恒包络调制

恒包络调制研究对象：恒包络调制研究目的：寻找适合于实际信道条件的调制方式6.6恒包络调制:问题的提出恒包络调制：调制信号的幅度不变模拟调制：调频、调相数字调制：OQPSK、/4DQPSK、MSK、GMSK这种调制可用硬限幅的方法去除干扰引起的幅度变化，具有一定的抗干扰性能经过带限处理后的QPSK信号将不再是恒包络具有恒包络特性。调制后的信号的频谱将无限宽当相邻码元间发生180°相移时，限带后的包络甚至会出现包络为0的现象经非线性放大器之后，包络的起伏虽然可以减弱或消除，但同时却会使频谱扩展，其旁瓣对邻近频道的信号形成干扰，发送时的带限滤波将完全失去作用2()ASKPfcffcbffcbffcfcbffcbff0B2ASK第一旁瓣峰值比主峰衰减14dB2ASK功率谱6.6恒包络调制MSK（最小频移键控）GMSK（高斯最小频移键控）MSK（最小频移键控）有时也称为快速移频键控（FFSK)。“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快MSK（最小频移键控）调制指数：112()cos2,0bssEstfttTT222()cos2,0bssEstfttTT2FSK信号21()/shfff120()()0sTststdt两信号正交MSK（最小频移键控）()cos()2kMSKckSastwttTpj=++(1)sskTtkT-＃(),(1)2kkkSSattkTtkTTpqj=+＃+MSK信号()cos[()]MSKckstttwq=+其中令θk(t)称为附加相位函数；ωc为载波角频率；Ts为码元宽度；ak为第k个输入码元，取值为±1；φk为第k个码元的相位常数，在时间kTs≤t≤(k+1)Ts中保持不变，其作用是保证在t=kTs时刻信号相位连续。MSK（最小频移键控）()2kkckSatttT()124kkcsdtafdtTfpp=+=14cSfT+14cSfT-1a=+1a=-调制指数：10.52sshTTMSK（最小频移键控）scscssTfTfTffTff44sin)(2)(2sin1212一般2FSK两个波形的相关系数:相关系数为0的条件是:STnfff2112n的最小值是1，对应最小正交频移键控。MSK（最小频移键控）上式还表明，MSK信号在每一码元周期内必须包含四分之一载波周期的整数倍。fc1()4cSmfNT=+相应地MSK信号的两个频率可表示为1111()44cSmffNTT-=-=+2111()44cSmffNTT+=+=+MSK的相位特点:相位约束条件：若则)1(2)(11kaakkkk1111)1(kkkkkkaakaa当当00)2mod0（或kMSK信号的特点振幅恒定频偏固定h=0.5相位变化π/2码元周期是四分之一载波周期的整数倍码元转换时刻相位连续MSK（最小频移键控）)2cos()(kSkcMSKtTattscoscos()coscossin()sin22kckkcSSttwtawtTTppfJ-振荡f＝1/2Tb差分编码输入数据akck串/并变换振荡f＝fc移相90°Σ延迟Tb带通滤波器MSK信号IkQkIkcos(πt/2Tb)cos(πt/2Tb)sin(πt/2Tb)Qksin(πt/2Tb)－Qksin(πt/2Tb)sinωctIkcos(πt/2Tb)cosωctMSK解调器LPFÅоöµç·LPFÅоöµç·²¢/´®±ä»»²î·ÖÒëÂëÔز¨»Ö¸´ÊäÈëÊä³öcosctsinctBPF鉴频LPF抽样判决输出输入MSK信号的功率谱MSK能量集中在频率较低处能量集中在频率较高处与频率f2成反变比与频率f4成反变比GMSK（高斯最小频移键控）目的：改善MSK谱利用率方法：在频率调制之前用一个低通滤波器对基带信号进行预滤波。