恒包络调制
通信原理6.6恒包络调制
6 正弦载波数字调制：小结3
AWGN信道条件下，且频带利用率相同， 进制数大于四时，QAM比MPSK的抗噪声 性能优，功率利用率高；
MSK和GMSK等调制方式与普通的ASK、 FSK、PSK或DPSK和QAM调制方式相比， 已调信号对邻道的干扰小，有效提高了 频谱资源的使用效率。
6 正弦载波数字调制：小结4
1
m 11
f2 fc 4TS (N
) 4T
MSK的相位特点:
相位约束条件：
k
k1
(ak
ak
1
)
2
(k
1)
k 1
k 1 (k 1)
当ak ak1 当ak ak1
若 0 0 则 k 0 或 （mod 2 )
MSK信号的特点
振幅恒定 频偏固定h=0.5 相位变化π/2 码元周期是四分之一载波周期的整数倍 码元转换时刻相位连续
MSK（最小频移键控）
k (t)
ct
ak
2TS
t
k
1
1 d k (t) 2 dt
fc
ak 4Ts
fc 4TS 1
fc 4TS
调制指数：
h
1 2Ts
Ts
0.5
a1 a1
MSK（最小频移键控）
一般2FSK两个波形的相关系数:
sin2 ( f2 f1)Ts sin4fcTs
2 ( f 2 f1 )Ts
4f cTs
相关系数为0的条件是:
f
f2
f1
n 1 2TS
n的最小值是1，对应最小正交频移键控。
MSK（最小频移键控）
上式还表明，MSK信号在每一码元周期内必须包含四分之一 载波周期的整数倍。fc
无线通信原理与应用-6.6 恒包络调制
Tb 0
cos 2
fmt cos 2
fstdt
sin 2 ( fm fs )Tb 2 ( fm fs )Tb
sin 4 fcTb 4 fcTb
为了易于区分两个信号，希望它们是正交的，
即要求ρ＝0：
第一项等于零：2π(2fd)Tb=n π，即：fd＝n/4Tb， 第二项等于零：4πfcTb>>1，或4πfcTb=nπ
过零点
过零点
后面，我们令cos( )=C(t)，令sin( )=S(t)。
16
附加相位函数6
17
附加相位函数7
由此，我们知道，
当ak=＋1时，Ik=Qk ；
当ak=－1时，Ik=－Qk 。
差分编码关系
此外，根据相位连续条件，我们还可以证明，
(Tb=n/4fc)，即：每个码元期间包含四分之一载波 周期的整数倍。
8
MSK信号的正交性1
由前面的结论，对于MSK有：
f
＝
d
1 4Tb
故相关系数ρ的的第一项等于零，这里取 n＝1。
可见：MSK为频差（带宽）最小的正交 FSK调制，故称为“最小频移键控调制 ”，或“快速频移键控调制(FFSK)”
s(
t
)
cos
2fct
cos
t 2Tb
cos
xk
sin
2fct
ak
sin
t 2Tb
cos
xk
。
Ik
cos
t 2Tb
cos
2f c t
Qk
sin
t 2T b
恒包络调制.
