跳频通信系统培训_PPT_ 调制.

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1、 跳频通信系统中的调制技术 跳频通信系统中的关键技术 西安电子科技大学西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室综合业务网理论及关键技术国家重点实验室孙锦华孙锦华调制的概念调制是通信原理中一个十分重要的概念，是一种信号处理技术。无论在模拟通信、数字通信还是数据通信中都扮演着重要角色。 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调制的概念 比如，我们要把一件货物运到几千千米外的地方，我们必须使用运载工具，或汽车、或火车、或飞机。在这里，货物相当于调制信号，运载工具相当于载波；把货物装到运载工具上相当于调制，从

2、运载工具上卸下货物就是解调。这个例子虽然不十分贴切，但基本上类似于调制原理。为什么需要调制n频率变换 在无线通信中，需要传送的由语言、音乐转换来的属于低频的电信号，其频率范围从几十赫到数千赫，不能直接从天线辐射出去；必须借助于高频振荡，由它将低频信号“携带”到空间去，这就是所谓的“调制”方式。 电磁波的频率越高，向外辐射能量的本领就越大当天线尺寸与信号波长相比拟时，天线辐射效率最高 为什么需要调制频率分配 为了使各个无线电台发出的信号互不干扰，给每个电台都分配了不同的频率。利用调制技术把各种话音、音乐、图像等基带信号调制到不同的载频上，可以使接收者选择所需的电台信号。为什么需要调制多路复用每一

3、种物理信道的频率特性一般都远大于所传的基带信号带宽直接传输多路话音信号又会造成相互干扰，致使接收端无法分清各路信号 必须用调制技术使得多路信号在同一个信道中同时传输必须用调制技术使得多路信号在同一个信道中同时传输 为什么需要调制改善系统性能 FM（调频）抗干扰能力优于AM（调幅） 扩展频谱调制2log1SCBN调制的概念调制调制：把要传输的信号变换成适合信道传输的信号的过程。（按调制信号的变换规律去改变载波的某些参数）解调解调：在接收端通过解调器把带通信号还原成基带信号的过程。调制信号调制信号/基带信号基带信号：调制器的输入信号（调制前）已调信号已调信号：调制器的输出信号（调制后）载波载波:

4、正弦信号、脉冲串或一组数字信号调制的分类按调制信号的种类分为 模拟调制模拟调制调制信号为模拟信号，比如正弦型信号。 数字调制数字调制调制信号为数字信号，比如二进制序列。按调制参数的种类分为 幅度调制幅度调制载波的幅值随调制信号的变化而变化。 频率调制频率调制载波的频率随调制信号的变化而变化。 相位调制相位调制载波的相位随调制信号的变化而变化。对调制的要求移动通信信道的基本特征移动通信信道的基本特征带宽有限-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（b/s/Hz） 干扰和噪声影响大-提高抗干扰能力存在多径衰落-提高抗衰落能力对调制的要求：对调制的要求：已调信号所占的带宽

5、要窄：频谱主瓣窄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。经调制解调后的输出信噪比(S/N)较大或误码率较低。信号抗干扰、抗衰落能力强。调制方式研究的主要内容n调制的原理和已调信号的产生方法。n已调信号的频谱特性。n解调的原理和实现方法。n解调后的信噪比或误码率性能。模拟调制幅度调制最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。 幅度调制幅度调制：调幅(AM)、双边带(DSB)、单边带(SSB)和残留边带(VSB)调制载波振幅随调制信号变化调幅波的调制过程模拟调制角度调制角度调制是使正弦载波信号的角度随着基带调制信号的幅度变化而改变；角度变化的多少/快慢：调相

