6.3 MSK/GMSK调制在线视频

下面我们来讲第三部分

我们根据移动通信的

各个体制的差异性

来给大家介绍

这个调制技术

在移动通信当中的应用

首先我们先看

GSM体制当中的基本调制

也就是MSK还有GMSK

我们再给大家解释一下

GMSK为什么要应用

到

GSM体制当中

核心原因

除了我们前面提到过的

这三大基本功能以外

也就是在我

搬移

提高他的抗噪声能力

还有提高频谱的利用率以外

对于GSM系统当中

采用的GMSK还有一个非常

重要的工程因素

也就是在80年代

进行标准化的时间段

那么业界的功放

功率放大器的技术

是不太先进的

在那个时候

我们普遍采用的都是一些

非线性高度非线性的功放

为了试验这些非线性功放

那么尽量降低发射端

对信号的非线性畸变

我们就有必要限制

这个信号的动态范围

前面我们提到过的

这些二进制的

像 BPSK调整

虽然它的抗噪声能力比较好

但是他的我们加上这种深悬辊

降滤波以后的话

他信号的风险比较大

所以在GSM系统当中

我们就采用了这种

抗分辨率最好的

因为他的信号的峰值功率

与平均功率也相等

或者我们认为峰频比

实际上是0TB

这样的调整方式

也就是GMSK调制

为了介绍GMSK 实际上我们

可以从最基本的调制方式

就是MSK讲起

所谓MSK它的全称是最小

移频键控调制

那么这类调制

它其实属于是一类有机的调制

这都属于是有记忆

非线性的调整

这个地方所谓的有记忆

我们前面已经解释过

这就指的是说

我这个调制器输出的信号波形

它不仅仅取决于当前时刻的输入

它还取决于

历史时刻上的一些状态信息

所以它就有记忆

同时

它还是一种非线性的调整

因为它信号产生的调制波形

你输入的比特序列之间

不是一个线性对应关系

在中间经过了非线性的一些映射

所以我们就称它为是有记忆

非线性的调制

那么对于MSK信号而言

它的波形

我们可以写成一个平移表达式

大家看给的公式

在这个公式当中

它也是通过去改变信号的载频

或者说改变信号的瞬时频率

来承载亟待的数据

而改变的瞬时频率

实际上有两个

这两个之间的频率偏差是最小的

所以我们就称它为是

最小音频键控的调制

本质上讲

它是一种

2FSK只不过这两个载

波频率

它是频率间隔

要满足特定的要求

或者特定的配置

那么这个配置有个最小值

所以我们就称它为是MSK

我们可以看一下

MSK它的调制器

和解调器的基本框图

大家看胶片上给的

这就是MSK调制器的结构

那么这个结构

我们可以把它划分为

两部分

红线左边的这一部分

这实际上是个预编码器

是我们一般称它为是差分编码器

那么右边这一部分

这就是一个正交调制器

右边这个是正交调制

这种叫调制器

正交调制它有I路

有Q路

那么分别把差分编码之后的序列

bk序列做一个

串并变换

一路变两路

然后每一路

再乘上一个固定的响应波形

然后再经过载波调整

分别乘cos

或者sin载波

然后叠加

这样就产生了

MSK的信号波形

我们再看一下 MSK如何

来进行解调

这就是 MSK的一个

解调器的基本结构

大家看

因为MSK可以采用

IQ两路正交调制器的结构

所以对称的

它的解调器

也是一个正交解调的结构

这是一个

正交解调

解调器结构

那么接收到的信号

分别送入I路Q路

I路

我们崇尚这样的一个本地信号

是cos载波与cos波形相乘

Q路是sin载波和sin波形相乘

然后分别来进行

相关接收

就这一个框图

这就是一个相关接收器

那么也就是积分

积分之后我们抽样判决

然后进行的并串变换

把两路变成一路

然后你再做差分一码就得到了

输出的信号

这就是 MSK的

解调器的基本结构

我需要说明的

是上面这样的一个基本结构啊

它实际上是一种自由的方法

因为这样的一种结构

其实是先判决

再进行查封一码的

如果说呢在这个判决当中

有错误的话

那么最后查封一码的结果

也有可能会错

不过这种结构非常简单

所以在实际的调MSK的

调制解调器当中

普遍使用

一般意义上如果我们想获得更好的

比如说最大自然检测的性能

那么我们需要把这种MSK的

调整

看作是一个有记忆的马尔科夫

有记忆的有限状态机

或者是马尔可夫链的结构

我们要把它展开为格图或者垂直

图

然后采用维特比算法来进行

