移動通信中各類數字調制方式的分析比較
更新時間：2018-11-21 點擊次數：900次
移動通信中各類數字調制方式的分析比較
1.1 GMSK調制方式
GSM系統GSM系統采用的是稱為GMSK的調制方式。GMSK在二進制調制中具有*綜合性能。其基本原理是讓基帶信號先經過高斯濾波器濾波，使基帶信號形成高斯脈沖，之后進行MSK調制，屬于恒包絡調制方案。它的優點是能在保持譜效率的同時維持相應的同波道和鄰波道干擾，且包絡恒定，實現起來較為容易。目前，常選用鎖相環(PLL)型GMSK調制器。從其調制原理可看出，這種相位調制方法選用90°相移，每次相移只傳送一個比特，這樣的好處是雖然在信號的傳輸過程中會發生相當大的相位和幅度誤差，但不會擾亂接收機，即不會生成誤碼，對抗相位誤差的能力非常強。如果發生相位解碼誤差，那么也只會丟失一個數據比特。這就為數字化語音創建了一個非常穩定的傳輸系統，這也是此調制方式在第二代移動通信系統中得以廣泛使用的重要原因。但其的缺點是數據傳輸速率相對較低，其頻譜效率不如QPSK，并不太適合數據會話和高速傳輸。因此，為提高傳輸效率，在GPRS系統中的增強蜂窩技術（EDGE）則運用了 3π/8-8PSK的調制方式，以彌補GMSK的不足，為GSM向3G的過渡做好了準備。
1.2 PSK 類調制方式
以基帶數據信號控制載波的相位，使它作不連續的、有限取值的變化以實現傳輸信息的方法稱為數字調相，又稱為相移鍵控，即PSK。理論上，相移鍵控調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擾的影響，從而提高數字通信的有效性和頻譜利用率。如四相調制（QPSK）在發端一個碼元周期內（雙比特）傳送了２位碼，信息傳輸速率是二相調制（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，對接收端的要求就越高，將使誤碼率增加，傳輸的可靠性將隨之降低。為了實現兩者的統一，各通信系統紛紛采用改進的PSK調制方式，而實際上各類改進型都是在zui基本的BPSK和QPSK基礎上發展起來的。
在實際應用中，北美的IS-54TDMA、我國的PHS系統均采用了π/4-DQPSK方式。π/4-DQPSK調制是一種正交差分移相鍵控調制，實際是OQPSK和QPSK的折中，一方面保持了信號包絡基本不變的特性，克服接收端的相位模糊，降低了對于射頻器件的工藝要求；另一方面它可采用相干檢測，從而大大簡化了接收機的結構。但采用差分檢測方法，其性能比相干QPSK有較大的損失，實際系統在略微增加復雜度的條件下，采用Viterbi檢測可提高該系統的接收性能。在CDMA系統中，通過擴頻與調制的巧妙結合，力圖實現在抗 干擾性即誤碼率達到*的BPSK性能，在頻譜有效性上達到QPSK的性能。同時為了減少設備的復雜度，降低已調信號的峰平比，采用各種BPSK和 QPSK的改進方式，引入了偏移QPSK（OQPSK）、π/4-DQPSK、正交復四相移鍵控CDQPSK以及混合相移鍵控HPSK等。可見，PSK數字調制技術靈活多樣，更適應于高速數據傳輸和快速衰落的信道。在2G向3G演進的過程中，它已成為各移動通信系統主要的調制方式
1.3 OFDM技術
OFDM是一種多載波數字通信調制技術，屬于復用方式。它并不是剛發展起來的新技術，而是由多載波調制（MCM）技術發展而來，應用已有近40年的歷史。它開始主要用于軍用的無線高頻通信系統。這種多載波傳輸技術在無線數據傳輸方面的應用是近十年來的新發展。目前，已被廣泛應用于廣播式的音頻和視頻領域以及寬帶通信系統中。由于其具有頻譜利用率高、抗噪性能好等特點，適合高速數據傳輸，已被普遍認為是第四代移動通信系統zui熱門的技術之一。
該技術的基本原理是將高速串行數據變換成多路相對低速的并行數據并對不同的載波進行調制。這種并行傳輸體制大大擴展了符號的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落的性能。傳統的頻分復用方法中各個子載波的頻譜是互不重疊的，需要使用大量的發送濾波器和接受濾波器，這樣就大大增加了系統的復雜度和成本。同時，為了減小各個子載波間的相互串擾，各子載波間必須保持足夠的頻率間隔，這樣會降低系統的頻率利用率。而現代OFDM系統采用數字信號處理技術，各子載波的產生和接收都由數字信號處理算法完成，極大地簡化了系統的結構。
OFDM的另一個優點在于每個載波所使用的調制方法可以不同。各個載波能夠根據信道狀況的不同選擇不同的調制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等，實現頻譜利用率和誤碼率之間的*平衡為原則。例如，為了保證系統的可靠性，很多通信系統都傾向于選擇BPSK或QPSK調制，以確保在信道zui壞條件下的信噪比要求，但是這兩種調制方式的頻譜效率很低。OFDM技術由于使用了自適應調制，可根據信道條件選擇不同的調制方式。比如在信道質量差的情況下，采用BPSK等低階調制技術;而在終端靠近基站時，信道條件一般會比較好，調制方式就可以由BPSK（頻譜效率1bit/s/Hz）轉化成16QAM～64QAM（頻譜效率4bit/s/Hz～6bit/s/Hz），整個系統的頻譜利用率就會得到大幅度的提高。目前OFDM也有許多問題亟待解決。其不足之處在于峰均功率比大，導致射頻放大器的功率效率較低;對系統中的非線性、定時和頻率偏移敏感，容易帶來損耗，發射機和接收機的復雜度相對較高等。近年來，業內已對這些問題進行積極研究，取得了一定進展。
除了以上介紹的調制技術外,目前在研究的還有很多調制技術,例如：
1：可變速率調制，根據信道的變化自適應地改變無線傳輸速率,信道條件好,用較高速率;信道條件差,用較低速率.這是可變速率調制,或稱自適應調制。
2：平滑調頻(TFM)，從如何平滑MSK信號的相位軌跡來壓縮已調信號帶外輻射功率的角度提出的一種恒定包絡調制方式。
3：通用平滑調頻(GTFM)，是TFM的擴展.它通過改變預調制濾波器的參數來平衡拼譜特性和誤碼率性能。
