现代移动通信中的调制技术研究(2)

3.4 交错正交相移键控（OQPSK） ....................................... 27

3.4.1 OQPSK基本原理 ............................................. 27 3.4.2 OQPSK的调制原理 ........................................... 27 3.4.3 OQPSK的解调原理 ........................................... 28 3.5 正交频分复用（OFDM） ............................................ 28

3.5.1 OFDM概述 .................................................. 28 3.5.2 OFDM的基本原理 ............................................ 29 3.5.3 OFDM的实现 ................................................ 30 3．6 正交幅度调制（QAM） ............................................ 31

3.6.1 QAM表示式 ................................................. 31 3.6.2 MQAM的信号的矢量表示 ...................................... 32 3.6.3 QAM的星座图 ............................................... 32 3.6.4 星座图的选择参数 .......................................... 33 3.6.5 矩形星座MQAM信号的产生 ................................... 34 3.6.6 16QAM的调制信号调制原理 ................................... 34 3.7 数字调制技术的应用 ............................................... 35 第4章 数字调制系统的仿真和结果分析 ...................................... 37

4.1 数字调制系统的仿真分析 .......................................... 37 4.2 MSK信号仿真 .................................................... 37

4.2.1 MSK信号仿真思路 ........................................... 37 4.2.2 MSK信号的仿真结果分析 ..................................... 40 4.3 QPSK信号仿真 ................................................... 40

4.3.1 QPSK信号的仿真思路 ........................................ 40 4.3.2 QPSK信号仿真结果分析 ...................................... 42 4.4 QAM信号仿真 .................................................... 42

4.4.1 16QAM的仿真思路 ........................................... 42 4.4.2 16QAM仿真结果分析 ......................................... 43

结 论 ..................................................................... 45 参考文献 .................................................................. 46 致 谢 .................................................................... 47 附录 ...................................................................... 48

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第1章 绪论

1.1 移动通信技术概述

移动通信技术是在20世纪80年代开始发展起来的，移动通信技术的发展速度远远超过固定网络技术，普及范围相当广泛。ITU预计2010年全球移动蜂窝用户数量将达到50亿，人们对移动通信的需求推动了移动通信技术的快速发展，至今，移动通信已经历了20世纪80年代的第一代模拟技术（1G）和90年代的第二代窄带数字技术（2G）这两个发展阶段。近些年来，随着无线通信宽带化技术的突破，移动通信正在向以CDMA为基础，以宽带化通信为特征的第三代3G技术发展，伴随着第三代移动通信技术（3G）逐步实施，移动通信未来的发展及演进问题成了研究热点，因此第四代移动通信技术（4G）被提出。移动通信经历了1G和2G，完成了从模拟技术向数字技术的过渡，现正在向3G过渡和走向更远的4G，把移动通信从窄带推向宽。

1.2 调制技术

1.2.1 调制技术的概念

在移动通信中，信源产生的原始信号绝大部分需要经过调制，变换为适合于在信道内传输的信号，才能在线路中传输。把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形，这一变换过程成为调制。通常把原始信号称为调制信号，也称基带信号；被调制的高频周期性脉冲起运载原始信号的作用，因此称载波。调制技术其实也就是实现了信源与信道的频带匹配。

调制技术主要有一下3个方面的功能。

1.频率变换：为了采用无线传送方式，如将（0.3MHz～3.4kHz）有效带宽内的信号调制到高频段上去。

2.实现信道复用：例如将多路型号互不干扰地安排在同一物理信道中传输。

3.提高抗干扰性：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相制约，通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如FM替代AM。

1.2.2 调制技术的分类 调制器模型如图1-1所示。

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图1-1调制系统模型

图1-1中，是源信号通常用于调制载波的幅度、频率、相位，也称调制信号；是载波信号；是已调信号，可能是调幅信号，也可能是调频信号等。

调制技术自从产生到现在为止，经历了很多代的变化，新型调制技术层出不穷。调制技术的分类方法有很多种，一般来讲，可以从以下几个角度对调制技术进行分类，如表1-1所列。