在实际中，往往需要对2-L电平转换后的L电平基带信号 进行脉冲成形滤波，以抑制已调信号的带外辐射。
脉冲成形滤波器通常是滚降系数为
这时，MQAM信号的带宽:
的升余弦滤波器。
(1 ) Rb B (1 ) RB log 2 M
频带利用率：
log 2 M b （bps/Hz） (1 )
。
d2超过d1约1.57 dB（最大功率(振幅)相等条件下 d2超过d1约4.12 dB（平均功率相等条件下）
）
16QAM是最具有代表性的MQAM信号，此外：
M=4时，QPSK信号就是一种最简单的QAM信号
M=64、256时，QAM信号的星座图：
64QAM信号矢量图
256QAM信号矢量图
注： QAM星座图除方型结构外，还有星型或其他结构
ek (t ) Ak cos(ct k )
展开为：
kTB t (k 1)TB
ek (t ) X k cos ct Yk sin ct
式中：
Xk = Akcos
k，Yk
= -Aksin
k
Ak、
表明：
k、
Xk和Yk分别可以取多个离散值
MQAM信号可由两路载波正交的
M ASK信号叠加而成
f1 f 0 min 1 / 2TB
§5.2.2 MSK信号的基本原理 1 MSK信号的频率间隔
MSK信号第k个码元表示： 这里TB=Tb
ak ek (t ) cos(c t t k ) kTB t (k 1)TB 2TB
c
-载频； TB -码元宽度；
星座结构影响系统性能！
恒包络调制.ppt
若 0 0 则 k 0 或 （mod 2 )
MSK信号的特点
振幅恒定 频偏固定h=0.5 相位变化π/2 码元周期是四分之一载波周期的整数倍 码元转换时刻相位连续
MSK（最小频移键控）
sMSK (t)
cos ( c t
ak
2TS
t
k )
cos
MSK信号
其中 令
sMSK (t) =
cos(wct +
p ak 2TS
t+
j
k)
(k - 1)Ts ＃t kTs
qk (t) =
p ak 2TS
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t+
j
k , kT
＃t
(k + 1)TS
sMSK (t) = cos[wct + qk (t)]
θk(t)称为附加相位函数；ωc为载波角频率；Ts为码元宽度； ak为第k个输入码元，取值为±1；φk为第k个码元的相位常 数，在时间kTs≤t≤(k+1)Ts中保持不变，其作用是保证在t=kTs 时刻信号相位连续。
f1 =
fc -
1 = (N + m - 1) 1
4TS
4T
1
m+ 1 1
f2 =
fc +
= (N + 4TS
) 4T
MSK的相位特点:
相位约束条件：
k
k1
(ak
ak
1
)
2
(k
1)
k 1
k 1 (k 1)
当ak ak1 当ak ak1
4.6 恒包络连续相位调制技术-MSK和GMSK
4.6恒包络连续相位调制技术4.6.1 引言根据前面的学习我们知道，在数字频率调制FSK和数字相位调制PSK体制中，由于已调信号振幅是恒定的，因此有利于在非线性特性的信道中传输。
但PSK已调信号的相邻码元存在相位跳变，FSK 已调信号如果没有保证相位连续措施的话，相邻码元的相位也存在跳变。
相位跳变会使信号功率谱扩展，旁瓣增大，对相邻频率的信道形成干扰。
为了使信号功率谱尽可能集中于主瓣之内，主瓣之外的功率谱衰减速度快，那么信号的相位就不能突变。
恒包络连续相位调制技术就是按照这种思想产生的。
MSK和GMSK就是两种在移动通信中常用的恒包络连续相位调制技术。
4.6.2最小频移键控MSK最小频移键控（Minimum Shift Keying，缩写为MSK）是二进制连续相位FSK（CPFSK）的一种特例，它能够产生恒定包络、连续相位信号，具有正交信号的最小频率间隔，在相邻码元交界处相位连续。
MSK有时也称为快速频移键控(FFSK)。
所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号；而“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。
MSK 信号的时域表达式为s s k s s k c MSK T k t kT kT t T at f A t s )1(,)(22cos )(+≤≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=ϕππ（4.6.1）式中，c f 表示载波频率；A 表示已调信号振幅；s T 表示码元宽度； ka 表示第k 个码元中的信息，其取值为1±；∑--∞==12k k kk a πϕ表示直到s T k )1(-时的累积（记忆）相位值。
设k kk a k x ϕπ+-=2（4.6.2）则式（4.6.1）变为s s k k s c MSK T k t kT x t a T f A t s )1(,)41(2cos )(+≤≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=π（4.6.3）由表达式（4.6.3）可知：MSK 信号可以表示成在s s T k t kT )1(+≤≤时间间隔内具有两个频率之一的正弦波。
