毕业设计说明书(论文)
设计(论文) 题目:现代移动通信中调制技术的研究
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指导教师
二〇一三年五月九日
gnhfhr 职业技术学院毕业设计（论文）任务书
目 录
摘 要 ........................................................................................................................... 1
第1章 绪 论 ........................................................................................................... 2
第2章 调制的基本信息 ........................................................................................... 3
2.1调制的基本概念 ............................................................................................. 3
2.2调制方式应该遵循的原则 ............................................................................. 3
第3章 模拟调制技术 ............................................................................................... 4
第4章 线性数字调制技术 ....................................................................................... 5
4.1 几种基本数字调制系统 .............................................................................. 5
4.1.1 二进制幅度键控（2ASK ） ............................................................. 5
4.1.2 二进制频移键控（2FSK ） .............................................................. 6
4.1.3 二进制相移键控（2PSK ） .............................................................. 6
4.1.4 二进制差分相移键控（2DPSK ） ................................................... 6
4.2 多进制数字调制 .......................................................................................... 7
4.3 二进制数字调制方式的性能比较 .............................................................. 7
第5章 广泛应用在现代移动通信中新型数字调制系统原理 ................................. 8
5.1 最小频移键控（MSK ） . ............................................................................. 8
5.1.1 MSK 信号的产生 . ............................................................................. 8
5.1.2 MSK 信号的解调 . ............................................................................. 8
5.2 高斯滤波最小频移键控（GMSK ） . .......................................................... 8
5.2.1 GMSK 信号的产生 . .......................................................................... 9
5.2.2 GMSK 解调原理 . ............................................................................ 10
5.3 四相相移键控（QPSK ） .......................................................................... 10
5.3.1 QPSK 的基本原理 .......................................................................... 11
5.3.2 QPSK 的调制原理 .......................................................................... 11
5.3.3 QPSK 解调原理 .............................................................................. 12
5.4 交错正交相移键控（OQPSK ） ............................................................... 12
5.4.1 OQPSK 基本原理 ........................................................................... 12
5.4.2 OQPSK 的调制原理 ....................................................................... 13
5.4.3 OQPSK 的解调原理 ....................................................................... 13
5.5 正交频分复用（OFDM ） . ........................................................................ 14
5.5.1 OFDM 概述 . .................................................................................... 14
5.5.2 OFDM 的基本原理 . ........................................................................ 14
5.6 正交幅度调制（QAM ） ........................................................................... 15
5.7 数字调制技术的应用 ................................................................................ 15
总 结 ......................................................................................................................... 17 致 谢 ......................................................................................... 错误！未定义书签。
参考文献 ..................................................................................................................... 19
四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)
摘 要
