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时间:2018-07-29
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1、现代数字调制技术之DMSK一、技术背景GMSK(GaussianFilteredMinimumShiftKeying)即高斯滤波最小频移键控,其是在MSK调制技术的基础上经过改进得到的。MSK信号具有包络恒定、带外功率谱密度下降快等优点,但其在某些特定的场合时则表现出较明显的不足。如在移动通信中对信号所占带宽和带外衰减速度的要求很高,若使用MSK信号则会产生邻道干扰的情况。而目前移动通信的使用非常普遍,如GSM(GlobalSystemforMobilecommunications)在全球被广泛使用,其采用的调制方式就是GMSK。二、调制原理GMSK调制的原理用一句话总结就是:在MSK(最
2、小频移键控)调制器之前插入高斯低通预调制滤波器的一种调制方式。因此在说明GMSK原理之前,要先说一下MSK的调制原理。1、MSK调制原理MSK是2FSK的改进,它是二进制连续相位频移键控的一种特殊情况,它具有正交信号的最小频差,在相邻符号交界处相位保持连续。在一个码元时间Tb内,这类连续相位FSK(CPFSK)可表示为 (1)当为时间的连续函数时,已调波相位在所有时间上是连续的。若传0码时载频为,传1码时载频为,它们相对于未调载波的偏移为,上式又可写为 (2) 其中 (3)
3、 (4) 比较式(1)和式(2)可以看出,在一个码元时间内,相角 (5) 式中,为初相角,取决于过去码元调制的结果,它的选择要防止相位的任何不连续性。 对于FSK信号,当(为整数)时,就认为它是正交的。为了提高频带利用率,要小,当=1时,达最小值,有 (6)或者 (7)称为调制指数。 由式(7)得,频偏 (8)频差 (9)它等于码元速率l/Tb之半,这是正交信号的最小频差。CPFSK的这种特殊选择称为最
4、小频移键控(MSK)。由式(6)得 (10)将其代人式(5),得 (11)为了方便,假定=0,则式(11)变为 (12)图1若还假定“+”号对应于l码,“-”号对应于0码,将t=Tb代人式(11),该式可写为 (12) 当t>0时,在几个连续码元时间内,由式(12)可得出图1所示的变化曲线。图1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。这种由可能的相位轨迹构成的图形称为相位网格图。在每一码元时间内,相对于前一码元载波相位不是增加/2,就是减少/2。在Tb的
5、奇数倍时刻相位取/2的奇数倍,在Tb的偶数倍时刻相位取/2的偶数倍。因此,MSK波形的相位在每一码元结束时必定为/2的整数倍。图2MSK信号的产生方框图MSK,GMSK等信号的功率谱密度2、GMSK调制原理GMSK的基本原理是让基带信号先经过高斯滤波器滤波,使基带信号形成高斯脉冲,之后进行MSK调制。由于滤波形成的高斯脉冲包络无陡峭的边沿,亦无拐点,所以经调制后的已调波相位路径在MSK的基础上进一步得到平滑,相位轨迹如图3所示。由图可以看出,它把MSK信号的相位路径的尖角平滑掉了,因此频谱特性优于MSK和SFSK。GMSK已确定为欧洲新一代移动通信的标准调制方式。图4GMSK信号的产生图3
6、GMSK信号相位轨迹 GMSK信号的产生原理如图4所示。图中低通滤波器为高斯滤波器,输出直接对VCO调频以保持已调波包络的恒定和相位的连续。但该方法要保持VCO中心频率稳定存在一定困难。 实际中克服上述缺点的办法是采用锁相环路(PLL)调制器,如图5所示。它由/2相移BPSK调制器之后接一个PLL构成。其中/2BPSK的作用是保证每个码元的相位均变化±/2,而PLL对BPSK的相位突变进行平滑,使得在码元转换点相位连续,没有尖角。图5采用PLL的GMSK信号产生三、现实应用l979年由日本国际电报电话公司提出的GMSK调制方式。有好的功率频谱特性,较优
7、的误码性能,特别是带外辐射小,很适用于工作在VHF和UHF频段的移动通信系统,越来越引起人们的关注。GMSK调制方式的理论研究已较成熟,实际应用却还不多,主要是由于高斯滤波器的设计和制作在工程上还有一定的困难。调制前高斯滤波的最小频移键控简称GMSK,基本的工作原理是将基带信号先经过高斯滤波器成形,再进行最小频移键控(MSK)调制。由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿,亦无拐点,因此频谱特性优于MSK信号的频谱特性。通常将
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