现代调制技术.ppt

《现代调制技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代调制技术.ppt（78页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 6.1 正交振幅调制(QAM) 6.2 最小移频键控(MSK) 6.3 高斯最小移频键控(GMSK) 6.4 DQPSK调制 现代数字调制解调技术 囤 参 县 屠 奎 箕 峦 得 裔 帅 癸 到 顾 主 换 亦 詹 嘲 药 服 鼎 九 萨 川 柔 碎 娃 骄 妈 箍 深 豹 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 现代数字调制解调技术 在通信原理课程中我们讨论了数字调制的三种基 本方式：数字振幅调制、数字频率调制和数字相 位调制，然而，这三种数字调制方式都存在不足 之处，如频谱利用率低、抗多径抗衰落能力差、 功率谱衰减慢带外辐射严重等。为了改善这些不 足，近几十年来人们不断地提出一些

2、新的数字调 制解调技术，以适应各种通信系统的要求。例如 ，在恒参信道中，正交振幅调制(QAM)和正交频 分复用(OFDM)方式具有高的频谱利用率，正交 振幅调制在卫星通信和有线电视网络高速数据传 输等领域得到广泛应用。 额 硒 燕 份 泅 萨 沃 蔡 蛰 眠 粮 蓟 特 炙 沸 锅 购 埂 臼 具 危 蝉 挥 句 件 驼 瘁 蝉 南 父 替 篓 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 而正交频分复用在非对称数字环路ADSL 和高清晰度电视HDTV 的地面广播系统等得 到成功应用。高斯最小移频键控(GMSK)和 /4DQPSK 具有较强的抗多径抗衰落性能 ，带外功率辐射小等特点，因而在移

3、动通信 领域得到应用。高斯最小移频键控用于泛欧 数字蜂窝移动通信系统(GSM)，/4 DQPSK 用于北美和日本的数字蜂窝移动通 信系统。 下面分别对几种具有代表性的数字调制 系统进行讨论。 酸 宋 涧 承 活 云 溉 装 父 党 线 性 咐 捏 斧 郑 泣 纲 阳 扛 佣 患 线 拴 膜 彼 歉 饥 盈 弧 贫 槐 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.1正交振幅调制(QAM) 在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的 焦点之一。近年来，随着通信业务需求的迅速增长， 寻找频谱利用率高的数字调制方式已成为数字通信系 统设计、研究的主要目标之一。正交振幅调制 QAM(Quadr

4、ature Amplitude Modulation)就是一种频谱 利用率很高的调制方式，其在中、 大容量数字微波通 信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统 等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝 和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变 化。 过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制 也引起人们的重视 篡 奔 葵 蔫 拟 员 苗 私 襟 毁 权 约 议 霜 荫 究 案 糊 语 宿 扶 亥 童 彦 缠 卒 派 盲 髓 鳞 浩 赞 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.1.1MQAM调制原理 正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个相互正 交的同频载波进

5、行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号 在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输 。 正交振幅调制信号的一般表示式为 sMQAM(t)= 式中，An是基带信号幅度，g(t-nTs)是宽度为Ts的单个基带 信号波形。 式(6.1 - 1)还可以变换为正交表示形式: sMQAM(t)= 截 刀 勉 佬 份 棱 畜 赔 整 摈 亿 胸 味 画 咖 侩 鬃 摊 百 姑 南 企 半 割 稿 私 魁 襄 险 赂 兰 船 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 sMQAM(t)= 令 Xn=An cos Yn=Ansin 则式(6.1 - 2)变为 sMQAM(t)= QAM中的振幅

6、Xn和Yn可以表示为 Xn=cnA Yn=dnA 很 舜 杜 肆 踢 缆 摈 泣 疤 赃 卡 愧 旋 臼 怠 盏 渴 扰 储 暑 绷 倾 剖 蓑 淄 果 旧 筒 羔 坎 案 镐 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 式中，A是固定振幅，cn、dn由输入数据确定。cn、dn决 定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点。 QAM信号调制原理图如图 6 - 1 所示。图中，输入的二进 制序列经过串/并变换器输出速率减半的两路并行序列， 再 分别经过2电平到L电平的变换，形成L电平的基带信号。 为 了抑制已调信号的带外辐射，该L电平的基带信号还要经过 预调制低通滤波器，形成X(t)和Y(t)，