6、/调频；载波的幅度保持不变（恒包络）。调频调频(FM)：载波频率调相(PM)：载波相位随调制信号变化的调制方式像被压缩得不像被压缩得不均匀的弹簧均匀的弹簧模拟调制角度调制在模拟蜂窝移动通信中，调频是更为普遍应用的角度调制，这是因为FM不管信号的幅度如何，抗干扰能力都很强;调频也有自己的缺点（调频波比调幅波频带宽，频带利用率低，门限效应），所以在现在的移动通信技术中，我们更多地采用了数字调制方式来改善信号的传播。传统的短波、超短波模拟跳频电台中也广泛采用了AM、FM、SSB等模拟调制方式。数字调制现代移动通信系统都使用数字调制技术；数字调制就是用数字信号调制载波的不同参量(模拟调制就是用模拟信号

7、调制载波)。数字信号的优点： 处理速度的提高（适合机器处理）； 灵活性高，能适应各种业务要求； 抗干扰性能得到加强，无噪声积累； 容易加密，保密性强； 设备便于集成化、微型化影响选择数字调制方式的因素影响选择数字调制方式的因素功率效率高带宽效率高抗多径和衰落能力强容易实现、价格低廉调制方案性能的衡量调制方案性能的衡量 功率效率（功率效率（Power efficiency） 在保证一定错误概率的前提下接收端所要求的在保证一定错误概率的前提下接收端所要求的每比特信号能量每比特信号能量E Eb b与噪声功率谱密度与噪声功率谱密度N N0 0的比值。的比值。 0/PbEN调制方式Pe=10-5时所需信

8、噪比2ASK15.6dB2PSK9.6dB2FSK12.6dB调制方案性能的衡量调制方案性能的衡量带宽效率（带宽效率（Bandwidth efficiency） 描述了调制方式在一有限带宽内提供数据传输的能力。 一般，数据速率，占用带宽/(/ /)BR Bbit s Hzmax2/log (1)BSC BN带宽效率的理论上限带宽效率的理论上限在一个任意小的错误概率下，最大的带宽效率受限于信在一个任意小的错误概率下，最大的带宽效率受限于信道内的噪声道内的噪声调制方案性能的衡量调制方案性能的衡量在数字系统设计中，需要在功率效率功率效率和带宽效率带宽效率之间进行折衷折衷 加差错控制编码，（B ），B

9、， P 多进制调制，（ R ），B ， P 调制方案性能的衡量调制方案性能的衡量带宽为200KHz，SNR分别为10dB、30dB的信道的理论最大数据速率为多少？ 解：SNR=10dB10 B200KHz CBlog2(1+S/N)=200000log2(1+10)=691.886kbps GSM系统数据速率270.833kbps，是10dB条件下理论 值的40。 SNR=30dB1000 CBlog2(1+S/N)=200000log2(1+1000)=1.99Mbps 三种常用的数字调制技术模拟调制：对载波信号的参量进行连续调制数字调制：用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息数字调制载

10、波数字调制载波 S(t) = A cos ( t+ ) S(t)的参量包括的参量包括： 幅度幅度A、频率频率 、相位相位 数字调制就是数字调制就是要使这三个参量随要使这三个参量随数字数字基带信号的变化而变化基带信号的变化而变化三种常用的数字调制技术n幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)n频移键控FSK(Frequency Shift Keying)n相移键控PSK(Phase Shift Keying) 2ASK二进制幅移键控是指高频载波的幅度受调制信号的控制，而频率和相位保持不变。用二进制数字信号“1”和“0”控制载波的通和断，所以又称通断键控OOK（OnOff K

11、eying）。 这里，Ts为调制信号间隔，g(t)为单极性矩形脉冲信号的时间波形， an为二进制数字信息( )()nsns ta g tnT1,0,na出现概率为P 出现概率为1-P 2ASK由2ASK的定义可以得到其时域表达式 可见，2ASK信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦形载波相乘。2( )( )cos() cosASKcnscnsts tw ta g tnTw t2ASK信号的功率谱0fPB( f )0 fcfcfc fsfc fsfc fsfc fsfPASK( f )(a)(b) fsfs 2ASK信号的功率谱包含连续谱和离散谱，其中连续谱是数字基带信号s(t)经过线性