低通滤波可以除去s(t)中的高频分量，得到比较紧凑的功率谱低通滤波器的选择原则：（1）窄的带宽和尖锐的过渡带；（2）低峰突的冲激响应；（3）保持输出脉冲的面积不变，以保证/2的相移GMSK（GaussMinimunShiftKeying）低通滤波器的冲激响应222()tGhte频率响应函数22()fGHfeln20.58872BBH(f)是对称于f=0的钟形高斯滤波器GMSK：调制前先利用高斯滤波器将基带信号成形为高斯形脉冲，然后再进行MSK调制，这样一种调制方式称为高斯最小频移键控GMSK滤波器可以利用3dB基带带宽B和基带码元间隔T完全定义。因此，习惯使用BT乘积定义GMSK。注意，MSK信号等价为BT乘积无穷大的GMSK信号。3dB基带带宽GMSK当BT乘积减小时，旁瓣电平衰减非常快第二个旁瓣的峰值比主瓣低30dB还多第二个旁瓣的峰值比主瓣低20dBBT乘积愈小，所对应的GMSK信号的功率谱愈紧凑，谱利用率愈好GMSKGMSK优点：（1）既可以像MSK那样相干检测，也可以像FSK那样非相干检测。（2）GMSK最吸引人的性能是它既具有出色的功率利用率（因为GMSK信号是恒包络的），又具有很好的谱利用率。GMSK缺点：存在码间串扰，降低了可靠性。一矩形脉冲rec(t/T)=uT(t+T/2)通过高斯滤波器之后，成形的高斯脉冲为222121222()expln2ln2tTstTBTxhtBTdx它是非因果的，因此在实际应用中必须使用截尾的高斯脉冲GMSK具有一个比T大的宽度，所以高斯滤波器在发射信号中会产生码间串扰当BT值减小时，引入的码间串扰值会增大BT值愈小，功率谱愈紧凑，但引入的码间串扰会破坏接收机性能，其负面影响是使误码率升高02beEpQnAWGN是一常数，与BT乘积有关。当BT=0.5887时，由高斯滤波产生的码间串扰所引起的误码率将达到最小。BT=0.25对于蜂窝式无线系统是一个很好的选择6正弦载波数字调制：小结1正弦载波数字调制是提高数字信息传输有效性和可靠性的重要手段；在AWGN（加性高斯白噪声）信道条件下，PSK的误码性能最优，其次是DPSK、FSK和ASK；从实现调制系统的复杂性看，基于非相干解调的FSK和ASK系统的复杂性较低，PSK或DPSK系统的实现成本要高一些；从对频谱的利用效率看，PSK、DPSK、ASK系统比FSK要高6正弦载波数字调制：小结2数字调制系统的基本作用是将数字信息序列映射为合适的信号波形，以便发射到（无线）信道中去。数字调制系统对频谱资源的利用程度和抗噪声能力是我们考察数字调制方式的重要指标。因此，本章在详细说明基本调制方式的原理后，还介绍了一些比基本调制系统抗噪声性能和/或频谱利用率更高的调制方式，主要包括：多进制的调制（MASK、MFSK、MPSK等）、QAM、MSK和GMSK等。6正弦载波数字调制：小结3AWGN信道条件下，且频带利用率相同，进制数大于四时，QAM比MPSK的抗噪声性能优，功率利用率高；MSK和GMSK等调制方式与普通的ASK、FSK、PSK或DPSK和QAM调制方式相比，已调信号对邻道的干扰小，有效提高了频谱资源的使用效率。6正弦载波数字调制：小结4数字调制理论与技术发展迅速，人们探索性能更佳的新调制方式的工作从未停止过，目前研究热点和比较流行的调制方式有：TCM（格状编码调制）：在普通56kbps调制解调器中得到应用）OFDM（正交频分复用调制）：在ADSL（非对称数字用户环）系统和短波调制解调器中得到广泛应用）CDMA（码分多址）：在移动通信系统中得到应用）CCK（补码键控调制）：在无线局域网（WLAN）中广泛使用）