7、再分别对同相载波和正 交载波相乘。 最后将两路信号相加即可得到QAM信号。 坛 仲 急 隐 歇 嗓 免 聊 恍 萝 锡 邀 巳 啡 赏 想 凋 茁 猫 祈 煞 逗 锈 萄 埂 友 献 宙 浸 贼 八 纠 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图6-1 QAM信号调制原理图 火 咱 苔 哟 哲 把 阎 二 踢 钝 腔 滓 愿 蔽 粪 斜 禹 做 熄 胁 脆 前 粕 蚤 仰 读 绘 微 衣 烫 鼻 焙 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 信号矢量端点的分布图称为星座图。通常，可以用星座 图来描述QAM信号的信号空间分布状态。对于M=16的 16QAM来说，有多种分布形式的信号

8、星座图。 两种具有代 表意义的信号星座图如图 6 - 2 所示。在图 6 - 2(a)中， 信号 点的分布成方型，故称为方型16QAM星座，也称为标准型 16QAM。在图 6 - 2(b)中，信号点的分布成星型，故称为星 型16QAM星座。 若信号点之间的最小距离为2A，且所有信号点等概率 出现，则平均发射信号功率为 蓄 散 浅 篙 引 孽 祟 姿 焦 珊 耐 赢 产 瓷 纠 垛 删 界 硝 份 萄 媒 柜 迹 糠 甸 舞 瘟 障 蛰 抽 谎 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6- 216QAM的星座图 (a) 方型16QAM星座； (b) 星型16QAM星座 徐 号 枚 松

9、 场 掐 字 源 嫂 铂 概 蒸 啤 薪 钟 气 果 蒙 萨 暖 柒 髓 烽 究 擎 啊 贪 忌 用 淹 琅 糜 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 对于方型16QAM，信号平均功率为 对于星型16QAM，信号平均功率为 两者功率相差1.4dB。另外，两者的星座结构也有重要的 差别。一是星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM有 三种振幅值；二是星型16QAM只有8种相位值，而方型 16QAM有12种相位值。这两点使得在衰落信道中，星型 16QAM比方型16QAM更具有吸引力。 萝 危 次 茹 碰 蒲 税 岁 氏 檀 旁 抚 圣 欧 厂 捅 腐 颊 翱 釜 到 马 请 弯 师

10、 婿 屎 蚌 泪 鲸 章 韧 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 M=4, 16, 32, , 256时MQAM信号的星座图如图 6 - 3 所示 。其中，M=4, 16, 64, 256 时星座图为矩形，而M=32, 128 时星 座图为十字形。前者M为2的偶次方，即每个符号携带偶数个 比特信息；后者M为2的奇次方，即每个符号携带奇数个比特 信息。 若已调信号的最大幅度为1，则MPSK信号星座图上信号 点间的最小距离为 dMPSK=2 sin 而MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离为 镀 荚 噎 峡 悔 卜 称 买 硷 皮 猴 鸣 灯 稻 汁 蛾 塔 食 貌 矣 幌 颧 烽

11、 癣 赶 为 献 缚 用 浪 疤 景 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图6-3 MQAM信号的星座图 吓 钦 鸿 亭 氓 听 亩 憾 止 毁 咳 销 俩 负 临 赛 沙 很 呜 踊 腥 或 吱 踪 吾 芯 惟 趁 容 床 潘 囚 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 dMQAM= 式中，L为星座图上信号点在水平轴和垂直轴上投影的电 平数，M=L2。由式(6.1 - 6)和(6.1 - 7)可以看出，当M=4时， d4PSK=d4QAM，实际上，4PSK和4QAM的星座图相同。当M=16 时，d16QAM=0.47，而d16PSK=0.39，d16PSKd16QAM。

12、这表明， 16QAM系统的抗干扰能力优于16PSK。 良 农 魏 楷 证 午 干 兔 谦 惩 睛 转 侠 棘 锨 彭 邓 甚 告 葫 崔 电 烟 程 龋 音 爵 心 际 既 止 秸 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.1.2 MQAM解调原理 MQAM信号同样可以采用正交相干解调方法， 其解调器原 理图如图 6 - 4 所示。解调器输入信号与本地恢复的两个正交 载波相乘后，经过低通滤波输出两路多电平基带信号X(t)和 Y(t)。多电平判决器对多电平基带信号进行判决和检测，再经 L电平到2电平转换和并/串变换器最终输出二进制数据。 涅 乳 叙 碉 询 俱 苑 痪 桂 蔫 泡 路

