4.6 恒包络连续相位调制技术-MSK和GMSK.docVIP

4.6恒包络连续相位调制技术 4.6.1 引言 根据前面的学习我们知道，在数字频率调制FSK和数字相位调制PSK体制中，由于已调信号振幅是恒定的，因此有利于在非线性特性的信道中传输。但PSK已调信号的相邻码元存在相位跳变，FSK已调信号如果没有保证相位连续措施的话，相邻码元的相位也存在跳变。 相位跳变会使信号功率谱扩展，旁瓣增大，对相邻频率的信道形成干扰。为了使信号功率谱尽可能集中于主瓣之内，主瓣之外的功率谱衰减速度快，那么信号的相位就不能突变。恒包络连续相位调制技术就是按照这种思想产生的。 MSK和GMSK就是两种在移动通信中常用的恒包络连续相位调制技术。 4.6.2最小频移键控MSK 最小频移键控（Minimum Shift Keying，缩写为MSK）是二进制连续相位FSK（CPFSK）的一种特例，它能够产生恒定包络、连续相位信号，具有正交信号的最小频率间隔，在相邻码元交界处相位连续。 MSK有时也称为快速频移键控(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。 MSK信号的时域表达式为 （4.6.1） 式中，表示载波频率； A 表示已调信号振幅； 表示码元宽度； 表示第个码元中的信息，其取值为； 表示直到时的累积（记忆）相位值。 设 （4.6.2） 则式（4.6.1）变为 （4.6.3） 由表达式（4.6.3）可知：MSK信号可以表示成在时间间隔内具有两个频率之一的正弦波。如果定义这两个频率为 （4.6.4） （4.6.5） 那么，由式（4.6.3）确定的MSK信号可以写成如下形式 （4.6.6） 频率间隔为 （4.6.7） 所以，MSK调制的调制指数 （4.6.8） 为了分析方便，定义 （4.6.9） 此值要确保MSK信号在时刻的载波相位连续，即要保证前一码元在时刻的载波相位与当前码元在时刻的载波相位相等。 （4.6.10） （4.6.11） 使式（4.6.10）和式（4.6.11）相等，得到 （4.6.12） 设，则 由式（4.6.9）可以看出，在每个码元周期内载波相位变化或。时，为；时，为。假设，则随时间变化的规律可以用图4.6.1所示的相位网格图表示。每条相位路径表示不同的信息序列。由于每个码元周期内相位变化，因此在每个码元的结束时刻必定是的整数倍。图5-41中粗线对应的信息序列是1101000。 图4.6.1 MSK信号的相位网格图 由以上讨论可知，MSK信号具有如下特点： （1）已调信号的振幅是恒定的； （2）信号的频率偏移严格地等于，相应的调制指数； （3）以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内准确地线性变化； （4）在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说，信号的波形没有突跳。 下面讨论MSK信号的调制与解调方法。 由于，故MSK信号也可以看作是由两个彼此正交的载波与分别被函数与进行振幅调制而合成的。 已知 因而 故MSK信号可表示为 （4.6.13） 式中，等号后面的第一项是同相分量，也称分量；第二项是正交分量，也称分量。和称为加权函数（或称调制函数）。是同相分量的等效数据，是正交分量的等效数据，它们都与原始输入数据有确定的关系。令，代入式（4.6.13）可得 （4.6.14） 式中，。 根据上式，可构成一种MSK调制器，其方框图如图5-42所示。 图4.6.2 MSK调制器的方框图 MSK信号的解调与FSK信号相似，可以采用相干解调，也可以采用非相干解调。图4.6.3给出了一种采用延时判决的相干解调原理方框图。关于相干解调的原理与2FSK信号时没有什么区别。这里，着重讨论延时判决法的原理。现在我们举例说明在（0，）时间内判决一次（判出一个码元信息）的基本原理。 图4.6.3 MSK信号相干解调原理方框图 设（0，）时间内，则MSK信号的的变化规律可用图4.6.4（a）表示，在时刻，的可能相位为0，。现若把这时的接收信号与相干载波相乘，则相乘输出为 这里，没有考虑常数1/2。滤出第一项，可得 ， （4.6.15） 由以上分析可得和的示意图，如图4.6.4（b）所示。