调制技术是任何频带通信中最重要的一项技术。现代移动通信系统都使用数字调制技术，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。本文首先研究了几种基本的数字调制方式和广泛应用在现代移动通信中的新型数字调制技术。把基带信号变换成传输信号的技术。基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。在无线遥测遥控系统和无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。未调制的高频电振荡称为载波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等）。
调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；按照载波的形式分为连续波调制和脉冲调制两类。模拟调制有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。数字调制有振幅键控（ASK ）、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)和差分移相键控 (DPSK)等。
关键词 移动通信；数字调制；模拟调制
第1章 绪 论
移动通信是当今世界上技术进步最迅速，最活跃的领域之一，移动网与通信系统的发展日新月异。
人类的社会生活离不开信息的交流——通信。移动通信作为国民经济和社会发展的基础设施，是国家神经系统，同衣食住行一样是现代人类生存的必要条件，是国经济的命脉，同时也是衡量一个家安全系数大小的重要标志，现在其重要性已得到公认，美国作家奈斯比特在《大趋势》中指出，推动美国前进的两大发明是火车，电报电话。而现在地球变成地球村的梦想正由交通和通信来实现。
克服距离，时间上的障碍，有效而可靠地传递信息是通信的基本任务。狭义通信一般指信息传送和交换。如谈话，书信等；而广义的通信包括交通运输等。通信，电信是利用有线电，无线电光学或其他电磁系统对于符号，信号文学，影像声音及任何性质的信息的传输，发射，接收。通信系统指完成这一任务的软硬件总称。
第2章 调制的基本信息
2.1调制的基本概念
调制就是对信号源的编码信息进行处理，把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的信号的过程。
通常的调制过程是指把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率较高的带通信号。这个带通信号叫做已调信号，而基带信号则叫做被调信号或者调制信号。
调制可以通过使高频载波随信号的变化而改变载波的幅度、相位或者频率来实现。调制过程用于通信系统的发送端，在接收端需要将已调信号还原成传输的原始调制信号，该过程称为解调。解调是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者处理和理解的过程。
二进制调制是最简单的调制方式，+1、-1分别用特定的波形表示。
2.2调制方式应该遵循的原则
（1）调制方案频谱效率尽可能高。
（2）相邻信道的干扰尽可能小。
（3）要求信号频谱带外滚降要快，滤波。
（4）对噪声敏感度要低。
（5）对时延和多普勒扩展的鲁棒性要尽可能大。
（6）波形易于硬件实现。
第3章 模拟调制技术
按照调制器输入信号（即调制信号）的形式，调制可分为模拟调制和数字调制。 模拟调制泛指用连续方式对信号进行调制，一般可以分为调幅（AM ）、调频（FM ）和调相（PM ）三种方式。
调幅方式表示的就是系统中高频载波的幅度大小随调制信号幅度的改变而改变。 调幅信号的调制指数定义为信号峰值与载波峰值之比。
在模拟调制中，若幅值为常数，而相位与基带信号成比例，则得到所谓的角度调制。
角度调制的正弦载波信号的角度随基带调制信号的幅度变化而改变，而载波的幅度保持恒定不变。
角度调制中最重要的两类就是调频和调相。
调频（FM ）调制中，载波信号的瞬时频率随基带信号呈线性变化。
调频调制的重要特点是具有恒包络特性。
调相（PM ）调制中，载波信号的角度随基带信号变化而改变，FM 信号可以被看为调制信号在调制前先积分的PM 信号。调相与调频之间的主要区别是指被调制波形（相对于载波）的相位在调相中与输入信号成正比，而在调频中与输入的积分成正比。
第4章 线性数字调制技术
与模拟调制相比，数字调制具有许多优点：
抗噪声性能更好，抗信道能力损耗更强，复用各种不同形式的信息（如语音、数据和视频图像等）更容易，通信的安全性也更好。
数字传输系统适应于检查或纠正传输差错的数字差错控制编码，并且支持复杂的信号条件和处理技术，例如，信源编码、加密技术，以及用来提高整个通信链路性能的均衡技术。 在数字无线通信系统中，调制信号（如信息）可表示为码元或脉冲的时间序列，其中每个码元可以有m 种有限的状态。每个码元代表n 比特的信息，n = log2m比特/码元。
理想的调制方式能够使通信在低信噪比情况下提供低的误码率，在多径和衰落条件下能很好地工作，并且容易实现。
数字调制技术可以分为线性和非线性线性调制技术中，传输信号的幅度s(t)随调制数字信号m(t)的变化而呈线性变化。
载波幅度随调制信号呈线性变化。线性调制方案一般来说都不是恒包络。
有些非线性调制的载波，既可能是线性包络也可能是恒包络，这取决于基带波形是否经过脉冲成型处理。
调制信号为二进制数字信号时的调制方式统称二进制数字调制。
二进制数字调制中，载波的某个参数（如幅度、频率或相位）只有两种变化状态。 由于两种状态的切换与通断键控相当，所以二进制调制分为幅度键控、频移键控和相移键控三种。
4.1 几种基本数字调制系统
4.1.1 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：
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；
已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。
4.1.2 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是二进制基带信号的带宽也是FSK 信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即Fb 值大，所以二进制频移键控的信号带宽B 较大，频带利用率小。2FSK 功率谱密度的特点如下：
2FSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成, 离散谱出现在和位置； 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差，则出现单峰。
4.1.3 二进制相移键控（2PSK ）
在相移键控中，载波相位受数字基带信号的控制，如在二进制基带信号中为0时，载波相位为0或π，为1时载波相位为π或0，从而达到调制的目的。
2PSK 信号的功率密度有如下特点：
（1）由连续谱与离散谱两部分组成；
（2）带宽是绝对脉冲序列的二倍；
（3）与2ASK 功率谱的区别是当P ＝1/2时，2PSK 无离散谱，而2ASK 存在离散谱。
4.1.4 二进制差分相移键控（2DPSK ）
前面讨论的2PSK 信号中，相位是以未调载波的相位作为参考基准的。由于它利用载波相位的绝对数值表示数字信息，所以又称为绝对相移。2PSK 在进行相干解调时，由于载波恢复中相位有0、模糊性，导致解调过程中出现“反向工作”现象，恢复出的数字信号“1”和“0”倒置，从而使2PSK 难以实际应用。为了克服此缺点，提出了二进制差分数字相移键控（2DPSK ）方式。
4.2 多进制数字调制
上面所讨论的都是在二进制数字基带信号的情况，在实际应用中，我们常常用一种称为多进制（如4进制，8进制，16进制等）的基带信号。多进制数字调制载波参数有M 种不同的取值，多进制数字调制比二进制数字调制有两个突出的优点：一是由于多进制数字信号含有更多的信息使频带利用率更高；二是在相同的信息速率下持续时间长，可以提高码元的能量，从而减小由于信道特性引起的码间干扰。现实中用得最多的一种调制方式是多进制相移键控（MPSK ）。
多进制相移键控又称为多相制，因为基带信号有M 种不同的状态，所以它的载波相位有M 种不同的取值，这些取值一般为等间隔。多进制相移键控有绝对移相和相对移相两种，实际中大多采用四相绝对移相键控（4PSK ，也称QPSK ），四相制的相位有0、π/2、π、3π/2四种，分别对应四种状态11、01、00、10。
4.3 二进制数字调制方式的性能比较
2ASK 和2PAK 所需要的带宽是码元速率的2倍；2FSK 所需的带宽比2ASK 和2PAK 都要高。各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比r 。在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK 性能最好，2FSK 次之， 2ASK 最差。
