移动通讯原理ch10.5.ppt

2019/7/14,现代通信原理,第十章 数字信号的载波传输,第十章 数字信号的载波传输,10.5 恒包络调制 概述 10.5.1 偏移四相相移键控（OQPSK） 10.5.2 最小频移键控（MSK） MSK调制的原理 信号波形 调制框图 功率谱 频谱图 相干检测 误码性能 10.5.3 其它恒包络调制 一、 连续相位调制CPM 二、 非线性相位的CPM技术 三、 高斯预滤波最小频移键控GMSK 四、 DQPSK 调制技术,10.5 恒包络调制,概述 前面讨论的调制方式，认为基带信号是矩形的。严格来说，这些矩形包络调制信号，其频谱是无限宽的，有很强的旁瓣分量。实际信道都是有限的，这样这种无限宽的信号经过有限宽的信道，旁瓣被滤除，将使调制信号包络呈很大起伏，将产生畸变。 如果采用限带调制技术，显然只有主瓣，但由于信道的非线性，原限带信号将会产生非线性畸变，将会使滤除的旁瓣又起来，产生频谱的扩展，对临道产生干扰。,概述,因此，对于一个非线性信道上的高效率调制技术必须满足以下几个要求 1. 具有稳定包络，幅度上不能带信息。 2. 具有较高的频谱效率。 3. 具有较高的功率效率。,10.5.1 偏移四相相移键控OQPSK,O offset,OQPSK,其中， 它的功率谱和QPSK 相同。,OQPSK 相位变化情况,QPSK,OQPSK 没有 变化 误比特性能和QPSK一样,10.5.2 最小频移键控MSK,OQPSK虽然在QPSL基础上前进了一步，对抗非线性的影响有好处，但是由于这种调制方式虽消除了180o相位突变，但还存在90o式和 90o相位突变。 因此在相位突变点处仍存在着凹坑，其结果是这种调制方式旁瓣分量比较强，很难满足移动通信系统相邻信道总频谱泄漏60dB的要求。 因此，采用了OQPSK的改进型MSK方式，它是FSK的一个特例。,MSK调制的原理,FSK功率谱宽度和调制指数有关，h增大频谱就赠宽 2FSK时 MSK特点： h=0.5 码字交替处相位连续,MSK 信号波形,MSK信号时OQPSK的特殊形式，OQPSK脉冲波形g(t)是矩形，而MSK则是正弦。 MSK 信号波形 瞬时频率 ， 二个频率,MSK 信号波形（续1）,MSK在码字发生变化时，相位是连续的,MSK 信号波形（续2）,由此可见，在每个信息比特内载波相位变化是 ，也就是在 之内相位变化 因此累计相位 在每比特结束时必为 的整数倍。,MSK 信号波形（续3）,对该式展开,MSK 调制框图,对于 ，它们分别是输入的二进序列经过绝对码相对码，再串并，奇数位为 ，偶数位为,MSK 功率谱,QPSK MSK,MSK 频谱图,MSK频谱的主瓣宽度比OQPSK 要宽，但它的旁瓣却下降很快。 计算得到，对于 MSK来说， 就能包含99的功率，而QPSK和OQPSK却要,MSK 相干检测,MSK的检测通常采用相干检测，有两种方式 一比特区间,MSK 相干检测 (续),二比特区间,MSK 误码性能,相位编码发生在二个比特区间，因此在二比特区间进行检测，就获得了好的性能。 这种检测方式和QPSK的码性能相当。 MSK加了相位约束条件，这实际上是一种相位编码。,10.5.3 其它恒包络调制,一、 连续相位调制CPM 二、 非线性相位的CPM技术 三、 高斯预滤波最小频移键控GMSK 四、 DQPSK 调制技术,一、 连续相位调制CPM 原理,CPM信号可表示为 瞬时频率,CPM调制,相位变化规律 要满足相位连续条件 一个 CPM 主要取决于 hk，g(t)和调制码字 Ik。,CPM分类,全局响应和部分响应 全响应 g(t)只限在一个码字时间内，或者说，每个码字时间中已调波的相位变化量只取决于该码字本身，而和其它码字无关。 部分响应 反之 线性相位和非线性相位 线性相位 g(t)是一个矩形函数，则相位按线性规律变化，称为线性相位CPM，亦即每个码字中瞬时频率是常数。,CPM分类 （续）,非线性相位 g(t) 是一个任意函数，这时每个码字的瞬时频率不是常数，而相位不按线性规律变化，称为非线性CPM。 单调制指数和多调制指数 单调制指数 各个码字的调制指数相等 多调制指数 反之 MSK 全响应、线性相位、单调制指数CPM,二、 非线性相位的CPM技术,线性相位的CPM， 虽保证了在码字过渡点相位是连续的，但却不能保证相位的导数（即频率）也是连续的，由于频率的不连续（突跳），使功率谱在带外衰减得还不够快。 