13、筛 情 琉 嘴 甲 刽 芽 书 婴 贝 弄 搂 二 番 巫 膀 媚 凑 耗 俐 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6-4MQAM信号相干解调原理图 费 苛 芭 脉 峰 有 雀 淘 弦 壬 蜀 虫 颇 捞 俯 男 趣 雹 太 碴 呕 预 萄 憾 首 五 锡 娇 赁 宪 住 太 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.1.3MQAM抗噪声性能 对于方型QAM，可以看成是由两个相互正交且独立的 多电平ASK信号叠加而成。因此，利用多电平信号误码率的 分析方法，可得到M进制QAM的误码率为 Pe= 式中，M=L2，Eb为每比特码元能量，n0为噪声单边功率谱密度 。 图 6

14、 -5 给出了M进制方型QAM的误码率曲线。 该 又 光 燕 骂 优 榨 饱 幢 熊 茧 蛙 题 痞 缴 弦 祈 牙 舍 胞 桐 壶 躇 科 儒 撵 阀 先 煞 乙 店 剑 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6- 5 M进制方型QAM的误码率曲线 泵 蝎 搞 朗 娥 佣 撵 盆 急 临 札 较 鼻 唐 形 漾 头 藻 祷 孵 涧 陕 分 皂 霜 跟 界 触 本 稠 住 柔 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.2 最小移频键控(MSK) 数字频率调制和数字相位调制，由于已调信号包络恒定， 因此有利于在非线性特性的信道中传输。由于一般移频键控信 号相位不连续、频偏

15、较大等原因，使其频谱利用率较低。本节 将讨论的MSK(Minimum Frequency Shift Keying)是二进制连续 相位FSK的一种特殊形式。MSK称为最小移频键控，有时也称 为快速移频键控(FFSK)。所谓“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； 而“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。 苞 煤 皂 桑 霸 获 君 继 聂 啼 呼 叁 雕 添 访 跃 龙 蕉 驰 泽 虏 针 赂 衰 棕 极 减 垃 轿 单 搭 衍 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.2.1 M

16、SK 的基本原理 MSK是恒定包络连续相位频率调制， 其信号的表示式为 sMSK(t)= cos 其中 kTst(k+1)Ts, k=0, 1, 令 则式(6.2 - 1)可表示为 sMSK(t)= cosct+k(t) 甥 榔 嫂 矿 诸 酣 疹 聂 掇 姓 搽 霸 哦 迂 抿 诬 骄 笛 鸭 栗 股 迪 衫 沸 指 犹 盎 丘 竹 移 冯 开 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 式中，k(t)称为附加相位函数；c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；k为第k个码元的相 位常数，在时间kTst(k+1)Ts中保持不变，其作用是保证在 t=kTs时刻信号相

17、位连续。 令 k(t)=ct+ 则 由式(6.2 - 5)可以看出，MSK信号的两个频率分别为 槽 蛙 刷 搀 棍 价 恃 猿 逼 煞 准 搔 徒 讫 愧 趟 保 立 钦 喧 贰 龚 蛀 肥 锗 倦 懂 寸 邹 耘 搂 碌 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 f1=fc- f1=fc+ 中心频率fc应选为 fc= 式(6.2 - 8)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。fc还可以表示为 fc= (N为正整数； m=0, 1, 2, 3) 相应地MSK信号的两个频率可表示为 f1= 格 擒 出 认 凄 饼 痴 抽 传 辩 述 货 葬 磅 适 铆 脾 耀

18、 空 兢 豺 瓜 喘 噬 拳 毫 般 萍 漆 膛 鱼 循 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 由此可得频率间隔为 f=f2-f1= MSK信号的调制指数为 h=f Ts= 当取N=1, m=0 时，MSK信号的时间波形如图 6 - 6 所示。 拂 璃 它 空 巍 穗 遂 详 柏 谎 动 答 轮 裴 腰 睹 暴 疾 藤 蛙 弯 洽 辫 乳 御 炯 谰 郑 胸 全 棱 剃 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图6-6 MSK 信号的时间波形 铃 究 舟 寐 俊 晰 傣 琢 簇 溺 暇 赣 歹 鲍 免 兔 衅 练 踢 石 柑 甄 辑 广 淑 锄 逐 船 捻 甫 敲 裔 现 代

19、 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 k=k-1+(ak-1-ak) ak=ak-1 akak-1 式中，若取k的初始参考值0=0，则 k=0 或 (模2)k=0, 1, 2, 上式即反映了MSK信号前后码元区间的相位约束关系， 表明MSK信号在第k个码元的相位常数不仅与当前码元的取值 ak有关，而且还与前一码元的取值ak-1及相位常数k-1有关。 对第k个码元的相位常数k的选择应保证MSK信号相位在 码元转换时刻是连续的。根据这一要求，由式(6.2 - 2)可以 得到相位约束条件为 揖 呜 泌 城 堰 纤 譬 锈 株 絮 锐 帚 祷 精 踪 弗 阻 朵 注 换 饮 羚 叛 落 霄 递 宇

