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1、无线通讯工程无线通讯工程第五讲第五讲载波传输载波传输引言引言复包络分析法复包络分析法多相移相键控多相移相键控正交移幅键控正交移幅键控延续相位移频键控延续相位移频键控载波同步载波同步时钟同步时钟同步引引 言言引言引言1n n模拟调制和数字调制n n以正弦波为载波的调制无论是模拟调制还是数字调制总是可以分成：调幅、调相、调频三大类n n数字信号的调幅、调相、调频普通称为：移幅键控、移相键控、移频键控n n数字信号的解调可以分成：相关解调和非相关解调二大类引言引言2n n数字信号调制数字信号调制n n 要关怀的：要关怀的：n n频谱性能频谱性能n n包络性能包络性能n n数字信号解调数字信号解调n
2、n 要关怀的：要关怀的：n n误码性能误码性能复包络分析法复包络分析法表示法表示法n n载波键控信号可载波键控信号可以表示为：以表示为：n n其中：其中：n n称为载波键控信称为载波键控信号的复包络。号的复包络。n n多相移相键控多相移相键控n n正交移幅键控正交移幅键控n n延续相位移频键控延续相位移频键控调制与解调过程调制与解调过程n n调制过程调制过程n n 复数调制器复数调制器n n解调过程解调过程n n 复数解调器复数解调器相乘相乘合路coswtsinwtx(t)y(t)s (t)分路相乘相乘s (t)coswt-sinwtx(t)y(t)求功率谱密度求功率谱密度n n载波键控信号的
3、功载波键控信号的功率谱密度率谱密度n n载波键控信号的功载波键控信号的功率等于它的等效基带率等于它的等效基带信号功率的一半。信号功率的一半。n n n n窄带噪声信号的功率窄带噪声信号的功率谱密度谱密度n n假设假设N0N0代表窄带噪声代表窄带噪声的单边功率谱密度，那的单边功率谱密度，那么它也代表等效基带噪么它也代表等效基带噪声中同相或者正交分量声中同相或者正交分量的双边功率谱密度。的双边功率谱密度。n n 经过带通讯道经过带通讯道n n带通讯道带通讯道H(f)H(f)的等的等效低通讯道效低通讯道HB(f)HB(f)：n n时域呼应：时域呼应：n n载波键控信号经过载波键控信号经过一个带通系统
4、，等效一个带通系统，等效为它的等效基带信号为它的等效基带信号经过等效基带系统。经过等效基带系统。n n 多相移相键控多相移相键控n n绝对移相绝对移相n n相对移相相对移相n n相关解调相关解调n n延时相关解调延时相关解调n n非相关解调非相关解调n n正交展开正交展开正交展开正交展开n n其中：其中：其中：其中：n n二相移相键控二相移相键控二相移相键控二相移相键控n n M M2 2，0=0=/2, Ik/2, Ik0,10,1n n xk=(0,0) xk=(0,0)n n yk=(1,-1) yk=(1,-1)n n四相移相键控四相移相键控四相移相键控四相移相键控n n M M4 4
5、，0=0=/4, Ik/4, Ik0,1,2,30,1,2,3n n xk=(0.7,-0.7,-0.7,0.7) xk=(0.7,-0.7,-0.7,0.7)n n yk=(0.7,0.7,-0.7,-0.7) yk=(0.7,0.7,-0.7,-0.7)n n八相移相键控八相移相键控八相移相键控八相移相键控n n M M8 8，0=0=/8, Ik/8, Ik0,1,2,3,4,5,6,70,1,2,3,4,5,6,7n n xk=(0.9,0.4,-0.4,-0.9,-0.9,- xk=(0.9,0.4,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4,0.4,0.9)0.4,0.4,0.9)n
6、n yk=(0.4,0.9,0.9,0.4,-0.4,- yk=(0.4,0.9,0.9,0.4,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4)0.9,-0.9,-0.4)n n多相键控信号的矢量表示多相键控信号的矢量表示n n功率谱密度功率谱密度n n相位逻辑：自然码相位逻辑：自然码n n相位逻辑：格雷码相位逻辑：格雷码n n相位逻辑的矢量表示相位逻辑的矢量表示n n差分编码差分编码差分编码差分编码n n为什么需求差分编码？抑制在接纳端进展相关解为什么需求差分编码？抑制在接纳端进展相关解为什么需求差分编码？抑制在接纳端进展相关解为什么需求差分编码？抑制在接纳端进展相关解调时存在的参考载波相位模糊度
7、。调时存在的参考载波相位模糊度。调时存在的参考载波相位模糊度。调时存在的参考载波相位模糊度。n n接纳端的参考载波：接纳端的参考载波：接纳端的参考载波：接纳端的参考载波：n n发送码为发送码为发送码为发送码为 ，接纳码为，接纳码为，接纳码为，接纳码为n n让发送码和输入的信息码存在关系：让发送码和输入的信息码存在关系：让发送码和输入的信息码存在关系：让发送码和输入的信息码存在关系：n n接纳端恢复信息码：接纳端恢复信息码：接纳端恢复信息码：接纳端恢复信息码：n n就有：就有：就有：就有：n n差分编码差分编码n n二进制差分编码：相对码、绝对码二进制差分编码：相对码、绝对码n n四进制差分编码