如MSK，在码字过渡点好，它的相位连续，但它的频率将发生跳变，即从频率 。 由于发生跳变，就使得在该处相位点处尖锐的边峰，使得旁瓣还不能进一步下降。,非线性相位的CPM技术,这就要让码字在交替时，要求对相位点的尖峰加以平滑，也就是要让相位导数也连续，这就发现了非线性相位CPM技术。 非线性CPM 技术分类 全响应 部分响应 这实际上决定了平滑相位点尖峰所采用的方法,1. 全响应非线性相位CPM,又称为成形的 MSK技术 它和 MSK 的不同之处 g(t) 波形不是矩形而是一个正弦（或余弦）波形，称为正弦（或余弦）频移键控（SFSK） 相位变化图 一个码字内相位变化也是 ，但变化不是线性，从而使尖峰相位得到平滑。,2. 部分响应非线性相位CPM,全响应非线性CPM虽保证了码字过渡点相位导数的连续，但并未使旁瓣得到明显下降。主要原因是全响应只发生在一个码字区间内，而要使频域上进一步压缩，必须让时域波形有适当拖尾，即不仅仅限在一个码字内，即采用部分响应。 这就是可控调频技术，即TFM (Tamed FM)这是一种采用部分响应非线性相位CPM技术。,部分响应非线性相位CPM,在 MSK 中，每个码字中相位变化量为 在 TFM 中， 它取决于前后三个码字 根据前后三个码字取值不同，可以有 五种相位变化，因此从相位办哈量来说，它是一种第二类部分响应编码，从行为的平均变化量来说，显然要比MSK（ ） 要小得多，因此它的旁瓣可可以大大下降。,IJFOQPSK,另一种部分响应技术就是书上称为无符号间干扰和无抖动的OQPSK ，即 IJFOQPSK 这种方式是将输入的二进制信号序列先进行IJF编码，形成IJF基带信号，就是将单位宽度的码形成宽度为二倍间隔的升余弦脉冲，然后再进行OQPSK调制。,三、 高斯预滤波最小频移键控GMSK,要让旁瓣小，必须让相位的导数连续，而且是一阶、二阶都连续 什么函数可以满足？ 高斯函数。 CPM 信号的频谱旁瓣下降是按以下规律 其中C 为相位导数保持连续的阶数 对于MSK ，C0， 因此旁瓣按 规律下降。,高斯预滤波最小频移键控GMSK,Gaussian MSK 是MSK的变形。GMSK中，旁瓣电平通过一个高斯成形滤波器对输入信号进行滤波，高斯滤波器平滑了MSK的相位轨迹。预调制高斯滤波器将全响应的信号转化为部分响应信号，将一个T的符号信息变为跨越几个比特周期。预调制高斯滤波器在发送信号中引入了码间串扰，如高斯滤波器的3dB带宽和体特宽度的乘积（BT）大于0.5，则GMSK性能引起的恶化不太严重。,GMSK 响应,GMSK脉冲响应 频域响应 这个函数的所有导数都是连续的，因此它的旁瓣下将很快。 参数a 和3dB 带宽B有关,GMSK 响应,GSMK滤波器完全由B和Tb决定 MSK是相当GMSK的BTb乘积取无穷时 随着BTb的减小，旁瓣电平急速下降 如BTb0.5 GMSK第二旁瓣相对于主瓣下降30dB MSK只有20dB,GMSK 和MSK功率比带宽表,表中不同BT在一定功率百分比时所占有带宽,GMSK 例子,采用3dB 带宽高斯的同滤波器BTb乘积0.25，GMSK信道速率为Rb=270Kbps,求90%的功率射频带宽。 解： 当BT=0.25时, 因此3dB 带宽为67.567KHz。为了求90的功率谱 带宽， 从前面的表中得到0.57, BT=0.57 射频带宽为153.9KHz,GMSK 误码性能,GMSK误码性能是BTb的函数 和 有关,GMSK 调制,调制可采用模拟和数字两种方式，一般采用高斯滤波器调频，也可采用标准的正交调制方式。,GMSK 解调,GMSK解调可以采用正交相干检测方式，也可采用标准的调频鉴频器方式。下图为相干检测。,GMSK 参考,“Coherence demodulation of FSK with Low Deviation Ratio” IEEE Trans on Communication Vol com-20, P466-470, June 1972,四、 DQPSK 调制技术,恒包络GMSK调制能使旁瓣下竟很快快，因此满足邻近信道干扰的要求，但随着移动业务的增长，GMSK无法满足频谱利用率的要求，因此必须选择频谱利用率高的调制方式。 DQPSK 不仅由良好的旁瓣，而且频谱利用率比GMSK高20。美国IS95标准采用这种调制方式。,DQPSK 调制技术,星座图有8个点 它可由两个QPSK信号的星座图叠加而成，彼此偏离 ，两个星座图交替来传送信息。,DQPSK 调制框图,