CPM調(diào)制解調(diào)技術(shù)概述在文獻(xiàn)[3]中提出PSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)具有恒定的包絡(luò)，但從符號(hào)到符號(hào)的不連續(xù)階段轉(zhuǎn)換。CPM調(diào)制解調(diào)技術(shù)不僅具有恒定的信封，還具有連續(xù)相位過(guò)渡。因此，與PSK方案相比，它們?cè)谄涔庾V中具有較少的側(cè)瓣能量。CPM類包括LREC，LRC，LSRC，GMSK和TFM。它們的差異位于其不同的頻率脈沖中，這些脈沖在其名稱中反映出來(lái)。例如，LREC表示頻率脈沖是具有L符號(hào)周期的長(zhǎng)度的矩形脈沖。MSK和GMSK是CPM類中的兩個(gè)重要調(diào)制技術(shù)，下文也將重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行解釋說(shuō)明。MSK是CPFSK的特殊情況，但它也可以從OQPSK獲得額外的正弦脈沖整形。MSK具有出色的力量和帶寬效率。其調(diào)制器和解調(diào)器也不太復(fù)雜。MSK已用于NASA的高級(jí)通信技術(shù)衛(wèi)星（行為）。GMSK具有高斯頻率脈沖。因此，它可以實(shí)現(xiàn)比MSK更好的帶寬效率。GMSK用于美國(guó)蜂窩數(shù)字包數(shù)據(jù)（CDPD）系統(tǒng)和歐洲GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）系統(tǒng)。1.1MSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)最小頻移鍵控（MinimumShiftKeying，縮寫(xiě)為MSK）是二進(jìn)制連續(xù)相位FSK（CPFSK）的一種特例，它能夠產(chǎn)生恒定包絡(luò)、連續(xù)相位信號(hào)，具有正交信號(hào)的最小頻率間隔，在相鄰碼元交界處相位連續(xù)。所謂“最小”是指這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)(0.5)獲得正交信號(hào)；而“快速”是指在給定同樣的頻帶內(nèi)，MSK能比BPSK的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量要比BPSK衰減的快。而MSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為sMSKt=A式中，fc代表載波頻率；A表示已調(diào)信號(hào)振幅；Ts表示碼元寬度；ak表示第k個(gè)碼元中的信息，其取值為±1；φMSK調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生也可以看作是由兩個(gè)彼此正交的載波cos2πfct與sin2πsMSKt=AMSK調(diào)制原理圖如下圖所示。首先將輸入的二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行差分編碼。經(jīng)過(guò)串/并變換，將一路延遲TS，得到相互交錯(cuò)一個(gè)碼元寬度的兩路信號(hào)Ik和Qk，然后加權(quán)函數(shù)cosπt2Ts和sinπt2應(yīng)該指出，產(chǎn)生MSK信號(hào)有各種不同的方式，但都要滿足MSK信號(hào)的基本要求：1）以調(diào)信號(hào)包絡(luò)恒定。2）頻偏嚴(yán)格地等于±π4T3）附加相位在一個(gè)碼元期間線性地變化±π差分編碼振蕩f=f差分編碼振蕩f=振蕩f=移相π移相π串/并轉(zhuǎn)換帶通濾波sinPP圖1.1-1MSK調(diào)制原理框圖BPF抽樣抽樣抽樣判決抽樣判決并串互換并串互換差分編碼并串互換Acosπt2Tscos2πfctABPF抽樣抽樣抽樣判決抽樣判決并串互換并串互換差分編碼并串互換AAt=2Kt=2(K+1)圖1.1-2MSK解調(diào)原理框圖信源高斯信道信源高斯信道信宿cosMSK+1/?1sinLPFLPF抽樣抽樣±1cossin?圖1.1-3MSK調(diào)制仿真流程圖其基帶信號(hào)的產(chǎn)生與QPSK調(diào)制中的信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程相似，在此將不做贅述，如圖所示即為基帶信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖。圖1.1-4基帶信號(hào)的時(shí)域波形以及頻譜圖MSK調(diào)制本質(zhì)是對(duì)頻率的調(diào)制，使得它的時(shí)域波形相位連續(xù)、包絡(luò)穩(wěn)定，所以乘以的載波我們?cè)O(shè)置為sinωct?sinωc4t或圖1.1-5MSK調(diào)制后信號(hào)的時(shí)域波形以及頻譜圖接收端接收到經(jīng)過(guò)了高斯信道（信噪比為20dB）的信號(hào)時(shí)域波形和頻譜圖如圖所示。圖1.1-6MSK已調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后的時(shí)域波形以及頻譜圖圖1.1-7相干解調(diào)（含LPF）后兩路輸出信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖之后經(jīng)過(guò)相干解調(diào)（含LPF）后的兩路時(shí)域波形和頻譜圖如圖所示。其相干解調(diào)過(guò)程的原理與QPSK相似。最后判決后的分路和合路信號(hào)如圖所示。圖1.1-8兩分路及其合路恢復(fù)的時(shí)域波形最終輸出信源與恢復(fù)的信宿相對(duì)比，我們可以觀察下圖：圖1.1-9信宿恢復(fù)信號(hào)與信源產(chǎn)生信號(hào)時(shí)域波形對(duì)比圖MSK信號(hào)的歸一化功率譜密度PsPsf=式中，fs為信號(hào)載頻，T為碼元持續(xù)時(shí)間。