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1、2.1.3 恒包络调制,2、最小频移键控（MSK）调制 3、高斯型最小频移键控（GMSK）调制 4、高斯滤波的频移键控（GFSK）调制,一、最小频移键控（MSK）调制,1.最小频移键控调制原理 （1）问题的引入 在实际应用中，有时要求发送信号具有包络恒定、高频分量 较小的特点 移相键控信号PSK(4PSK、8PSK)的缺点之一是，没能从根本 上消除在码元转换处的载波相位突变，使系统产生强的旁瓣 功率分量，造成对邻近波道的干扰；若将此信号通过带限系 统，由于旁瓣的滤除而产生信号包络起伏变化，为了不失真 传输，对信道的线性特性要求就过于苛刻。,两个独立信源产生的2FSK信号，一般来说在频率转换处
2、相位不连续，同样使功率谱产生很强的旁瓣分量，若通过带限 系统也会产生包络起伏变化。 OQPSK虽然消除了QPSK信号中的180相位突变，但也 没能从根本上解决消除信号包络起伏变化的问题。 为了克服以上缺点，需控制相位的连续性，这种形式的数 字频率调制方式，称之为相位连续变化的(恒定包络)频移键控 (CPFSK)。其一特例为最小(调制指数)频移键控（MSK）。每个码 元持续时间Ts内，频率恰好引起/2相移变化，而相位本身的变化 是连续的。,连续相位调制（Continuous Phase Modulation，CPM），它泛指载波相位以连续形式变化的一大类频率调制技术。 最小频移键控（Minimu
3、m Shift Keying，MSK）是一种特殊的连续相位的频移键控（Continuous Phase Frequency Shift Keying，CPFSK），其最大频移为比特率的1/4。,MSK信号的功率谱密度与QPSK信号、OQPSK信号相比较,（2）MSK信号 MSK信号可表示为,（2.5）,式中： 为载频； 为频偏；为k个码元中的相位常数。而 为第k个码元的相位常数。而 为第k个码元的数据，分 别表示二进制信息1和0，当ak+1时，信号频率,f2 =,当ak-1时，信号频率,=,最小频差（最大频偏）：,（2.6）,即最小频差等于码元速率的一半 设1/Tsfs，则调制指数,（3）第k
4、个码元期间内相位变化,=,t,（2.7）,根据相位连续条件，要求在tkTs时刻满足,=,（2.8）,即：,（2.9）,可得：,=,（2.10）,取k0；则式（2.10）,=,+,+,+,例如：,这里的k不是每个码元相位变化的终了值，而是线性变 化的截距 由式（2.5）知,=,（2.11）,式中，ak1；(0)0,式（2.11）说明，每个信息比特间隔（Ts）内载波相位 变化为/2；而k(t)-(0)随 t 的变化规律，如图2.4所示。,图中正斜率直线表示传“1”码时的相位轨迹，负斜率直线 表示传“0”码时的相位轨迹，这种由相位轨迹构成的图形称为 相位网格图(phase trellis)。在每一码
5、元时间内，相对于前一码 元载波相位不是增加/2，就是减少/2，因此累计相位k(t) 在每码元结束时必定为/2的整倍数，在Ts的奇数倍时刻相位 为/2的奇数倍，在Ts的偶数倍时刻相位为/2的偶数倍。,图2.4 MSK的相位网格图,（4）MSK调制器,图2.5 MSK调制器原理框图,MSK调制器的方框图,MSK调制器的工作过程为：,对输入二进制数据信号进行差分编码 经串/并转换，分成相互交错一个码元宽度的两路信号Ik和Qk 用加权函数cos (t/2Ts)和sin (t/2Ts)分别对两路数据信号Ik 和Qk进行加权 加权后的两路信号再分别对正交载波cosct和sinct进行调制 将所得到的两路已
