当前课程知识点：移动通信原理 > 第六章 调制理论 > 6.3 MSK/GMSK调制 > 6.3 MSK/GMSK调制
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
-1.1 前言
--1.1 前言
-1.2 移动通信发展的回顾
-1.3 第四代移动通信技术
-1.4 第五代移动通信技术
-1.5 未来移动通信技术
-第一章 作业
--第一章 作业
-2.1 移动信道的特点
-2.2 三类主要快衰落
-2.3 传播类型与信道模型的定量分析
-2.4 无线信道模型
-第二章 作业
--第二章 作业
-3.1 多址技术的基本概念
-3.2 移动通信中的典型多址接入方式
-3.3 码分多址CDMA中的地址码
-3.4 伪随机序列(PN)和扩频码的理论基础与分析
-第三章 作业
--第三章 作业
-4.1 语音压缩编码
-4.2 移动通信中的语音编码
-4.3 图像压缩编码
-4.4 我国音视频标准
-第四章 作业
--第四章 作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 保密学的基本原理
-5.3 GSM系统的鉴权与加密
-5.4 IS-95系统的鉴权与加密
-5.5 3G系统的信息安全
-5.6 B3G与4G系统的信息安全
-第五章 作业
--第五章 作业
-6.1 移动通信系统的物理模型
-6.2 调制/调解的基本功能与要求
-6.3 MSK/GMSK调制
-6.4 π/4-DQPSK调制
-6.5 3π/8-8PSK调制
-6.6 用于CDMA的调制方式
-6.7 MQAM调制
-第六章 作业
--第六章 作业
-7.1 信道编码的基本概念
-7.2 线性分组码
-7.3 卷积码
--7.3 卷积码
-7.4 级联码
--7.4 级联码
-7.5 Turbo码
-7.6 交织编码
--7.6 交织编码
-7.7 ARQ与HARQ简介
-7.8 信道编码理论上的潜在能力与最大编码增益
-7.9 GSM系统的信道编码
-7.10 IS-95系统中的信道编码
-7.11 CDMA2000系统的信道编码
-7.12 WCDMA系统的信道编码
-第七章 作业
--第七章 作业
-8.1 分集技术的基本原理
-8.2 RAKE接收与多径分集
-8.3 均衡技术
--8.3 均衡技术
-8.4 增强技术与应用
-第八章 作业
--第八章 作业
-9.1 多用户检测的基本原理
-9.2 最优多用户检测技术
-9.3 线性多用户检测技术
-9.4 干扰抵消多用户检测器
-第九章 作业
--第九章 作业
-10.1 OFDM基本原理
-10.2 OFDM中的信道估计
-10.3 OFDM中的同步技术
-10.4 峰平比(PAPR)抑制
-第十章 作业
--第十章 作业
-11.1 多天线信息论简介
-11.2 空时块编码（STBC）
-11.3 分层时空码
-11.4 空时格码（STTC）
-11.5 空时预编码
-11.6 MIMO技术在宽带移动通信系统中的应用
-第十一章 作业
--第十一章 作业
-12.1 引言
--12.1 引言
-12.2 多功率控制原理
-12.3 功率控制在移动通信中的应用
-12.4 无限资源的最优分配
-12.5 速率自适应
-第十二章 作业
--第十二章 作业
-13.1 标准化进程
-13.2 HSPA系统
-13.3 EVDO系统
-13.4 LTE系统
-13.5 WiMax系统
-第十三章 作业
--第十三章 作业
-14.1 TDD原理
-14.2 TD-SCDMA
-14.3 UTRA TDD
-14.4 TD-HSPA
-第十四章 作业
--第十四章 作业
-15.1 移动网络的概念与特点
-15.2 从GSM/GPRS至WCDMA网络演讲
-15.3 第三代（3G）移动通信与3GPP网络
-15.4 从IS-95至CDMA2000网络演讲
-15.5 B3G与4G移动通信网络
-第十五章 作业
--第十五章 作业
-16.1 移动通信中的业务类型
-16.2 呼叫建立与接续
-16.3 移动性管理
-16.4 无线资源管理RRM
-16.5 跨层优化
-第十六章 作业
--第十六章 作业
