通信原理现代数字调制

无线通信教研室张伟明理工大学通信工程学院第五章正弦载波数字调制数字通信原理15.6现代数字调制5.6.1偏移(交错)四相相移键控（OQPSK）5.6.2最小频移键控（MSK）5.6.3高斯最小频移键控（GMSK）25.6.1OQPSKQPSK及其存在的问题最大相位跳变：180当相邻码元间发生180°相移时，限带后的包络甚至会出现包络为0的现象

35.6.1 OQPSK{ak}+1+1-1+1+1-1-1+1+1+1-1-1+1+1-1-1+1-1I+1-1+1-1+1-1+1-1+1Q+1+1-1+1+1-1+1-1-1QPSK信号输入数据的串/并变换QPSK信号是用正交调制方法产生的，其原理是先对输入数据作串/并变换，即将二进制数据每两比特分组每相隔Ts，相位跳变量可能为90°或180使得星座图中信号点只能沿正方形的四个边移动，不再会出现没对角线移动

发生对角过渡，180°相移时，限带之后所形成的包络起伏达到最大

45.6.1OQPSKOQPSK的原理：

先对输入数据作串/并变换，再使正交分量Q(t)相对于同相分量I(t)延时半个码元间隔，使其错开半个输入码元间隔Ts，然后分别对两个正交的载波进行2PSK调制，最后叠加为OQPSK信号就有可能减小包络起伏。{ak}+1+1-1+1+1-1-1+1+1+1-1-1+1+1-1-1+1-1I+1-1+1-1+1-1+1-1+1Q+1+1-1+1+1-1+1-1-1OQPSK输入数据的串/并变换后再交错5输入二进制序列将收到的二进信息交替送到上下两个支路OQPSK调制器方框图OQPSK信号串/并变换器单/双极性变换单/双极性变换相移900同相支路正交支路OQPSK调制与解调OQPSK是QPSK的一种改进形式。5.6.1OQPSK6OQPSK信号特点（1）最大相位跳变为90；（2）理论功率谱与QPSK信号相，；（3）通过带限非线性信道后带外功率谱较小。5.6.1OQPSK75.6.1OQPSK经带限信道后QPSK和OQPSK功率谱仿真8900相移抽样判决抽样判决并/串变换接收OQPSK恢复的二进制序列同相支路正交支路OQPSK信号的解调方框图位定时1位定时2与QPSK相比：（1）位定时1与位定时2间隔一个二进制码元宽度（2）误比特性能相同5.6.1OQPSKOQPSK信号解调95.6现代数字调制5.6.1偏移(交错)四相相移键控（OQPSK）5.6.2最小频移键控（MSK）5.6.3高斯最小频移键控（GMSK）105.6.2最小频移键控QPSK的相位轨迹OQPSK的最大相位变化为90°/4DQPSK的最大相位变化则为135°QPSK的最大相位变化为180°OQPSK的相位轨迹/4DQPSK的相位轨迹115.6.2最小频移键控问题的提出OQPSK和/4DQPSK虽然消除了QPSK信号中180°的相位突变，没有从根本上解决包络起伏问题。包络起伏是由相位的非连续变化引起的。连续相位调制（CPM：ContinuousPhaseModulation），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（MSK：minimumshiftkeying）是连续相位的频移键控（FSK）的一种特殊类型。

125.6.2最小频移键控定义：MSK是具有调制指数0.5的连续相位频移键控。2FSK信号两信号正交最小频差:最大频率偏移13MSK基本原理为s(t)的相位（增量），在每一个码元间隔内线性增加或下降一个值，其表达式如下“+”：发送“1”码“-”：发送“0”码

