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MSK信号调制解调总结与仿真图

2010-04-06 23:46阅读:

MSKDoelz Heald 在他们的一项专利中提出的一种信号调制方式1972 年,DeBuda认为MSK 就是一种特殊的CPFSK 调制方式,经过一段时间的发展,MSK 被认为是正弦加权的OQPSK 的形式。1977 年,Amoroso and Kivett 通过一系列

的变化把MSK 简化成了SMSK。目前,MSK 在实际的通信系统中已经得到了广泛的应用。例如,SMSK 已应用在美国航空和宇宙航行局的高级通信卫星上,GMSK 已经应用于欧洲GSM 通信系统中。MSK 是一种恒包络调制方式,这种硬限幅的调制方式可以去除干扰引起的幅度的变化,由于QPSKOQPSK 等调制方式没有从根本上解决包络起伏的问题,究其原因是相位的非连续变化引起的。因此,会很自然的想到使用相位连续的调制方式,从而提出了MSK 的调制方式。这种调制方式能使信号相位连续,包络恒定,进而减小了误码传输,提高了传信效率。
QPSK 调制技术中,假定每个符号的包络都是矩形,已调信号的包络是恒定的,此时无论基带信号还是已调信号其频谱都是无限的。但是实际的信道总是有一定的带宽的,因此在发送QPSK 信号时通常要通过带通滤波器进行限带。限带后的信号已经不能再保持包络恒定,相邻符号间发生相移时,限带后包络会明显变小,甚至出现包络为0 的现象。这种现象在非线性信道中是不希望出现的,虽然经过非线性放大器能够减弱包络起伏,但是这样却使信号的频谱扩展,其旁瓣会干扰邻近频道的信号,造成限带时的带通滤波器失去作用。
正是为了解决这个问题,我们引入了在非线性限带信道中使用的恒包络调制方法———最小移频键控(MSK)调制技术
MSK(最小频移键控) 调制是一种二进制连续相位的恒包络相位调制,其功率谱密度随频率的4 次方幂下降,而不是像FSK那样呈2 次方幂下降。因此其已调波信号的功率谱紧凑,带外干扰小,特别适合在非线性信道中传输。
MSK 调制与其他调制方式相比,其优势在于MSK 调制信号的功率谱密度相当集中,其主瓣宽度为115 倍码速率,频带利用率高; MSK 信号具有恒包络特性,占据的射频带宽较窄,相干检测时的误码率性能较普通频移键控好3dB 以上,而且它经过限幅后旁瓣电平仍然迅速滚降,所以适用于功率受限而进行非线性放大的场合;MSK 调制的可靠性即误码率和数字调制系统中最优的相干PSK 调制的误码率相近;比较适合在窄带信道中传输,对邻道的干扰也较小,因此MSK 目前获得了广泛的应用。
MSK是连续相位调制(CPFSK) 的一种,CPFSK的表达式为
:


S ( t) = Acos[ωct +(π/Tb)*ukht +φk]

式中, uk 为输入二进制信息;φk 为保持相位连续的相位常数,它和过去的调制过程有关,其取值为0 或者±π; h 为调制指数,其表达式为:

h = ( f2 - f1) Tb = 2Δf Tb

h 0. 5 , 此时的CPFSK 信号就成为MSK。于是得到MSK已调波的表达式为:

S ( t) = Acos[ωct +(π/2Tb)*uk*t +φk]

可以证明,MSK信号的两个符号的相关系数为0 ,即MSK是一种正交调制。
经过以上分析,可以得到生成MSK信号的3 个必备条件
:

①当输入为1 , 输出已调波频率为f 1 , 当输入为- 1 ,输出已调波频率为
f 0 ;

②码元转换时刻相位连续
;

③输出频率和码元速率满足以下关系
:

f1 = m/2Tb, f2 = m+1/2Tb, f2 - f1 =1/2Tb


MSK调制:
在信号实现中,MSK 被认为是正弦加权的OQPSK,在OQPSK 调制中,信号s(t)被分成两路:I(t)Q(t),这两组数据流是正交的,并且被两组正交的载波调制。给每比特的I(t)Q(t)信号用周期为4T 的正弦或余弦函数进行加权,然后把它们调制在两路相互正交的载波上,最后产生的信号即为MSK 信号,可表示为:
S(t) =AI(t)cos(πt/2T)cos2πfct +AQ(t)sin(πt/2T)sin2πfct






MSK信号调制解调总结与仿真图

如图所示MSK 信号的调制是通过正弦加权的OQPSK 实现的,数据流信号a(t)通过信号器转换得到I(t)Q(t)两路信号,同相信号I(t)传送偶数位的信号,正交信号Q(t)传送奇数位信号,每比特的信号持续时间为2T Q(t)信号相对于I(t)信号延迟了T 时间。I(t) 信号通过两个相乘器分别乘以A cos(πt/2T) cos 2π c f t ,同样Q(t)信号也通过两个相乘器分别乘以A sin(πt/2T)sin2πfctI 信道和Q 信道的信号相加得到MSK信号。通过
仿真得到MSK调制信号如图:

MSK信号调制解调总结与仿真图

MSK解调:
MSK 信号在第k 比特间隔内可以写成以下形式:
S(t)=Ikφi(t) +Qkφq(t), kTt
(k +1)T

fc=n/4Tn为整数,可以证明φi(t)和φq(t)在周期T 内是正交的。
MSK 的最佳
相干解调QPSK 的解调是相类似的,图为MSK 的最佳相干解调方框图。

MSK信号调制解调总结与仿真图

由于I(t) Q(t) 每个数据符号占据2T 的时间,所以解调的时间是2T 。通过仿真计算实现了上述方式的MSK 解调,如图所示






MSK信号调制解调总结与仿真图

MSK信号调制解调总结与仿真图

(转自通信仿真网:http://www.comsim.cn/read.php?tid=61

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