通信原理第十八讲(第6章)ppt课件.ppt

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1、通信原理课程教学讲授：伍宗富20九月2021湖南文理学院电气与信息工程学院主要内容：数字调制系统的组成框图三大类数字调制方法各种接收系统的原理抗噪声性能的分析方法重点：数字调制系统的组成框图各种已调信号的性能和参数计算各种接收系统的差别信噪比公式第6章数字带通传输系统6.1引言6.2二进制数字调制原理6.3二进制数字调制系统的抗噪声性能6.4二进制数字调制系统的性能比较第6章数字带通传输系统6.5多进制数字调制系统6.6改进的数字调制方式第十八讲改进的数字调制方式习题解答6.6改进的数字调制方式6.6.1最小移频键控(MSK)产生的原因：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

2、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、频偏较大等原因，使其频谱利用率较低。MSK(MinimumFrequencyShiftKeying)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)。“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；“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。6.6改进的数字调制方式MSK是一种特殊形式的FSK，其频差是满足两个频率相互正交(即相关函数等于0)的最小频差，并要求FSK信号的相位连续，其频差Δf=f2

3、-f1=1/2TS,即频率调制指数为式中，TS为输入数据流的比特宽度。MSK是恒定包络连续相位频率调制，其信号的表示式为：令则式可表示为：6.6.1.1MSK的基本原理式中，ωc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；θ(t)称为附加相位函数；φk为第k个码元的相位常数，在时间(k-1)Ts≤t≤kTs中保持不变，其作用是保证在t=kTs时刻信号相位连续。由式可以看出，当ak=+1时，信号的频率为：当ak=-1时，信号的频率为：因而中心频率fc应选为：或(N为正整数；m=0,1,2,3)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相应地MSK信号的两个频

4、率可表示为：ss频率关系由此可得频率间隔为:所以MSK信号的频率调制指数为：当取N=1,m=0时，MSK信号的时间波形如图所示：对第k个码元的相位常数φk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，由可以得到相位约束条件为：相位关系令为了保持相位连续，在t=（k-1）Ts时应有下式成立：则当ak=ak-1时当ak≠ak-1时式中，若取φk的初始参考值φ0=0，则φk=0或±π(模2π)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φk-1有关

5、。θ(t)附加相位函数：是MSK信号的总相位减去随时间线性增长的载波相位而得到的剩余相位。是一直线方程，其斜率为，截距为φk。由于ak的取值为±1，故是分段线性的相位函数。（以码元宽度Ts为段）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。在任一个码元期间内，若ak=+1，则θ(t)线性增加；若ak=-1，则θk(t)线性减小。MSK信号具有以下特点：（1）MSK信号是恒定包络信号，即已调信号的振幅是恒定的；（2）信号的频率偏移等于，相应的调制指数h=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变化±；（4）在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波

6、周期的整数倍；（5）在码元转换时刻，信号的相位是连续的，信号的波形没有突跳。MSK是恒定包络连续相位频率调制，其信号的表示式为：6.6.1.1MSK的基本原理6.6.1.2MSK调制解调原理∵∴又∵，ak=±1，φk=0或±π(模2π)∴MSK调制MSK解调MSK鉴频器解调原理图MSK信号相干解调器原理图MSK信号相干解调器原理图MSK解调MSK的输入数据与各支路数据及基带波形的关系6.6.2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

7、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。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