移動(dòng)通信中各類數(shù)字調(diào)制方式的分析比較
更新時(shí)間：2018-11-21 點(diǎn)擊次數(shù)：522次
移動(dòng)通信中各類數(shù)字調(diào)制方式的分析比較
1.1 GMSK調(diào)制方式
GSM系統(tǒng)GSM系統(tǒng)采用的是稱為GMSK的調(diào)制方式。GMSK在二進(jìn)制調(diào)制中具有*綜合性能。其基本原理是讓基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)高斯濾波器濾波，使基帶信號(hào)形成高斯脈沖，之后進(jìn)行MSK調(diào)制，屬于恒包絡(luò)調(diào)制方案。它的優(yōu)點(diǎn)是能在保持譜效率的同時(shí)維持相應(yīng)的同波道和鄰波道干擾，且包絡(luò)恒定，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為容易。目前，常選用鎖相環(huán)(PLL)型GMSK調(diào)制器。從其調(diào)制原理可看出，這種相位調(diào)制方法選用90°相移，每次相移只傳送一個(gè)比特，這樣的好處是雖然在信號(hào)的傳輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生相當(dāng)大的相位和幅度誤差，但不會(huì)擾亂接收機(jī)，即不會(huì)生成誤碼，對(duì)抗相位誤差的能力非常強(qiáng)。如果發(fā)生相位解碼誤差，那么也只會(huì)丟失一個(gè)數(shù)據(jù)比特。這就為數(shù)字化語(yǔ)音創(chuàng)建了一個(gè)非常穩(wěn)定的傳輸系統(tǒng)，這也是此調(diào)制方式在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中得以廣泛使用的重要原因。但其的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較低，其頻譜效率不如QPSK，并不太適合數(shù)據(jù)會(huì)話和高速傳輸。因此，為提高傳輸效率，在GPRS系統(tǒng)中的增強(qiáng)蜂窩技術(shù)（EDGE）則運(yùn)用了 3π/8-8PSK的調(diào)制方式，以彌補(bǔ)GMSK的不足，為GSM向3G的過(guò)渡做好了準(zhǔn)備。
1.2 PSK 類調(diào)制方式
以基帶數(shù)據(jù)信號(hào)控制載波的相位，使它作不連續(xù)的、有限取值的變化以實(shí)現(xiàn)傳輸信息的方法稱為數(shù)字調(diào)相，又稱為相移鍵控，即PSK。理論上，相移鍵控調(diào)制方式中不同相位差的載波越多，傳輸速率越高，并能夠減小由于信道特性引起的碼間串?dāng)_的影響，從而提高數(shù)字通信的有效性和頻譜利用率。如四相調(diào)制（QPSK）在發(fā)端一個(gè)碼元周期內(nèi)（雙比特）傳送了２位碼，信息傳輸速率是二相調(diào)制（BPSK）的2倍，依此類推，8PSK的信息傳輸速率是BPSK的3倍。但相鄰載波間 的相位差越小，對(duì)接收端的要求就越高，將使誤碼率增加，傳輸?shù)目煽啃詫㈦S之降低。為了實(shí)現(xiàn)兩者的統(tǒng)一，各通信系統(tǒng)紛紛采用改進(jìn)的PSK調(diào)制方式，而實(shí)際上各類改進(jìn)型都是在zui基本的BPSK和QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。
在實(shí)際應(yīng)用中，北美的IS-54TDMA、我國(guó)的PHS系統(tǒng)均采用了π/4-DQPSK方式。π/4-DQPSK調(diào)制是一種正交差分移相鍵控調(diào)制，實(shí)際是OQPSK和QPSK的折中，一方面保持了信號(hào)包絡(luò)基本不變的特性，克服接收端的相位模糊，降低了對(duì)于射頻器件的工藝要求；另一方面它可采用相干檢測(cè)，從而大大簡(jiǎn)化了接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。但采用差分檢測(cè)方法，其性能比相干QPSK有較大的損失，實(shí)際系統(tǒng)在略微增加復(fù)雜度的條件下，采用Viterbi檢測(cè)可提高該系統(tǒng)的接收性能。在CDMA系統(tǒng)中，通過(guò)擴(kuò)頻與調(diào)制的巧妙結(jié)合，力圖實(shí)現(xiàn)在抗 干擾性即誤碼率達(dá)到*的BPSK性能，在頻譜有效性上達(dá)到QPSK的性能。同時(shí)為了減少設(shè)備的復(fù)雜度，降低已調(diào)信號(hào)的峰平比，采用各種BPSK和 QPSK的改進(jìn)方式，引入了偏移QPSK（OQPSK）、π/4-DQPSK、正交復(fù)四相移鍵控CDQPSK以及混合相移鍵控HPSK等?？梢?jiàn)，PSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)靈活多樣，更適應(yīng)于高速數(shù)據(jù)傳輸和快速衰落的信道。在2G向3G演進(jìn)的過(guò)程中，它已成為各移動(dòng)通信系統(tǒng)主要的調(diào)制方式
