• 通信原理第八章复习笔记


    通信原理第七版  樊昌信 曹丽娜

    手写笔记参考小红书:香草味冰淇淋~

    第八章  新型数字带通调制技术

    一、三种新型调制方式QAM、MSK、GMSK

    1. 正交振幅调制(QAM)

    —— 一种把ASK和PSK结合起来的调制方式,即振幅和相位联合键控的数字调制技术;

    QAM频谱利用率高,抗噪声性能优于MPSK;

    此时最小距离代表噪声容限的大小;

    噪声容限越大,抗噪声性能就越强;d1>d2,表明16QAM比16PSK的噪声容限大,抗噪声能力强;

    M=64、256时,QAM信号的星座图:

    QAM星座图除方型结构外,还有星型或其他结构;

    (1)星座结构:
    • 不仅影响到已调信号的功率谱特性;
    • 而且影响已调信号的解调及其性能;
    (2)设计准则:
    • 若信号功率相同,选择信号点间距离最大的结构;
    • 若最小距离相同,选择平均功率最小的星座结构;
    • 振幅环个数:应少,有利于实现自动增益控制;
    • 相位的个数:应少,有利于实现载波相位跟踪;

    在多径衰落信道中,信号振幅和相位取值越多,收到的影响越大,因而星型比方型更具有吸引力;

    但方型星座的QAM信号的产生与接收更容易实现;

    (3)16QAM信号的产生:

    正交调幅法:用两路正交的4ASK信号叠加,即可形成16QAM信号;

    复合相移法:用两路独立的QPSK信号叠加,即可形成16QAM信号;

    大圆上的四个红点表示第一个QPSK信号适量的位置,在这4个位置上可以叠加第二个QPSK矢量,后者的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示;

    (4)16QAM信号的解调(正交相干解调):

      由于16QAM信号的16个信号点在水平轴和垂直轴上投影的电平数均有4个(+3、+1、-1、-3),对应低通滤波器输出的4电平基带信号,因而4电平判决器应有3个判决电平:+2、0、-2。
      4电平判决器对4电平基带信号进行判决和检测,再经4-2电平转换和并/串变换器最终输出二进制数据。

    (5)MQAM信号的谱零点带宽 B_{MQAM}=2R_{B}=\frac{2R_{b}}{log_{2}M}

    在实际中,往往需要对2-L电平转换后的L电平基带信号进行脉冲成形滤波,以抑制已调信号的带外辐射。
    脉冲成形滤波器通常是滚降系数为α的升余弦滤波器。这时,MQAM信号的带宽:B=(1+\alpha )R_{B}=\frac{(1+\alpha )R_{b}}{log_{2}M}

    频带利用率:\eta _{b}=\frac{log_{2}M}{(1+\alpha )}

    2. 最小频移键控(MSK)

    ——又称快速频移键控(2FSK的改进型)

    MSK就是一种包络恒定、相位连续、频差最小、并且占用带宽最小的二进制正交的2FSK信号;

    MSK特点

    • 信号的包络恒定;
    • 在码元转换时刻,信号的相位连续;
    • 信号的频偏等于 \frac{1}{4TB} 、最小频率间隔 \frac{1}{2TB} 、调频指数0.5;
    • 在严格码元周期内,附加相位线性变化为+\frac{\pi }{2} ;
    • 每个码元周期内含有1/4载波周期的整数倍,且两种码元包含的正弦波数相差1/2个周期,功率谱衰减快。
    (1)MSK信号的功率谱

    它与OQPSK和QPSK相比,MSK信号功率谱密度更为集中,即旁瓣衰减更快,对邻道干扰小,适用于移动通信;

    (2) MSK信号的频率间隔

    MSK信号的第k个码元可以表示为:

    • 当输入码元为“1”时,a_{k}=+1,故码元频率为 f_{1}=f_{c}+\frac{1}{4T_{B}} 
    • 当输入码元为“0”时,a_{k}=-1,故码元频率为 f_{1}=f_{c}-\frac{1}{4T_{B}} 
    • 最小频差:\Delta f=f_{1}-f_{0}=\frac{1}{2T_{B}}
    • 调频指数:h=\frac{\Delta f}{1/T_{B}}=0.5
    (3)MSK信号的产生方法

    (4)MSK信号的解调方法:

    和2FSK一样,可以采用相干或非相干解调,鉴频器解调法等;

    3. 高斯最小频移键控(GMSK)

    在MSK调制之前,用一个高斯型低通滤波器对矩形的输入基带信号进行预处理,这种体制称为GMSK;

    (1)GMSK信号的功率谱密度

    • 优点:BTb越小,功率谱的衰降越快;
    • 缺点:输出脉冲宽度越大,ISI越严重;

    (2)在第二代移动通信(MSK)系统中,采用BTb=0.3的GMSK调制;

    • 当 BT_{b}  为无穷时,GMSK就是MSK;

    • 在GSM蜂窝网中采用GMSK,其 BT_{b} 为0.3

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