ASK 是一种应用最早的基本调制方式。其优点是设备简单，频带利用率较高；缺点是抗噪声性能差，并且对信道特性变化敏感，不易是抽样判决器工作在最佳判决门限状态。
FSK 是数字通信中不可或缺的一种调制方式。其优点是抗干扰能力较强，不受信道参数变化的影响，因此FSK 特别适合应用于衰落信道；缺点是占用频带较宽，尤其是MFSK ，频带利用率较低。目前，调频体制主要应用于中，低速数据传输中。
PSK 和DPSK 是一种高传输效率的调制方式，其抗噪声能力比ASK 和FSK 都强，且不易受信道特性变化的影响，因此在高、中速数据传输中得到了广泛的应用。绝对相移（PSK ）在相干解调时存在载波相位模糊度的问题，在实际中很少采用于直接传输，MDPSK 应用更为广泛。
和ASK 、FSK 、PSK 、和DPSK 对应，分别有MASK 、MFSK 、MPSK 和MDPSK 。这些多进制数字键控的一个码元中包括更多的信息量。但是，为了得到相同的误比特率，它们需要使用更大的功率或占用更宽的频带。
第5章 广泛应用在现代移动通信中新型数字调制
系统原理
5.1 最小频移键控（MSK ）
5.1.1 MSK 信号的产生
MSK 是一种在无线移动通信中很有吸引力的数字调制方式，是由2FSK 信号的改进而来，因为它有以下两种主要的特点:
（1）信号能量的99. 5%被限制在数据传输速率的1.5倍的带宽内。谱密度随频率(远离信号带宽中心) 倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位FSK 信号的谱密度却随频率倒数的平方下降。因此，MSK 信号在带外产生的干扰非常小。这正是限带工作情况下所希望有的宝贵特点。
（2）信号包络是恒定的，系统可以使用廉价高效的非线性器件。
从相位路径的角度来看，MSK 属于线性连续相位路径数字调制，是连续相位频移键控(CPFSK)的一种特殊情况，有时也叫做最小频移键控(MSK)。MSK 的“最小(Minimum )”二字指的是这种调制方式能以最小的调制指数(h=0.5)获得正交的调制信号。
5.1.2 MSK 信号的解调
实际解调器往往需要解决载波恢复时的相位模糊问题，因此在编码器中，采用差分编码的预编码是必要的，同时在接收端必须在正交相干解调器输出段也要附加一个差分译码器。需要一个专门的同步电路来提取，如用平方环、判决反馈环、逆调制环等。
5.2 高斯滤波最小频移键控（GMSK ）
GMSK 作为一种高效的调制技术，是从OQPSK ，MSK 调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，GMSK 的很多方面都优于OQPSK 和MSK ，比如频带更窄，实
现起来更简单，抗干扰能力更强。其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个Gauss 滤波器(预调制滤波器) 进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密，因此GMSK 信号比MSK 信号具有更窄的带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤。GMSK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用。
GMSK 信号是在MSK 调制信号的基础上发展起来的，MSK 信号可以看成是调制指数为0.5的连续相位FSK 信号。尽管MSK 它具有包络恒定、相位连续、相对较窄的带宽和能相干解调的优点，但它不能满足某些通信系统对带外辐射的严格要求。为了压缩MSK 信号的功率谱，在MSK 调制前增加一级预调制滤波器，从而有效的抑制了信号的带外辐射。
预调制滤波器应具有的特性：
（1）带宽窄而带外截止尖锐，以抑制不需要的高频分量；
（2）脉冲响应的过冲量较小，防止调制器产生不必要的瞬时频偏；
（3）输出脉冲响应曲线的面积应对应于1/2的相移量，使调制指数为1/2。 因此，GMSK 采用满足以上条件的高斯滤波器作为脉冲形成的滤波器。数据通过高斯滤波器，然后进行MSK 调制，滤波器的带宽由时间带宽常数BT 决定。在没有载波漂移以及邻道的带外辐射功率相对与总功率小于－60dB 的情况下，选择BT ＝0.28比较适合于常规的(IEEE定义频段为300～1000MHz) 移动无线通信系统。预制滤波器的引入使得信号的频谱更为紧凑，但是它同时在时域上展宽了信号脉冲，引入了码间干扰(ISI)，具体的说，预调制滤波器使得脉冲展宽，使得波形在时域上大于码元时间T 。因此，有时候将GMSK 信号归入部分响应信号。
5.2.1 GMSK 信号的产生
图5-1 GMSK 信号产生原理
高斯滤波器的输出脉冲经MSK 调制得到GMSK 信号，其相位路径由脉冲的形状决定。由于高斯滤波后的脉冲无陡峭沿，也无拐点，因此，相位路径得到进一步平滑。
5.2.2 GMSK 解调原理
GMSK 信号的解调可以分为两类，即相干解调与非相干解调。两者的差别在于需不需要恢复载波相位，需要恢复载波相位的方法属于相干解调，这是由于收发两端的载波完全一致，有相干的效果而得名。在移动或是室内的无线应用中，由多径引起的衰落会使相干解调的性能严重下降，出现较高的误码门限。在这种条件下，非相干的方法更为适合，一方面，非相干的方法通常具有更简单的硬件结构，另一方面，非相干的方法也具有更低的误码门限。
使用相干解调技术，接收机需要知道参考相位，或者进行精确的载波恢复。这也要求接收机拥有本振、锁相环路、以及载波恢复电路等部分，这些都使得接收机的复杂程度和成本增加。
GMSK 信号可以类似的采用MSK 正交平衡调制方案，因此可以并行的实现对它的解调。通过分别对同相部分和正交部分进行相干解调来达到性能的优化，由接收机前端来的分别与相干载波相乘，经低通滤波后得到基带信号错误！未找到引用源。，然后作相位计算。调制器表示如图5-2所示。
图5-2 GMSK 相干解调框图 5.3 四相相移键控（QPSK ）
四相相移键控信号简称“QPSK ”，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK 。它具有一系列独特的优点，目前
已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方。
5.3.1 QPSK 的基本原理
QPSK 信号可以看成是对两个正交的载波进行多电平双边带调制后所得信号的叠加，因此可以用正交调制的方法得到QPSK 信号。QPSK 信号的星座如图5-3所示：
图5-3 QPSK 信号星座图
MPSK 调制中最常用的是4PSK 又称QPSK 。数字相位调制（PSK ）是角度调制、恒定幅度数字调制的一种方式，通过改变发送波的相位来实现，除了其输入信号以及输出的相位受限制以外，PSK 与传统的相位调制相似。
5.3.2 QPSK 的调制原理
四相相位键控（QPSK ）也称之为正交PSK ，其调制及解调原理如图5-4所示。从图（5-4）中可以看出：如果输入的二进制信息码流（假设+1V为逻辑1，-1V 为逻辑0）串行进入比特分离器，产生2个码流以并行方式输出，分别被送入I （正交支路）通道及Q （同相支路）通道，又各自经过一个平衡调制器，与一个和参考振荡器同频的正交的载波调制形成了四相相移键控信号即得到平衡调制器的输出信号后，经过一个带通滤波器，然后再进行信号叠加，可以得到已经调制的QPSK 信号。
图5-4 QPSK 调制原理
MPSK 也可以采用其他方法实现调制。如QPSK 的相位选择法调制器。另一种调
制方法是脉冲插入法。
5.3.3 QPSK 解调原理
QPSK 的4种（I ，Q 组合为 [0 0]，[0 1]，[1 0]和[1 1]）输出相位有相等的幅度，而且2个相邻的相位相差值为90度，信号相位移可以偏移45度和-45度，接收端仍可以得到正确的解码。实际中数字输入电压必须比峰值载波电压高出很多，以确保平衡调制器的正常工作。经过调制的信号通过信道传输到达用户端，需要进行解调，这一过程是与调制相类似的逆过程。首先，QPSK 信号经过功率分离器形成两路相同的信号，进入乘积检波器，用两个正交的载波信号实现相干解调，然后各自通过一个低通滤波器得到低频和直流的成分，再经过一个并行-串行变换器，得到解调信号。
5.4 交错正交相移键控（OQPSK ）
5.4.1 OQPSK 基本原理
交错正交相移键控(OQPSK)是继QPSK 之后发展起来的一种恒包络数字调制技术，是OQPSK 的一种改进形式，也称为偏移四相相移键控(offset-QPSK)。它和QPSK 有眷同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制。随着数字通信技术的发展和广泛应用，人们对系统的带宽、频谱利用率和抗干扰性能要求越来高。而与普通的OQPSK 比较，交错正交相移键控的同相与正交两支路的数据流在时问上相互错开了半个码元周期，而不像OQPSK 那样I 、Q 两个数据流在时间上是一致的(即码元的沿是对齐的) 。由于OQPSK 信号中的I(同相) 和Q(正交) 两个数据流，每次只有其中一个可能发生极性转换，所以，每当一个新的输入比特进入调制器的I 或Q 信道时，其输出的OQPSK 信号中只有0°、 90°三个相位跳变值，而根本不可能出现180°相位跳变。所以频带受限的OQPSK 信号包络起伏比频带受限的QPSK 信号要小，而经限幅放大后的频带展宽也少，因此，OQPSK 性能优于QPSK 。实际上，OQPSK 信号也叫做时延的QPSK 信号。一般情况下QPSK 信号两路正交的信号是码元同步的，而OQPSK 信号与QPSK 信号的区别在于其正交的信号错开了半个码元。