表1-1调制技术的分类

模拟调制，特点：是连续信号 按信号的不同分 数字调制，特点：是数字信号 连续波调制，特点：连续，如 按载波信号不同分 脉冲调制，特点：为脉冲，如周期矩形脉冲序列 幅度调制，特点：用改变的幅度，如AM、DSB、SSB、VSB 按调制器功能的功能分 频率调制，特点：用改变的频率，如FM 相位调制，特点：用改变的相位，如PM 线性调制，特点：调制前后的频谱呈现线性搬移关系 按调制器传输函数来分 非线性调制,特点：无上述关系，且调制后产生许多新成份 1.3 数字调制的意义

现代移动通信系统都使用数字调制技术。现有的通信系统都在由模拟方式向数字方式过渡，数字通信具有很多模拟通信不可比拟的优势，数字通信技术采用数字技术进行加密和差错控制，便于集成。因此这里我们重点讨论数字调制技术。

数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。根据控制的载波参量的不同，数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外，由于数字通信具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入综合业务数字网（ISDN网），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过渡的趋势。因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。通过对调制系统的仿真，我们可以更加直观的了解

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数字调制系统的性能及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。

1.4 MATLAB在通信系统仿真中的应用

MATLAB是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程的计算与可视化。其编程功能简单,并且很容易扩展和有创造新的命令与函数。应用可方便地解决复杂数值计算问题。具有强大的Simulink动态仿真环境,可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。Simulink支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持多种采样速率的多速率系统;Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比,更直观、方便和灵活。用户可以在和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信仿真的通信工具包(Communication toolbox,也叫Commlib,通信工具箱)是语言中的一个科学性工具包,提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能,可以在环境下独立使用,也可以配合Simulink使用。另外，MATLAB的图形界面功能GUI（Graphical User Interface）能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。因此，在通信系统仿真中得到了广泛应用，本文也选用该工具对数字调制系统进行仿。

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第2章 基本数字调制系统的原理

数字调制的目的是使所传送的信息能够很好地适应于信道特性，以达到最有效、最可靠的传播。在移动通信中，由于颠簸传输的条件极其恶劣，是接收信号幅度发生很大的变化，衰减幅度达到最小。因此，在移动通信中必须采用抗干扰能力强的调制方式。调频制在抗干扰和抗衰落性能上优于调幅制，但调频制也存在着固有的缺点，需要占用较大的带宽，同时还存在着门限效应。当然要同时实现这些最佳的特性是不可能的，因为每种特性都有其局限性，且互相之间会有矛盾。例如，要获得较高的带宽效率，可选用多电平调制，但它要求线性放大，因此会使功率效率降低，而且已调波的包络变化大。如果采用恒包络调制，因要求非线性放大，所以它具有高的功率效率，但又会引起较大的带外辐射。因此，只能折中考虑上述要求。

总之，采用调制技术的最终目的，就是使调制以后的调制信号对于干扰有较强的抵抗作用，同时对相邻的信道信号干扰较小，解调方便且易于集成。数字调制可以分为二进制调制和多进制调制，多进制调制是二进制调制的推广。近年来随着移动通信的快速发展，调制技术也随之快速发展，基础的调制技术已不能满足现代移动通信的要求，因此在原有调制技术的基础之上发展而来的调制技术有MSK、GMSK、QPSK、OQPSK、OFDM等。下面介绍二进制调制方式以及新型的调制方式。

2.1 二进制数字调制的原理

2.1.1 二进制幅度键控（2ASK）

振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。

2ASK信号功率谱密度的特点如下：

（1）由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；

（2）已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。 2.1.2 二进制频移键控（2FSK）

频移键控是利用两个不同频率f1和f2的振荡源来代表信号1和0，用数字信号的1和0去控制两个独立的振荡源交替输出。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为B=2xF+2Fb,xF是二进制基

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