1、128.1 引言引言38.2 偏移四相相移鍵控偏移四相相移鍵控(OQPSK)4562、QPSK和和OQPSK信號的相位關系信號的相位關系QPSK信號的相位關系信號的相位關系OQPSK信號的相位關系信號的相位關系3、偏移四相相移鍵控、偏移四相相移鍵控(OQPSK)72四、結論四、結論88.3 /4四相相移鍵控四相相移鍵控 910v需求指出的是，需求指出的是，p/4 -QPSK的優勢還在于它可以采用差的優勢還在于它可以采用差分檢測，這是由于分檢測，這是由于p/4 -QPSK信號內的信息完全包含在信號內的信息完全包含在載波的兩個相鄰碼元之間的相位差中。差分檢測是一載波的兩個相鄰碼元之間的相位差中。差

2、分檢測是一種非相關解調，這大大簡化了接納機的設計。而且，種非相關解調，這大大簡化了接納機的設計。而且，經過研討還發現，在存在多徑和衰落時經過研討還發現，在存在多徑和衰落時, p/4 -QPSK的的性能優于性能優于OQPSK。結論結論 v所以，所以，p/4 -QPSK日益得到注重，如今北美和日本的日益得到注重，如今北美和日本的數字蜂窩挪動通訊系統中已采用數字蜂窩挪動通訊系統中已采用p/4 -QPSK調制方式。調制方式。1112131/4sT/ 214 c o sc o s12M S KckkcksssStttattk TtkTT 2kkksattT除載波相位之外的附加相位除載波相位之外的附加相位

3、v當當ak=1 時，信號的頻率為時，信號的頻率為v v v當當ak=1時，信號的頻率為時，信號的頻率為 214csffT114csffT2112sfffT最小頻差最小頻差1/2ssfTff 調制指數調制指數最小頻差等于碼元傳輸速率的一半最小頻差等于碼元傳輸速率的一半158.4.2 MSK信號的相位延續性信號的相位延續性v根據相位根據相位 延續條件，要求在延續條件，要求在 時滿足時滿足 ktstkT1122kkssSkSkkTkTaaTT111111()2,kkkkkkkkkkkaaaakaa當時當時可見，可見，MSK信號在第信號在第k個碼元的起始相位不僅與當前個碼元的起始相位不僅與當前的的ak

4、 有關，還與前面的有關，還與前面的ak-1和和 有關。有關。1k168.4.3 MSK信號的產生與解調信號的產生與解調( )cos( )cossin( )sincos()cossin()sin22(coscossinsin)cos22(sincoscossin)sin22MSKkckckkkckcSSkkkkcSSkkkkcSSStttttaattttTTaatttTTaatttTT( )coscoscoscossinsin22coscossinsin22MSKkckkcsskckcssttSttatTTttItQtTT10kka 或MSK信號的解調與信號的解調與FSK信號類似，可以采用相關解

5、調、信號類似，可以采用相關解調、非相關解調的方式非相關解調的方式17(1) MSK信號的產生方框信號的產生方框圖圖(2) MSK解調器原理框圖解調器原理框圖188.4.4 MSK信號的頻譜信號的頻譜19202()exp(ln 2 / 2)(/)HffB21222( )expln 2 / 2 /h ttB高斯型脈沖高斯型脈沖器。器。22232425APK是指載波的幅度和相位兩個參量同時受基帶信號是指載波的幅度和相位兩個參量同時受基帶信號的控制的控制 cosAPKnScnnStAg t nTtAn是基帶信號第是基帶信號第n個碼元的幅度，個碼元的幅度， 是第是第n個信號碼元的個信號碼元的初始相位，初

6、始相位，g(t)是幅度為是幅度為1、寬度為、寬度為Ts 的單個矩形脈沖。的單個矩形脈沖。nv矢量端點的分布圖稱為星座圖。通常可以用星座圖來矢量端點的分布圖稱為星座圖。通常可以用星座圖來描畫描畫QAM信號的信號空間分布形狀。信號的信號空間分布形狀。MQAM目前研目前研討較多，并被建議用于數字通訊中的是十六進制的正討較多，并被建議用于數字通訊中的是十六進制的正交幅度調制交幅度調制16QAM或六十四進制的正交幅度調或六十四進制的正交幅度調制制64QAM，下面重點討論，下面重點討論16QAM。二、星座圖二、星座圖26二電平正交幅度調制有二電平正交幅度調制有4種形狀，稱為種形狀，稱為4QAM，四電平，四