对于恒包络调制技术，由于一个已调制的信号频谱特性与其相位路径有着密切的关系。因此，为了控制已调制的信号频率特性，就必须控制它的相位特性。恒包络调制技术的发展正是围绕着进一步改善已调制的相位路径这一中心进行的。
5.4.2 OQPSK 的调制原理
图5-5 OQPSK
信号产生原理图 OQPSK 信号的产生原理可用图5-5来说明。在图5-5中，T b /2的延迟电路用于保证I 、Q 两路码元能偏移半个码元周期。BPF 的作用则是形成QPSK 信号的频谱形状，并保持包络恒定。
5.4.3 OQPSK 的解调原理
OQPSK 信号可采用正交相干解调方式解调，其解调原理如图5-6所示。由图5-6可以看出，OQPSK 与QPSK 信号的解调原理基本相同，其差别仅在于对Q 支路信号抽样判决时间比I 支路延迟了T b /2，这是因为在调制时，Q 支路信号在时间上偏移了T b /2，所以抽样判决时刻也相应偏移T b /2，以保证对两支路的交错抽样。
图5-6 OQPSK 解调原理图
5.5 正交频分复用（OFDM ）
5.5.1 OFDM 概述
正交频分复用，多载波调制的一种。将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。在向3G/4G演进的过程中，OFDM 是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。
随着要求传输的码元速率不断提高，传输带宽也越来越宽。今日多媒体通信的信息传输速率要求已经达到若干Mb/s，并且移动通信的传输信道可能是在大城市中多径衰落严重的无线信道。为了解决这个问题，并行调制的体制 再次受到重视。 正交频分复用（OFDM ）就是在这种形势下得到发展的。OFDM 也是一类多载波并行调制的体制。它和20世纪50年代类似系统的区别主要有：
（1）为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠；
（2）各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号；
（3）每路子载波的调制是多进制调制；
（4）每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制。
OFDM 的缺点主要有两个：
对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感；
信号峰值功率和平均功率的比值较大，这将会降低射频功率放大器的效率。
5.5.2 OFDM 的基本原理
OFDM 信号采用多进制、多载频、并行传输的主要优点是使传输码元的的持续时间大为增长，从而提高了信号的抗多径传输能力。为了进一步克服码间串扰的影响，一般利用计算IDFT 时添加一个循环前缀的方法，在OFDM 的相邻码元之间增加一个保护间隔，使相邻码元分离。
5.6 正交幅度调制（QAM ）
我们在单独使用振幅或相位携带信息时，不能充分地利用信号平面。采用多进制振幅调制时，矢量端点在一条轴上分布，采用多进制相位调制时，矢量端点在一个圆上分布。随着进制数M 的增大，这些矢量断点之间的最小距离也随之减小。
为了充分地利用整个平面。将矢量端点重新合理地分布，在不减小最小距离的情况下，增加信号矢量的端点数目。我们可以采用振幅与相位相结合的调制方式，这种方式常称为数字复合调制方式。一般的复合调制称为幅相键控（APK ）。两个正交载波幅相键控称为正交幅度调治（MQAM ）。
MQAM 有4QAM ，8QAM ，16QAM ，64QAM 等多种。
5.7 数字调制技术的应用
MSK 和GMSK 都属于改进的FSK 体制，它们能够消除FSK 体制信号的相位不连续性，并且信号是严格正交的。此外，GMSK 信号的功率谱密度比MSK 信号的更为集中。GMSK 调制方式是由日本国际电报电话公司提出的。有较好的功率频谱特性，较忧的误码性能，特别是带外辐射小，很适用于工作在VHF 和UHF 频段的移动通信系统。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如现在广泛使用的GSM 移动通信体制就是使用GMSK 调制方式。
QPSK 是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数调制方式, 它被广泛应用于各种通信系统中. 适合卫星广播。例如，数字卫星电视DVB2S 标准中，信道噪声门限低至
4.5 dB，传输码率达到45M b/s，采用QPSK 调制方式，同时保证了信号传输的效率和误码性能。QPSK 数字电视调制器采用了先进的数字信号处理技术，接收端可直接用数字卫星接收机进行接收。它不但能取得较高的频谱利用率，具有很强的抗干扰性和较高的性能价格比，而且和模拟FM 微波设备也能很好的兼容。
OQPSK 是QPSK 的改进型。它与QPSK 有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制。不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路码元极性同时翻转的现象。因此，OQPSK 信号相位只能跳变0°,±90°, 不会出现180°的相位跳变。
OFDM 信号是一种多频率的频分调制体制。它具有优良的抗多径衰落能力，和对信道变化的自适应能力。适用于衰落严重的无线信道中。在美国的IEEE802.11a/g和欧洲的ETSI 的HiperLAN/2中，均采用OFDM 技术。IEEE802.11a 工作在5GHz 频带，IEEE802.11g 工作在2.4GHz 频带，它们采用OFDM 调制技术，速率可达54Mb/s。 HiperLAN/2物理层应用了OFDM 和链路自适应技术，媒体接入控制（MAC ）层采用面向连接、集中资源控制的TDMA/TDD方式和无线ATM 技术，最高速率可达54Mb/s,实际应用最低也能保持在20Mb/s左右。
总 结
数字调制解调技术在移动通信中占有非常重要的地位，随着更多调制方式的使用，调制解调技术也在不断向前发展，并应用与各个领域。本文首先介绍了四种基本的二进制调制技术，即2ASK 、2FSK 、2PSK 和2DPSK 。现代移动通信中已经不在应用这写基本的数字调制技术，但是性能良好，发展迅速，应用广泛的新型调制技术都是由基本的数字调制技术发展和演进而来，因此掌握基本的数字调制技术对于我们研究新型调制技术尤为重要。
本文重点研究了运用在现代移动通信中的新型调制技术，即MSK 、GMSK 、QPSK 、OQPSK 和OFDM ，研究了其基本原理、调制解调原理、功率谱密度和误码率。对MSK 信号和QPSK 信号进行了分析，通过理论分析可得出以下结论：
（1）MSK 信号波形的振幅非常稳定，相移较小，这与MSK 的定义是相符的。另外，解调后的时域波形和源信号相比，除了有几个码元的延迟外，其信号波形与源信号波形是一致的，这说明MSK 调制性能很好。抗干扰能力强，误码率较小。在MSK 信号前进行预调制滤波（Gauss ）从而得到GMSK 信号，GMSK 调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用。
（2）QPSK 信号的频谱利用率高、抗干扰性较强，误码率也较小，但还是不能满足现代移动通信快速发展的要求，现代移动通信中通常使用正交差分移相键控调制，它对的最大相位跳变值介于OQPSK 和QPSK 之间。一方面它保持了信号包络基本不变的特性，降低了对于射频器件的工艺要求；另一方面，它可以采用非相干检测，从而大大简化了接收机的结构。因此在移动通信中得到了广泛的应用。
致 谢
这次论文是在我的导师老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，都始终给予我细心的指导和不懈的支持。几个月来不仅在学习上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢亲爱的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！
参考文献
[1] 孙震强．电信与电信系统．人民邮电出版社，2001 [2] 林晓焕．现代通信技术．西安交通大学出版社，2004 [3] 易波．现代通信导论．北京国防科技大学出版社，1997 [4] 秦瑞新．现代通信概论．北京国防工业出版社，2005 [5] 张绍诚．计算机通信网络．北京理工大学出版社，2001 [6] 张文冬．通信基础知识．高等教育出版社，2005 [7] 杨亚玲．移动通信技术．北京电子科技大学出版，2002