6、调信号相加，通过带通滤波器，就得到MSK 信号 MSK解调，可用相干、非相干两种方式,MSK信号相干解调电路的方框图,(5) MSK信号特点 已调信号振幅是恒定的。 信号频率偏移严格符合1/4Ts，相位调制指数h1/2 以载波相位为基准的信号相位，在一个码元期间内准确地按线性变化/2 在一个码元(Ts)期间内，信号应是四分之一载波周期的整数倍 码元转换时刻，信号的相位是连续的，即信号波形无突变,综上所述：MSK是一种高效的调制方法，特别适合在移动通信系统中使用。它有很好的特性，如恒包络、频率利用率高、误码低、自同步性能等。,二、高斯最小移频键控（GMSK）调制,高斯滤波最小移频键控（Gauss
7、ian Minimum Shift Keying，GMSK）就是由MSK演变来的一种简单的二进制调制方法。,MSK是二电平矩形基带信号进行调频得到的，MSK信号 在任一码元间隔内，其相位变化(增加或减小)为/2，而在码 元转换时刻保持相位是连续的。但MSK信号相位变化是折线， 在码元转换时刻产生尖角，从而使其频谱特性的旁瓣滚降不快， 带外辐射还相对较大。参见图2.7及图2.8。,图2.6 GMSK调制器,在GMSK中，将调制的不归零（NRZ）数据通过预调制高斯脉冲成型滤波器，使其频谱上的旁瓣水平进一步降低。 基带的高斯脉冲成型技术平滑了MSK信号的相位曲线，因此使得发射频谱上的旁瓣水平大大降低
8、。,图2.7 MSK类信号的相位转移轨迹,图2.8 MSK信号的功率谱密度,采用直接FM构成的GMSK发射机的框图,为了解决这一问题，可将数字基带信号先经过一个高斯 滤波器整形(预滤波)，得到平滑后的某种新的波形；之后再 进行调频，可得到良好的频谱特性，调制指数仍为0.5。,由于高斯滤波器G(f)的冲激响应g(t)仍是高斯函数，并且 g(t)的导数在(-，+)都是连续的。将高斯波形进行调频， 就可使功率谱高频分量滚降变快。因此，将输入端接有高斯 低通滤波器的MSK调制器称为高斯滤波最小移频键控(GMSK)。 图2.6为GMSK调制器的原理图。GMSK信号的产生可用简单 的高斯低通滤波器及FM调
9、制器来实现。GMSK信号的解调可 采用正交相干解调，也可采用鉴相器或差分检测器。,GMSK接收机方框图,正是由于GMSK有这些特性，所以早已被确定为欧洲新一代移动通信的标准调制方式，应用在GSM等系统中。,三、 MSK类调制的性能比较,1.已调信号的相位转移轨迹,图2.7给出了MSK类信号的相位转移轨迹，它包括MSK、 SFSK(正弦移频键控)、TFM和GMSK。由图可见，MSK信号 在码元转换的时刻，虽然相位是连续的，但其相位转移轨迹 呈锯齿状；TFM信号的相位最为平滑，因此而得名平滑调频； GMSK信号的相位转移轨迹也比较平滑，所以，它的频谱特性 要比MSK好得多，也优于SFBK。,2.已
10、调信号的频谱,对数字移动通信来说，调制方式的主要性能要求是节约频 带和减少差错概率。因此，要求调制信号的能量集中在频谱主 瓣内，旁瓣的功率要小，且滚降要快。图2.8示出了MSK、GMSK 与QPSK和DQPSK的功率谱。图中Bb为高斯滤波器的3带宽，Tb为码 元宽度，参变量BbTb称为高斯滤波器的3dB归一化带宽。由图可 见，BbTb越小频谱越集中。BbTb+时的GMSK就是MSK，它的主 瓣宽于QPSK/DQPSK，但带外高频滚降要快一些。至于GMSK，滚降,特性大为改善。若信道带宽为25kHz，数据速率为16kbit/s，当 取BbTb0.25时，带外辐射功率可比总功率小60dB。,在GS
11、M系统中所使用的调制是BbTb0.25的GMSK技术，其 调制速率是270.833kbit/s，使用的是Viterbi(维特比)算法进行的解 调。,3.误码率 (1)MSK相干解调,（2.12）,(2)GMSK,（2.13）,式中，dmin是传号信号与空号信号的最小距离。,图2.9为MSK与GMSK的比特差错概率。图中fD是参变量， 表示衰落速度。从图中可以看出，在瑞利衰落信道环境下， MSK的性能优于GMSK。若与QPSK类信号相比较（如图2.10 所示），MSK与QPSK的比特差错率相同。在瑞利衰落环境下， /4-QPSK的性能优于GMSK。,图2.9 MSK信号的比特差错概率,图2.10 QPSK类信号的比特差错概率,