7、電平正交幅度調制有正交幅度調制有16個形狀，稱為個形狀，稱為16QAM，以此類推。，以此類推。16QAM和和64QAM在微波通訊中都得到了較廣泛的運用。在微波通訊中都得到了較廣泛的運用。 27v方型和星型方型和星型16QAM兩者功率相差兩者功率相差1.4dB。v兩者的星座構造也有重要的差別，一是星型兩者的星座構造也有重要的差別，一是星型16QAM只只需兩個振幅值，而方型需兩個振幅值，而方型16QAM有三種振幅值；二是星有三種振幅值；二是星型型16QAM只需只需8種相位值，而方型種相位值，而方型16QAM有有12種相位種相位值。這兩點使得在衰落信道中，星型值。這兩點使得在衰落信道中，星型16QA

8、M比如型比如型16QAM更具有吸引力。更具有吸引力。v由于方型星座由于方型星座QAM信號所需的平均發送功率僅比最優信號所需的平均發送功率僅比最優的的QAM星座構造的信號平均功率稍大，而方型星座的星座構造的信號平均功率稍大，而方型星座的MQAM信號的產生及解調比較容易實現，所以方型星信號的產生及解調比較容易實現，所以方型星座的座的MQAM信號在實踐通訊中得到了廣泛的運用。信號在實踐通訊中得到了廣泛的運用。8.6.2 MQAM信號的產生信號的產生288.6.2 MQAM信號的解調信號的解調2922loglog Lbit/s/Hz2bRMB8.6.3 MQAM信號的頻帶利用率信號的頻帶利用率一、一、

9、MQAM信號的信息頻帶利用率信號的信息頻帶利用率二、二、MQAM信號的碼元頻帶利用率信號的碼元頻帶利用率)/(21HzBaudBRB 可見，在給定的信息速率可見，在給定的信息速率Rb和進制數和進制數M的條的條件下，件下，MQAM信號的信息頻帶利用率與信號的信息頻帶利用率與MPSK、MASK是一樣的。在給定的信息速率是一樣的。在給定的信息速率Rb下，隨著下，隨著進制數進制數M的添加，的添加，MQAM的信息頻帶利用率將提的信息頻帶利用率將提高。高。308.6.4 MQAM信號的抗噪聲性能分析信號的抗噪聲性能分析v在矢量圖中可以看出各信號點之間的間隔，相鄰點的在矢量圖中可以看出各信號點之間的間隔，相

10、鄰點的最小間隔直接代表噪聲容限的大小。最小間隔直接代表噪聲容限的大小。v比如，隨著進制數比如，隨著進制數M的添加，在信號空間中各信號點間的添加，在信號空間中各信號點間的最小間隔減小，相應的信號判決區域隨之減小，因的最小間隔減小，相應的信號判決區域隨之減小，因此，當信號遭到噪聲和干擾的損害時，接納信號錯誤此，當信號遭到噪聲和干擾的損害時，接納信號錯誤概率將隨之增大。下面我們從這個角度出發，來比較概率將隨之增大。下面我們從這個角度出發，來比較一下一樣進制數時一下一樣進制數時PSK和和QAM的抗噪性能。的抗噪性能。8.7正交頻分復用正交頻分復用OFDMASK、PSK、FSK、MSK、QAM等調制方式

11、在某一等調制方式在某一時辰都只用單一的頻率來發送信號。時辰都只用單一的頻率來發送信號。多載波調制是同時發射多路不同載波的信號。多載波調制是同時發射多路不同載波的信號。31正交頻分復用正交頻分復用OFDM是一種多載波傳輸技術，是一種多載波傳輸技術，它不是如今才開展起來的新技術，早期主要用于軍用它不是如今才開展起來的新技術，早期主要用于軍用的無線高頻通訊系統，由于其實現的復雜限制了它的的無線高頻通訊系統，由于其實現的復雜限制了它的進一步運用。直到進一步運用。直到20世紀世紀80年代，人們提出了采用離年代，人們提出了采用離散傅里葉變換來實現多個載波的調制，簡化了系統構散傅里葉變換來實現多個載波的調制

