座點，矢量空間稱作信號空間。在矢量空間中可以很容易地描述衡量誤碼性能的兩個指標，信號之間的互相關系數和歐氏距離。符號之間相關性越大，歐式距離就越小，那么誤碼性能就越差。一般來說，調制階數越高歐氏距離就越小。但是由于頻率資源的限制，使得調制方式必須要采用比較高的階數。為了保證高頻譜效率下鏈路的性能，可以相應的采用強有力的差錯控制技術，提升功率等措施來彌補誤碼性能的缺陷。M進制的數字調制，一般可以分為MASK，MPSK，MQAM和MFSK，它們屬于無記憶的線性調制。如果結合到信號的矢量空間表示，可以理解為這些不同的調制方式是因為采用了不同的正交函數集。一般認為在階數???????? 時為高階調制。MASK，MQAM，MPSK這三種調制方式在信息速率和M值相同的情況下，頻譜利用率是相同的。由于MPSK的抗噪聲性能優于MASK，所以2PSK、QPSK獲得了廣泛的應用。并且ASK信號是對載波的幅度進行調制，所以不適合衰落信道。在???? 時MQAM的抗噪聲性能優于MPSK的，所以階數更高的調制一般采用的是QAM的形式。
    • 3.5.2　　M進制數字調制以及高階調制
      • .? M進制移相鍵控（MPSK）
      • 2. 正交幅度調制（QAM）
        • MASK信號的矢量空間是一維的，MPSK信號的矢量空間是二維的，隨著調制階數的增加，符號間的歐式距離在減小。那么如果能充分利用二維矢量空間的平面，在不減少歐氏距離的情況下增加星座的點數就可以增加頻譜利用率，從而引出了聯合控制載波的幅度和相位的正交幅度調制方式QAM。QAM方式也是高階調制中使用得最多的，下面重點介紹。
    • 3.5.3　　高階調制在3G,4G中的應用
      • ? ? 高階調制在高速數據傳輸系統中應用是相當多的。為了提高頻譜效率，在LTE、HSPA、802.11n等寬帶無線通信系統中廣泛采用了高階調制。這些調制技術與信道編碼結合，構成自適應調制編碼（AMC）方案，成為B3G和4G移動通信的關鍵技術。下面從移動通信標準應用方面介紹各個調制方式。
      • 1986年以后，由于實用化的線性高功放已取得突破性進展，人們又重新對簡單易行的BPSK和QPSK予以重視。EDGE作為GSM的演進采用了8PSK調制方式。
      • 3G標準的cdma20001x、WCDMA、TD-SCDMA均采用了QPSK，其中TD-SCDMA還引入了8PSK。隨著差錯控制技術的發展，當演進到HSPA階段，無論是TDD系統還是FDD系統都引入了高階的16QAM、64QAM調制方式。cdma20001x演進到EV-DO階段，也引入了8PSK，16QAM，64QAM等高階調制方式。LTE作為B3G的主流標準，為提高頻譜利用率數據信道引入了16QAM、64QAM調制方式，控制信道采用BPSK、QPSK調制方式
  • 3.6正交頻分復用
    • 在實際的應用中，OFDM系統可以自動測試子載波的傳輸質量，據此及時調整子信道的發射功率和發射比特數，使每個子信道的傳輸速率達到最佳的狀態。
    • OFDM在有線信道或無線信道的高速數據傳輸得到廣泛的應用 ，例如在數字用戶環路上的ADSL，無線局域網的IEEE802.11a和HIPERLAN-2，數字廣播，高清晰度電視，第四代移動通信（4G，主要包括LTE-A與IEEE802.16m）系統等。
    • OFDM存在發射信號的峰值功率和平均功率比值（PAR）過大的問題和由于多譜勒頻譜擴展破壞子載波正交的問題。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的移动通信原理学习笔记之二—— 移动通信中的调制解调技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。