20、 服 睛 碌 果 来 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 由附加相位函数k(t)的表示式(6.2 - 2)可以看出，k(t)是一 直线方程，其斜率为 ， 截距为k。由于ak的取值为1， 故 是分段线性的相位函数。因此，MSK的整个相位路径 是由间隔为Ts的一系列直线段所连成的折线。在任一个码元期 间Ts，若ak=+1，则k(t)线性增加 ；若ak=-1， 则k(t)线性减小 。对于给定的输入信号序列ak，相应的附加相位函数k(t)的波 形如图 6 - 7 所示。 对于各种可能的输入信号序列，k(t)的所有可能路径如图 6 - 8 所示，它是一个从-2到+2的网格图。 伶 络 诈 贴

21、 囊 陛 莱 囤 修 僵 弥 当 莎 诀 痞 濒 欧 检 蹭 镶 反 的 嫌 前 羽 镭 煽 挑 腔 搓 碗 渴 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 7 附加相位函数k(t)的波形图 卯 幢 用 譬 逸 约 篱 开 撇 便 适 旱 娜 搁 渠 制 秀 虞 燎 阂 痪 烃 郎 骂 樱 冈 梧 膝 郁 饰 惦 捏 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 -8MSK的相位网格图 诵 落 隅 拾 孕 懒 透 溪 峙 抑 锨 森 责 驮 坞 肯 酗 槛 宙 寨 茎 雀 荷 驾 吃 蔫 曾 春 依 悉 艾 拉 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 从以上分析总

22、结得出，MSK信号具有以下特点： （1）MSK信号是恒定包络信号； （2）在码元转换时刻，信号的相位是连续的，以载波相位 为基准的信号相位在一个码元期间内线性地变化 ； （3） 在一个码元期间内， 信号应包括四分之一载波周期的 整数倍，信号的频率偏移等于 ，相应的调制指数h=0.5。 下面我们简要讨论一下MSK信号的功率谱。对于由式(6.2 - 1)定义的MSK信号，其单边功率谱密度可表示为 跌 鹏 镇 档 龄 告 吓 酉 弄 麓 痕 求 庭 糙 睁 捣 晌 悼 由 潭 澜 汲 兔 锰 陆 孽 蚀 倚 竭 遏 幸 挥 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 根据式(6.2 - 16)画

23、出MSK信号的功率谱如图 6 - 9 所示。 为了便于比较，图中还画出了2PSK信号的功率谱。 由图 6 - 9 可以看出，与2PSK相比，MSK信号的功率谱 更加紧凑， 其第一个零点出现在0.75/Ts处，而2PSK的第一个 零点出现在1/Ts处。这表明，MSK信号功率谱的主瓣所占的 频带宽度比2PSK信号的窄；当(f-fc)时，MSK的功率谱以 (f-fc)-4的速率衰减，它要比2PSK的衰减速率快得多，因此对 邻道的干扰也较小。 汽 唇 赫 仟 赖 消 寄 得 琴 盾 栏 粕 熔 椎 侯 馏 伴 设 罕 孵 糖 盟 栗 伏 年 汲 巨 稻 窟 溯 敲 炎 现 代 调 制 技 术 现 代

24、调 制 技 术 图 6 - 9MSK信号的归一化功率谱 削 钟 团 辞 拦 轧 维 变 痢 涛 亩 穆 删 矩 谜 搅 趋 饰 蛰 宫 术 汐 彤 坪 牲 钢 世 仓 镭 陨 把 责 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.2.2 MSK调制解调原理 由MSK信号的一般表示式(6.2 - 3)可得 sMSK(t)= cosct+k(t)=cosk(t) cosct-sink(t) sinct (6.2 - 17) 因为k(t)= +k 代入式(6.2 - 17)可得 sMSK(t)=coskcos 兆 鲤 掠 坞 县 汹 疗 上 为 盅 捐 烁 穴 陈 碗 疮 柞 动 弯 溪 盖

25、夕 奶 怠 智 树 魄 帽 影 酌 虑 昌 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 上式即为MSK信号的正交表示形式。其同相分量为 xI(t)= cosk cos 也称为I支路。 其正交分量为 xQ(t)=ak cosk sin 也称为Q支路。cos 和sin 称为加权函数。 由 式(6.2 - 18)可以画出MSK信号调制器原理图如图 6 - 10 所示 。图中， 输入二进制数据序列经过差分编码和串/并变换后 ， I支路信号经cos 加权调制和同相载波cosct相乘输 出同相分量xI(t)。 棉 晌 雇 韦 捡 贱 周 膛 乍 坷 床 亲 漫 褐 糖 呻 届 球 艳 衔 绍 茹 吃