12、，簡化了系統構造，使得造，使得OFDM技術更趨于適用化。技術更趨于適用化。8.7.1 多載波調制技術多載波調制技術一、多載波傳輸系統原理一、多載波傳輸系統原理v多載波調制技術是一種并行體制，它將高速率的數據多載波調制技術是一種并行體制，它將高速率的數據序列經串序列經串/并變換后分割為假設干路低速數據流，每路并變換后分割為假設干路低速數據流，每路低速數據采用一個獨立的載波調制，疊加在一同構成低速數據采用一個獨立的載波調制，疊加在一同構成發送信號，發送信號，32在接納端用同樣數量的載波對發送信號進展相關接納，在接納端用同樣數量的載波對發送信號進展相關接納， 獲得低速率信息數據后，再經過并獲得低速率

13、信息數據后，再經過并/串變換得到原來的高串變換得到原來的高速信號。速信號。二、子載波設置二、子載波設置v在多載波調制方式中，子載波設置主要有在多載波調制方式中，子載波設置主要有3種方案。種方案。v(1)傳統的頻分復用方案傳統的頻分復用方案v它將整個頻帶劃分為它將整個頻帶劃分為N個互不重疊的子信道。在接納個互不重疊的子信道。在接納端可以經過濾波器組進展分別。端可以經過濾波器組進展分別。33v(2)偏置偏置QAM方案方案v它在它在3dB處載波頻譜重疊，其復合譜是平坦的。處載波頻譜重疊，其復合譜是平坦的。(3)正交頻分復正交頻分復(OFDM)方案方案 要求各子載波堅持相互正交要求各子載波堅持相互正交

14、348.7.2 正交頻分復用技術正交頻分復用技術 一、調制原理圖一、調制原理圖 正交頻分復用正交頻分復用(OFDM)作為一種多載波傳輸技術，要作為一種多載波傳輸技術，要求各子載波堅持相互正交。在發送端調制原理圖如下，求各子載波堅持相互正交。在發送端調制原理圖如下，35二、二、OFDM解調原解調原理理三、用三、用DFT實現實現OFDM的原理框圖的原理框圖368.8 擴頻調制擴頻調制擴展頻譜技術的實際根底是：香農建立的關于通訊系擴展頻譜技術的實際根底是：香農建立的關于通訊系統效能的實際；即添加頻帶可以降低接納的信噪比門限統效能的實際；即添加頻帶可以降低接納的信噪比門限值，這就是擴頻通訊的根本，即用

15、頻帶來換取信噪比。值，這就是擴頻通訊的根本，即用頻帶來換取信噪比。把用擴展頻譜的方法換取信噪比的系統稱為擴頻把用擴展頻譜的方法換取信噪比的系統稱為擴頻(SS)通通訊系統。訊系統。37 NSBC1log2信信道道容容量量定定義義式式：式中式中C為信道容量為信道容量(b/s)，B為帶寬為帶寬(Hz)，N為噪聲功率為噪聲功率(W)，S為信號功率為信號功率(W)。由上述公式可看出，在堅持一定的由上述公式可看出，在堅持一定的C值時，可經過添加值時，可經過添加帶寬來相應地降低對信噪比的要求，而這正是擴展頻譜帶寬來相應地降低對信噪比的要求，而這正是擴展頻譜通訊方式所思索的出發點。通訊方式所思索的出發點。 簡

16、單來說，擴頻就是這樣一種通訊技術：在發送端，簡單來說，擴頻就是這樣一種通訊技術：在發送端，待發送的數據序列在發射到信道之前，經過和擴頻序列待發送的數據序列在發射到信道之前，經過和擴頻序列相乘，其頻帶被擴展假設干倍相乘，其頻帶被擴展假設干倍(擴頻擴頻)；而在接納端，經；而在接納端，經過采用與發送端完全一樣的擴頻序列進展相關解調過采用與發送端完全一樣的擴頻序列進展相關解調(解解擴擴)，使得接納信號頻帶被減少一樣倍數，恢復原始數據，使得接納信號頻帶被減少一樣倍數，恢復原始數據信息。信息。388.8.1 擴頻調制原理擴頻調制原理擴展頻譜通訊：是指先將原始信號的頻譜進展擴展，再擴展頻譜通訊：是指先將原始

