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1、第二章第二章 调制解调调制解调2.1 概述1 1、无线通信系统框图：、无线通信系统框图：信信源源电电信信号号调调制制接接收收机机解解调调发发射射机机电电信信号号信信宿宿无线信道噪声和干扰消息模拟或数字信号1调制调制调制调制：把要传输的信号变换成适合信道传输的信：把要传输的信号变换成适合信道传输的信 号的过程。号的过程。调制信号调制信号调制信号调制信号：调制器的输入信号（调制前）。：调制器的输入信号（调制前）。已调信号已调信号已调信号已调信号：调制器的输出信号（调制后）。：调制器的输出信号（调制后）。（调幅、调频和调相信号）（调幅、调频和调相信号）模拟调制数字调制按调制信号形式划分调幅(AM)：
2、载波振幅调频(FM)：载波频率调相(PM)：载波相位随调制信号变化的调制方式2、调制的概念、调制的概念23 3、移动通信信道的基本特征：、移动通信信道的基本特征：4 4、对调制的要求：、对调制的要求：uu已调信号所占的带宽要窄：频谱主瓣窄已调信号所占的带宽要窄：频谱主瓣窄uu已调信号频谱副瓣的幅度要低，辐射到相邻频道已调信号频谱副瓣的幅度要低，辐射到相邻频道的功率就小。的功率就小。uu经调制解调后的输出信噪比经调制解调后的输出信噪比(S/N)(S/N)较大或误码率较较大或误码率较低。低。uu带宽有限带宽有限-提高频谱利用率。提高频谱利用率。频谱利用率频谱利用率：单位频带内所能传输的比特率：单位
3、频带内所能传输的比特率（b/s/Hzb/s/Hz）uu干扰和噪声影响大干扰和噪声影响大-提高抗干扰能力提高抗干扰能力uu存在多径衰落存在多径衰落-提高抗衰落能力提高抗衰落能力3调制的原理。已调信号的产生方法及其频谱特性。解调的原理和实现方法。解调后的信噪比或误码率性能。5、调制解调技术的主要内容：46、模拟移动通信的调制解调调频信号设载波信号为设载波信号为U Uc c：载波的振幅；：载波的振幅；c c：载波的角频率；：载波的角频率；：载波初始相位。载波初始相位。调频和调相信号可以写成如下形式：调频和调相信号可以写成如下形式：(t t)：载波的瞬时相位。：载波的瞬时相位。5 则调频信号的瞬时角频
4、率与输入信号的关系为：设调制信号为频率调制：瞬时角频率是调制信号的线性函数 （1）调频信号的形式kf为调制灵敏度。6若假设mf 称为调制指数调频信号的形式为则调频信号的形式为7 将式(2-7)展开成级数得Jk(mf)：k阶第一类贝塞尔函数。8（2）FM信号的频谱（mf=2)振幅振幅 Uc 2B=2(mf+1)Uc/2 J J1 1(m(mf f)J)J1 1(m(mf f)J J0 0(m(mf f)J2(mf)J2(mf)c c 9 若以90%能量所包括的谱线宽度作为调频信号的带宽，则可以证明调频信号的带宽为Fm=/2为调制信号频率，fm=mfFm为调制频偏。若以99%能量计算调频信号的带宽
5、为（3）FM信号的带宽10 积分器积分器调相器调相器um(t)uFM(t)f0间接调频um(t)电压振荡器电压振荡器VCCuFM(t)直接调频 uFM(t)调频器调频器微分器微分器um(t)f0间接调相（4）FM信号的调制框图11（5 5）调频信号的解调框图：）调频信号的解调框图：uFM(t)前置放大器前置放大器B=2(mf+1)Fm限幅器限幅器鉴频器鉴频器低通低通滤波器滤波器噪声n(t)解调器r(t)12Uc(t)经限幅器限幅后为一常数Uc,大信噪比情况下，即UcV(t)，有13表示对表示对u u2 2mm(t)(t)进行统计平均。进行统计平均。鉴频器的输出鉴频器的输出第一项为信号项，第二项
6、为噪声项。第一项为信号项，第二项为噪声项。经低通滤波后，信号的功率为经低通滤波后，信号的功率为 14噪声功率为从而得到输出信噪比为（6）调频信号的噪声功率和信噪比15输入信噪比为经解调后，信噪比的增益为16在小信噪比的情况下，即Uc1/Ts时，各子载波是两两正交的，即 153把N个并行支路的已调子载波信号相加，便得到OFDM实际发射的信号：在接收端，接收的信号同时进入N个并联支路，分别与N个子载波相乘和积分（相干解调）便可以恢复各并行支路的数据：154为了提高频谱的利用率，通常采用多进制的调制方式。一般地并行支路的输入的数据可以表示为d(n)=a(n)+jb(n)，其中a(n)、b(n)表示输
7、入的同相分量和正交分量的实序列，它们在每个支路上调制一对正交载波，输出的OFDM信号便为 式中A(t)为信号的复包络：155每个子信道的频谱在其它子载波频率上为零，这样子信道之间就不会发生干扰。当子信道的脉冲为矩形脉冲时，具有sinc函数形式的频谱可以准确满足这一要求，如N=4、N=32的OFDM功率谱如图3.42所示。156OFDM信号的带宽一般可以表示为 式中为子载波信道带宽的一半。采用M进制调制，N个并行支路传输的比特速率为 ，因此带宽效率为若子载波信道严格限带且，带宽效率等于 157在实际的应用中，子信道的带宽比这最小带宽稍大一些，即，这样为了提高频带利用率可以增加子载波的数目N和减小
8、。158 正交频分复用的DFT实现用DFT技术的OFDM系统如图。159可见所得到的A(m)是dn的IDFT,或者说直接对dn求离散傅氏反变换就得到A(t)的抽样A(m)。而A(m)经过低通滤波（D/A变换）后所得到的模拟信号对载波进行调制便得到所需的OFDM信号。在接收端则进行相反的过程，把解调得到的基带信号经过A/D变换后得到，在经过并串变换输出。复包络可以表为 若对A(t)以Ts/N速率抽样得到 1602.6.4 OFDM的应用采用OFDM有很多优点，例如：OFDM有比较高的带宽效率 系统因时延所产生的码间干扰不那么严重当信道在某个频率出现较大幅度衰减或较强的窄带干扰时，只是影响个别的子信道由于可以采用DFT实现OFDM信号，极大简化了系统的硬件结构 161此外，在实际的应用中，OFDM系统可以自动测试子载波的传输质量，据此及时调整子信道的发射功率和发射比特数，使每个子信道的传输速率达到最佳的状态。OFDM在有线信道或无线信道的高速数据传输得到广泛的应用，例如在数字用户环路上的ADSL,无线局域网的IEEE802.11a和HIPERLAN-2,数字广播，高清晰度电视等。OFDM存在发射信号的峰值功率和平均功率的比值（PAR）过大的问题和由于多谱勒频谱扩展破坏子载波正交的问题。162