通信原理第8章新型数字带通调制技术

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1、8.1 正 交 振 幅 调 制 (QAM)8.2 最 小 移 频 键 控 (MSK) 返 回 主 目 录 通 信 原 理 其 它 数 字 调 制 简 介 MQAM调 制 原 理 MQAM解 调 原 理 MQAM抗 噪 声 性 能 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 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 ， 这 三 种 数 字 调 制 方 式 是 数 字 调 制 的 基 础 。 三 种 基 本 数 字 调 制 方 式 都 存 在 不 足 之 处 ， 如 频 谱 利 用 率 低 、抗 多 径 衰 落 能

2、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 新 的数 字 调 制 解 调 技 术 ， 以 适 应 各 种 通 信 系 统 的 要 求 。 其 主 要 研 究 内 容 围 绕 着 减 小 信 号 带 宽 以 提 高 频 谱 利 用 率 ；提 高 功 率 利 用 率 以 增 强 抗 干 扰 性 能 ； 适 应 各 种 随 参 信 道 以 增 强 抗 多 径 衰 落 能 力 等 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 例 如 ， 在 恒 参 信 道 中 ， 正 交 振 幅 调

3、 制 （ QAM） 和 正 交 频分 复 用 （ OFDM） 方 式 具 有 高 的 频 谱 利 用 率 ， 因 此 ， 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 到了 广 泛 应 用 。 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 了 成 功 应 用 。 高 斯 最 小 移 频 键 控 （ GMSK） 和 /4DQPSK具 有 较 强 的抗 多 径 衰 落 性 能 ， 带 外 功 率 辐 射 小 等 特 点 ， 因 而 在 移

4、动 通 信领 域 得 到 了 应 用 。 GMSK用 于 泛 欧 数 字 蜂 窝 移 动 通 信 系 统（ GSM） ， /4DQPSK用 于 北 美 和 日 本 的 数 字 蜂 窝 移 动 通 信 系 统 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 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 。 正 交 振 幅 调 制 QAM(Quadrature 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

5、 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 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 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 行 抑 制 载 波 的 双 边 带 调 制 ， 利 用 这 种

6、 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 。 1.正 交 振 幅 调 制 信 号 的 一 般 表 示 式 )cos()()( ncSn nMQAM twnTtgAts 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 (8.1 - 1)还 可 以 变 换 为 正 交 表 示 形 式 : (8.1 - 1)正 交 振 幅 调 制 信 号 的 一 般 表 示 式 为 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 twnTtgAtwnTtgA cnS

7、n ncnSn n sinsin)(coscos)( sMQAM(t)=令 Xn=An cosn Yn=Ansinn则 式 (6.5 - 2)变 为 twnTtgYtwnTtgXts cSn ncSn nMQAM sin)(cos)()( twtYtwtX cc sin)(cos)( QAM中 的 振 幅 Xn和 Yn可 以 表 示 为 Xn=cnA Yn=dnA (8.1 - 2)(8.1 - 3)(8.1 - 4) 第 8章 新 型 数 字 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

8、号 空 间 中 的 坐 标 点 。 2. QAM信 号 调 制 原 理 图 QAM信 号 调 制 原 理 图 如 图 8.1 - 1 所 示 。 图 8.1-1 QAM信 号 调 制 原 理 图 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 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

9、 ， 形 成 X(t)和 Y(t)，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 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术3.星 座 图 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 星座 图 。 两 种 具 有 代 表 意 义 的 信 号 星 座 图 如 图 8.1 - 2 所 示 。 在图 8.1 - 2(a

10、)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 8.1 - 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 )( 21 22 nMn ns dcMAP (8.1 - 5) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.1- 2 16QAM的 星 座 图 (a) 方 型 16QAM星 座 ； (b) 星 型 16QAM

11、星 座(2.61,0)(4.61,0) (2.61,0) (4.61,0)(0,2.61)(0,4.61)(0,4.61)(0,2.61)(3,3)(3,1)(3,3) (3,3)(3,1)(3,3)(1,1) (1,1)(a) (b) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术对 于 方 型 16QAM， 信 号 平 均 功 率 为 2221 22 10)18410824(16)( AAdcMAP nMn ns 对 于 星 型 16QAM， 信 号 平 均 功 率 为 222221 22 03.14)61.4861.28(16)( AAdcMAP nMn ns 两 者 功 率 相 差 1.4d

