Microsoft PowerPoint - Lecture14

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft PowerPoint - Lecture14"

寇吉
4 years ago
Views:

1 CMOS 射频集成电路设计 2007 年 12 月 21 日唐长文助理研究员复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室

2 调制与解调多路接入技术和标准协议调制和解调多路接入技术标准协议 -2-

3 基带信号和带通信号基带信号 : 中心频率为零的信号带通信号 : 中心频率不为零的信号 ( ) = ( ) cos ω + ϕ( ) x t a t ct t 调制 : 将基带信号搬移到载波频率上变为带通信号调制解调方式的性能指标信号质量好坏带宽效率功耗效率 -3-

4 调制解调器 (Modem) 简单通信系统 Modulation & Demodulation 加性高斯白噪声 -4-

5 幅度调制 (AM) 模拟调制 (I) I)- 幅度调制 (AM) ( ) = 1+ ( ) cosω xam t AC mxmm t ct 对加性噪声比较敏感需要线性功率放大器相干检测时间域不相干检测频率域 -5-

6 模拟调制 (II) - 相位和频率调制 (PM, AM) x = ω + FM t AC cos ct m xbb t dt 对加性噪声不敏感通常不需要线性功率放大器, 功率放大器效率可以提高频率调制占用的带宽计算很困难频率调制 (FM) ( ) ( ) 简单 FM 解调 PM 调制 FM 调制 -6-

7 窄带 FM 调制调制信号是正弦信号 : ( ) = cos x t A ω t BB m m m xfm, NB( t) Ac cosωct Am Ac sinωctsinωmt β = ma m ω m << 1 ωm = Am Am c Am Am c Accosωct cos( ωc ωm) t cos( ωc ωm) t 2ω + 2ω + m m 预校正与去校正 -7-

8 调制信号是正弦信号 : 贝塞尔 (Bessel) 函数 : 带宽 + 宽带 FM 调制 () ( β) cos( ω ω ) x t = A J + n t FM c n c m Jn ( β ) B FM ( β ) B BB ( ) = cos x t A ω t BB m m β = ω >> 1 ma m m -8-

9 数字调制方式 (I) 数字调制方式中, 基带信号是数字信号最简单情况下, 是二进制码流与模拟调制方式对应, 有数字 AM, FM 和 PM 调制 ASK: Amplitude Shift Keying FSK: Frequency Shift Keying PSK: Phase Shift Keying x ASK () t Acosω ct bn = 1 = 0 bn = 0-9- x x FSK PSK () t () t Acosω1t bn = 1 = Acosω2t bn = 0 Acosω t b = 1 cos 0 1 n = A ω1t bn =

10 数字调制方式 (II) 数字调制波形图 -10-

11 基本概念 (I) 二元信号 /M- 元信号比特率符号率 = 比特率 /M ( ) = ( ) x t b p t nt b n = 0/1 b n = + 1/ 1 BB n b n -11-

12 基本概念 (II) 基函数正交特性 : 在一个周期内, 不同基函数的乘积的积分为 0, 自身的乘积积分为常数调制信号 : 所有基函数的线性叠加 xt () = α φ () t + α φ () t + + α φ () t N: 基函数集的维数 N N T s 0 φ () t φ () t dt = 0 m k m k () Acosω t b = 1 1 n xfsk t = = αφ 1 1t + αφ 2 2t = αα 1 2 φ1t φ2t Acosω2t bn = 0 [ ] [ A ] [ A ] () () [ ][ () ()] α1α 2 = 0 c, c0 基函数 φ1 = cos ω1t, φ2 = cosω2t -12-

13 基本概念 (III) 信号星座图 : 笛卡尔坐标 ( ) = [ α α ] [ φ () φ () ] x t t t 噪声影响

14 基本概念 (IV) 最优检测 : 信噪比 (SNR) 最大的检测方法 -14-

15 基本概念 (V) 匹配滤波器矩形脉冲的最优检测相关检测模型 τ = T b yt ( b ) = x( τ ) p( τ) dτ τ = 0-15-

16 基本概念 (VI) 相关检测 : 基于匹配滤波器的理论非相关检测 : -16-

17 正交调制方式通过串并转换将二进制码流变为两位数字 ( ) = cosω + 1 x t b A t b A sinω t PSK m c c m c c 星座图 -17-

18 QPSK 调制 QPSK: Quadrature PSK kπ xqpsk () t = 2Ac cos ωct + k = 1,3,5,7 4 可以证明 : 相同的信号和噪声功率情况下,QPSK 误码率与 BPSK 相同每一个码结束时的相位切换太大 -18-