17、信號的頻譜進展擴展，再進展傳輸的一種通訊方式。進展傳輸的一種通訊方式。擴頻通訊的特點：用來傳輸信息的射頻信號帶寬遠遠大擴頻通訊的特點：用來傳輸信息的射頻信號帶寬遠遠大于要傳輸的原始信號帶寬通常要大幾十倍甚至幾萬于要傳輸的原始信號帶寬通常要大幾十倍甚至幾萬倍，且原始信號帶寬不再是確定已調信號帶寬的決議倍，且原始信號帶寬不再是確定已調信號帶寬的決議要素。要素。為了到達擴頻的目的，通常的做法是用一個擴頻序列為了到達擴頻的目的，通常的做法是用一個擴頻序列和待發送的二進制碼元相乘。和待發送的二進制碼元相乘。通常稱擴頻序列的子脈沖為通常稱擴頻序列的子脈沖為“碼片碼片擴頻序列看作是擴頻序列看作是“載波所以擴

18、頻又稱為擴頻調制。載波所以擴頻又稱為擴頻調制。39一、如何將原始信號加到擴展頻譜信號之中一、如何將原始信號加到擴展頻譜信號之中?方法方法1：在擴展調制載頻之前先將信息參與頻譜擴：在擴展調制載頻之前先將信息參與頻譜擴展的編碼中。此法適用于以編碼序列確定射頻帶展的編碼中。此法適用于以編碼序列確定射頻帶寬的任何一種擴展頻譜系統，這種情況下，待發寬的任何一種擴展頻譜系統，這種情況下，待發送的原始信息必需取數字方式，由于原始信號是送的原始信息必需取數字方式，由于原始信號是按模按模2加法運算加到編碼序列上的。加法運算加到編碼序列上的。方法方法2：是在擴展前將原始信號調制到載波上。這：是在擴展前將原始信號調

19、制到載波上。這通常用于角調制，由于在擴展頻譜系統中普通要通常用于角調制，由于在擴展頻譜系統中普通要求發送端輸出信號的包絡恒定。求發送端輸出信號的包絡恒定。40二、擴展頻譜系統必需滿足兩條準那么：二、擴展頻譜系統必需滿足兩條準那么：(1)傳輸帶寬遠大于被傳送的原始信號的帶寬或速傳輸帶寬遠大于被傳送的原始信號的帶寬或速率；率；(2)傳輸帶寬主要由擴頻函數決議，此擴頻函數常傳輸帶寬主要由擴頻函數決議，此擴頻函數常用的是偽隨機編碼信號，而被傳送的原始信號本用的是偽隨機編碼信號，而被傳送的原始信號本身不再是確定傳輸帶寬的決議要素。身不再是確定傳輸帶寬的決議要素。三、擴展頻譜通訊的本質：三、擴展頻譜通訊的

20、本質：在發送端用一個偽隨機編碼信號擴頻函數將在發送端用一個偽隨機編碼信號擴頻函數將發送信號的帶寬擴展，然后再送入信道傳輸，在發送信號的帶寬擴展，然后再送入信道傳輸，在接納端對收到的擴頻信號進展相關處置以便將它接納端對收到的擴頻信號進展相關處置以便將它恢復成窄帶信號，再從中解調出所需信息。恢復成窄帶信號，再從中解調出所需信息。41四、擴展頻譜通訊的特點四、擴展頻譜通訊的特點428.8.2 四種擴頻調制方式四種擴頻調制方式(1)直接序列擴頻系統直接序列擴頻系統 又稱偽噪腔調制系統，簡稱又稱偽噪腔調制系統，簡稱(DS)系統或系統或(PN)系統。它是用一個速率很高的數字編碼序列去系統。它是用一個速率很高的數字編碼序列去直接調制射頻載波，從而使射頻帶寬較原始信直接調制射頻載波，從而使射頻帶寬較原始信號帶寬大得多的一種擴頻通訊方式。號帶寬大得多的一種擴頻通訊方式。1.1 DS通訊系統的根本原理