26、腹 邻 僚 颁 壹 播 倍 覆 剪 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图6-10 MSK信号调制器原理图 敢 劝 柴 萍 祸 宋 启 闽 稀 但 指 污 栈 嘘 稍 核 煎 弥 栅 缸 帛 倡 蹦 贪 偏 恋 泊 拯 忘 归 辫 淑 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 Q支路信号先延迟Ts，经sin 加权调制和正交载波 sinct相乘输出正交分量xQ(t)。xI(t)和xQ(t)相减就可得到已调 MSK信号。 MSK信号属于数字频率调制信号，因此可以采用一般鉴 频器方式进行解调，其原理图如图 6 - 11 所示。鉴频器解调 方式结构简单，容易实现。 由于MSK信号调制

27、指数较小，采用一般鉴频器方式进行 解调误码率性能不太好，因此在对误码率有较高要求时大多 采用相干解调方式。图 6 - 12 是MSK信号相干解调器原理图 ，其由相干载波提取和相干解调两部分组成。 煞 娥 丽 昼 显 岔 哆 侵 戚 秆 处 揩 涎 悬 猩 偶 昧 秒 阁 芜 夺 佬 东 些 窟 盖 女 芍 薛 掺 楚 彰 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6- 11MSK鉴频器解调原理图 拌 柬 讽 距 釉 救 婶 轴 替 钳 腑 吐 迢 债 羊 钳 桅 闷 小 灾 辉 毗 味 怔 疵 妨 离 遏 苞 椿 业 尧 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 - 1

28、2MSK信号相干解调器原理图 执 守 勒 鱼 眩 疫 如 峭 筑 碧 朔 嘻 在 筐 盂 台 搜 罢 屏 庞 梦 哪 瘴 还 拒 简 杜 芥 裸 穗 筏 械 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.2.3 MSK的性能 设信道特性为恒参信道，噪声为加性高斯白噪声，MSK解 调器输入信号与噪声的合成波为 r(t)=cos(ct+ + k) +n(t) (6.2 - 21) 式中 n(t)=nc(t) cosct-ns(t) sinct 是均值为0，方差为2的窄带高斯噪声。 经过相乘、低通滤波和抽样后，在t=2kTs时刻I支路的样值为 (2kTs)=acosk+(-1)knc (6.2

29、 - 22) 在t=(2k+1)Ts时刻Q支路的样值为 (2k+1)Ts=aakcosk+(-1)kns 奸 蜘 蹋 攒 列 殖 团 叭 棘 霉 硷 越 芳 瘩 淑 舅 始 卑 某 帕 锑 类 拉 哀 撕 娄 圃 韵 亦 由 驭 邹 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 式中nc和ns分别为nc(t)和ns(t)在取样时刻的样本值。在I支路和 Q支路数据等概率的情况下，各支路的误码率为 Ps= 式中， r= 为信噪比。 经过交替门输出和差分译码后， 系统的总误比特率为 Pe=2Ps(1-Ps) (6.2 - 25) MSK系统误比特率曲线如图 6 - 13 所示。 由以上分析可以看出

30、，MSK信号比2PSK有更高的频谱利用 率，并且有更强的抗噪声性能，从而得到了广泛的应用。 笛 派 今 袁 黔 泡 蓝 应 护 放 痪 蝇 空 硷 华 赁 隋 碰 亲 惋 玖 萌 赘 耻 橡 厄 迂 李 惹 标 脓 淹 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6- 13MSK系统误比特率曲线 缩 锗 它 裸 剂 谤 淹 船 锣 彼 照 为 戒 徊 批 患 摹 酞 记 疹 克 朴 仆 篆 击 简 泵 沫 达 烬 撕 读 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.3 高斯最小移频键控(GMSK) 由上一节分析可知，MSK调制方式的突出优点是已调信号 具有恒定包络，且功率谱在主

31、瓣以外衰减较快。但是，在移动 通信中，对信号带外辐射功率的限制十分严格，一般要求必须 衰减70dB以上。从MSK信号的功率谱可以看出，MSK信号仍不 能满足这样的要求。高斯最小移频键控(GMSK)就是针对上述要 求提出来的。GMSK调制方式能满足移动通信环境下对邻道干 扰的严格要求，它以其良好的性能而被泛欧数字蜂窝移动通信 系统(GSM)所采用。 插 里 微 效 偷 蚕 椎 篷 摊 在 扇 寒 秘 滋 产 惮 坏 灭 卑 亢 捶 淀 迹 掉 枷 阂 局 梯 潞 景 本 瓣 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.3.1GMSK的基本原理 MSK调制是调制指数为0.5的二进制调频，基

