移動(dòng)通訊原理ch10.5.ppt

2019/7/14,現(xiàn)代通信原理,第十章 數(shù)字信號(hào)的載波傳輸,第十章 數(shù)字信號(hào)的載波傳輸,10.5 恒包絡(luò)調(diào)制 概述 10.5.1 偏移四相相移鍵控（OQPSK） 10.5.2 最小頻移鍵控（MSK） MSK調(diào)制的原理 信號(hào)波形 調(diào)制框圖 功率譜 頻譜圖 相干檢測(cè) 誤碼性能 10.5.3 其它恒包絡(luò)調(diào)制 一、 連續(xù)相位調(diào)制CPM 二、 非線性相位的CPM技術(shù) 三、 高斯預(yù)濾波最小頻移鍵控GMSK 四、 DQPSK 調(diào)制技術(shù),10.5 恒包絡(luò)調(diào)制,概述 前面討論的調(diào)制方式，認(rèn)為基帶信號(hào)是矩形的。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這些矩形包絡(luò)調(diào)制信號(hào)，其頻譜是無(wú)限寬的，有很強(qiáng)的旁瓣分量。實(shí)際信道都是有限的，這樣這種無(wú)限寬的信號(hào)經(jīng)過(guò)有限寬的信道，旁瓣被濾除，將使調(diào)制信號(hào)包絡(luò)呈很大起伏，將產(chǎn)生畸變。 如果采用限帶調(diào)制技術(shù)，顯然只有主瓣，但由于信道的非線性，原限帶信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生非線性畸變，將會(huì)使濾除的旁瓣又起來(lái)，產(chǎn)生頻譜的擴(kuò)展，對(duì)臨道產(chǎn)生干擾。,概述,因此，對(duì)于一個(gè)非線性信道上的高效率調(diào)制技術(shù)必須滿足以下幾個(gè)要求 1. 具有穩(wěn)定包絡(luò)，幅度上不能帶信息。 2. 具有較高的頻譜效率。 3. 具有較高的功率效率。,10.5.1 偏移四相相移鍵控OQPSK,O offset,OQPSK,其中， 它的功率譜和QPSK 相同。,OQPSK 相位變化情況,QPSK,OQPSK 沒(méi)有 變化 誤比特性能和QPSK一樣,10.5.2 最小頻移鍵控MSK,OQPSK雖然在QPSL基礎(chǔ)上前進(jìn)了一步，對(duì)抗非線性的影響有好處，但是由于這種調(diào)制方式雖消除了180o相位突變，但還存在90o式和 90o相位突變。 因此在相位突變點(diǎn)處仍存在著凹坑，其結(jié)果是這種調(diào)制方式旁瓣分量比較強(qiáng)，很難滿足移動(dòng)通信系統(tǒng)相鄰信道總頻譜泄漏60dB的要求。 因此，采用了OQPSK的改進(jìn)型MSK方式，它是FSK的一個(gè)特例。,MSK調(diào)制的原理,FSK功率譜寬度和調(diào)制指數(shù)有關(guān)，h增大頻譜就贈(zèng)寬 2FSK時(shí) MSK特點(diǎn)： h=0.5 碼字交替處相位連續(xù),MSK 信號(hào)波形,MSK信號(hào)時(shí)OQPSK的特殊形式，OQPSK脈沖波形g(t)是矩形，而MSK則是正弦。 MSK 信號(hào)波形 瞬時(shí)頻率 ， 二個(gè)頻率,MSK 信號(hào)波形（續(xù)1）,MSK在碼字發(fā)生變化時(shí)，相位是連續(xù)的,MSK 信號(hào)波形（續(xù)2）,由此可見(jiàn)，在每個(gè)信息比特內(nèi)載波相位變化是 ，也就是在 之內(nèi)相位變化 因此累計(jì)相位 在每比特結(jié)束時(shí)必為 的整數(shù)倍。,MSK 信號(hào)波形（續(xù)3）,對(duì)該式展開(kāi),MSK 調(diào)制框圖,對(duì)于 ，它們分別是輸入的二進(jìn)序列經(jīng)過(guò)絕對(duì)碼相對(duì)碼，再串并，奇數(shù)位為 ，偶數(shù)位為,MSK 功率譜,QPSK MSK,MSK 頻譜圖,MSK頻譜的主瓣寬度比OQPSK 要寬，但它的旁瓣卻下降很快。 計(jì)算得到，對(duì)于 MSK來(lái)說(shuō)， 就能包含99的功率，而QPSK和OQPSK卻要,MSK 相干檢測(cè),MSK的檢測(cè)通常采用相干檢測(cè)，有兩種方式 一比特區(qū)間,MSK 相干檢測(cè) (續(xù)),二比特區(qū)間,MSK 誤碼性能,相位編碼發(fā)生在二個(gè)比特區(qū)間，因此在二比特區(qū)間進(jìn)行檢測(cè)，就獲得了好的性能。 