第七章电子课件

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1、第七章现代数字调制技术7.1引言7.2改进型四相相移键控7.3恒包络连续相位频移健控7.4正交幅度调制7.5正交频分复用多载波调制7.1引言在第6章中已经讨论了几种基本数字调制技术的调制和解调原理。随着数字通信的迅速发展，各种数字调制方式也在不断地改进和发展，现代通信系统中出现了很多性能良好的数字调制技术。本章我们主要介绍目前实际通信系统中常使用的几种现代数字调制技术。首先介绍几种恒包络调制，包括偏移四相相移键控（OQPSK）、π/4四相相移键控（π/4-QPSK）、最小频移键控（MSK）和高斯型最小频移键控（GMSK）；然后介绍正交幅度调制（Q

2、AM），它是一种不恒定包络调制。在介绍了这几种单载波调制后，再引入多载波调制，着重介绍其中的正交频分复用（OFDM）。7.2.1偏移四相相移键控（OQPSK）在数字调制中，假设QPSK信号的每个码元的包络为矩形方波，则高频信号也具有恒包络特性，但这时已调信号的频谱将为无穷大，而实际上信道带宽总是有限的，为了对QPSK信号的带宽进行限制，先将基带双极性矩形不归零脉冲序列先经过基带成形滤波器进行限带，然后再进行QPSK调制。问题是：通过带限处理后的QPSK信号将不再是恒包络了。而且当码组，或时，会产生的载波相位跳变，这种相位跳变会引起带限处理后的QP

3、SK信号包络起伏,甚至出现包络为0的现象。这种现象必须避免，这是因为当通过非线性器件后，包络起伏很大的限带QPSK信号的功率谱旁瓣增生，导致频谱扩散，增加对相邻信道的干扰。为了消除的相位跳变，在QPSK的基础上提出了OQPSK。QPSK信号是利用正交调制方法产生的，其原理是先对输入数据作串/并变换，即将二进制数据每两比特分成一组，得到四种组合：（1，1）、（-1，1）、（-1，-1）和（1，-1），每组的前一比特为同相分量，后一比特为正交分量。然后利用同相分量和正交分量分别对两个正交的载波进行2PSK调制，最后将调制结果叠加，得到QPSK信号。可

4、知QPSK信号的相位有四种可能的取值，QPSK相位关系如图（a）所示。随着输入数据的不同，QPSK信号的相位会在这四种相位上跳变，如图（a）中的箭头所示。当发生对角过渡，即产生的相移时，经过带通滤波器之后所形成的包络起伏必然达到最大。为了减小包络起伏，这里做一改进，在对QPSK做正交调制时，将正交分量Q(t)的基带信号相对于同向分量I(t)的基带信号延迟半个码元间隔（一个比特间隔）。这种方法称为偏移四相相移键控。（a）QPSK信号的相位关系（b）OQPSK信号的相位关系图QPSK和OQPSK信号的相位关系如图（b）所示。经带通滤波器后，0QPSK

5、信号中包络的最大值与最小值之比约为，不再出现比值无限大的现象。也就是说，滤波后的QPSK信号和OQPSK信号有本质区别。由于OQPSK信号也可以看作是由同相支路和正交支路的2PSK信号的叠加，所以OQPSK信号的功率谱与QPSK信号的功率谱形状相同。如果采用相干解调方式，理论上OQPSK信号的误码性能与相干解调的QPSK相同。但是，频带受限的OQPSK信号包络起伏比频带受限的QPSK信号小，经限幅放大后频谱展宽的少，所以OQPSK的性能优于QPSK。在实际中，OQPSK比QPSK应用更广泛。7.2.2π/4四相相移键控与OQPSK只有四个相位点不

6、同，-QPSK信号已调信号的相位被均匀地分配为相距的八个相位点，如图（a）所示。八个相位点被分为两组，分别用“●”和“○”表示，如图（b）和（c）所示。如果能够使已调信号的相位在两组之间交替跳变，则相位跳变值就只能有和，从而避免了QPSK信号相位突变的现象。而且相邻码元间至少有的相位变化，从而使接收机容易进行时钟恢复和同步。由于最大相移比QPSK的最大相移小，所以称为移位QPSK，简称为-QPSK。图π/4-QPSK信号的星座图如果采用相干解调,π/4-QPSK信号的抗噪声性能和QPSK信号的相同。但是，带限后的π/4-QPSK信号保持恒包络的性

7、能比带限后的QPSK好，但不如OQPSK，这是因为三者最大相位变化OQPSK最小,π/4-QPSK其次，QPSK最大。需要指出的是，-QPSK的优势还在于它可以采用差分检测，这是因为-QPSK信号内的信息完全包含在载波的两个相邻码元之间的相位差中。差分检测是一种非相干解调，这大大简化了接收机的设计。而且，通过研究还发现，在存在多径和衰落时,-QPSK的性能优于OQPSK，所以，-QPSK日益得到重视，现在北美和日本的数字蜂窝移动通信系统中已采用-QPSK调制方式。7.3.3最小频移键控（MSK）OQPSK和-QPSK虽然避免了QPSK信号相位突变

8、180度的现象，改善了包络起伏，但是并没有从根本上解决包络起伏问题。究其原因，包络起伏是由相位的非连续变化引起的。因此，我们自然会想到使