《恒包络调制》课件
在这个课件中，我们将介绍恒包络调制的基本概念、原理、应用和未来发展 趋势。恒包络调制是一种普遍应用于通信、军事和遥感领域的调制技术，具 有抗干扰能力强和发射功率低等优点。
什么是恒包络调制？
恒包络调制是一种调制技术，通过使信号的包络保持恒定来传输信息。它与传统调制技术相比，具有更 好的性能和适应性。
恒包络调制的基本原理
1
频率合成
通过生成复合信号的频率来传输信息，提高传输效率。
2
幅度调制
调制信号的幅度来携带信息，使接收端能够准确解调。
3
频域编码
利用频域编码技术，提高抗干扰能力和信号质量。
恒包络调制的优点
抗多径衰落
由于恒包络调制的特性，对多径衰落具有较好的抵抗能力，提高信号传输的可靠性。
抗干扰能力强
恒包络调制具有较高的抗干扰能力，能够有效地抑制信号中的噪声和干扰。
发射功率低
恒包络调制在传输信息时，通常可以降低发射功率，从而减少能源消耗。
恒包络调制的应用
1
通信领域
恒包络调制在移动通信、卫星通信等领域得到广泛应用，提高了信号质量和传输速率。
2
军事领域
军事通信需要高度保密和抗干扰能力，恒包络调制可以满足这些需求，并提供可们了解了恒包络调制的基本概念、原理、应用和未来 发展趋势。恒包络调制作为一种具有抗干扰能力强和发射功率低等优点的调 制技术，将在通信、军事和遥感领域发挥重要作用。
3
遥感领域
利用恒包络调制技术，可以准确地获取遥感图像和数据，用于环境监测、资源调查等 应用。
恒包络调制的未来发展趋势
新技术的应用
随着科技的不断发展，新的调制技术将不断涌 现，如深度学习、量子调制等，将进一步推动 恒包络调制的发展。
恒包络调制技术概述
4. MSK信号的正交性
MSK的信号表达式为 sMSK (t) cos[ct (t)]
式中：
(t)
ak
2Tb
t
k
ak=±1; φk=0或π
得 sMSK (t) cosct cos(t) sin (t) sin ct
因为φk=0或π，则sinφk=0，因而有：
cos
(得t)到：cos
t
2Tb
图4-27 平方环相干解调器
(2) Costas环提取相干载波的MSK解调电路
x1(t)
x2(t)
LPF
判决器
VCO
s(t)
~ u LPF
ud(t)
ak
/ 2
/ 2
LPF
y1(t)
y2(t)
判决器
g(t)
时 钟 提取
图4-28 Costas环同步解调电路
7. MSK信号的性能 1)
－ 10
－ 20
Tb
N
m 4
1 fc
(N为整数，m=1, 2, 3, 4)
求得
fm
fc
1 4Tb
N
m1 1
4 Tb
fs
fc
1 4Tb
N
m 1 1 4 Tb
f 1 1 2 Tb
rb fc
16kbit / 20kHz
s
1 Tb
＋1
fc
(1 1 /
4) 1 Tb
fm
N
m1 1
4 Tb
(1
21 )
4 Tb
fS
N
m 1 1
4 Tb
1 Tb
＋1 ＋1 ＋1
－1 －1
恒包络调制
恒包络调制恒包络调制（Constant Envelope Modulation，CEM）是一种常用的调制技术，广泛应用于无线通信系统中。
它的特点是发送信号的幅度保持恒定，仅改变信号的相位来携带信息。
这种调制技术在许多应用中具有重要的优势，如在无线电广播、卫星通信、蜂窝移动通信等领域。
恒包络调制的基本原理是将数字信号分成多个符号，每个符号对应一个相位。
然后通过相位调制的方式将这些符号转换成模拟信号。
在恒包络调制中，每个符号对应的相位可以通过不同的调制方式来实现，如二进制相移键控调制（Binary Phase Shift Keying，BPSK）、四进制相移键控调制（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）等。
这些相位调制方式可以根据不同的需求选择，以在有限带宽和功率条件下实现更高的数据传输速率和更好的抗干扰能力。
恒包络调制的优点之一是它能够在非线性功率放大器（Nonlinear Power Amplifier，NPA）的情况下工作。
在传统的调制方式中，信号的幅度会随着相位的改变而变化，而NPA在对信号进行放大时，会引入非线性失真。
恒包络调制通过保持信号的幅度恒定，使得NPA的非线性失真对信号的影响减小，从而提高系统的传输性能。
恒包络调制在无线通信系统中有着广泛的应用。
在蜂窝移动通信系统中，GSM（Global System for Mobile Communications）就是使用恒包络调制的一种技术。
GSM系统采用四进制相移键控调制（QPSK）来将数字信号转换成模拟信号，通过无线信道传输。
恒包络调制在GSM系统中的应用，使得系统能够在有限带宽和功率条件下实现更高的数据传输速率和更好的抗干扰能力。
除了在蜂窝移动通信系统中的应用，恒包络调制还被广泛应用于卫星通信系统中。
卫星通信系统需要在地球上的不同地区之间进行远距离的通信，而这些通信信号需要经过卫星的转发。
在卫星通信系统中，由于信号传输的距离较长，存在较强的干扰和衰落。