這種檢測(cè)方式和QPSK的碼性能相當(dāng)。 MSK加了相位約束條件，這實(shí)際上是一種相位編碼。,10.5.3 其它恒包絡(luò)調(diào)制,一、 連續(xù)相位調(diào)制CPM 二、 非線性相位的CPM技術(shù) 三、 高斯預(yù)濾波最小頻移鍵控GMSK 四、 DQPSK 調(diào)制技術(shù),一、 連續(xù)相位調(diào)制CPM 原理,CPM信號(hào)可表示為 瞬時(shí)頻率,CPM調(diào)制,相位變化規(guī)律 要滿足相位連續(xù)條件 一個(gè) CPM 主要取決于 hk，g(t)和調(diào)制碼字 Ik。,CPM分類,全局響應(yīng)和部分響應(yīng) 全響應(yīng) g(t)只限在一個(gè)碼字時(shí)間內(nèi)，或者說(shuō)，每個(gè)碼字時(shí)間中已調(diào)波的相位變化量只取決于該碼字本身，而和其它碼字無(wú)關(guān)。 部分響應(yīng) 反之 線性相位和非線性相位 線性相位 g(t)是一個(gè)矩形函數(shù)，則相位按線性規(guī)律變化，稱為線性相位CPM，亦即每個(gè)碼字中瞬時(shí)頻率是常數(shù)。,CPM分類 （續(xù)）,非線性相位 g(t) 是一個(gè)任意函數(shù)，這時(shí)每個(gè)碼字的瞬時(shí)頻率不是常數(shù)，而相位不按線性規(guī)律變化，稱為非線性CPM。 單調(diào)制指數(shù)和多調(diào)制指數(shù) 單調(diào)制指數(shù) 各個(gè)碼字的調(diào)制指數(shù)相等 多調(diào)制指數(shù) 反之 MSK 全響應(yīng)、線性相位、單調(diào)制指數(shù)CPM,二、 非線性相位的CPM技術(shù),線性相位的CPM， 雖保證了在碼字過(guò)渡點(diǎn)相位是連續(xù)的，但卻不能保證相位的導(dǎo)數(shù)（即頻率）也是連續(xù)的，由于頻率的不連續(xù)（突跳），使功率譜在帶外衰減得還不夠快。 如MSK，在碼字過(guò)渡點(diǎn)好，它的相位連續(xù)，但它的頻率將發(fā)生跳變，即從頻率 。 由于發(fā)生跳變，就使得在該處相位點(diǎn)處尖銳的邊峰，使得旁瓣還不能進(jìn)一步下降。,非線性相位的CPM技術(shù),這就要讓碼字在交替時(shí)，要求對(duì)相位點(diǎn)的尖峰加以平滑，也就是要讓相位導(dǎo)數(shù)也連續(xù)，這就發(fā)現(xiàn)了非線性相位CPM技術(shù)。 非線性CPM 技術(shù)分類 全響應(yīng) 部分響應(yīng) 這實(shí)際上決定了平滑相位點(diǎn)尖峰所采用的方法,1. 全響應(yīng)非線性相位CPM,又稱為成形的 MSK技術(shù) 它和 MSK 的不同之處 g(t) 波形不是矩形而是一個(gè)正弦（或余弦）波形，稱為正弦（或余弦）頻移鍵控（SFSK） 相位變化圖 一個(gè)碼字內(nèi)相位變化也是 ，但變化不是線性，從而使尖峰相位得到平滑。,2. 部分響應(yīng)非線性相位CPM,全響應(yīng)非線性CPM雖保證了碼字過(guò)渡點(diǎn)相位導(dǎo)數(shù)的連續(xù)，但并未使旁瓣得到明顯下降。主要原因是全響應(yīng)只發(fā)生在一個(gè)碼字區(qū)間內(nèi)，而要使頻域上進(jìn)一步壓縮，必須讓時(shí)域波形有適當(dāng)拖尾，即不僅僅限在一個(gè)碼字內(nèi)，即采用部分響應(yīng)。 這就是可控調(diào)頻技術(shù)，即TFM (Tamed FM)這是一種采用部分響應(yīng)非線性相位CPM技術(shù)。,部分響應(yīng)非線性相位CPM,在 MSK 中，每個(gè)碼字中相位變化量為 在 TFM 中， 它取決于前后三個(gè)碼字 根據(jù)前后三個(gè)碼字取值不同，可以有 五種相位變化，因此從相位辦哈量來(lái)說(shuō)，它是一種第二類部分響應(yīng)編碼，從行為的平均變化量來(lái)說(shuō)，顯然要比MSK（ ） 要小得多，因此它的旁瓣可可以大大下降。