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调制、解调 | 无线通信基础知识_无线通信系统 调制解调
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调制：按调制信号的变化规律去控制高频载波中某个参数，将基带信号转换为适合在信道中传输的已调信号
模拟调制
调幅
| 调制方式 | 解调方式 | 带宽 | 抗噪 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|---|
| 常规AM调制 | 相干解调 and 包络解调 | 2B | <1 | AM功率约为DSB的 1 3 \frac{1}{3} 31，但是其可用于包络检波，应用广泛 | |
| 双边带DSB调制 | 相干解调 | 2B | 2 | ||
| 单边带SSB调制 | 相干解调 | B | 1 | 提高频带利用率，频带利用率是DSB的两倍 | |
| 残留边带VSB调制 | (0.2-0.3)B~2B | 容易实现 | 传输带宽介于SSB DSB之间，传输效率低于SSB |
调频(FM)
S
F
M
(
t
)
=
A
c
o
s
[
ω
c
t
+
K
f
∫
−
∞
t
m
(
τ
)
d
τ
]
S_{FM}(t)=Acos[\omega_ct+K_f\int_{-\infty}^tm(\tau)d\tau]
SFM(t)=Acos[ωct+Kf∫−∞tm(τ)dτ]
K
f
K_f
Kf为频偏常数，代表灵敏度，单位是
r
a
d
/
(
s
∗
v
)
rad/(s*v)
rad/(s∗v)
调相(PM)
S
P
M
(
t
)
=
A
c
o
s
[
ω
c
t
+
K
p
m
(
t
)
]
S_{PM}(t)=Acos[\omega_ct+K_pm(t)]
SPM(t)=Acos[ωct+Kpm(t)]
note:
- 输入相同信号功率、噪声功率谱密度以及相同的调制信号带宽，DSB和SSB在解调器输出端的信噪比相同，因此两者抗噪性能想让，但DSB传输带宽是SSB的两倍
- 包络检波会引起门限效应：小信噪比时，解调输出信号无法与噪声分开，有用信号“淹没”在噪声之中，这时候输出信噪比不是按比例随输入信噪比下降，而是急剧恶化。AM、FM会产生
- 相干解调不存在门限效应，只存在与包络检波中。因为相干解调在解调各种线性调制时，信号与噪声分开解调，于是存在单频信号项
数字调制
基带信号：
s
(
t
)
=
∑
n
a
n
g
(
t
−
n
T
s
)
,
a
n
∈
0
/
1
s(t)=\sum_n{a_n}g(t-nT_s),a_n\in0/1
s(t)=∑nang(t−nTs),an∈0/1
调制信号：
e
(
t
)
=
s
(
t
)
c
o
s
(
ω
c
t
)
e(t)=s(t)cos(\omega_ct)
e(t)=s(t)cos(ωct)
设
r
=
α
2
2
σ
n
2
r=\frac{\alpha^2}{2\sigma_n^2}
r=2σn2α2,
r
≥
1
r\geq1
r≥1
| 数字调制 | 调制方式 | 第一零点带宽 | 频带利用率 | 相干解调误码率 | 非相干解调误码率 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ASK/OOK | 相干解调和包络检波 | ASK抗噪能力差，应用少 | 2 f s f_s fs | 1 2 \frac{1}{2} 21 | P e = 1 2 e r f c ( r 4 ) P_e=\frac{1}{2}erfc(\sqrt{\frac{r}{4}}) Pe=21erfc(4r ) | P e = 1 2 e − r 4 P_e=\frac{1}{2}e^{-\frac{r}{4}} Pe=21e−4r |
| FSK | 相干解调和非相干解调 | 频带利用率低于ASK | ∣ f 1 − f 2 ∣ + 2 f s \lvert f_1-f_2 \rvert+2f_s ∣f1−f2∣+2fs | λ = f s ∣ f 1 − f 2 ∣ + 2 f s \lambda=\frac{f_s}{\lvert f_1-f_2 \rvert+2f_s} λ=∣f1−f2∣+2fsfs | P e = 1 2 e r f c ( r 2 ) P_e=\frac{1}{2}erfc(\sqrt{\frac{r}{2}}) Pe=21erfc(2r ) | P e = 1 2 e − r 2 P_e=\frac{1}{2}e^{-\frac{r}{2}} Pe=21e−2r |
| PSK | 相干解调 | 2PSK与2ASK带宽完全相同 | 2 f s f_s fs | P e = 1 2 e r f c ( τ ) P_e=\frac{1}{2}erfc(\sqrt{\tau}) Pe=21erfc(τ ) | ||
| DPSK | 相干解调和非相干解调 | 解决PSK中的“倒 π \pi π现象”（ π \pi π相位模糊），2PSK与2DPSK频谱完全相同 | 2 f s f_s fs | P e = 1 2 [ 1 − ( e r f c ( τ ) ) 2 ] P_e=\frac{1}{2}[1-({erfc(\sqrt{\tau})})^2] Pe=21[1−(erfc(τ ))2] | P e = 1 2 e − τ P_e=\frac{1}{2}e^{-\tau} Pe=21e−τ |
脉冲编码调制 PCM
压缩量化编码一体
量化后的数字信号 -> 二进制码组
常用的二进制码组：自然二进制码、折叠二进制码、格雷码、
PCM编码：13折线，折叠
八位码组：
C
1
C
2
C
3
C
4
C
5
C
6
C
7
C
8
C_1C_2C_3C_4C_5C_6C_7C_8
C1C2C3C4C5C6C7C8
C
1
C_1
C1：表示极性“±”；
C
1
C
2
C
3
C_1C_2C_3
C1C2C3：(段落码)非均匀码，13折现一个象限8段；
C
4
C
5
C
6
C
7
C
8
C_4C_5C_6C_7C_8
C4C5C6C7C8：段内码（均匀），16个量化级
13折线的正负方向各有8段，每段内均匀分为16个量化级共计2 x 8 x16 =256= 2 8 2^8 28个量化级，需要编码位数N=8
最小分辨率：
1
128
\frac{1}{128}
1281x
1
16
\frac{1}{16}
161=
1
2048
\frac{1}{2048}
20481
最大分辨率：
1
2
\frac{1}{2}
21x
1
16
\frac{1}{16}
161=
1
32
\frac{1}{32}
321
增量调制 Δ M \Delta M ΔM
- 比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM调制
- Δ M \Delta M ΔM抗误码性能好，工作误比特率范围 1 0 − 2 ∼ 1 0 − 3 10^{-2}\sim10^{-3} 10−2∼10−3的信道,PCM工作误比特率范围 1 0 − 4 ∼ 1 0 − 6 10^{-4}\sim10^{-6} 10−4∼10−6
- Δ M \Delta M ΔM编译码器比PCM简单