由上文MATLAB仿真，我們可得功率譜圖如下所示：圖1.1-10MSK調(diào)制與解調(diào)信號(hào)對(duì)比圖由上圖可以看出，MSK信號(hào)的功率譜緊湊，MSK信號(hào)功率譜的主瓣所占的頻帶寬度比較窄，衰減速率比較快，因此對(duì)鄰道的干擾比較小。數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)是數(shù)字峰窩移動(dòng)通信系統(tǒng)空中接口的重要組成部分。GMSK是從MSK(最小移頻鍵控)發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。MSK調(diào)制實(shí)際上是調(diào)制指數(shù)為0.5的二進(jìn)制調(diào)頻，具有包絡(luò)恒定、占用相對(duì)較窄的帶寬和能進(jìn)行相干解調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。但是MSK的帶外輻射較高，影響了頻譜效率。為了抑制帶外輻射、壓縮信號(hào)功率，可在MSK調(diào)制器前加入預(yù)調(diào)制濾波器。通過(guò)比較可以看出GMSK的誤碼率比較小更加適應(yīng)與現(xiàn)代通信系統(tǒng)。誤碼率越低越好，GMSK調(diào)制是在MSK（最小頻移鍵控）調(diào)制器之前插入高斯低通預(yù)調(diào)制濾波器這樣一種調(diào)制方式。GMSK提高了數(shù)字移動(dòng)通信的頻譜利用率和通信質(zhì)量。1.2GMSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)MSK調(diào)制是調(diào)制指數(shù)為0.5的二元數(shù)字頻率調(diào)制，具有很好的特性，如恒包絡(luò)、相對(duì)窄的帶寬、并可以相干檢測(cè)。MSK信號(hào)在任一碼元間隔內(nèi)，其相位變化為π2，而在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻保持相位連續(xù)。然而，MSK信號(hào)的相位變化是折線，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻會(huì)產(chǎn)生尖角，從而使其頻譜特性的旁瓣降緩慢，帶外輻射相對(duì)較大。移動(dòng)數(shù)字通信中采用高速傳輸速率時(shí)，要求鄰道帶外輻射低于－(60~80)dB，而MSK信號(hào)不能滿足功率譜在相鄰信道的取值低于主瓣峰值60dB以上的要求，所以需尋求進(jìn)一步壓縮帶寬的方法。為了進(jìn)一步改善MSK的頻譜特性，有效的辦法是對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行平滑處理，使調(diào)制后的信號(hào)相位在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻不僅連續(xù)而且變化平滑，從而達(dá)到改善頻譜特性的目的。GMSK作為MSK的改進(jìn)型，即是以高斯低通濾波器作為預(yù)調(diào)濾波基帶濾波器的MSK方式，所以稱為高斯MSK或GMSK。圖1.2-1MSK與GMSK誤碼率對(duì)比圖GMSK調(diào)制方式，是在MSK調(diào)制器之前加入一個(gè)基帶信號(hào)預(yù)處理濾波器，即高斯低通濾波器，由于這種濾波器能將基帶信號(hào)變換成高斯脈沖信號(hào)，其包絡(luò)無(wú)陡峭邊沿和拐點(diǎn)，從而達(dá)到改善MSK信號(hào)頻譜特性的目的。基帶的高斯低通濾波平滑了MSK信號(hào)的相位曲線，因此穩(wěn)定了信號(hào)的頻率變化，這使得發(fā)射頻譜上的旁瓣水平大大降低。圖1.2-2GMSK調(diào)制原理圖GMSK信號(hào)的解調(diào)方法有相干解調(diào)和差分解調(diào)。相干解調(diào)使用Costas環(huán)，基本原理是對(duì)信號(hào)進(jìn)行載波提取，和正交兩路信號(hào)混頻濾波后在基帶恢復(fù)數(shù)據(jù)。該方法被廣泛應(yīng)用于PSK、DS等信號(hào)的解調(diào)，特別適合用于要求簡(jiǎn)單、小型化的移動(dòng)無(wú)線通信終端中。GMSK信號(hào)的差分解調(diào)原理是將其中一路數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)時(shí)延后，和另一路信號(hào)相乘，再進(jìn)行低通濾波，抽樣判決恢復(fù)數(shù)據(jù)。GMSK信號(hào)的差分解調(diào)方法有1bit差分和2bit差分解調(diào)，我這次使用的是1bit差分解調(diào)。圖1.2-3GMSK不同BT值下誤碼率對(duì)比圖由圖可見(jiàn)，在BT一定時(shí)，ΔfTb越大則鄰道干擾越小。在頻道間隔ΔfTb一定時(shí)，BT越小則鄰道干擾越小。實(shí)際中還應(yīng)考慮載波漂移的影響，鄰道干擾會(huì)比上述計(jì)算值嚴(yán)重一些。GMSK解調(diào)方法：差分檢測(cè)、相干檢測(cè)和鑒頻檢測(cè)。解調(diào)方法比較：在移動(dòng)通信中，由于存在多徑衰落，相干解調(diào)的相干載波形難以提??；鑒頻檢測(cè)(非相干檢測(cè))性能不理想；差分檢測(cè)不需要恢復(fù)相干載波波形，在多徑傳播條件下是一種較好的方案。下面介紹一比特延遲差分檢測(cè)的原理。圖1.2-4GMSK解調(diào)原理圖利用MATLAB進(jìn)行仿真分析，首先繪制調(diào)制波形00101010，設(shè)置以下參數(shù)：參數(shù)名參數(shù)意義參數(shù)值T基帶信號(hào)周期為1/16000s,即為16KHz1/16000T[碼元]輸入信號(hào)周期為T(mén)s1/32000BbT取BbTb0.5Bb3dB帶寬Bb=F載波頻率為32KHz32000F每載波采樣64個(gè)點(diǎn)64B_num基帶信號(hào)為8個(gè)碼元8D采樣間隔[載波周期/采樣點(diǎn)數(shù)][4.88281250000000e-07]DB_sample每基帶碼元采樣點(diǎn)數(shù)B