19 OQPSK: Offset QPSK OQPSK 调制串并转换之后, 一路信号延时一个码的时间 ; 从而使得两路信号的相位不会同时发生变化相位变化缓慢可以降低功放线性度的要求 -19-

20 π/4-qpsk 调制 π/4-qpsk 是由相差 π/4 的两个 QPSK 构成星座图 -20-

21 MSK 调制 MSK: Minimum Shift Keying QPSK 调制方式中 b m 和 b m+1 是方波, 因此相位转换非常陡为解决该问题, 可以采用半个正弦信号作为调制脉冲 -21-

22 GMSK 调制 GMSK: Gaussian MSK 采用高斯滤波器可以使得相位切换更加平滑高斯滤波器的脉冲响应为 : () ( 2 = exp αt ) ht 通常, 脉冲整形滤波通过数字电路处理 GMSK 调制不需要线性功率放大器 -22-

23 频谱再生和功率效率发射机的输出频谱必须严格符合 FCC 的要求相邻频段上的噪声之和必须低于一定的标准值某些调制方式中的滤波器会产生包络变化如果通过非线性功放输出会产生频谱再生现象奈奎斯特信号可以减小码间干挠 (ISI), 同时可以得到严格的频谱特性例如 : 升余弦整形滤波器 -23-

24 多路接入技术转接 (Duplexing) 是收发机实现双工通信所必需的时分复用 (TDD, Time Division Duplex) 接收机会接受到所有发射机的干挠频分复用 (FDD, Frequency Division Duplex) 转接滤波器存在损耗 TX 到 RX 存在馈通现象需要机站 -24-

25 多路接入 (I) - 频分多路复用许多收发机之间如何实现彼此之间通讯? 频分多路复用 (FDMA, Frequency Division Multiple Acess) 可用频带划分成许多信道, 每一个用户分配一个信道用户数 = 可以频带 / 信道带宽 -25-

26 多路接入 (II) - 时分多路复用时分多路复用 (TDMA, Time Division Multiple Acess) 在不同的时间间隙内, 所有用户使用同一个信道每一个收发机在周期时间间隙内工作与 FDMA 相比,TDMA 的优势每个发射机在一段时间内工作, 节省了功放的功耗数字化语音信号可以被压缩, 提高了频带的利用率通常 TDMA 系统中也同时使用 FDMA 技术 -26-

27 多路接入 (III) - 码分多路复用码分多路复用 (CDMA, Code Division Multiple Acess) 码分多路复用技术通过正交信号来避免干挠, 每个用户同时占用相同的信道在直序 CDMA 中, 每个用户固定分配一个正交码在调频 CDMA 中, 每个用户动态占用一个 DS-CDMA -27- FH-CDMA

28 无线标准协议 (I) I)-AMPS 无线标准协议 : 定义和约束无线系统的收发机的详细指标和性能要求 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 模拟系统 -28-

29 无线标准协议 (II) II)-NADC NADC(North American Digital System) 数字系统, 与 AMPS 相同的频带和信道带宽采用 TDMA 技术, 比 AMPS 容量提高了 6 倍 -29-

30 无线标准协议 (III) III)-GSM&CDMA GSM(Global System for Mobile Comm.) TDMA/FDD Qualcomm CDMA (IS-95) DS-CDMA 系统比较复杂 -30-

31 无线标准协议 (IV) IV)-DECT DECT(Digital European Cordless Telephone) -31-

32 蜂窝无线系统 (I) 7-cell 模式有效的频谱如何能处理上千部手机? 同信道干挠 (CCI, Co-channel interference) 漫游 (Roaming), 转接 (Hand-off) -32-

33 蜂窝无线系统 (II) 自由空间损耗 (Free space loss) 多路衰退 (Multi-path fading) 和延迟扩展 -33-

3/8/005 3G 7 3/8/005 3G 8 3/8/005 3G 9 3/8/005 3G 0 3/8/005 3G 3/8/005 3G

3/8/005 3G 3/8/005 3G 3/8/005 3G 3 3/8/005 3G 4 3/8/005 3G 5 3/8/005 3G 6 3/8/005 3G 7 3/8/005 3G 8 3/8/005 3G 9 3/8/005 3G 0 3/8/005 3G 3/8/005 3G a(i) f f f f A B A B a(ii) f f f 3 f f f 3 A B C A B