解调 这样做

才能够达到理论上

最佳的最大解调

或者检测的性能

MSK它的功率谱密度

我们可以通过这个理论分析

能够得到

那么我们可以把MSK的

前面

我们集连上一个滤波器

通过滤波器的作用

限制MSK的这个信号

能量

都集中到主办以内

那么他的带外的

衰减的尽量的快

那么这个滤波器

在GSM系统当中

我们采用的是一种高斯性的

滤波器

所以我们称这样的调制

叫做是

高斯滤波的MSK因此简称叫

GMSK 那么它的功率谱密度

我们都能够得得到

那下面我们把这些

通过功率谱密度图

做一个比较和分析

大家看这张胶片里面

我们列出来了

BPSK QPSK MSK

以及 GMSK它的功率

谱密度

大家看呢

蓝色的虚线

这个对应的是

OQPSK功率谱

密度

红色的实线

对应的是BPSK的功率谱密度

绿色的这种虚线

对应的是MSK的功率谱密度

黑色的这个点画线

对应的是GMSK的功率谱密度

我们从这个图

我们看这个横坐标

这是一个规划的频率

所以横坐标的一

对应的实际上就是主办

也就是主办带宽了

对二进制调制而言

我明显能看到

BPSK它其实能量是集中

到带内的

但是我们明显能看到

带外衰减并不快

就BPSK带外

其实还衰减挺慢的

像他的第一个旁伴

相对于主办 主办的最高点

最高点是0码0db

那么其实只衰减了不到20个

db大概就是个负的17 18

db的样子

所以他带外衰减也是比较缓慢

那么带外衰减慢

那么相当于是说

对产生的临道干扰就大

有可能对相邻频道上的

别的用户

或者别的系统

就产生了强干扰

那么我们再看MSK

MSK是条绿线

他的主办临点

其实比1要小

实际上大约是在0.75左右

所以也就意味着说

其实MSK它的能量更集中

不过我们看旁办

他的旁办衰减

已经超过了20db

大概是在24 25db的衰减

比BPSK要强

但是我们认为衰减还不够快

因此我们需要采用GMSK通过

高斯立波的方法

把带外衰减

进一步加快

大家看也就这个点画的黑线

它的整个代码上演的最快了

好

这就是GMSK它的一些好处

当然因为 MSK递进

和GMSK毕竟都是二进制

调制

所以它的频带利用率

有效的频带利用率

理论上

要比BPSK高

但是不可能比QPSK还好

QPSK就是蓝线

就OQPSK

因为它的频带率

能达到两比特每秒

每赫兹

显然它的第一个临点主办

就应当是在0.5

以上

就是我们看到的一个

功率谱密度一个基本的形式

好

我们下面再给大家看一下这张图

这张图我们把

把

MSK 取于

滤波器的取不同的带宽

和时间的乘积

也就是高斯滤波器的滤波器的

带宽

时间乘积

我们做一点这种

优化和比较

咱们取了不同的乘积以后

他画出的功率谱的示意图

大家可以看

如果时间带宽乘积是无穷大

这时候相当于我们不做滤波

它就是在功率谱当中的

最外的实线的包络

这也就是 MSK的功率谱

密度

大家看看带外衰减

有一定的是你能衰到

负的23 24db

或者24

25db的样子

但是还不够大

对于临道还有比较大的干扰

我们如果是

这个时间带宽乘积减小

它的带外衰减就会加快

大家可以看

取不同的时间带宽乘积

就是B乘上的 Tb取不同的值

那么它的带外衰减是不一样的

当然明显的是小值越趋于0

它的单位衰减是比较快的

但是时间带宽乘积越小

那么它的滤波器的抽头的接触也

就越多

它的硬件成本也就越高

因此我们一般要考虑的是

可实现性和带外衰减

它的技术指标

这两者之间要进行折中

在GSM系统当中

通过折中最后选定

取得这个时间带宽乘积

是

0.3

这是标准当中的一个规范

这就是 GMSK它的

一些基本特性

那么GMSK因为它有一定的

记忆性

所以它的纠错能力

如果我们采用最大自然检测

也就是采用维特比算法

比BPSK要更好一些

那么以上就是

GSM系统当中

所采用的基本调制

GMSK它的一些基本特点

希望大家能够掌握的是

GMSK它的一些调制

的这个特征

比如说它是有记忆

线性调制

并且它的峰频比很低

它是一个横包络的调制信号

它的带外衰减还快

那么它的误码率的性能还好

也就是它的可靠性还好

所以它是打从工程角度来讲

达到了比较好的折中 在可靠性

有效性

还有峰频比

这三个方面

都做到了比较好的折中