32、带信号为矩形波 形。为了压缩MSK信号的功率谱，可在MSK调制前加入预调制 滤波器，对矩形波形进行滤波，得到一种新型的基带波形， 使 其本身和尽可能高阶的导数都连续，从而得到较好的频谱特性 。GMSK(GaussianFiltered Minimum Shift Keying)调制原理图如 图6 - 14 所示。 为了有效地抑制MSK信号的带外功率辐射，预调制滤波器 应具有以下特性： 产 戈 吾 姓 诬 们 凰 阉 俩 分 粟 毋 娘 筷 械 轨 沽 吐 忻 帝 蒜 捂 臣 尽 刘 往 凳 程 沸 瑚 迹 卧 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 14 GMSK调制原理图 酷

33、 幅 滔 扫 衷 誉 尧 傻 履 决 媒 孰 汉 督 炒 嫁 沾 九 慈 圾 狠 渍 譬 炔 谣 柳 损 博 迸 耸 嚼 足 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 (1) 带宽窄并且具有陡峭的截止特性； (2) 脉冲响应的过冲较小； (3) 滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于/2的相移 。 其中条件(1)是为了抑制高频分量；条件(2)是为了防止 过大的瞬时频偏；条件(3)是为了使调制指数为0.5。 一种满足上述特性的预调制滤波器是高斯低通滤波器 ， 其单位冲激响应为 苟 陛 矢 处 橙 绅 绩 拱 庶 力 纹 转 倒 惧 婉 趋 识 纠 丙 嫩 张 压 傅 晰 兑 蚊 曾 钻 葫

34、闷 幽 降 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 传输函数为 H(f)=exp(-2f2 ) (6.3 - 2) 式中,是与高斯滤波器的3dB带宽Bb有关的参数，它们 之间的关系为 Bb= 0.5887 如果输入为双极性不归零矩形脉冲序列s(t): s(t)= b(t) = 其他 袖 珐 条 淬 领 茨 配 曾 们 拼 扯 版 挂 唱 卢 驼 槽 廖 编 构 捆 垣 汹 挥 敝 酝 鞋 地 淌 巡 孝 箍 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 其中, Tb为码元间隔。高斯预调制滤波器的输出为 x(t)=s(t)*h(t)= 式中, g(t)为高斯预调制滤波器的脉冲响应: g

35、(t)=b(t)*h(t)= 当BbTb取不同值时，g(t)的波形如图 6 - 15 所示。 GMSK信号的表达式为 sGMSK(t)=cos 舱 槛 蝗 禹 肪 希 减 蛰 乖 掺 负 硒 灭 钨 靴 疗 胸 备 宦 痕 拴 晃 将 红 拇 栈 樟 措 心 潦 驶 赚 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图6-15 高斯滤波器的矩形脉冲响应 水 夹 育 撅 稽 车 豺 绚 狂 恒 槐 换 仟 揽 碉 枫 妊 迁 悸 境 敖 圣 甭 懂 痹 麻 者 残 窑 蚤 皮 颂 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 式中，an为输入数据。 高斯滤波器的输出脉冲经MSK调制得到GMS

36、K信号，其相 位路径由脉冲的形状决定。由于高斯滤波后的脉冲无陡峭沿， 也无拐点，因此，相位路径得到进一步平滑，如图 6 - 16 所示。 图 6 - 16GMSK信号的相位路径 悠 稿 亦 紧 皇 腑 赘 让 汽 耻 疮 镣 酶 瘤 皂 制 窗 萨 栽 诊 谣 淄 迭 杏 惜 裔 噶 板 宙 官 股 治 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 - 17 是通过计算机模拟得到的GMSK信号的功率谱 。 图中，横坐标为归一化频差(f - fc)Tb，纵坐标为功率谱密度 ， 参变量BbTb为高斯低通滤波器的归一化3dB带宽Bb与码元 长度Tb的乘积。BbTb=的曲线是MSK信号的功率

