第2章 调制解调

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成功的前提是提高素质一、个人发展投资：用至少3%的收入购买各 个人发展投资：用至少 的收入购买各 种书籍和杂志。 种书籍和杂志。尽管成千上万的人没有受过正 规教育，但他们具有坚定的信心、良好的品质、 规教育，但他们具有坚定的信心、良好的品质、 付出了极大的艰辛，也取得了成功。 付出了极大的艰辛，也取得了成功。 二、每天至少阅读60分钟：每天阅读一小时， 每天至少阅读 分钟：每天阅读一小时， 分钟 三年之后你可以变成某一问题的专家。 三年之后你可以变成某一问题的专家。每天阅 读一小时，五年之后你可以变成国家级专家。 读一小时，五年之后你可以变成国家级专家。 三、不断提高：只有那些永不自满、永远追求 不断提高：只有那些永不自满、 信息与知识的人，才能被充实和装备起来，才 信息与知识的人，才能被充实和装备起来， 能达到光辉的顶点。 能达到光辉的顶点。

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GSM总结 总结1. 数字蜂窝移动通信系统 2. 使用交织编码、话音激活技术 3. 传送话音和低速数据率业务 4. 移动台辅助切换技术 5. FDD/TDMA/FDMA 6. 采用了扩频技术--跳频(频率分集) 7. 升级过程GSM→GPRS→WCDMA(TD-SCDMA) 8. 话音编码方式RPE-LTP(规则脉冲激励长期预测话音编码) 9. 带宽200kHz 10. 采用自适应均衡技术 11. 采用纠错编码技术 12. 国际漫游(全球通) 13. 、、、、、

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本章要解决的问题1、什么是扩频通信？ 2、扩频通信原理。 3、扩频通信中如何识别用户？ 4、扩频通信怎样区分不同用户 ？ 5、m序列的含义。

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第2章 调制解调 2.1 概 述调制的目的：是把要传输的模拟信号或数字 模拟信号或数字 信号变换成适合信道传输的高频信号。 信号 调 制 原 因 ： 1、 天 线 的 大 小 2、 频 分 复 用 FDM问题，而300-3400Hz音频信号不能实 现 3、媒质特性，反射、散射、衍射和障碍 物穿透。 频谱利用率： 频谱利用率：用单位频带(1 Hz)内能传输的 比特率(b/s)来表征，b/s/Hz 。 GSM是 1.35 b/s/Hz

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一、ASK、FSK、PSK和QPSK1 0 1Q 10 Q 11

t

1

0

I

I

1

0

1

00

01

图2.1-2 相域中的BPSK和QPSKt A

1

0

1t t 11 10 00 01

2 bits coded as one symbol Symbol etermines shift of sine wave Needs less bandwidth compared to BPSK more complex

图2.1-1 ASK、FSK和PSK

图2.1-3 时域中的BPSK和QPSK

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二、FSK、ASK和PSK产生方法1 0 0 1

载波f1seo(t)

数 据f1 f2 f2 f1

载波f2s(t)

波 形

(a) 2FSK信号 的产生方法

(b) 2FSK信号 波形

图2.1-4 2FSK信号的产生方法和波形

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归纳GMSK:在MSK之前加的高斯滤波器，保证整个 MSK频谱图有更好的收敛性。是恒包络调制，属 连续性相位调制，不存在相位跃变点，对高功率 放大器要求低，功率效率高

。 BPSK:1)用0bit表示sin波形 2)用1bit表示cos 波形 3)简单的PSK 4)可以用在卫星通信。 QPSK:1)2bit编成码组 2)利用码组决定sin波 形相位 3)相比BPSK需要更少的带宽 4)实现 更复杂。

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三、正交幅移调制 (QAM Quadrature Amplitude Modulation)Q Q 0010 10 I 0011φ a

三种不同幅度和 12个角度组合0001 0000 I 1000

000010

010101

图2.1-5 分级64QAM和16正交幅度调制

QAM:幅度和相位调制的合成 1)nbit组成一个码组 2)有2n个离散谱，n=2时用于 QPSK 3)随着n个数增加它的bit误码 率增加。

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2.5 扩展频谱调制AM(窄带)-FM(宽带)-DS(直接序列扩频 CDMA)

2.5.1 扩展频谱通信的基本概念 扩展频谱(SS, Spread Spectrum)通信 系统是指待传输信息的频谱用某个特定的扩 频函数(PN码pseudo noise伪随机噪声)扩展 后成为宽频带信号，送入信道中传输，再利 用相应手段将其压缩，从而获取传输信息的 通信系统。 也就是说，信号所占的频带宽度 频带宽度 B远大于所传信息 信息必需的带宽Bm。 信息

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处理增益和干扰容限也可用扩频码码速率Rc比信息码码速率Rb。 处理增益 Gp=B/Bm=Rc/Rb [Gp]=10lgB/Bm=10lgRc/Rb(dB)