12、B。 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 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 M=4, 16, 32, , 256时 MQAM 信 号 的 星 座 图 如 图 8.1 - 3 所 示 。 其 中 ， M=4, 16, 64, 256

13、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 。4.星 点 间 距 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 MdMPSK sin2 (8.1 - 6) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.1-3 MQAM信 号 的 星 座 图M4M16 M256 M128 M64 M32

14、 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术1212 MLdMQAM 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 (8.1 - 6)和 (8.1 - 7)可 以 看 出 ， 当 M=4时 ， d 4PSK=d4QAM，实 际 上 ， 4PSK和 4QAM的 星 座 图 相 同 。 当 M=16时 ，d16QAM=0.47， 而 d16PSK=0.39， d16PSK d16QAM。 这 表 明 ， 16QAM系 统 的 抗 干 扰 能 力 优 于 16PSK 。 MQAM信 号 矩 形 星 座 图 上 信 号 点

15、 间 的 最 小 距 离 为(8.1 - 7) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 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 8.1- 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 。

16、第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.1-4 MQAM信 号 相 干 解 调 原 理 图 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 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 )(1log3)11( 02 2 nELerfcLP bLe 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 8.1 -5 给 出 了

17、 M进 制 方 型 QAM的 误 码 率 曲 线 。 (8.1- 8) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.1- 5 M进 制 方 型 QAM的 误 码 率 曲 线 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22PSKM 32QAMM 16QAMPSKM 4 PSKM 16 QAMM 6410 625510 5210 42510 32510 22510 1P M SNR / bit / dB 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 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

18、 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 较 大 等 原 因 ， 使 其 频 谱 利 用 率 较 低 。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

19、 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 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 1、 MSK的 一 般 表 达 式 MSK是 恒 定 包 络 连 续 相 位 频 率 调 制 ， 其 信 号 的 表 示 式 为)2cos()( kSkcMSK tTatwts 其 中 （ k-1） TstkTs, k=1,2， 令 SskSkk kTtTktTat )1(,2)( 则 式 (8.2 - 1)可 表 示 为 sMSK(t)= cos ct+k(t) (8.2 - 1)(8.2 - 2)(8

20、.2- 3) 第 8章 新 型 数 字 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 （ k-1） TstkTs中 保 持 不 变 ， 其 作 用 是 保 证在 t=（ k-1） Ts时 刻 信 号 相 位 连 续 。 2、 MSK信 号 的 两 个 频 率 及 波 形 kSkck tTatwt 2)(令 ：则 skck Tawdttd 2)( Sc Tw 2 Sc Tw 2 1ka 1ka 由 式

21、(8.2 - 5)可 以 看 出 ， MSK信 号 的 两 个 频 率 分 别 为(8.2 - 4)(8.2 - 5) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 f1=fc- f2=fc+ ST41ST41中 心 频 率 fc应 选 为 ,.2,1,141,4 nfnTTnf csSc 即 ：式 (8.2 - 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SC TmNf 1)4( (N为 正 整 数 ； m=0, 1, 2, 3) 相 应 地 MSK信 号 的 两 个 频 率 可 表 示

22、 为 sSc TmNTff 1)4 1(411 (8.2 - 6)(8.2 - 7) (8.2 - 8)(8.2 - 9)(8.2 - 10) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 sSc TmNTff 1)4 1(412 STfff 2112 5.02121 SSs TTTfh 3、 MSK信 号 前 后 码 元 区 间 的 相 位 约 束 关 系 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 (8.2 - 2)可 以 得到 相 位 约 束 条 件 为 (8.2-

23、 11)由 此 可 得 频 率 间 隔 为 (8.2- 12)MSK信 号 的 调 制 指 数 为 (8.2- 13)当 取 N=1, m=0 时 ， MSK信 号 的 时 间 波 形 如 图 8.2- 1 所 示 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.2-1 MSK 信 号 的 时 间 波 形 f1=3/4fs表 示 0f2=5/4fs表 示 1 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术式 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

24、 ， 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 。 (8.2 - 14)(8.2 - 15)即 ： 在 t=(k-1)Ts时 ， k(t)=k-1(t)， 则 得 ： 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 4、 附 加 相 位 函 数 由 附 加 相 位 函 数 k(t)的 表 示 式 (8.2 - 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