37、谱密度。 GMSK信号的功率谱密度随BbTb值的减小变得紧凑起来。 表 6 - 1 给出了作为BbTb函数的GMSK信号中包含给定功率 百分比的带宽。 渺 表 枢 拢 案 夕 儿 佳 刘 雕 只 疯 刁 装 剂 热 承 崩 政 营 蕊 竖 汽 啤 冷 独 极 懦 群 岁 嘶 锑 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 -17GMSK信号的功率谱密度 陕 总 轧 撬 挨 公 雀 繁 见 呜 泛 贷 诸 袜 吉 览 逮 即 罪 橙 点 己 胰 敲 残 骆 沫 媚 耿 泰 乎 调 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 表 6 1 GMSK信号中包含给定功率百分比的射频带宽

38、BbTb 90% 60% 96.9% 96.99% 0.2 0.52Rb 0.79Rb0.99Rb1.22Rb 0.25 0.57Rb0.86Rb1.09Rb1.37Rb 0. 50.69Rb1.04Rb1.33Rb2.08Rb 0.78Rb1.20Rb2.76Rb6.00Rb 烦 哉 府 祷 昭 密 羞 幌 淖 菠 豆 辗 脆 胰 移 博 牺 窒 瘩 疯 罢 珠 演 渡 腾 纳 抖 贴 惯 烈 汇 劣 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 - 18 是在不同BbTb时由频谱分析仪测得的射频输出频谱 。可见，测量值与图6 - 17 所示的计算机模拟结果基本一致。 图 6 -

39、19 是GMSK信号正交相干解调时测得的眼图。可以看出， 当 BbTb较小时会使基带波形中引入严重的码间干扰，从而降低性 能。当BbTb=0.25 时，GMSK的误码率比MSK下降1 dB。 慎 棕 正 肥 伊 镣 逐 吃 姑 软 蛇 旋 镍 贮 贰 陡 破 生 利 括 饥 野 恕 琅 援 氧 豢 蝴 场 储 暗 候 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 18 不同BbTb时实测GMSK信号射频功率谱 燎 翼 穗 哭 拷 摆 急 劳 娜 谭 榆 找 唬 荷 擂 戮 慈 饺 瘟 枉 格 瘪 釜 骚 蝴 膀 俺 身 铝 胚 披 圭 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术

40、图 6 - 19GMSK信号正交相干解调的眼图 雁 敏 妖 瘫 穗 堡 迁 疾 坎 匪 少 槛 窝 秩 楔 靖 燃 毙 如 腹 猴 返 顿 概 绷 郝 想 吹 空 蠢 奔 举 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.3.2GMSK的调制与解调 产生GMSK信号的一种简单方法是采用锁相环(PLL)法， 其原理图如图 6 - 20 所示。图中，输入数据序列先进行 相移BPSK调制，然后将该信号通过锁相环对BPSK信号的相 位突跳进行平滑，使得信号在码元转换时刻相位连续，而且 没有尖角。该方法实现GMSK信号的关键是锁相环传输函数的 设计，以满足输出信号功率谱特性要求。 由式(6.3 -

41、 8)，GMSK信号可以表示为正交形式，即 sGMSK(t)=cosct+(t)=cos(t)cosct-sin(t)sinct 狸 辆 察 禽 主 缝 扩 伪 恢 客 孝 骂 缝 触 婶 果 仑 吓 饿 降 污 框 墙 薪 轩 碧 吁 掀 假 捣 艘 哀 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 -20PLL型GMSK调制器 硕 筋 幻 啄 贡 滩 荣 贵 组 光 议 仓 信 仓 烯 欧 瓤 访 铸 吧 蛰 逛 坟 箱 靖 贵 唤 个 惰 蚌 蝗 犬 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 式中 (t)= 由式(6.3 - 9)和式(6.3 - 10)可以构成一种波形存

42、储正交调 制器，其原理图如图 6 - 21 所示。 波形存储正交调制器的优 点是避免了复杂的滤波器设计和实现，可以产生具有任何特 性的基带脉冲波形和已调信号。 GMSK信号的基本特征与MSK信号完全相同， 其主要差 别是GMSK信号的相位轨迹比MSK信号的相位轨迹平滑。因 此， 图 6 - 12所示的MSK信号相干解调器原理图完全适用 GMSK信号的相干解调。 GMSK信号也可以采用图 6 - 22 所示的差分解调器解调。图 6 - 22(a)是1比特差分解调方案，图 6 - 22(b)是2比特差分解调 方案。 商 萍 莉 浴 许 蔚 怕 看 嚷 酚 演 志 垂 赋 知 笛 癌 插 跋 恍 椒

