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第五讲：数字调制 解调技术主讲人：李玉柏 ybli@http://

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第一节：软件无线电中数字调制 通用算法

在当代通信中，通信信号的种类繁多，如果按 照常规的方法，产生一种信号就要一种硬件电 路，那么，要使一个通信机产生多种信号，其 电路就会极其复杂，体积、重量都会很大。 软件无线电中，各种调制信号是以一个通用的 数字信号处理平台为支撑，利用各种软件来产 生的。 这就是正交调制算法

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软件无线电中的调制通用算法

从理论上来说，各种信号都可以用正交调制的方 法来实现，其表达式：

s(t ) I (t ) cos( C t ) Q(t ) sin( C t )

调制信号的信息都应该包括在 I(t) 和 Q(t) 内。另 外，由于各种调制信号都在数字域实现的，因此， 在数字域上实现时要对上式进行数字化。

s (n) I (n) cos(

n C

S

) Q(n) sin(

n C

S

)

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2)典型数字信号的调制算法

振幅键控信号(2ASK):一个二进制的振幅键控 信号可以表示为一个单极性脉冲和一个正弦信号 相乘。

s(t ) an cos( C t )

2FSK是符号0对应载波频率为ω1,符号1对应载波 频率为ω 2的以调波形。

s(t ) an g (t nT ) cos( 1t ) an g (t nT ) cos( 2t )n n _

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2FSK的IQ正交调制表达式

二进制频移键控信号(2FSK)的表达式：s(t ) an g (t nT ) cos( 1t ) an g (t nT ) cos( 2t )n n _

请给出该调制的正交分量 I (t ) 、 Q(t ) 的表达式;_ s(t ) an g (t nT ) cos( ct t ) an g (t nT ) cos( 2t t) 2 2 n n

g (t nT ) cos( t 2) cos( ct )n n

2 an g (t nT )sin( t 2)sin( ct )

I (t ) g (t nT ) cos( t 2) Q(t ) 2 an g (t nT )sin( t 2)n n

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典型数字信号的调制算法

二进制相移键控信号(2PSK) :2PSK方式是键 控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的数 字调制方式。 s(t ) n g (t nT ) cos( C t )

(βn取值为±1;αn发0时取1,发1时取-1)

n

四进制数字相位调制(QPSK) s(t ) g (t nT ) cos( C t n )

(n) 是受信息控制的相位参数，它有四种可能的取值。对QPSK而言： I (t ) g (t nT ) cos( n ) Q(t ) g (t nT )sin( n )n n

n

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典型数字信号的调制算法

最小频移键控(MSK):就是调制指数最小 (h=0.5)的连续相位的FSK。

s(t ) cos( C t akn

2T

t n )

式中T为码元宽度，an为±1, n 是第n个码元的 起始相位：

n 1 n n n

an an 1时； an an 1时；

只要把数据进行适当的编码，同样可以用调频的 方法实现MSK信号的调制。

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典型

数字信号的调制算法

GMSK调制信号

GMSK调制就是把输入数据经过高斯低通滤波器 进行预调制滤波后，再进行MSK调制信号的数字 调制方式。

语音x(n) x(n) y ( n) g ( n) t k x ( n )这种信号具有恒复包络，功率谱集中，频谱较窄 等特点。(前面已述)

高斯滤波

调频MSK

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第二节、软件无线电数字通用解调算法1)信号解调通用模型

从理论上说，正交解调法可以对所有的样式进行 解调。在软件无线电中选取数字正交解调法。LPFcos( C n )X I (n)

s ( n)

NCO

sin( C n )LPF

解 调 算 法

解调输出

X Q (n)

数字正交解调的通用模型

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信号解调通用模型

尽管调制的样式多种多样，但实质上不外乎用调 制信号去控制载波的某一个或者几个参数。因此， 一般的已调信号都可以表示成：

s(n) A(n) cos[ C n (n)]的形式。通过对上式的分解，我们可以得到：

s(n) A(n) cos( C n) cos[ (n)] A(n) sin( C n) sin[ (n)] 令： X (n) A(n) cos[ (n)] I X Q (n) A(n) sin[ (n)]

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信号解调通用模型

则 s(n) 可以表示成：

s(n) X I (n) cos[ (n)] X Q (n) sin[ (n)]

显然，XI(n) 为同相分量，XQ (n) 为正交分量。 因此，解调的关键是求出 XI (n) 与 XQ (n),因为 信号信息都包含在里面了。 载频同步 载波相位同步 码流频率同步 I/Q提取机带信号

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信号解调通用模型

知道了XI (n)与 XQ (n),我们可以对各式各样的 信号进行解调。总的说来，信号的调制方式包含 在一下三大类中： 1)AM类 A(n) [ X I (n)]2 [ X Q (n)]2 2) PM类 (n) arctg[X Q ( n) X I ( n) X Q ( n) X Q (n 1) 3)FM类 f (n) arctg[ ] arctg[ ] X I ( n) X I (n 1) ]

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信号解调通用模型

在调相类与调频类的解调中，对 (n)的计算时要进 行除法与反正切运算，这对非专用的数字处理器来 说是比较复杂的。因此，我们不得不寻求其他的简 便方法来解决这个问题。

f ( n) ' ( n) X I (n) X 'Q (n) X 'I (n) X Q (n) 2 2 X I ( n) X Q ( n) X I (n) X 'Q (n) X 'I (n) X Q (n) X I (n)[ X Q (n) X Q (n 1)] X Q (n)[ X I (n) X I (n 1)] X I (n 1) X Q (n) X Q (n 1) X I (n)

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2)解调算法的载频失配问题

通用正交解调算法是建立在相关接收的基础上。 接收机本地产生同频同相的本振信号： sin( C n ) , cos( C n )

如果本地产生的本振信号存在频率和相位偏差， 称为失配，将影响接收性能。X I (n) A(n) cos[ (n) n ] X Q (n) A(n)sin[ (n) n ]

对于调幅信号具有抗失配能力

A(n) [ X I (n)]2 [ X Q (n)]2

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解

调算法的载频失配问题

对于调频信号，正交解调得到： X Q ( n) X Q (n 1) f (n) arctg arctg X ( n ) X ( n 1) I I [k m(n) n ] [k m(n 1) (n 1) ] km(n)

可见当载波失配和差相是常量时，解调输出只不过 增加了一个直流分量 ,减去该分量，就可以得 到解调信号。 有一定的抗失配能力！但性能下降！

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解调算法的载频失配问题

对于调相信号，如BPSK/QPSK/MSK等，正交解 调要得到相位： X Q ( n) (n) arctg (n) n (n) X I ( n)

显然调相信号没有抗失配能力，因此本地信号必须 实现同频同相： 工程上采用载波同步技术来实现！!