25、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 T s， 若 ak=+1， 则 k(t)线 性 增 加 /2 ； 若ak=-1， 则 k(t)线 性 减 小 /2 。 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 8.2- 2 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 8.2- 3 所 示 ， 它 是 一 个

26、 从 -2到 +2的 网 格 图 。 tTa Sk2tTa Sk2 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.2 2 附 加 相 位 函 数 k (t)的 波 形 图0 k(t) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 a k 30 2 3 3 4 4 xk 2TsTs 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts t 2323 25 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.2 -3 MSK的 相 位 网 格 图3Ts2 Ts 5Ts 7Ts t02 k (t) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 5、 MSK信 号 具 有 的 特 点 （ 1） MSK信 号 的

27、 振 幅 是 恒 定 的 （恒定包络信号） ； （ 2） 信 号 的 频 率 偏 移 严 格 地 等 于 1/（ 4Ts） ， 相 应 的 调 制指 数 h=（ f2-f1)Ts=0.5。 （ 3） 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 /2 ； （ 4） 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 ； （ 5） 在 码 元 转 换 时 刻 ， 信 号 的 相 位 是 连 续 的 （或者说，信 号的波形没有突变） 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 根 据 式 (

28、8.2- 16)画 出 MSK信 号 的 功 率 谱 如 图 8.2 - 4 所 示 。 为 了 便 于 比 较 ， 图 中 还 画 出 了 2PSK信 号 的 功 率 谱 。 由 图 8.2- 4 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/T s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

29、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 。 scsMSK TffzzzTfP )(,)161 2cos(32)( 222 其 中 (8.2 - 16) 对 于 MSK信 号 ， 其 单 边 功 率 谱 密 度 可 表 示 为 ：6、 MSK信 号 的 功 率 谱 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.2-4 MSK信 号 的 归 一 化 功 率 谱403020100 sT75.0 sT1 sT2 sT3 ( ffc ) / Hz 功率谱密度 / dB MSK 2PSK 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术

30、 1、 MSK信 号 的 正 交 表 示 式 由 MSK信 号 的 一 般 表 示 式 (6.6 - 3)可 得 sMSK(t)= cos ct+k(t) =cosk(t) cosct-sink(t) sinct (8.2 - 17) 代 入 式 (8.2- 17)可 得 ）模或因 为 ： 2(0,1,2)( kkkSkk atTat twTtatwTtts cSkkcSkMSK sin)2sin(coscos)2cos(cos)( twTttQtwTttI cSkcSk sin)2sin()(cos)2cos()( (8.2- 18) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 上 式 即 为

31、 MSK信 号 的 正 交 表 示 形 式 。 其 同 相 分 量 为 也 称 为 I支 路 。 其 正 交 分 量 为 也 称 为 Q支 路 。 cos 和 sin 称 为 加 权 函 数 。 2、 MSK信 号 调 制 器 原 理 图 由 式 (8.2- 18)可 以 画 出 MSK信 号 调 制 器 原 理 图 如 图 8.2-5 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 加 权 调 制 和 同 相 载 波 cos ct相 乘 输 出同 相 分 量 xI(t)。 twTttx cSkI cos)2

32、cos(cos)( twTtatx cSkkQ sin)2sin(cos)( )2( STt )2cos( STt )2( STt (8.2 - 19) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.2-5 MSK信 号 调 制 器 原 理 图差分编码 串 / 并变换振荡 sTf 41 振荡f fc 相移90 带通滤波器迟延Ts输入数据 MSK信号ak ck QkIk Ikcos(t / 2Ts ) Ikcos(t / 2Ts )cosctQksin(t / 2Ts )sinctQksin(t / 2Ts )sin(t / 2Ts )cos(t / 2Ts ) 第 8章 新 型 数 字 调

33、 制 技 术 Q支 路 信 号 先 延 迟 Ts， 经 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 。 3、 MSK信 号 的 解 调 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 8.2-6 所 示 。 鉴 频 器 解 调 方式 结 构 简 单 ， 容 易 实 现 。 )2sin( STt BPF 鉴频 LPF 抽样 判决 输出输入 图 8.2-6 MSK鉴 频 器 解 调