一、处理增益是用频带宽度 比上 频带宽度B比上 信息必需的带宽Bm。 频带宽度 比上所传信息 信息

二、干扰容限 Mj=GP÷{[Lsys]×[(S/N)out]}[Mj]=[GP] - {[Lsys]+[(S/N)out]}(dB) Mj:扩频系统的干扰容限， [Mj]=10lg Mj 。其它数据同理可 求。?10 Mj=6 dB,既干扰信号不超过有用信号4倍时，系统 才能正常工作。 GP:扩频系统的处理增益。17 dB Lsys:扩频系统的执行损耗或实现损耗。3 dB S/Nout:相关解扩器输出的信噪比，也即系统要求基带滤波 器或中频滤波器输出的信噪比。8 dB

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2.5 扩展频谱调制扩频通信的原理 扩频通信的一般原理如图 2 - 1 所示。 在发 端输入的信息经信息调制形成数字信号， 然后由 扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号 以展宽信号的频谱。 展宽以后的信号再对载频进 行调制(如PSK或QPSK、 OQPSK等), 通过射 频功率放大送到天线上发射出去。 在收端， 从 接收天线上收到的宽带射频信号， 经过输入电路、 高频放大器后送入变频器， 下变频至中频， 然 后由本地产生的与发端完全相同的扩频码序列去 解扩， 最后经信息解调， 恢复成原始信息输出。

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2.5 扩展频谱调制信信 信信 已调 信信 信信 解已

扩中 已调

射中 已调

变中

扩中 解已

扩中码 码码码

射中 码码码

本本 射中 码码码

本本 扩中码 码码码

图 2.5 - 1扩频通信原理框图

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2.5 扩展频谱调制P

窄带干扰 有用信号 多径信号 白噪声

f

图 2.5 - 2 (a) 接收机输入

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2.5 扩展频谱调制P

多径信号 有用信号

窄带干扰 白噪声

f

图 2.5 - 2 (b)变频器输出

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2.5 扩展频谱调制信噪比提高了

窄带干扰 有用信号 白噪声 多径信号

f

图 2.5 - 2 (c)窄带滤波器以后

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2.5 扩展频谱调制功率 干扰 扩频信号 功率 信号

扩频干扰 detection at receiver

f

f

图 2.5 - 2 (d) 接收机输入和输出

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2.5 扩展频谱调制2.5.2 扩频调制 扩频通信的理论基础 可用香农信道容量公 式来描述。

S C = W log2 (1 + ) N1. 扩频通信系统类型 扩频通信系统可分为：直接序列(DS Direct Sequency )扩频(Spreading)、 跳频(FH Frequency Hopping)、 跳时(TH)、 线性调频 (Chirp)

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2.5 扩展频谱调制1) 直接序列(DS)扩频

s1(t)

信码m(t) (1) (2) p(t) PN

c(t) (3)

已相

(5) (6)

功功

前前

s1(t)

相相

(8) 中中 滤载

解已

(9) 输输 信码

(4)

s2(t) (7)

载载

已相

s(t)

PN

时时

本本

时时

(a)

图 2.5 - 3直接序列(DS)扩频原理图

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2.5 扩展频谱调制0 Tb Tp 1

p(t)与s2(t)是相 同的序列码

(1) 信码 (t) m

(2) 伪码 p(t) (3) c(t)=m ⊕ p (t) (t) (4) 载载 (5) PSK已已载 s1(t)

1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1

π π

0 π 0 π

0 π 0 π

π π

π π

0 0 π 0 0 π

0 π 0 π

π

π

π

0 0 π π π

π

0 0 0 0 π π π π π π π 0 π

(6) s1(t)相相 (7) s2(t)相相 (8) 中中相相 (9) 解已输输

0 0 0 π π π π

0 0 π π 1 π π

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 π 0

(b)

图 2.5 - 4 直扩通信系统原理 (b) 主要波形或相位

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2.5 扩展频谱调制2) 跳频(FH) 另外一种扩展信号频谱的方式称为跳频 (FH, Frequency Hopping)。 所谓跳频， 比 较确切的意思是： 用一定码序列进行选择的多 频率频移键控。 也就是说， 频率频移键控。 也就是说， 用扩频码序列去 进行频移键控调制， 使载波频率不断地跳变， 进行频移键控调制， 使载波频率不断地跳变， 因此称为跳频。 因此称为跳频 简单的频移键控如2FSK, 只 有两个频率， 分别代表传号和空号。 而跳频 系统则有几个、 几十个甚至上千个频率， 由 所传信息与扩频码的组合去进行选择控制， 不 断跳变。

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2.5 扩展频谱调制3) 跳时(TH) 与跳频相似， 跳时(TH, Time Hopping) 是指使发射信号在时间轴上跳变 我们先把时 发射信号在时间轴上跳变。 发射信号在时间轴上跳变 时 间轴分成许多时片。 在一帧内哪个时片发射信 间轴 号由扩频码序列去进行控制。 4) 各种混合方式 在上述几种基本扩频方式的基础上， 可以 将其组合起来， 构成各种混合方式。 例如 FH/DS、 DS/TH、 DS/FH/TH等等。