CPFSK以传统的角调制波形式表示：MSK信号在一个码元间隔内，相位(t)线性变化/2h=0.514t调制指数h为0.5时的相位树当调制指数为0.5时，在的偶数倍处，相位为0或；在的奇数倍处，相位为。数字序列：1101000011MSK基本原理15MSK基本原理问题：K如何取值？条件：相位连续即时相位是连续的第k个码元：第k-1个码元：不是仅仅由码元单独决定的，而与前面的所有码元有关。16MSK数学表达式MSK波形可表示为17深入分析可得：（1）两支路数据速率是一样的，都是输入信息速率的一半。（2）两支路数据转换时刻不一样的，相差一个码元宽度，即两支路转换点交替发生。（与OQPSK类似）（3）两支路上的数据与输入二进制比特之间存在差分编码的关系。18MSK信号的产生MSK调制器与OQPSK相同，交替向上下支路输出信号19MSK功率谱分析与频率f

2成反比与频率f

4成反比带宽：B＝1.5fb20

5.6.2最小频移键控MSK特点：1、码元变换时刻相位连续的2FSK；2、具有最小调制指数的正交FSK；3、信号具有恒定包络；4、信号的功率谱在主瓣外衰减得很快。215.6.2最小频移键控思考：MSK信号的功率谱和QPSK、OQPSK比较起来，旁瓣衰减更快，但仍不能满足移动通信的需要。有什么改进的办法？

225.6.3高斯最小频移键控（GMSK）MSK的缺点：无法满足移动通信中对带外辐射的要求25kHz的信道内传16kbps的数字信号时，会产生较大的邻道干扰。MSK的改进利用成形滤波器对基带信号进行预滤波带宽窄，截止特性好冲激响应过冲较小输出脉冲面积不变，以保证载波相移π/2高斯低通滤波器GMSK信号MSK调制23GMSK信号功率谱GMSK：BT值决定滤波的特性优点：对邻道干扰小。缺点：有码间串扰(ISI)。

BT值越小，码间串扰越大。应用：在GSM制的蜂窝网中采用BT=0.3的GMSK调制，以得到更大的用户容量。246正弦载波数字调制：小结-1研究对象：正弦载波数字调制系统研究内容：（1）二进制基本数字调制的波形、表达式、功率谱、调制解调原理及其抗噪声性能；（2）四进制绝对和相对相移键控（QPSK、DQPSK）的波形、表达式、功率谱、调制解调原理及其抗噪声性能；（3）几种改进型调制技术（QAM、OQPSK、/4DQPSK、MSK等）改善数字调制系统传输信息有效性的机理

256正弦载波数字调制：小结-2原始信号调制器调制：发送端把基带信号频谱搬移到给定信道通带内的过程原始信号解调器解调：在接收端把已搬到给定信道通带内的频谱还原为基带信号的过程266正弦载波数字调制：小结-3有效辐射，尽可能地减小天线的尺寸；系统在特定频段进行通信，满足实际应用的需要；通过频率分配，满足多用户通信的需要；276正弦载波数字调制：小结-4调制器m(t)C(t)sm

(t)单音正弦波连续变化的模拟量：模拟调制离散的数字量：二进制数字脉冲数字调制单频正弦波连续波形连续载波调制脉冲波形脉冲载波调制矩形周期脉冲286正弦载波数字调制：小结-5调制器m(t)C(t)m(t)改变载波信号C(t)的不同参数幅度调制：ASK

sm

(t)相位调制：PSK频率调制：FSK296正弦载波数字调制：小结-6可靠性：在AWGN（加性高斯白噪声）信道条件下，2PSK的误码性能最优，其次是2DPSK、2FSK和2ASK；有效性：从对频谱的利用效率看，PSK、DPSK、ASK系统比FSK要高；实现调制系统的复杂性看：基于非相干解调的FSK和ASK系统的复杂性较低，PSK或DPSK系统的实现成本要高一些；306正弦载波数字调制：小结-7对于信道特性变化的敏感性，ASK性能最差，2FSK信号更适合应对频率选择性衰落信道。随着M增加，MASK和MPSK抗噪声性能下降，但其频带利用率却上升；APK可以改善随M增加抗噪声性能下降的缺点，而且M越大，改善越明显；随着M增加