《数字调制系统》课件

数字调制系统数字通信技术基础信息转换与传输的关键技术现代无线通信的核心调制与解调基础调制原理解调原理数字调制特点将信息转变为适合信道的信号从接收信号中提取原始信息离散状态表示低频信号映射到高频载波信号恢复与判决更强抗干扰能力数字调制系统基本组成信源编码数据压缩与格式化信道编码添加冗余提高可靠性数字调制载波参数变化信号发射功率放大与天线匹配数字调制的主要类型幅度调制载波幅度变化相位调制载波相位变化频率调制载波频率变化复合调制多参数同时变化调制信号参数符号速率每秒发送符号数单位波特Baud比特率每秒传输比特数单位bps带宽信号占用频率范围单位Hz信噪比有用信号与噪声功率比单位dB基本波形表示归一化波形数学表达式功率谱特性矩形脉冲函数形式st=A·rectt/T sinc升余弦含滚降因子带宽受控制αα高斯脉冲时域频域均为高斯频域衰减快二进制调制方式总览2FSK两种频率表示0/1抗干扰性好2ASK载波有无表示0/1实现简单2PSK相位°表示0/1800/1误码率低进制调制概述M低阶调制进制，抗干扰强2/4中阶调制2进制，折中方案8/16高阶调制进制，高速率64/256二进制幅度键控原理2ASK基本表达式st=A·mt·cosωt调制映射数字载波出现1数字载波消失0波形显示包络反映信息序列信号分析调制深度影响性能的实现及性能2ASK性能分析调制器误码率较高乘法器与开关电路电路简单1234解调方法应用场景包络检测或相干解调近距离通信系统RFID二进制频移键控原理2FSK数学表达1±st=Acos[2πfcΔft]调制映射不同频率表示0/1频谱特性双边带占用频带的应用与优势2FSK抗噪声能力比更强噪声抵抗力ASK非相干检测不需要相位同步应用领域低成本无线通信寻呼系统实现难度适中复杂度稳定性好二进制相移键控2PSK/BPSK原理相位调制基础映射波形特征BPSK改变载波相位传递信息°相位比特突变点表示信息切换01°相位比特1800主要优势优秀抗噪声性能信号的形成BPSK星座图调制电路波形观察两点位于实轴平衡调制器相位跳变于比特边界解调与判决BPSK载波同步相干解调锁相环提取载波本地载波与接收信号乘积阈值判决低通滤波判断正负恢复数据提取基带信号进制幅度键控基础M MASK多个振幅电平表示多比特组合每符号传输₂比特log M抗噪性能随增大而下降M进制频移键控特点M MFSK₂M logM M-1频率数量每符号比特数最小频间隔调制级数传输效率正交条件下抗噪声能力随增大而提高M但带宽利用率降低应用于卫星通信等抗干扰场景进制相移键控介绍M MPSK四进制相移键控原理QPSK星座图结构1四个相位点°°°°45,135,225,315双比特映射2每符号传输比特2表示3I/Q正交分量表示误码性能4与相当BPSK的优点与实现QPSK格雷码映射调制频谱效率I/Q相邻符号只差一位正交载波是的两倍BPSK与调制8PSK16PSK特点特点性能对比8PSK16PSK每符号比特每符号比特阶数越高抗噪越差34相位间隔°相位间隔°对相位噪声越敏感

4522.5中等频谱效率高频谱效率实现复杂度增加正交幅度调制简介QAM调制机理同时调制幅度与相位1符号映射平面的点阵排布I/Q性能特性高频谱效率的性能与实现QAM实现结构正交调制I/Q星座设计方形或圆形星座排布性能权衡阶数增加频谱效率提高→阶数增加抗噪性能下降→应用领域有线无线宽带通信/数字电视广播、等高阶16QAM64QAM QAM调制阶数每符号比特数最低信噪比要求位符号约16QAM4/15dB位符号约64QAM6/22dB位符号约256QAM8/28dB位符号约1024QAM10/35dB连续相位调制CPM基本特征功率谱特性相位连续变化旁瓣衰减快无相位跳变频谱较窄12优势特点实现形式43恒包络MSK高功放效率GMSK高斯最小频移键控GMSK基本原理前加高斯滤波MSK平滑相位轨迹参数BT带宽时间积典型值