34、原 理 图 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.2-7 MSK信 号 相 干 解 调 器 原 理 图LPF 判决电路LPF 判决电路 并 / 串变换 差分译码载波恢复BPF输入 输出cosctsinct sTt2cos sTt2sin 由 于 MSK信 号 调 制 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 8.2-7 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

35、两 部 分 组 成 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 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) (8.2- 21) 式 中 n(t)=nc(t) cosct-ns(t) sinct是 均 值 为 0， 方 差 为 n2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 (8.2- 22) 在 t=(2k+1)Ts时 刻 Q支 路 的 样 值

36、为 skkks naaTkQ )1(cos)12( tTaSk2 ckks nakTI )1(cos)2( (8.2 - 23) 第 8章 新 型 数 字 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 0 0 2 22 )(exp21)( dxaxdxxfPs )(21 rerfc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 P e=2Ps(1-Ps

37、) MSK系 统 误 比 特 率 曲 线 如 图 8.2-8 所 示 。 由 以 上 分 析 可 以 看 出 ， 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 。 222a (8.2 - 24)(8.2- 25) 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.2-8 MSK系 统 误 比 特 率 曲 线 10 810 710 610 510 410 310 2 4 6 8 10 12误比特率 P c误码率 P sa 22 2r / dB P s , P c PS： 支 路 误 码 率P

38、C： 系 统 总 误 码 率 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 思 考 题 （ 自 作 ） ： P257 8-3,8-4 习 题 ： P257 8-1， *8-2 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 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 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 70（ 60） dB以 上 。 从 MSK信 号 的 功 率 谱 可

39、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 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 MSK调 制 是 调 制 指 数 为 0.5的 二 进 制 调 频 ， 基 带 信 号 为 矩形 波 形 。 为 了 压 缩 MSK信 号 的 功 率 谱 ， 可 在 MS

40、K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 8.2-9 所 示 。 预调制 滤波器 MSK 调制器 输入 输出图 8.2-9 GMSK调 制 原 理 图 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 为 了 有 效 地 抑 制 MSK信 号 的 带 外 功 率 辐 射 ， 预 调 制 滤

41、波 器 应 具 有 以 下 特 性 ： (1) 带 宽 窄 ， 且 是 锐 截 止 的 ； (2) 具 有 较 低 的 过 脉 冲 响 应 ； (3) 能 保 持 输 出 脉 冲 的 面 积 不 变 。 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。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.2-10 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，

42、 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 谱 密 度 。GMSK信 号 的 功 率 谱 密 度 随 BbTb值 的 减 小 变 得 紧 凑 起 来 。 需 要 指 出 ， GMSK信 号 频 谱 特 性 的 改 善 是 通 过 降 低 误 比特 率 性 能 换 来 的 。 前 置 滤 波 器 的 带 宽 越 窄 ， 输 出 功 率 谱 就 越紧 凑 ， 误 比 特 率 性 能 变 得 越 差 。 不 过 ， 当 B bTb

43、=0.25时 ， 误比 特 率 性 能 下 降 并 不 严 重 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 图 8.2-10 GMSK信 号 的 功 率 谱 密 度120 0.160.20.30.5B bT b : TFM QPSK B bT b(MSK)110100908070605040302010 0 10 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 功 率 谱 密 度 / d B 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 注 ： （ 1） 、 其 它 数 字 调 制 方 式 如 正 交 部 分 响 应 （ QPR）调 制 、 连 续 相 位 移 频 键 控 （ CP/FSK） 、 软

44、 调 频 （ TFM） 、 偏置 正 交 移 相 键 控 （ OQPSK） 以 及 相 关 移 相 键 控 （ COR/PSK）等 。 （ 2） 、 数 字 调 制 方 式 ， 不 仅 在 技 术 上 得 到 了 迅 速 发 展 ，而 且 在 实 现 方 面 也 取 得 了 重 大 进 展 近 十 多 年 来 ， 由 于VLSI和 数 字 信 号 处 理 器 的 发 展 ， 那 些 以 分 立 元 件 和 单 元 电 子电 路 为 主 来 实 现 的 调 解 器 （ MODEM） 。 已 被 专 用 集 成 电 路（ ASIC） 和 数 字 信 号 处 理 器 实 现 的 调 解 器 所 替 代 。 第 8章 新 型 数 字 调 制 技 术 思 考 题 （ 自 作 ） ： P257 8-5