幅度調(diào)制與相位調(diào)制.doc

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1、幅度/相位調(diào)制過去幾十年隨著數(shù)字信號處理技術(shù)與硬件水平的發(fā)展,數(shù)字收發(fā)器性價比已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬收發(fā)器,如成本更低,速度更快,效率更高。更重要的是數(shù)字調(diào)制比模擬調(diào)制有更多優(yōu)點,如高頻譜效率,強(qiáng)糾錯能力,抗信道失真以及更好的保密性。正是因為這些原因,目前使用的無線通信系統(tǒng)都是數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制和解調(diào)的目的就是將信息以比特形式(0/1)通過信道從發(fā)送機(jī)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)。數(shù)字調(diào)制方式主要分為兩類:1)幅度/相位調(diào)制和2)頻率調(diào)制。兩類調(diào)制方式分別又成為線性調(diào)制和非線性調(diào)制,在優(yōu)劣勢上也各有不同,因此,調(diào)制方式的選擇最終還需要取決于多方面的最佳權(quán)衡。本文

2、就對幅度/相位調(diào)制加以討論,全文整體思路如下:1信號空間分析在路徑損耗與陰影衰落中已提出發(fā)送信號與接收信號的模型以復(fù)信號的實部來表示,而在本文中為了便于分析各調(diào)制解調(diào)技術(shù),我們必須引入信號的幾何表示。數(shù)字調(diào)制將信號比特映射為幾種可能的發(fā)送信號之一,因此,接收機(jī)需要對各個可能的發(fā)送信號做比較,從而找出最接近的作為檢測結(jié)果。為此我們需要一個度量來反映信號間的距離,即將信號投影到一組基函數(shù)上,將信號波形與向量一一對應(yīng),這樣就可以利用向量空間中的距離概念來比較信號間的距離。1.1信號的幾何表示向量空間中各向量可由其基向量表示,而在無線通信中,我們

3、也可把信號用其相應(yīng)的基函數(shù)來表示。本文我們討論的幅度/相位調(diào)制的基函數(shù)就是由正弦和余弦函數(shù)組成的:(1)(2)其中g(shù)(t)是為了保證正交性,即保證(3)(4)則信號可表示為6(5)則向量si=[si1,si2]T便構(gòu)成了信號si(t)的信號星座點,所有的星座點構(gòu)成信號星座圖,我們把信號si(t)用其星座點si表示的方法就叫做信號的幾何表示。而兩個星座點si和sk之間的距離就是采用向量中長度的定義,這里不再贅述。2幅度/相位調(diào)制相位/幅度調(diào)制主要分為3種:1)脈沖幅度調(diào)制(MPAM):只有幅度攜帶信息;2)相移鍵控(PSK):只有相位攜帶信

4、息;3)正交幅度調(diào)制(MQAM):幅度和相位都攜帶信息;幅度/相位調(diào)制的基本原理就是將信息調(diào)制到幅度α(t)和相位θ(t)中。則已調(diào)信號可表示為(6)其中φ0是載波初相,fc是載波頻率。將式(6)改寫為同相分量和正交分量的形式(7)其中是s(t)的同相分量,是s(t)的正交分量。因為接收機(jī)通常是分別對同相和正交分量進(jìn)行基帶處理的,所以這種表示更加方便。幅度/相位調(diào)制的調(diào)制器如圖1所示,基函數(shù)的相位φ0是由發(fā)送振蕩器產(chǎn)生的,因此接收機(jī)必須設(shè)有一個載波相位恢復(fù)電路,使接收機(jī)相位與發(fā)送端相位一致,否則接收端會出現(xiàn)多余的正交和同相分量,將導(dǎo)致性能

5、嚴(yán)重下降。同時接收端信號的采樣必須與發(fā)送碼元時間同步,否則會導(dǎo)致嚴(yán)重的錯誤。因此,定時采樣和載波的相位恢復(fù)是接收機(jī)中比較復(fù)雜的一部分,在實際情況中有相當(dāng)大的難度。6圖1幅度/相位調(diào)制器接下來我們假設(shè)載波都是同步的,接收機(jī)信號采樣也與發(fā)送碼元時間同步的條件下,對MPAM、MPSK、MQAM進(jìn)行分析。2.1脈沖幅度調(diào)制(MPAM)一維的MPAM是最簡單的線性調(diào)制,因為它沒有正交分量,其表達(dá)式為,(8)其中Ai=(2i-1-M)d,i=1,2,…,M。星座圖由d決定,d一般由信號能量決定。星座圖上的最小距離是dmin=mini,j

6、Ai-Aj

7、

8、=2d。因為是M進(jìn)制,發(fā)送端信號幅度有M個可能值,在每個符號間隔時間內(nèi),一個碼元攜帶了K=log2M比特的信息。MPAM的星座映射通常采用格雷碼映射,即相鄰星座點只有一比特的區(qū)別,所以在接收端判決信號時,即使出錯也只在K比特中錯一比特,MPAM的格雷碼映射如圖2所示,它們分別表示M=4與M=8時MPAM星座圖的格雷碼映射。圖2MPAM的星座映射多門限設(shè)備因為MPAM只有一個基函數(shù),所以在接收端只需對同相分量進(jìn)行處理即可。解調(diào)器如圖3所示。6圖3MPAM相干解調(diào)器其中多門限設(shè)備就是將r映射到判決域Zi并輸出相應(yīng)的比特序列。2.2相移鍵控(M

9、PSK)MPSK是通過相位攜帶信息的,所以發(fā)送信號可表示為(9)從式(9)中可得星座點(si1,si2),θi=2π(i-1)/M是攜帶信息的星座點相位。MPSK的星座映射同樣是采用格雷碼映射,M=4與M=8時的星座圖如圖4所示。圖4MPSK的星座映射這里我們以最簡單的MPSK為例,即BPSK。由于M=2,則星座點相位θi只能為0或π。所以BPSK也只有一個基函數(shù)。如圖5所示為BPSK的相干解調(diào)器,圖中門限開關(guān)將r映射到相應(yīng)的判決域,輸出相應(yīng)的比特序列。6圖5BPSK相干解調(diào)器2.3正交幅度調(diào)制(MQAM)MQAM可通過幅度和相位同時攜帶

10、信息,所以在相同能量時,MQAM比MPAM和MPSK能攜帶更多的信息,因此具有更高的頻譜效率。MQAM的發(fā)送信號可表示為(10)MQAM的星座圖與前兩種調(diào)制方式的星座圖不一樣,MQAM的星座點

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