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毕业设计说明书(论文)
设计(论文) 题目:现代移动通信中调制技术的研究
专 业
班 级
学 号
姓 名
指导教师
二〇一三年五月九日
gnhfhr 职业技术学院毕业设计（论文）任务书
目 录
摘 要 ........................................................................................................................... 1
第1章 绪 论 ........................................................................................................... 2
第2章 调制的基本信息 ........................................................................................... 3
2.1调制的基本概念 ............................................................................................. 3
2.2调制方式应该遵循的原则 ............................................................................. 3
第3章 模拟调制技术 ............................................................................................... 4
第4章 线性数字调制技术 ....................................................................................... 5
4.1 几种基本数字调制系统 .............................................................................. 5
4.1.1 二进制幅度键控（2ASK ） ............................................................. 5
4.1.2 二进制频移键控（2FSK ） .............................................................. 6
4.1.3 二进制相移键控（2PSK ） .............................................................. 6
4.1.4 二进制差分相移键控（2DPSK ） ................................................... 6
4.2 多进制数字调制 .......................................................................................... 7
4.3 二进制数字调制方式的性能比较 .............................................................. 7
第5章 广泛应用在现代移动通信中新型数字调制系统原理 ................................. 8
5.1 最小频移键控（MSK ） . ............................................................................. 8
5.1.1 MSK 信号的产生 . ............................................................................. 8
5.1.2 MSK 信号的解调 . ............................................................................. 8
5.2 高斯滤波最小频移键控（GMSK ） . .......................................................... 8
5.2.1 GMSK 信号的产生 . .......................................................................... 9
5.2.2 GMSK 解调原理 . ............................................................................ 10
5.3 四相相移键控（QPSK ） .......................................................................... 10
5.3.1 QPSK 的基本原理 .......................................................................... 11
5.3.2 QPSK 的调制原理 .......................................................................... 11
5.3.3 QPSK 解调原理 .............................................................................. 12
5.4 交错正交相移键控（OQPSK ） ............................................................... 12
5.4.1 OQPSK 基本原理 ........................................................................... 12
5.4.2 OQPSK 的调制原理 ....................................................................... 13
5.4.3 OQPSK 的解调原理 ....................................................................... 13
5.5 正交频分复用（OFDM ） . ........................................................................ 14
5.5.1 OFDM 概述 . .................................................................................... 14
5.5.2 OFDM 的基本原理 . ........................................................................ 14
5.6 正交幅度调制（QAM ） ........................................................................... 15
5.7 数字调制技术的应用 ................................................................................ 15
总 结 ......................................................................................................................... 17 致 谢 ......................................................................................... 错误！未定义书签。
参考文献 ..................................................................................................................... 19
四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)
