1、無線通信工程無線通信工程姚彥教授姚彥教授清華大學微波與數字通信國家重點實驗室清華大學微波與數字通信國家重點實驗室20012001年年1111月月2424日日第五講第五講載波傳輸載波傳輸n引言引言n復包絡分析法復包絡分析法n多相移相鍵控多相移相鍵控n正交移幅鍵控正交移幅鍵控n連續相位移頻鍵控連續相位移頻鍵控n載波同步載波同步n時鐘同步時鐘同步引引 言言引言引言（1）n模擬調制和數字調制n以正弦波為載波的調制（無論是模擬調制還是數字調制）總是可以分成：調幅、調相、調頻三大類n數字信號的調幅、調相、調頻一般稱為：移幅鍵控、移相鍵控、移頻鍵控n數字信號的解調可以分成：相干解調和非相干解調二大類引言引言

2、（2）n數字信號調制數字信號調制 要關心的：l頻譜性能l包絡性能n數字信號解調數字信號解調 要關心的：l誤碼性能復包絡分析法復包絡分析法表示法表示法n載波鍵控信號可以表示為：n其中：稱為載波鍵控信號的復包絡。n多相移相鍵控n正交移幅鍵控n連續相位移頻鍵控tjetuts0)(Re)()()()()()(tjytxetatutjkjMjIStjeekTtgetatuk02)()()()(iyikxkTiTtgytykTtgxtxtjytxtu)()()()()()()(0其中：kkSkdtjkTtqIftAetu)(2)()()(其中：調制與解調過程調制與解調過程n調制過程調制過程 復數調制器n解

3、調過程解調過程 復數解調器相乘相乘合路coswtsinwtx(t)y(t)s (t)分路相乘相乘s (t)coswt-sinwtx(t)y(t)求功率譜密度求功率譜密度n載波鍵控信號的功率譜密度n載波鍵控信號的功率等于它的等效基帶信號功率的一半。 n窄帶噪聲信號的功率譜密度n若N0代表窄帶噪聲的單邊功率譜密度，則它也代表等效基帶噪聲中同相或者正交分量的雙邊功率譜密度。 )()(41)(00ffSffSfSuus)()()(0,0,ffSffSfSQnInn單邊通過帶通信道通過帶通信道n帶通信道H(f)的等效低通信道HB(f)：n時域響應：n載波鍵控信號通過一個帶通系統，等效為它的等效基帶信號通

4、過等效基帶系統。 )()()(0*0ffHffHfHBBtjBethth0)(Re2)(多相移相鍵控多相移相鍵控n絕對移相絕對移相n相對移相相對移相n相干解調相干解調n延時相干解調延時相干解調n非相干解調非相干解調n正交展開正交展開n其中：其中：n二相移相鍵控二相移相鍵控 M2，0=/2, Ik0,1 xk=(0,0) yk=(1,-1)n四相移相鍵控四相移相鍵控 M4，0=/4, Ik0,1,2,3 xk=(0.7,-0.7,-0.7,0.7) yk=(0.7,0.7,-0.7,-0.7)n八相移相鍵控八相移相鍵控 M8，0=/8, Ik0,1,2,3,4,5,6,7 xk=(0.9,0.4

5、,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4,0.4,0.9) yk=(0.4,0.9,0.9,0.4,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4)()()()2(sin)()2cos()()(002skkskkskkkskkjMjISkTtgyjkTtgxkTtgMIjkTtgMIeekTtgtuok)2sin()2cos(00MIyMIxkkkkn多相鍵控信號的矢量表示多相鍵控信號的矢量表示n功率譜密度功率譜密度20)(21)(ffGTfSss2002)()(sin2)(ssssTffTffTAfSn相位邏輯：自然碼相位邏輯：自然碼n相位邏輯：格雷碼相位邏輯：格雷碼n相位邏輯的矢量表示相位邏輯的矢

6、量表示n差分編碼差分編碼n為什么需要差分編碼？克服在接收端進行相干解調時存在的參考載波相位含糊度。n接收端的參考載波：n發送碼為 ，接收碼為n讓發送碼和輸入的信息碼存在關系：n接收端恢復信息碼：n就有：02MDDIIMkkkI1kMkkJIJ1kMkkJJIkkMkMkMMkkIJJDJDJI11n差分編碼差分編碼n二進制差分編碼：相對碼、絕對碼n四進制差分編碼：自然碼差分編譯碼、格雷碼差分編譯碼n差分運算會引入誤碼擴散正交移幅鍵控正交移幅鍵控矢量表示矢量表示n常用的正交移幅鍵控：常用的正交移幅鍵控：QPSK、16QAM、64QAM，.復包絡表示復包絡表示n復包絡表示法 u(t) = x(t)

7、 + j y(t)n其中x(t)和y(t)是多電平的基帶信號 QPSK：1 16QAM：1, 3 64QAM： 1, 3, 5, 7n二進制和多進制的轉換：電平邏輯n自然碼電平邏輯n格雷碼電平邏輯n功率譜密度QPSK：16QAM:64QAM:200)()(sin)(sssmsTffTffEfS200)()(sin95)(sssmsTffTffEfS200)()(sin73)(sssmsTffTffEfSn頻譜利用率 QPSK: 1b/s/Hz， 16QAM: 2b/s/Hz 64QAM: 3b/s/Hz接收判決過程接收判決過程n在解調判決過程中，分別對I，Q二路進行多電平判決，得到一系列判決變

8、量，然后對判決變量進行邏輯運算，得到原始信息。n比特差錯率計算公式QPSK16QAM64QAM021NEerfcPbe05283NEerfcPbe071247NEerfcPbe連續相位移頻鍵控連續相位移頻鍵控說說 明明n希望尋找一類調制方法，具有較好的頻譜利用率、功率利用率，同時又具有恒定包絡。n連續相位移頻鍵控能較好地滿足這些要求。n前二種調制方法存在的問題：l頻譜利用率和功率利用率的矛盾l頻譜利用率和恒定包絡的矛盾最小移頻鍵控（最小移頻鍵控（MSK）n滿足二個條件： 調制指數 h=0.5 在碼元交替點相位連續nMSK的相位變換軌跡的相位變換軌跡nMSK的的調制調制nMSK的的解調解調nMS

9、K的頻譜特性的頻譜特性 MSK的誤碼特性的誤碼特性和差分編碼的四相移相鍵控（DCQPSK）一樣。0NEerfcPbe 原理：有人證明，連續相位調制的頻譜旁瓣隨頻率的變化以 的規律下降，其中c為相位函數的導數保持連續的階數。對于MSK，c0，所以旁瓣隨頻率按 f-4 的規律下降。 相位函數的導數是頻率函數，令頻率函數為高斯函數，其無窮多階的導數都連續，因而具有十分良好的頻譜特性。)2(2cf高斯預濾波最小移頻鍵控（高斯預濾波最小移頻鍵控（GMSK）高斯預濾波最小移頻鍵控（高斯預濾波最小移頻鍵控（GMSK）（續）（續）n頻譜特性如左圖n誤碼特性比QPSK約惡化1dB。 載波同步載波同步載波同步的原理載波同步的原理n從插入載波的信號中實現載波同步n從抑制載波的信號中實現載波同步從抑制載波的信號中實現載波同步從抑制載波的信號中實現載波同步非線性處理線性過濾鍵控信號參考載波QPSK信號的載波同步：四次方環信號的載波同步：四次方環QPSK信號的載波同步：逆調制環信號的載波同步：逆調制環QPSK信號的載波同步：判決反饋環信號