通信工程师终端与业务多进制调制技术

终端与业务 责任编辑:xu_huan 2013-11-11

摘要:通信工程师终端与业务多进制调制技术:现代调制技术的进展,已经开始走出仅仅对相位或频率单一调制的方式,而通过同时改 变发射载波的包络和相位(或频率)来传输基带数字信号。

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1.2.3 多进制调制技术
现代调制技术的进展,已经开始走出仅仅对相位或频率单一调制的方式,而通过同时改 变发射载波的包络和相位(或频率)来传输基带数字信号。由于包络和相位的改变提供了两个自由度,这样的调制技术可以将基带信息数据映射到4种或更多参数改变的射频载波信号上 ,因此,这种调制技术称之为多进制调制,它与单独的相位调制或频率调制相比,有更高的信息数据传送能力。多进制调制技术特别适合于追求频带利用率的带宽受限的通信信道。
在多进制调制方式中,按载波被调制的是幅度、相位还是频率,分别称为多进制频率调制、多进制相位调制和多进制正交幅度调制。同时改变载波的幅度和相位的调制方法是目前移动通信调制技术研究的热门课题。
(1)多进制频率(MFSK)调制 MFSK调制信号为:

其中,对于某些固定的ncfc=nc/2Ts。M个传输信号具有相同的能量和时间长度,信号频率彼此间隔1/2TsHz,相互正交。MFSK信号可以用相干或非相干的方法检测。MFSK信号的 带宽效率随着M的增加而降低。如果它的M个信号都是正交的,互不干扰,功率效率随着M增加而增加。另外一个优点是MFSK信号可用非线性放大器进行放大,不会引起性能降低。
目前,采用正交频分复用(OFDM)方式作为提供高功率效率和高传输速率的多址接入技术,可以说是正交MFSK调制技术的演进,启发人们将公式(1)中的每一个频率都采用二进制数 据调制,这样就构成多路并行载波,每个载波都携带了用户的信息,因此,它可在一个信道 内传送大量用户的信息。
(2)多进制相位(MPSK)调制  MPSK调制是多进制相位调制,载波相位按信息数据比特,取M个可能相位值中的一个,即θi=2(i-1)π/M,i=1,2,…M。那MPSK一次调制可传送log2M比特的信息数据,调制信号为:

本正交信号。因此,调制信号的星座图是二维的,所有信号点均匀分布在以原点为中心, 为半径的圆周上。
MPSK信号功率谱密度可以用类似处理BPSK和QPSK调制的方法得到,矩形脉冲的MPSK信号功率谱密度为:

从上式(3)可知,在数据速率不变的情况下,MPSK信号的主瓣随着M的增加而减小,即带 宽效率随之增加。但M增加意味着星座图上的点更加紧密,功率效率因而降低。为此,如果 在移动通信系统中采用GMSK调制方式,需要使用导频或均衡,需要有比BPSK等一维调制信号 更高的解调处理能力。所以,在目前的移动系统中,MPSK调制方式并没有应用。
(3)多进制正交幅度调制(QAM)
在MPSK调制中,由于传输信号的幅度保持恒定,它的星座图是圆形的。随着M的增大 ,星座图上矢量端点之间的最小距离随之减小,会造成解调性能下降。如果我们充分利用整 个星座平面,将矢量端点合理分布,则有可能在不减少最小距离的情况下增加信号矢量的端 点数目,从而提高信息数据传输能力。基于上述概念可以同时改变载波的相位和幅度,获得 一种新的调制方法,称为QAM。
QAM调制方式与MPSK调制方式一样具有很高的频谱利用率,其功率谱和带宽效率也与MPSK调制方式相同,而功率效率优于MPSK。但是,QAM调制方式存在载波恢复和自动增益控制方面的问题,在无线通信系统中必须使用导频信号或均衡处理,因此现有的蜂窝移动通信系统 没有采用。随着无线IP通信业务的高速数据速率的传输需求,采用微蜂窝和微微蜂窝,使得 无线信道的传输特性发生了很大的变化,在发射机和接收机之间就容易建构很强的主径信号 分量,现在正被广泛研究。
应该看到,在瑞利衰落环境中,即使信噪比高,QAM传输也会因为无线信道的深衰落而造成解调产生突发错误。为此,可以采用功率控制技术,根据信道情况改变传输信号功率,使得传输过程中的星座图上矢量端点改变尽量小,改善解调性能,称为可变功率QAM调制方式。但是,增加发射功率会增加同信道干扰,造成系统容量下降。对此,提出了根据信道情 况改变调制的电平数量,即信道条件好时,增加星座图上矢量端点数,而在衰落时,减少星 座图上矢量端点数,使得系统的误码性能保持稳定,发射功率也基本恒定的自适应QAM调制 方式及可变速率QAM调制方式。这意味着在快衰落时,为保持 BER近似不变,而减小数据速 率;在慢衰落时,增加数据速率。在平坦衰落信道中,自适应调制可以达到高的系统通信流量。可变速率、可变功率的QAM方式与非自适应调制方式相比,可以有20dB的功率增益。

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