第6章 蜂窝移动通信用调制

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1、第6章蜂窝移动通信用调制、解调技术6.1概述6.2模拟调频（FM）和数字频率调制（FSK）6.3数字相位调制6.4最小移频键控（MSK）调制6.5高斯滤波最小移频键控（GMSK）调制6.6数字信号调制系统的误码率性能6.7正交振幅调制（QAM）习题6.1概述6.1.1蜂窝移动通信系统对数字调制技术的要求蜂窝移动通信系统对数字调制技术有以下几方面的要求。(1)数字调制的目的在于使传输的数字信号与信道特性相匹配。不同类型的信道特性，将使用不同的调制技术。(2)移动通信要求采用恒定包络数字调制技术。(3)应尽量避免AM/PM

2、(幅-相转换)效应。(4)要求调制方式具有最小的功率谱占用率，即已调波具有快速高频滚降的频谱特性，或者说已调波除主瓣以外，只有很小的旁瓣，甚至几乎没有旁瓣。具体地讲，数字调制技术应满足如下特性要求：①为了在衰落条件下获得所要求的误码率(BER)，需要好的载噪比(C/N)和载干比(C/I)性能。②所用的调制技术必须在规定频带约束内提供高的传输效率(以(b/s)Hz-1为单位)。③应使用高效率的功率放大器，而带外辐射又必须降低到所需要求(-60～-70dB)。④恒定包络。⑤低的载波与同道干扰(CCI)的功率比。⑥必须满足快

3、速的比特再同步要求。⑦成本低，易于实现。6.1.2数字调制技术分类数字调制技术可按以下几方面进行分类。(1)按基带数字信号对载波的振幅、频率和相位不同参数所进行的调制，可分为ASK、FSK和PSK。也有同时改变载波振幅和相位的调制技术，如正交调幅(QAM)。(2)目前，数字蜂窝通信系统调制技术，主要有两大类：第一类是连续相位调制技术，其射频已调波信号具有恒定包络的特性，即恒定包络调制技术。第二类是线性调制技术。(3)相位路径或相位轨迹。载波相位变化值是一个随时间变化的函数，记作Φ(t)。通常把相位路径分为两大类，即连续

4、相位路径和非连续相位路径。数字调制的分类见图6-1所示。图6-1数字调制的分类6.1.3数字调制信号所需的传输带宽数字调制信号所需的传输带宽可表示为式中rb为语音编码比特率，η为调制制式的传输效率(以(b/s)Hz-1为单位)。设频道间隔为ΔF，收、发信机的频率偏差(即频率稳定度)为Δf，则频道间隔需满足(6-1)由式(6-1)可见，在频道间隔受限的条件下，要实现移动通信中的数字语音传输，应该：①降低语音编码的比特率；②提高振荡器的稳定度和准确度；③提高调制技术的传输效率。6.1.4有关QPSK调制技术的说明四相移相键

5、控(QPSK)是一种误码性能优良、信号频谱主瓣也很窄的调制技术，它的缺点是频谱的旁瓣较大，不能满足移动通信的要求。为了减少旁瓣对邻道的干扰，可以设想用滤波器将旁瓣滤除，但这又必然导致信号包络发生起伏。发信机中的功率放大器通常都是非线性的，滤除了旁瓣的包络起伏的信号经过非线性放大之后，它的频谱又将被扩散开来，生成新的旁瓣，这就是AM/PM效应。解决上述问题的途径有二：一是减少已调信号在码元转换时刻的相位跳变量。二是提高功率放大器的线性动态范围。6.2模拟调频(FM)和数字频率调制(FSK)6.2.1模拟调频(FM)1.调

6、频信号的产生设载波信号为u(t)=Uccos(ωct+θ0)调频和调相信号可写成一般形式u(t)=Uccos［ωct+φ(t)］设调制信号为um(t)，则调频信号的瞬时角频率与输入信号的关系为因而调频信号的形式为式中，mf为调制指数。(6-2)(6-3)2.FM信号的频谱将式(6-2)展开成级数得uFM(t)=Uc{J0(mf)sinωct+J1(mf)sin［(ωc+Ω)t］-J1(mf)sin［(ωc-Ω)t］+J2(mf)sin［(ωc+2Ω)t］-J2(mf)sin［(ωc-2Ω)t］+…}(6-4)式中，Jk

7、(mf)为k阶第一类贝塞尔函数图6–2FM信号的频谱(m=2)3.FM信号的带宽若以90％能量所包括的谱线宽度(以载频为中心)作为调频信号的带宽，则可以证明调频信号的带宽为B=2(mf+1)Fm=2(Δfm+Fm)(6-5)若以99％能量计算，则调频信号的带宽为(6-6)4.FM信号解调和解调增益FM信号的产生可以用压控振荡器(VCO)直接调频，也可以将调制信号积分后送入调相器进行“间接调频”。FM信号解调可采用鉴频器或锁相环鉴频。在接收端，输入的高斯白噪声(其双边功率谱密度为N0／2)和信号一起通过带宽B=2(mf+

8、1)Fm的前置放大器，经限幅后送入到鉴频器，再经低通滤波后得到所需的信号。在限幅器前，信号加噪声可表示为r(t)=uFM(t)+n(t)=Uccos［ωct+φ(t)］+xc(t)cos(ωct)-yc(t)sin(ωct)=Uccos［ωct+φ(t)］+V(t)cos［ωct+θ(t)］=U′ccosΨ(t)(6-7)式中，U