43、 餐 毗 眷 快 基 龚 弧 母 动 输 便 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6 21 波形存储正交调制器产生GMSK信号 镶 坍 捉 桩 秤 生 雾 氏 沁 即 讣 账 丁 诊 畅 幽 抒 汹 迟 埠 焊 纺 默 瘫 鸣 坡 篱 聪 魏 作 慨 猖 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图6-22GMSK 信号差分解调器原理 （a)1比特差分调节器 （b)2比特差分解调器 浩 典 络 缮 粤 啪 刻 裹 士 洛 入 傈 豢 迢 纶 起 欠 闽 紫 滚 崔 百 检 庭 欠 亢 援 惩 庄 廉 卞 捉 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.3.3GMS

44、K系统的性能 假设信道为恒参信道，噪声为加性高斯白噪声，其单边功 率谱密度为n0。 GMSK信号相干解调的误比特率下界可以表示为 Pe= 式中，dmin为在t1到t2之间观察所得的Hilbert空间中发送数据 “1”和“0”对应的复信号u1(t)和u0(t)之间的最小距离， 即 史 匪 惠 帆 测 岗 莆 维 忧 斜 谐 基 夕 归 辑 掩 嘎 辖 霄 逆 炔 佑 余 粒 氓 焊 则 晕 展 识 狼 哮 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 在恒参信道，加性高斯白噪声条件下，测得的GMSK相干 解调误比特率曲线如图6 - 23 所示。由图可以看出，当 BbTb=0.25 时，GMSK

45、的性能仅比MSK下降1dB。由于移动通 信系统是快速瑞利衰落信道，因此误比特性能要比理想信道 下的误比特性能下降很多。具体误比特性能要通过实际测试 。 沿 来 送 烬 缨 期 艰 铂 沙 换 迂 汤 驴 居 夯 即 窥 嘶 旱 健 袒 撅 技 恫 酚 堑 葱 哺 缨 蚊 搓 唾 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图6-23 例相信道下GMSK相干解调误比特率曲线 矢 沪 爪 傈 扦 整 凑 眨 昏 疆 乓 瞩 瓤 秧 泉 蝇 凡 坦 艳 渡 咆 文 旬 看 晋 塑 婿 颅 慌 锣 纲 鞠 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 6.4 DQPSK调制 DQPSK( -Sh

46、ift Differentially Encoded Quadrature Phase Shi ft Keying)是一种正交相移键控调制方式，它综合了QPSK和 OQPSK两种调制方式的优点。 DQPSK有比QPSK更小的包 络波动和比GMSK更高的频谱利用率。在多径扩展和衰落的情 况下， DQPSK比OQPSK的性能更好。 DQPSK能够采用非相 干解调，从而使得接收机实现大大简化。 DQPSK已被用于北 美和日本的数字蜂窝移动通信系统。 温 该 查 仪 一 瀑 跪 悲 栋 戒 霜 臭 邮 砍 曼 御 畦 雏 畴 慈 吮 撅 炙 阿 壁 根 立 赞 嚎 密 具 拄 现 代 调 制 技 术

47、现 代 调 制 技 术 6.4.1 DQPSK的调制原理 在 DQPSK调制器中，已调信号的信号点从相互偏移 的两个QPSK星座图中选取。图 6 - 24 给出了两个相互偏 移 的星座图和一个合并的星座图，图中两个信号点之间 的连线表示可能的相位跳变。可见， 信号的最大相位跳变 是 。 另外，由图 6 - 24 还可看出，对每对连续的双比特 其信号点至少有 的相位变化，从而使接收机容易进行时钟 恢复和同步。 DQPSK调制器原理图如图 6 - 25所示。输入的二进制数据 序列经过串/并变换和差分相位编码输出同相支路信号Ik和正 交支路信号Qk，Ik和Qk的符号速率是输入数据速率的一半。 在第k

48、个码元区间内，差分相位编码器的输出和输入有如下关 系: 扣 蓖 惜 趁 谗 毖 透 帐 琅 叼 销 糜 讶 绥 嘉 玻 竿 晾 涝 更 棚 友 啄 寓 郡 庚 墨 词 葱 擅 靠 仓 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6- 24 DQPSK信号的星座图 摇 还 匈 彬 栋 践 颤 剖 倪 净 害 墨 峻 个 择 谴 峡 数 崔 鸽 傲 蚜 习 慨 詹 忆 珠 检 帽 禹 楷 纸 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 图 6-25 DQPSK调制器原理图 谦 舵 阶 今 轮 击 拱 酱 颧 宙 绑 哈 梆 鸣 纹 荔 恳 梧 宗 忻 隐 号 媚 瓶 砚 房 兜 烩 野 涛 撑 触 现 代 调 制 技 术 现 代 调 制 技 术 Ik=Ik-1cosk-Qk-1