8、：自然码差分编译码、格四进制差分编码：自然码差分编译码、格雷码差分编译码雷码差分编译码n n差分运算会引入误码分散差分运算会引入误码分散正交移幅键控正交移幅键控矢量表示矢量表示常用的正交移幅常用的正交移幅键控：控：QPSK、16QAM、64QAM，.复包络表示复包络表示n n复包络表示法复包络表示法n n u(t) = x(t) + j y(t) u(t) = x(t) + j y(t)n n其中其中x(t)x(t)和和y(t)y(t)是多电平是多电平的基带信号的基带信号n n QPSK QPSK： 1 1n n 16QAM 16QAM： 1, 1, 3 3n n 64QAM 64QAM： 1
9、, 1, 3, 3, 5, 5, 7 7n n二进制和多进制的二进制和多进制的转换：电平逻辑转换：电平逻辑n n自然码电平逻辑自然码电平逻辑n n格雷码电平逻辑格雷码电平逻辑n n功率谱密度功率谱密度n nQPSKQPSK：n n16QAM:16QAM:n n64QAM:64QAM:n n频谱利用率频谱利用率n n QPSK: 1b/s/Hz QPSK: 1b/s/Hz，n n 16QAM: 2b/s/Hz 16QAM: 2b/s/Hzn n 64QAM: 3b/s/Hz 64QAM: 3b/s/Hz接纳判决过程接纳判决过程n n在解调判决过程中，分别对在解调判决过程中，分别对I I，Q Q二
10、路进展二路进展多电平判决，得到一系列判决变量，然后对多电平判决，得到一系列判决变量，然后对判决变量进展逻辑运算，得到原始信息。判决变量进展逻辑运算，得到原始信息。n n比特过失率计算公式比特过失率计算公式n nQPSKQPSKn n16QAM16QAMn n64QAM64QAM延续相位移频键控延续相位移频键控说说 明明n n希望寻觅一类调制方希望寻觅一类调制方法，具有较好的频谱利法，具有较好的频谱利用率、功率利用率，同用率、功率利用率，同时又具有恒定包络。时又具有恒定包络。n n延续相位移频键控能延续相位移频键控能较好地满足这些要求。较好地满足这些要求。n n前二种调制方法存前二种调制方法存在
11、的问题：在的问题：n n频谱利用率和功率频谱利用率和功率利用率的矛盾利用率的矛盾n n频谱利用率和恒定频谱利用率和恒定包络的矛盾包络的矛盾最小移频键控最小移频键控MSKn n满足二个条件：满足二个条件：n n 调制指数调制指数 h=0.5 h=0.5n n 在码元交替点相位延在码元交替点相位延续续n nMSK的相位变换轨迹的相位变换轨迹n nMSK的调制的调制n nMSK的解调的解调n nMSK的频谱特性的频谱特性n n MSK的误码特性的误码特性和差分编码的四相移相键控和差分编码的四相移相键控DCQPSK一样。一样。 原理：有人证明，延续相位调制的频谱旁瓣随频率原理：有人证明，延续相位调制的
12、频谱旁瓣随频率的变化以的变化以 的规律下降，其中的规律下降，其中c c为相位函数的导为相位函数的导数坚持延续的阶数。对于数坚持延续的阶数。对于MSKMSK，c c0 0，所以旁瓣随频，所以旁瓣随频率按率按 f-4 f-4 的规律下降。的规律下降。 相位函数的导数是频率函数，令频率函数为高斯函相位函数的导数是频率函数，令频率函数为高斯函数，其无穷多阶的导数都延续，因此具有非常良好的数，其无穷多阶的导数都延续，因此具有非常良好的频谱特性。频谱特性。高斯预滤波最小移频键控高斯预滤波最小移频键控GMSK高斯预滤波最小移频键控高斯预滤波最小移频键控GMSK续续n n频谱特性如左图频谱特性如左图n n误码
13、特性比误码特性比QPSKQPSK约恶化约恶化1dB1dB。n n 载波同步载波同步载波同步的原理载波同步的原理从插入载波的信号中实现载波同从插入载波的信号中实现载波同步步从抑制载波的信号中实现载波同从抑制载波的信号中实现载波同步步从抑制载波的信号中实现载波同步从抑制载波的信号中实现载波同步非线性处置线性过滤键控信号参考载波QPSKQPSK信号的载波同步：四次方环信号的载波同步：四次方环信号的载波同步：四次方环信号的载波同步：四次方环QPSKQPSK信号的载波同步：逆调制环信号的载波同步：逆调制环信号的载波同步：逆调制环信号的载波同步：逆调制环QPSKQPSK信号的载波同步：判决反响环信号的载波同步：判决反响环信号的载波同步：判决反响环信号的载波同步：判决反响环QPSKQPSK信号的载波同步：通用环信号的载波同步：通用环信号的载波同步：通用环信号的载波同步：通用环时钟同步时钟同步从数字信号中提取时钟信息的原理从数字信号中提取时钟信息的原理从数字信号中提取时钟信息的原理从数字信号中提取时钟信息的原理从数字信号中提取时钟同步从数字信号中提取时钟同步非线性处置线性过滤数字信号时钟信号微分全波整流法微分全波整流法中频检波法中频检波法延时相关法延时相关法
