第二章 线性调制原理 无线通信调制和 与编码(石明卫)

无线通信调制与编码next 本课程主要内容 《 返回 〈 〈 上页 下页〉 〉 第一章 调制和编码介绍 第二章 线性调制原理 第三章 非线性系统调制 第四章 调制解调器设计 第五章 前向纠错编码原理 第六章 循环分组码 第 第7 章卷积码 第八章 编码调制策九章 在多径信道上的调制与编码 第十章 正交频分复用（OFDM ） 第十一 Turbo 码 《 返回 〈 〈 上页 下页〉 〉 第二章 线性调制原理 § §2.1 调制原理和分析工具 § §2.2 线性和指数调制 § §2.3 数字传输基础 § §2.4 基本线性调制方案 § §2.5 多电平调制方案 § §2.6 系统应用 《 返回 〈 〈 上页 下页〉 〉 § §2.0 引言● ● 线性和非线性调制的区别 ● ● 分析和图示工具★ ★ 已调信号的复基带表示★ ★ 星座图★ 通信信号的脉冲叠加模型● ●基本概念★ ★ 奈奎斯特滤波器★ 匹配滤波器● 线性调制BPSK QPSK MPSK QAM频带高效§ §2.1.1 复基带表示 1. 基本概念任何已调信号（实际上任何带通信号）均可表示为复指数信号（表示载波）和复基带信号的乘积 ★ ★ 基带信号包含了已调信号中除载波外的所有重要信息 ★ 给出了已调信号的简洁表示 2. BPSK ● ● 调制相位 '0', '1', 0    ● 已调信号波形 ● 已调信号建模为载波和基带信号的乘积 基带信号给出了已调信号大多数的重要信息 ● 基于模型的实现★ ★ BPSK 模型 不能产生除0 、 外的其它相位，用 于一般已调信号的表示还需进行推广  3. I/Q 调制器 ★ 可用于产生任意给定相位和幅度的信号                               cos cos2= cos sinp c q cp c q cat b t t b t tb t t b t t         ★ 在此，BPSK 中单个基带信号被一对信号 （分别称作同相和正交基带信号）所取代，已调信号为 ★ 这一对基带信号可表示为一个复数信号         p qbt bt jbt  从而有                                                                             Re Re cos sin= Re cos sinsin cos= cos sincj tc cp c q cp c q cp c q ca t b t e b t t j tb t t b t tj b t t b t tb t t b t t                                        cos= cos cos sin sin= Reccc cj tat At t tAt t t At t tbt e          ★ 数学证明 § §2.1.2 星座图 1. 基本概念         p qbt bt jbt  ★ ★ 复基带信号阿干特图（两垂直轴一为实数轴一为虚数轴信号 ★ 表示幅度和相位可能状态的点构成    qb t    pb t对于曲线 2. BPSK 及QPSK 的星座图 ★ 等效于极坐标幅度A ：到原点的距离相位 ：与正实轴夹角 § §2.1.3 已调信号的频谱 1. 已调信号频谱与复基带信号频谱的关系● ● 一般描述频谱搬移关系：上边带 下边带★ ★ 实基带信号： 频谱对称上下边带镜像对称★ 复基带信号 频谱并不一定镜像对称上下边带也并非一定镜像对称● 数学表述                1Re2c c cj t j t j tat bte bte bte        －＋                                             1 21= 21= 21= 2c cc cc cj t j t j tj t j tj t j tc cA b t e b t e e dtb t e dt b t e dtb t e dt b t e dtB B                                               － －＋＋＋ ★ 复基带信号包含了已调信号所有重要的信息。