摘 要
调制技术是任何频带通信中最重要的一项技术。现代移动通信系统都使用数字调制技术，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。本文首先研究了几种基本的数字调制方式和广泛应用在现代移动通信中的新型数字调制技术。把基带信号变换成传输信号的技术。基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。在无线遥测遥控系统和无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。未调制的高频电振荡称为载波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等）。
调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；按照载波的形式分为连续波调制和脉冲调制两类。模拟调制有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。数字调制有振幅键控（ASK ）、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)和差分移相键控 (DPSK)等。
关键词 移动通信；数字调制；模拟调制
第1章 绪 论
移动通信是当今世界上技术进步最迅速，最活跃的领域之一，移动网与通信系统的发展日新月异。
人类的社会生活离不开信息的交流——通信。移动通信作为国民经济和社会发展的基础设施，是国家神经系统，同衣食住行一样是现代人类生存的必要条件，是国经济的命脉，同时也是衡量一个家安全系数大小的重要标志，现在其重要性已得到公认，美国作家奈斯比特在《大趋势》中指出，推动美国前进的两大发明是火车，电报电话。而现在地球变成地球村的梦想正由交通和通信来实现。
克服距离，时间上的障碍，有效而可靠地传递信息是通信的基本任务。狭义通信一般指信息传送和交换。如谈话，书信等；而广义的通信包括交通运输等。通信，电信是利用有线电，无线电光学或其他电磁系统对于符号，信号文学，影像声音及任何性质的信息的传输，发射，接收。通信系统指完成这一任务的软硬件总称。
第2章 调制的基本信息
2.1调制的基本概念
调制就是对信号源的编码信息进行处理，把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的信号的过程。
通常的调制过程是指把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率较高的带通信号。这个带通信号叫做已调信号，而基带信号则叫做被调信号或者调制信号。
调制可以通过使高频载波随信号的变化而改变载波的幅度、相位或者频率来实现。调制过程用于通信系统的发送端，在接收端需要将已调信号还原成传输的原始调制信号，该过程称为解调。解调是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者处理和理解的过程。
二进制调制是最简单的调制方式，+1、-1分别用特定的波形表示。
2.2调制方式应该遵循的原则
（1）调制方案频谱效率尽可能高。
（2）相邻信道的干扰尽可能小。
（3）要求信号频谱带外滚降要快，滤波。
（4）对噪声敏感度要低。
（5）对时延和多普勒扩展的鲁棒性要尽可能大。
（6）波形易于硬件实现。
第3章 模拟调制技术
按照调制器输入信号（即调制信号）的形式，调制可分为模拟调制和数字调制。 模拟调制泛指用连续方式对信号进行调制，一般可以分为调幅（AM ）、调频（FM ）和调相（PM ）三种方式。
调幅方式表示的就是系统中高频载波的幅度大小随调制信号幅度的改变而改变。 调幅信号的调制指数定义为信号峰值与载波峰值之比。
在模拟调制中，若幅值为常数，而相位与基带信号成比例，则得到所谓的角度调制。
角度调制的正弦载波信号的角度随基带调制信号的幅度变化而改变，而载波的幅度保持恒定不变。
角度调制中最重要的两类就是调频和调相。
调频（FM ）调制中，载波信号的瞬时频率随基带信号呈线性变化。
调频调制的重要特点是具有恒包络特性。
调相（PM ）调制中，载波信号的角度随基带信号变化而改变，FM 信号可以被看为调制信号在调制前先积分的PM 信号。调相与调频之间的主要区别是指被调制波形（相对于载波）的相位在调相中与输入信号成正比，而在调频中与输入的积分成正比。
第4章 线性数字调制技术
与模拟调制相比，数字调制具有许多优点：
抗噪声性能更好，抗信道能力损耗更强，复用各种不同形式的信息（如语音、数据和视频图像等）更容易，通信的安全性也更好。
数字传输系统适应于检查或纠正传输差错的数字差错控制编码，并且支持复杂的信号条件和处理技术，例如，信源编码、加密技术，以及用来提高整个通信链路性能的均衡技术。 在数字无线通信系统中，调制信号（如信息）可表示为码元或脉冲的时间序列，其中每个码元可以有m 种有限的状态。每个码元代表n 比特的信息，n = log2m比特/码元。
理想的调制方式能够使通信在低信噪比情况下提供低的误码率，在多径和衰落条件下能很好地工作，并且容易实现。
数字调制技术可以分为线性和非线性线性调制技术中，传输信号的幅度s(t)随调制数字信号m(t)的变化而呈线性变化。
载波幅度随调制信号呈线性变化。线性调制方案一般来说都不是恒包络。
有些非线性调制的载波，既可能是线性包络也可能是恒包络，这取决于基带波形是否经过脉冲成型处理。
调制信号为二进制数字信号时的调制方式统称二进制数字调制。
二进制数字调制中，载波的某个参数（如幅度、频率或相位）只有两种变化状态。 由于两种状态的切换与通断键控相当，所以二进制调制分为幅度键控、频移键控和相移键控三种。
4.1 几种基本数字调制系统
4.1.1 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：
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；
已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。
4.1.2 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是二进制基带信号的带宽也是FSK 信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即Fb 值大，所以二进制频移键控的信号带宽B 较大，频带利用率小。2FSK 功率谱密度的特点如下：
2FSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成, 离散谱出现在和位置； 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差，则出现单峰。
4.1.3 二进制相移键控（2PSK ）
在相移键控中，载波相位受数字基带信号的控制，如在二进制基带信号中为0时，载波相位为0或π，为1时载波相位为π或0，从而达到调制的目的。
2PSK 信号的功率密度有如下特点：
（1）由连续谱与离散谱两部分组成；
（2）带宽是绝对脉冲序列的二倍；
（3）与2ASK 功率谱的区别是当P ＝1/2时，2PSK 无离散谱，而2ASK 存在离散谱。
4.1.4 二进制差分相移键控（2DPSK ）
前面讨论的2PSK 信号中，相位是以未调载波的相位作为参考基准的。由于它利用载波相位的绝对数值表示数字信息，所以又称为绝对相移。2PSK 在进行相干解调时，由于载波恢复中相位有0、模糊性，导致解调过程中出现“反向工作”现象，恢复出的数字信号“1”和“0”倒置，从而使2PSK 难以实际应用。为了克服此缺点，提出了二进制差分数字相移键控（2DPSK ）方式。
4.2 多进制数字调制
上面所讨论的都是在二进制数字基带信号的情况，在实际应用中，我们常常用一种称为多进制（如4进制，8进制，16进制等）的基带信号。多进制数字调制载波参数有M 种不同的取值，多进制数字调制比二进制数字调制有两个突出的优点：一是由于多进制数字信号含有更多的信息使频带利用率更高；二是在相同的信息速率下持续时间长，可以提高码元的能量，从而减小由于信道特性引起的码间干扰。现实中用得最多的一种调制方式是多进制相移键控（MPSK ）。
多进制相移键控又称为多相制，因为基带信号有M 种不同的状态，所以它的载波相位有M 种不同的取值，这些取值一般为等间隔。多进制相移键控有绝对移相和相对移相两种，实际中大多采用四相绝对移相键控（4PSK ，也称QPSK ），四相制的相位有0、π/2、π、3π/2四种，分别对应四种状态11、01、00、10。
4.3 二进制数字调制方式的性能比较
2ASK 和2PAK 所需要的带宽是码元速率的2倍；2FSK 所需的带宽比2ASK 和2PAK 都要高。各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比r 。在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK 性能最好，2FSK 次之， 2ASK 最差。
