通信原理6.6恒包络调制

1、恒包络调制 n研究对象：恒包络调制 n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可以减弱或消除，但同时却会使频谱扩

2、展，其旁瓣对邻近频道的信号形成干扰，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发送时的带限滤波将完全失去作用 2 ( ) ask pf c f f cb ff cb ff c f cb ff cb ff 0 b2ask 第一旁瓣峰值比主第一旁瓣峰值比主 峰衰减峰衰减14db 2ask功率谱 6.6恒包络调制 nmsk（最小频移键控） ngmsk（高斯最小频移键控） msk（最小频移键控） n有时也称为快速移频键控（ffsk)。 n“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 n“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

3、，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：调制指数： 11 2 ( )cos 2,0 b s s e s tf ttt t 22 2 ( )cos 2,0 b s s e s tf ttt t 2fsk信号 21 ()/ s hfff 12 0 ( ) ( )0 s t s t s t dt 两信号正交 msk（最小频移键控） ( )cos() 2 k mskck s a stw tt t p j=+ (1) ss kttkt- ( ),(1) 2 k kks s a ttkttkt t p qj=+ msk信号信号 ( )cos( ) mskck sttt

4、wq=+ 其中其中 令令 k(t)称为附加相位函数；称为附加相位函数；c为载波角频率；为载波角频率；ts为码元宽度；为码元宽度； ak为第为第k个输入码元，取值为个输入码元，取值为1；k为第为第k个码元的相位常个码元的相位常 数，在时间数，在时间ktst(k+1)ts中保持不变，其作用是保证在中保持不变，其作用是保证在 t=kts时刻信号相位连续。时刻信号相位连续。 msk（最小频移键控） ( ) 2 k kck s a ttt t ( )1 24 kk c s dta f dtt fp p =+= 1 4 c s f t + 1 4 c s f t - 1a = + 1a = - 调制指数：

5、调制指数： 1 0.5 2 s s ht t msk（最小频移键控） sc sc s s tf tf tff tff 4 4sin )(2 )(2sin 12 12 一般2fsk两个波形的相关系数: 相关系数为相关系数为0的条件是的条件是: s t nfff 2 1 12 n的最小值是的最小值是1，对应最小正交频移键控。，对应最小正交频移键控。 msk（最小频移键控） 上式还表明，上式还表明，msk信号在每一码元周期内必须包含四分之一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。载波周期的整数倍。fc还可以表示为还可以表示为 1 () 4 c s m fn t =+ 相应地相应地ms

6、k信号的两个频率可表示为信号的两个频率可表示为 1 11 1 () 44 c s m ffn tt - =-=+ 2 11 1 () 44 c s m ffn tt + =+=+ msk的相位特点: 相位约束条件：相位约束条件： 若若 则则 ) 1( 2 )( 11 kaa kkkk 11 11 ) 1( kkk kkk aak aa 当 当 0 0 )2mod0（或 k msk信号的特点 n振幅恒定 n频偏固定h=0.5 n相位变化/2 n码元周期是四分之一载波周期的整数倍 n码元转换时刻相位连续 msk（最小频移键控） ) 2 cos()( k s k cmsk t t a tts cos

7、cos()coscossin()sin 22 kckkc ss tt w taw t tt pp fj- 振荡 f1/2tb 差分编码 输入数据 akck 串/并变换 振荡 ffc 移相 90 延迟tb 带通 滤波器 msk 信号 ik qk ik cos(t/2tb) cos(t/2tb) sin(t/2tb) qk sin(t/2tb) qk sin(t/2tb)sinct ik cos(t/2tb)cosct msk解调器 bpf鉴 频lpf 抽 样 判 决 输 出 输 入 msk信号的功率谱 msk能量能量 集中在频集中在频 率较低处率较低处 能量集中 在频率较 高处 与频率f 2成

8、反变比 与频率f 4成 反变比 gmsk（高斯最小频移键控） n目的：改善msk谱利用率 n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 n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（gauss minimun shift keying） 低通滤波器的冲激响应 2 22 ( ) t g hte 频率响应函数 22 ( ) f g hfe ln20.5887 2bb h (f )是对称于f=0的钟形 高斯滤波器 gmsk：调

9、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 20db bt乘积愈小，所对 应的gmsk信号的 功率谱愈紧凑，谱 利用率愈好 gmsk gmsk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

10、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 2 22 1 2 1 2 22 ( )exp ln2ln2 t t s t t btx h tbtdx 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 0 2

11、 b e e pq n 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 n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； n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； n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 n数

12、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。 n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。 n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 nawgn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； nmsk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 n数字调制理论与技术发