,IJFOQPSK,另一種部分響應(yīng)技術(shù)就是書(shū)上稱為無(wú)符號(hào)間干擾和無(wú)抖動(dòng)的OQPSK ，即 IJFOQPSK 這種方式是將輸入的二進(jìn)制信號(hào)序列先進(jìn)行IJF編碼，形成IJF基帶信號(hào)，就是將單位寬度的碼形成寬度為二倍間隔的升余弦脈沖，然后再進(jìn)行OQPSK調(diào)制。,三、 高斯預(yù)濾波最小頻移鍵控GMSK,要讓旁瓣小，必須讓相位的導(dǎo)數(shù)連續(xù)，而且是一階、二階都連續(xù) 什么函數(shù)可以滿足？ 高斯函數(shù)。 CPM 信號(hào)的頻譜旁瓣下降是按以下規(guī)律 其中C 為相位導(dǎo)數(shù)保持連續(xù)的階數(shù) 對(duì)于MSK ，C0， 因此旁瓣按 規(guī)律下降。,高斯預(yù)濾波最小頻移鍵控GMSK,Gaussian MSK 是MSK的變形。GMSK中，旁瓣電平通過(guò)一個(gè)高斯成形濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，高斯濾波器平滑了MSK的相位軌跡。預(yù)調(diào)制高斯濾波器將全響應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為部分響應(yīng)信號(hào)，將一個(gè)T的符號(hào)信息變?yōu)榭缭綆讉€(gè)比特周期。預(yù)調(diào)制高斯濾波器在發(fā)送信號(hào)中引入了碼間串?dāng)_，如高斯濾波器的3dB帶寬和體特寬度的乘積（BT）大于0.5，則GMSK性能引起的惡化不太嚴(yán)重。,GMSK 響應(yīng),GMSK脈沖響應(yīng) 頻域響應(yīng) 這個(gè)函數(shù)的所有導(dǎo)數(shù)都是連續(xù)的，因此它的旁瓣下將很快。 參數(shù)a 和3dB 帶寬B有關(guān),GMSK 響應(yīng),GSMK濾波器完全由B和Tb決定 MSK是相當(dāng)GMSK的BTb乘積取無(wú)窮時(shí) 隨著B(niǎo)Tb的減小，旁瓣電平急速下降 如BTb0.5 GMSK第二旁瓣相對(duì)于主瓣下降30dB MSK只有20dB,GMSK 和MSK功率比帶寬表,表中不同BT在一定功率百分比時(shí)所占有帶寬,GMSK 例子,采用3dB 帶寬高斯的同濾波器BTb乘積0.25，GMSK信道速率為Rb=270Kbps,求90%的功率射頻帶寬。 解： 當(dāng)BT=0.25時(shí), 因此3dB 帶寬為67.567KHz。為了求90的功率譜 帶寬， 從前面的表中得到0.57, BT=0.57 射頻帶寬為153.9KHz,GMSK 誤碼性能,GMSK誤碼性能是BTb的函數(shù) 和 有關(guān),GMSK 調(diào)制,調(diào)制可采用模擬和數(shù)字兩種方式，一般采用高斯濾波器調(diào)頻，也可采用標(biāo)準(zhǔn)的正交調(diào)制方式。,GMSK 解調(diào),GMSK解調(diào)可以采用正交相干檢測(cè)方式，也可采用標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)頻鑒頻器方式。下圖為相干檢測(cè)。,GMSK 參考,“Coherence demodulation of FSK with Low Deviation Ratio” IEEE Trans on Communication Vol com-20, P466-470, June 1972,四、 DQPSK 調(diào)制技術(shù),恒包絡(luò)GMSK調(diào)制能使旁瓣下竟很快快，因此滿足鄰近信道干擾的要求，但隨著移動(dòng)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，GMSK無(wú)法滿足頻譜利用率的要求，因此必須選擇頻譜利用率高的調(diào)制方式。 DQPSK 不僅由良好的旁瓣，而且頻譜利用率比GMSK高20。美國(guó)IS95標(biāo)準(zhǔn)采用這種調(diào)制方式。,DQPSK 調(diào)制技術(shù),星座圖有8個(gè)點(diǎn) 它可由兩個(gè)QPSK信號(hào)的星座圖疊加而成，彼此偏離 ，兩個(gè)星座圖交替來(lái)傳送信息。,DQPSK 調(diào)制框圖,