0.3应用GSM欧洲移动标准2G配置BT=

0.3主要优势频谱紧凑恒包络调制调制指标与系统带宽调制抗干扰能力比较FSK非相干检测抗噪性好适合衰落信道2PSK相干检测抗噪性优对相位噪声敏感3DPSK介于和之间FSK PSK无需载波同步4QAM高阶时抗噪性降低对信道畸变敏感信噪比与误码率性能误码率是调制系统关键指标随信噪比提高而下降高阶调制需要更高信噪比信道下调制性能AWGN路径失真与信号衰落多径传播信号经不同路径到达雷利衰落无视距链路随机衰落莱斯衰落有视距成分存在衰落会严重影响误码率性能需要采用相应抗衰落技术调制系统同步原理载波同步锁定频率与相位位同步确定位时刻帧同步识别帧边界网络同步多终端时间对齐调制系统中的编码技术信道编码1增加冗余抵抗噪声交织技术分散突发误码纠错码检测并修正错误联合编码调制4编码与调制一体化设计差分相移键控DPSK基本原理1相位差编码信息接收结构2延迟一符号相乘主要优势3无需载波同步实现简单应用场景4相位噪声严重环境移动通信系统正交频分复用简介OFDM基本原理多载波并行传输子载波间正交关键技术实现FFT/IFFT循环前缀主要优势抗多径干扰高频谱效率应用领域移动通信4G/5G数字广播Wi-Fi/频谱利用率提升方法脉冲整形高阶调制编码调制星座优化控制带宽扩展增加符号承载比特数优化码元集选择非均匀星座点分布调制系统的非理想因素相位噪声功率放大非线性载波相位不稳定星座畸变星座点旋转抖动频谱扩展12时钟抖动不平衡I/Q43采样时刻不稳定幅度相位不对称/眼图闭合星座点偏移自适应调制技术信道估计测量当前信道质量参数选择根据信道状态选择调制阶数反馈控制动态调整传输参数性能优化兼顾速率与可靠性调制信号产生硬件实现传统硬件实现实现软件无线电FPGA SDR专用芯片可编程逻辑阵列通用处理器射频前端ASIC+固定功能设计灵活配置软件定义功能体积小功耗低快速原型验证高度可配置性常见调制系统仿真仿真流程星座图分析眼图评估信号生成信道建模接收处理噪声与畸变影响抖动和符号间干扰→→数字调制与调制解调器调制解调器集成多种调制技术自适应调制解调能力专用芯片高度集成化调制技术在移动通信中的应用世代主要调制技术数据速率2GGSM GMSK

9.6-

14.4kbps3GWCDMA QPSK/16QAM384kbps-2Mbps4GLTE QPSK/16QAM/6100Mbps-1Gbps4QAM5GNR QPSK-256QAM1-20Gbps调制技术在卫星通信中的应用链路挑战调制选择纠错技术大距离传播为主强纠错码QPSK/8PSK功率限制大功率应用低码率设计BPSK新技术趋势DVB-S2X自适应调制编码调制系统在广播电视中的应用数字电视标准调制技术欧洲标准多载波调制DVB-T/T2COFDM北美标准单载波调制ATSC8VSB内容处理发展趋势视频压缩超高清晰度H.264/H.265UHDTV音频压缩融合互联网络传输AAC/AC-3调制系统在物联网窄带通信中的应用/NB-IoT LoRa调制扩频啁啾调制QPSK/BPSK2蜂窝物联网标准超长距离覆盖蓝牙低功耗Sigfox调制超窄带调制GFSK BPSK近距离物联网应用超低功耗设计最新调制前沿进展智能调制深度学习优化设计多天线MIMO空间维度调制技术非正交多址3超越正交设计计算智能驱动调制系统设计毫米波与太赫兹通信调制全维度联合优化常见实验与工程案例软件无线电实验硬件实现案例测量与验证通用平台多制式调制从仿真到实际电路调制质量评估方法习题与自测30%40%基础概念分析计算原理与定义参数估算与性能分析30%设计应用系统设计与优化掌握核心概念与计算方法能够分析实际工程问题理论与实践相结合数字调制系统未来发展趋势超高阶调制及以上1024QAM接近香农极限毫米波调制高频段新型调制宽带高速通信量子通信调制量子态编码超高安全性认知调制智能感知环境自动优化参数总结与课程展望核心知识体系1数字调制基础理论各类调制技术特点工程应用能力2系统分析设计方法实际问题求解技巧提升路径3深入通信系统理论实际工程项目实践行业前景4通信技术持续创新新一代系统研发机会。