★ ★ 已调信号的频谱，仅为基带谱简单搬移到载波处的结果 2. 已调信号功率与复基带信号功率间的关系                      222222 21 21 = 21 = 21 = 21 = + 2c ccp qS A d B B dB dB dB f dfb b                                       2 2 1= + 2 4＋c c c cB B BB d            § §2.1.4 噪声的复基带表示 1. AWGN● ● 平坦功率谱密度单边功率谱密度● 高斯概率密度函数   222 21exp2 2为噪声的标准差，其方差为＝ ＝nnp nn P        0N2. 带限高斯白噪声 ● ● 带限 平坦功率谱密度单边功率谱密度0N● 可视为载波幅度和相位受随机调制 ● 表示式              coscos sincp c q cnt At t tnt t nt t       ● 若 服从高斯分布★ ★和必独立也为高斯分布，且方差相同    pn t    qn t★ ★ 幅度服从瑞利分布    22 2exp2A ApA     n     2 2 2 = p q nnt nt P   ★ ★ 相位服从均匀分布   10< 22p    ★ ★、特性    pn t    qn t单边功率谱密度 2 0N0N带宽 2W§ §2.1.5 脉冲叠加模型 1. 复基带信号模型数据加权的时移脉冲叠加表示第 i 个符号的值，一般为复数       iibt dgt iT idBPSK 取 1 QPSK     1 2 j      g t 脉冲成型函数，一般为实函数通常的形状▲ 时长为一个符号周期的矩形脉冲图2 －13▲ ▲ 对其进行低通滤波后的波形（可能导致相邻符号波形间的交叠）图2 －14 ★ 该模型适用范围很宽，但并非对所有信号均适用     g t2. 复基带信号的频谱                             22= dd ggddB F b t b t dF kF k G                    、dd ggk    分别表示数据和信号波形的自相 关函数 ★ ★ 通常，相继符号是不相关的，基带谱完全由脉冲成型函数的谱决定 ★ ★ 在通过线路编码后，由数据和脉冲共同决定 § §2.2 线性和指数调制 1. 线性调制适用于脉冲叠加模型的调制★ 已调信号和符号值间为线性关系★ ★ 通过适当选择 可能的取值，线性调制可产生所希望的任何幅度和相位组合，从而      iibt dgt iT           Recj tat bt e id任何幅度键控、相位键控以及两者任意的组 合均为线性调制 2. 指数调制● 定义FSK 包含对相 位变化率的调制，即复基带信号的相位, 而幅度恒定（不失一般性，令其为1 ）, 从而           Recj tat bt e   i dt d t   ＝   i djd tb t e  ★ 已调信号和符号值间为指数关系 1id                ccReReReRecos1=cos1c dd cd cc dj tj t j tj t j tj td id iee ea te eet dt d                                          2FSK ● 例                             cos sin= cossini djd ti d i dp qp i d q i dbt e d t j d tb t jb tb t d t b t d t      ● 指数调制的复基带信号 2FSK 1id       cossinp d q dbt tbt t    ★ 已调信号的幅度恒定不变，线性调制可 能是变化的 § §2.3 数字传输基础 奈奎斯特滤波器 匹配滤波器独立应用于基带信号联合应用于无线系统 2.3.1 奈奎斯特滤波器1. 基本概念通信信号必须位于限定的带宽之内，这意味着复基带信号的带宽也是受限的限制信号带宽会引起信号在时域的扩展● ● 例 例 经三阶勃脱瓦兹滤波，截止频率 12cfT 引起 ISI ★ 时域扩展是限制信号带宽的必然结果无线通信调制与编码无线通信调制与编码。

扩频通信从香农公式中还可以推论出：在信道带宽c不变的情况下，带宽b和信噪比s/n是可以互换的，也就是说，从理论上完全有可能在恶劣环境(噪声和干扰导致极低的信噪比)时，采用提高信号带宽(b)的方法来维持或提高通信的性能,甚至于可以使信号的功率低于噪声基底。换句话说，当信号的传输速率c一定时，信号带宽w和信噪比s/n是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进1步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。换句话说，当信号的传输速率c一定时，信号带宽w和信噪比s/n是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。

由基站发送“1”、“0”序列，如果反射信号的达到时间刚好滞后直射信号一个比特的时间，那么接收机将在从直射信号中检出“0”的同时，还从反射信号中检出“1”，于是导致符号“1”对符号“0”的干扰。阿法洛比特无线上网卡是alfarabbit无线上网卡的中文名称，该无线网卡是美国制造的最新一代无线上网卡，具有超强的cmcc（“china mobile communications corporation” cmcc代表“中国移动通信集团公司”）、chinanet信号，该网卡主板由富士康公司生产，具有上网速度快，信号强度大，性价比高，功率大等特点。阿法洛比特无线上网卡是alfarabbit无线上网卡的中文名称，该无线网卡是美国制造的最新一代无线上网卡，具有超强的cmcc（“chinamobilecommunicationscorporation”cmcc代表“中国移动通信集团公司”）、chinanet信号，该网卡主板由富士康公司生产，具有上网速度快，信号强度大，性价比高，功率大等特点。

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