ASK 是一种应用最早的基本调制方式。其优点是设备简单，频带利用率较高；缺点是抗噪声性能差，并且对信道特性变化敏感，不易是抽样判决器工作在最佳判决门限状态。
FSK 是数字通信中不可或缺的一种调制方式。其优点是抗干扰能力较强，不受信道参数变化的影响，因此FSK 特别适合应用于衰落信道；缺点是占用频带较宽，尤其是MFSK ，频带利用率较低。目前，调频体制主要应用于中，低速数据传输中。
PSK 和DPSK 是一种高传输效率的调制方式，其抗噪声能力比ASK 和FSK 都强，且不易受信道特性变化的影响，因此在高、中速数据传输中得到了广泛的应用。绝对相移（PSK ）在相干解调时存在载波相位模糊度的问题，在实际中很少采用于直接传输，MDPSK 应用更为广泛。
和ASK 、FSK 、PSK 、和DPSK 对应，分别有MASK 、MFSK 、MPSK 和MDPSK 。这些多进制数字键控的一个码元中包括更多的信息量。但是，为了得到相同的误比特率，它们需要使用更大的功率或占用更宽的频带。
第5章 广泛应用在现代移动通信中新型数字调制
系统原理
5.1 最小频移键控（MSK ）
5.1.1 MSK 信号的产生
MSK 是一种在无线移动通信中很有吸引力的数字调制方式，是由2FSK 信号的改进而来，因为它有以下两种主要的特点:
（1）信号能量的99. 5%被限制在数据传输速率的1.5倍的带宽内。谱密度随频率(远离信号带宽中心) 倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位FSK 信号的谱密度却随频率倒数的平方下降。因此，MSK 信号在带外产生的干扰非常小。这正是限带工作情况下所希望有的宝贵特点。
（2）信号包络是恒定的，系统可以使用廉价高效的非线性器件。
从相位路径的角度来看，MSK 属于线性连续相位路径数字调制，是连续相位频移键控(CPFSK)的一种特殊情况，有时也叫做最小频移键控(MSK)。MSK 的“最小(Minimum )”二字指的是这种调制方式能以最小的调制指数(h=0.5)获得正交的调制信号。
5.1.2 MSK 信号的解调
实际解调器往往需要解决载波恢复时的相位模糊问题，因此在编码器中，采用差分编码的预编码是必要的，同时在接收端必须在正交相干解调器输出段也要附加一个差分译码器。需要一个专门的同步电路来提取，如用平方环、判决反馈环、逆调制环等。
5.2 高斯滤波最小频移键控（GMSK ）
GMSK 作为一种高效的调制技术，是从OQPSK ，MSK 调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，GMSK 的很多方面都优于OQPSK 和MSK ，比如频带更窄，实
现起来更简单，抗干扰能力更强。其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个Gauss 滤波器(预调制滤波器) 进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密，因此GMSK 信号比MSK 信号具有更窄的带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤。GMSK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用。
GMSK 信号是在MSK 调制信号的基础上发展起来的，MSK 信号可以看成是调制指数为0.5的连续相位FSK 信号。尽管MSK 它具有包络恒定、相位连续、相对较窄的带宽和能相干解调的优点，但它不能满足某些通信系统对带外辐射的严格要求。为了压缩MSK 信号的功率谱，在MSK 调制前增加一级预调制滤波器，从而有效的抑制了信号的带外辐射。
预调制滤波器应具有的特性：
（1）带宽窄而带外截止尖锐，以抑制不需要的高频分量；
（2）脉冲响应的过冲量较小，防止调制器产生不必要的瞬时频偏；
（3）输出脉冲响应曲线的面积应对应于1/2的相移量，使调制指数为1/2。 因此，GMSK 采用满足以上条件的高斯滤波器作为脉冲形成的滤波器。数据通过高斯滤波器，然后进行MSK 调制，滤波器的带宽由时间带宽常数BT 决定。在没有载波漂移以及邻道的带外辐射功率相对与总功率小于－60dB 的情况下，选择BT ＝0.28比较适合于常规的(IEEE定义频段为300～1000MHz) 移动无线通信系统。预制滤波器的引入使得信号的频谱更为紧凑，但是它同时在时域上展宽了信号脉冲，引入了码间干扰(ISI)，具体的说，预调制滤波器使得脉冲展宽，使得波形在时域上大于码元时间T 。因此，有时候将GMSK 信号归入部分响应信号。
5.2.1 GMSK 信号的产生
图5-1 GMSK 信号产生原理
高斯滤波器的输出脉冲经MSK 调制得到GMSK 信号，其相位路径由脉冲的形状决定。由于高斯滤波后的脉冲无陡峭沿，也无拐点，因此，相位路径得到进一步平滑。
5.2.2 GMSK 解调原理
GMSK 信号的解调可以分为两类，即相干解调与非相干解调。两者的差别在于需不需要恢复载波相位，需要恢复载波相位的方法属于相干解调，这是由于收发两端的载波完全一致，有相干的效果而得名。在移动或是室内的无线应用中，由多径引起的衰落会使相干解调的性能严重下降，出现较高的误码门限。在这种条件下，非相干的方法更为适合，一方面，非相干的方法通常具有更简单的硬件结构，另一方面，非相干的方法也具有更低的误码门限。
使用相干解调技术，接收机需要知道参考相位，或者进行精确的载波恢复。这也要求接收机拥有本振、锁相环路、以及载波恢复电路等部分，这些都使得接收机的复杂程度和成本增加。
GMSK 信号可以类似的采用MSK 正交平衡调制方案，因此可以并行的实现对它的解调。通过分别对同相部分和正交部分进行相干解调来达到性能的优化，由接收机前端来的分别与相干载波相乘，经低通滤波后得到基带信号错误！未找到引用源。，然后作相位计算。调制器表示如图5-2所示。
图5-2 GMSK 相干解调框图 5.3 四相相移键控（QPSK ）
四相相移键控信号简称“QPSK ”，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK 。它具有一系列独特的优点，目前
已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方。
5.3.1 QPSK 的基本原理
QPSK 信号可以看成是对两个正交的载波进行多电平双边带调制后所得信号的叠加，因此可以用正交调制的方法得到QPSK 信号。QPSK 信号的星座如图5-3所示：
图5-3 QPSK 信号星座图
MPSK 调制中最常用的是4PSK 又称QPSK 。数字相位调制（PSK ）是角度调制、恒定幅度数字调制的一种方式，通过改变发送波的相位来实现，除了其输入信号以及输出的相位受限制以外，PSK 与传统的相位调制相似。
5.3.2 QPSK 的调制原理
四相相位键控（QPSK ）也称之为正交PSK ，其调制及解调原理如图5-4所示。从图（5-4）中可以看出：如果输入的二进制信息码流（假设+1V为逻辑1，-1V 为逻辑0）串行进入比特分离器，产生2个码流以并行方式输出，分别被送入I （正交支路）通道及Q （同相支路）通道，又各自经过一个平衡调制器，与一个和参考振荡器同频的正交的载波调制形成了四相相移键控信号即得到平衡调制器的输出信号后，经过一个带通滤波器，然后再进行信号叠加，可以得到已经调制的QPSK 信号。
图5-4 QPSK 调制原理
MPSK 也可以采用其他方法实现调制。如QPSK 的相位选择法调制器。另一种调
制方法是脉冲插入法。
5.3.3 QPSK 解调原理
QPSK 的4种（I ，Q 组合为 [0 0]，[0 1]，[1 0]和[1 1]）输出相位有相等的幅度，而且2个相邻的相位相差值为90度，信号相位移可以偏移45度和-45度，接收端仍可以得到正确的解码。实际中数字输入电压必须比峰值载波电压高出很多，以确保平衡调制器的正常工作。经过调制的信号通过信道传输到达用户端，需要进行解调，这一过程是与调制相类似的逆过程。首先，QPSK 信号经过功率分离器形成两路相同的信号，进入乘积检波器，用两个正交的载波信号实现相干解调，然后各自通过一个低通滤波器得到低频和直流的成分，再经过一个并行-串行变换器，得到解调信号。
5.4 交错正交相移键控（OQPSK ）
5.4.1 OQPSK 基本原理