1.3 OFDM技術(shù)
OFDM是一種多載波數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)，屬于復(fù)用方式。它并不是剛發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，而是由多載波調(diào)制（MCM）技術(shù)發(fā)展而來(lái)，應(yīng)用已有近40年的歷史。它開(kāi)始主要用于軍用的無(wú)線高頻通信系統(tǒng)。這種多載波傳輸技術(shù)在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用是近十年來(lái)的新發(fā)展。目前，已被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻和視頻領(lǐng)域以及寬帶通信系統(tǒng)中。由于其具有頻譜利用率高、抗噪性能好等特點(diǎn)，適合高速數(shù)據(jù)傳輸，已被普遍認(rèn)為是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)zui熱門的技術(shù)之一。
該技術(shù)的基本原理是將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路相對(duì)低速的并行數(shù)據(jù)并對(duì)不同的載波進(jìn)行調(diào)制。這種并行傳輸體制大大擴(kuò)展了符號(hào)的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落的性能。傳統(tǒng)的頻分復(fù)用方法中各個(gè)子載波的頻譜是互不重疊的，需要使用大量的發(fā)送濾波器和接受濾波器，這樣就大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。同時(shí)，為了減小各個(gè)子載波間的相互串?dāng)_，各子載波間必須保持足夠的頻率間隔，這樣會(huì)降低系統(tǒng)的頻率利用率。而現(xiàn)代OFDM系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，各子載波的產(chǎn)生和接收都由數(shù)字信號(hào)處理算法完成，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
OFDM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)載波所使用的調(diào)制方法可以不同。各個(gè)載波能夠根據(jù)信道狀況的不同選擇不同的調(diào)制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等，實(shí)現(xiàn)頻譜利用率和誤碼率之間的*平衡為原則。例如，為了保證系統(tǒng)的可靠性，很多通信系統(tǒng)都傾向于選擇BPSK或QPSK調(diào)制，以確保在信道zui壞條件下的信噪比要求，但是這兩種調(diào)制方式的頻譜效率很低。OFDM技術(shù)由于使用了自適應(yīng)調(diào)制，可根據(jù)信道條件選擇不同的調(diào)制方式。比如在信道質(zhì)量差的情況下，采用BPSK等低階調(diào)制技術(shù);而在終端靠近基站時(shí)，信道條件一般會(huì)比較好，調(diào)制方式就可以由BPSK（頻譜效率1bit/s/Hz）轉(zhuǎn)化成16QAM～64QAM（頻譜效率4bit/s/Hz～6bit/s/Hz），整個(gè)系統(tǒng)的頻譜利用率就會(huì)得到大幅度的提高。目前OFDM也有許多問(wèn)題亟待解決。其不足之處在于峰均功率比大，導(dǎo)致射頻放大器的功率效率較低;對(duì)系統(tǒng)中的非線性、定時(shí)和頻率偏移敏感，容易帶來(lái)?yè)p耗，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的復(fù)雜度相對(duì)較高等。近年來(lái)，業(yè)內(nèi)已對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行積極研究，取得了一定進(jìn)展。
除了以上介紹的調(diào)制技術(shù)外,目前在研究的還有很多調(diào)制技術(shù),例如：
1：可變速率調(diào)制，根據(jù)信道的變化自適應(yīng)地改變無(wú)線傳輸速率,信道條件好,用較高速率;信道條件差,用較低速率.這是可變速率調(diào)制,或稱自適應(yīng)調(diào)制。
2：平滑調(diào)頻(TFM)，從如何平滑MSK信號(hào)的相位軌跡來(lái)壓縮已調(diào)信號(hào)帶外輻射功率的角度提出的一種恒定包絡(luò)調(diào)制方式。
3：通用平滑調(diào)頻(GTFM)，是TFM的擴(kuò)展.它通過(guò)改變預(yù)調(diào)制濾波器的參數(shù)來(lái)平衡拼譜特性和誤碼率性能。