交错正交相移键控(OQPSK)是继QPSK 之后发展起来的一种恒包络数字调制技术，是OQPSK 的一种改进形式，也称为偏移四相相移键控(offset-QPSK)。它和QPSK 有眷同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制。随着数字通信技术的发展和广泛应用，人们对系统的带宽、频谱利用率和抗干扰性能要求越来高。而与普通的OQPSK 比较，交错正交相移键控的同相与正交两支路的数据流在时问上相互错开了半个码元周期，而不像OQPSK 那样I 、Q 两个数据流在时间上是一致的(即码元的沿是对齐的) 。由于OQPSK 信号中的I(同相) 和Q(正交) 两个数据流，每次只有其中一个可能发生极性转换，所以，每当一个新的输入比特进入调制器的I 或Q 信道时，其输出的OQPSK 信号中只有0°、 90°三个相位跳变值，而根本不可能出现180°相位跳变。所以频带受限的OQPSK 信号包络起伏比频带受限的QPSK 信号要小，而经限幅放大后的频带展宽也少，因此，OQPSK 性能优于QPSK 。实际上，OQPSK 信号也叫做时延的QPSK 信号。一般情况下QPSK 信号两路正交的信号是码元同步的，而OQPSK 信号与QPSK 信号的区别在于其正交的信号错开了半个码元。
对于恒包络调制技术，由于一个已调制的信号频谱特性与其相位路径有着密切的关系。因此，为了控制已调制的信号频率特性，就必须控制它的相位特性。恒包络调制技术的发展正是围绕着进一步改善已调制的相位路径这一中心进行的。
5.4.2 OQPSK 的调制原理
图5-5 OQPSK
信号产生原理图 OQPSK 信号的产生原理可用图5-5来说明。在图5-5中，T b /2的延迟电路用于保证I 、Q 两路码元能偏移半个码元周期。BPF 的作用则是形成QPSK 信号的频谱形状，并保持包络恒定。
5.4.3 OQPSK 的解调原理
OQPSK 信号可采用正交相干解调方式解调，其解调原理如图5-6所示。由图5-6可以看出，OQPSK 与QPSK 信号的解调原理基本相同，其差别仅在于对Q 支路信号抽样判决时间比I 支路延迟了T b /2，这是因为在调制时，Q 支路信号在时间上偏移了T b /2，所以抽样判决时刻也相应偏移T b /2，以保证对两支路的交错抽样。
图5-6 OQPSK 解调原理图
5.5 正交频分复用（OFDM ）
5.5.1 OFDM 概述
正交频分复用，多载波调制的一种。将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。在向3G/4G演进的过程中，OFDM 是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。
随着要求传输的码元速率不断提高，传输带宽也越来越宽。今日多媒体通信的信息传输速率要求已经达到若干Mb/s，并且移动通信的传输信道可能是在大城市中多径衰落严重的无线信道。为了解决这个问题，并行调制的体制 再次受到重视。 正交频分复用（OFDM ）就是在这种形势下得到发展的。OFDM 也是一类多载波并行调制的体制。它和20世纪50年代类似系统的区别主要有：
（1）为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠；
（2）各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号；
（3）每路子载波的调制是多进制调制；
（4）每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制。
OFDM 的缺点主要有两个：
对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感；
信号峰值功率和平均功率的比值较大，这将会降低射频功率放大器的效率。
5.5.2 OFDM 的基本原理
OFDM 信号采用多进制、多载频、并行传输的主要优点是使传输码元的的持续时间大为增长，从而提高了信号的抗多径传输能力。为了进一步克服码间串扰的影响，一般利用计算IDFT 时添加一个循环前缀的方法，在OFDM 的相邻码元之间增加一个保护间隔，使相邻码元分离。
5.6 正交幅度调制（QAM ）
我们在单独使用振幅或相位携带信息时，不能充分地利用信号平面。采用多进制振幅调制时，矢量端点在一条轴上分布，采用多进制相位调制时，矢量端点在一个圆上分布。随着进制数M 的增大，这些矢量断点之间的最小距离也随之减小。
为了充分地利用整个平面。将矢量端点重新合理地分布，在不减小最小距离的情况下，增加信号矢量的端点数目。我们可以采用振幅与相位相结合的调制方式，这种方式常称为数字复合调制方式。一般的复合调制称为幅相键控（APK ）。两个正交载波幅相键控称为正交幅度调治（MQAM ）。
MQAM 有4QAM ，8QAM ，16QAM ，64QAM 等多种。
5.7 数字调制技术的应用
MSK 和GMSK 都属于改进的FSK 体制，它们能够消除FSK 体制信号的相位不连续性，并且信号是严格正交的。此外，GMSK 信号的功率谱密度比MSK 信号的更为集中。GMSK 调制方式是由日本国际电报电话公司提出的。有较好的功率频谱特性，较忧的误码性能，特别是带外辐射小，很适用于工作在VHF 和UHF 频段的移动通信系统。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如现在广泛使用的GSM 移动通信体制就是使用GMSK 调制方式。
QPSK 是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数调制方式, 它被广泛应用于各种通信系统中. 适合卫星广播。例如，数字卫星电视DVB2S 标准中，信道噪声门限低至
4.5 dB，传输码率达到45M b/s，采用QPSK 调制方式，同时保证了信号传输的效率和误码性能。QPSK 数字电视调制器采用了先进的数字信号处理技术，接收端可直接用数字卫星接收机进行接收。它不但能取得较高的频谱利用率，具有很强的抗干扰性和较高的性能价格比，而且和模拟FM 微波设备也能很好的兼容。
OQPSK 是QPSK 的改进型。它与QPSK 有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制。不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路码元极性同时翻转的现象。因此，OQPSK 信号相位只能跳变0°,±90°, 不会出现180°的相位跳变。
OFDM 信号是一种多频率的频分调制体制。它具有优良的抗多径衰落能力，和对信道变化的自适应能力。适用于衰落严重的无线信道中。在美国的IEEE802.11a/g和欧洲的ETSI 的HiperLAN/2中，均采用OFDM 技术。IEEE802.11a 工作在5GHz 频带，IEEE802.11g 工作在2.4GHz 频带，它们采用OFDM 调制技术，速率可达54Mb/s。 HiperLAN/2物理层应用了OFDM 和链路自适应技术，媒体接入控制（MAC ）层采用面向连接、集中资源控制的TDMA/TDD方式和无线ATM 技术，最高速率可达54Mb/s,实际应用最低也能保持在20Mb/s左右。
总 结
数字调制解调技术在移动通信中占有非常重要的地位，随着更多调制方式的使用，调制解调技术也在不断向前发展，并应用与各个领域。本文首先介绍了四种基本的二进制调制技术，即2ASK 、2FSK 、2PSK 和2DPSK 。现代移动通信中已经不在应用这写基本的数字调制技术，但是性能良好，发展迅速，应用广泛的新型调制技术都是由基本的数字调制技术发展和演进而来，因此掌握基本的数字调制技术对于我们研究新型调制技术尤为重要。
本文重点研究了运用在现代移动通信中的新型调制技术，即MSK 、GMSK 、QPSK 、OQPSK 和OFDM ，研究了其基本原理、调制解调原理、功率谱密度和误码率。对MSK 信号和QPSK 信号进行了分析，通过理论分析可得出以下结论：
（1）MSK 信号波形的振幅非常稳定，相移较小，这与MSK 的定义是相符的。另外，解调后的时域波形和源信号相比，除了有几个码元的延迟外，其信号波形与源信号波形是一致的，这说明MSK 调制性能很好。抗干扰能力强，误码率较小。在MSK 信号前进行预调制滤波（Gauss ）从而得到GMSK 信号，GMSK 调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用。
（2）QPSK 信号的频谱利用率高、抗干扰性较强，误码率也较小，但还是不能满足现代移动通信快速发展的要求，现代移动通信中通常使用正交差分移相键控调制，它对的最大相位跳变值介于OQPSK 和QPSK 之间。一方面它保持了信号包络基本不变的特性，降低了对于射频器件的工艺要求；另一方面，它可以采用非相干检测，从而大大简化了接收机的结构。因此在移动通信中得到了广泛的应用。
致 谢
这次论文是在我的导师老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，都始终给予我细心的指导和不懈的支持。几个月来不仅在学习上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢亲爱的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！
参考文献
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