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 a
t f A t s )1(,)(22cos )(+≤≤??
????+-+=?ππ
（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； k
a 表示第k 个码元中的信息，其取值为1±；
∑--∞
==
1
2k k k
k a π
?表示直到s T k )1(-时的累积（记忆）相位值。
设
k k
k a k x ?π+-
=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。如果定义这两个频率为
)1(,41
1-=-
=k s
c a T f f （4.6.4） )1(,41
2+=+
=k s
c a T f f （4.6.5）
那么，由式（4.6.3）确定的MSK 信号可以写成如下形式
2,1,)1(212c o s )(1=??
????+-+=-i k t f A t s k i i M
S K
?ππ
（4.6.6）
频率间隔为
s
T f f f 2112=
-=? （4.6.7）
所以，MSK 调制的调制指数
5.02
1
21==?=
?=s s s T T fT h （4.6.8）
为了分析方便，定义
s s k s
k
T k t kT x t T a t )1(,2)(+≤≤+=
πθ
（4.6.9）
此k x 值要确保MSK 信号在s kT t =时刻的载波相位)(t θ连续，即要保证前一码元1-k a 在s kT 时刻的载波相位)(1s k kT -θ与当前码元k a 在s kT 时刻的载波相位)(s k kT θ相等。
11
1)(2)(---+=
k s s
k s k x kT T a kT πθ
（4.6.10）
k s s
k
s k x kT T a kT +=
)(2)(πθ （4.6.11）
使式（4.6.10）和式（4.6.11）相等，得到
??
?≠±==+-=
------k
k k k k k k k k k a a k x a a x x a a k x 1111
11)(2
ππ
（4.6.12）
设00=x ，则
,3,2,1,0)
2(m od 0==k x k ππ或
由式（4.6.9）可以看出，在每个码元周期内载波相位)(t θ变化2/π+或2/π-。1+=k
a 时，为2/π+；1-=k a 时，为2/π-。假设0)0(=θ，则)
(t θ随时间变化的规律可以用图4.6.1所示的相位网格图表示。每条相位路径表示不同的信息序列。由于每个码元周期内相位变化2/π±，因此
)(t θ在每个码元的结束时刻必定是2/π的整数倍。图
5-41中粗线对应
的信息序列是1101000。
图4.6.1 MSK 信号的相位网格图
由以上讨论可知，MSK 信号具有如下特点：
（1）已调信号的振幅是恒定的；
（2）信号的频率偏移严格地等于)4/(1s T ±，相应的调制指数2/1=h ； （3）以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内准确地线性变化2/π±；
（4）在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说，信号的波形没有突跳。
下面讨论MSK 信号的调制与解调方法。
由于t f t t f t t t f c c c πθπθθπ2sin )(sin 2cos )(cos )](2cos[-=+，故MSK 信号也可以看作是由两个彼此正交的载波t f c π2cos 与t f c π2sin 分别被函数)(cos t θ与
)(sin t θ进行振幅调制而合成的。
已知
）（πππθ2m od 或0,1,2)(=±=+=
k k k s
k
x a x t T a t
因而
???
????
-=-=k s k k s x T t a t x T t t cos )2sin()(sin cos )2cos()(cos πθπθ
故MSK 信号可表示为
??
????-=t f T t
x a t f T t x A t s c s k k c s k MSK ππππ2sin )2sin(cos 2cos )2cos(cos )(
s s T k t kT )1(+≤≤
（4.6.13）
式中，等号后面的第一项是同相分量，也称I 分量；第二项是正交分量，也称Q 分量。)]2/(cos[s T t π和)]2/(sin[s T t π称为加权函数（或称调制函数）。k x cos 是同相分量的等效数据，k k x a cos -是正交分量的等效数据，它们都与原始输入数据有确定的关系。令k
k k k k Q x a I x =-=cos ,cos ，
代入式（4.6.13）可得
??
????+=t T t
Q t T t I A t s c s k c s k MSK ωπωπsin )2sin(cos )2cos()(
s s T k t kT )1(+≤≤
（4.6.14）
式中，c c f πω2=。
根据上式，可构成一种MSK 调制器，其方框图如图5-42所示。
图4.6.2 MSK 调制器的方框图
MSK 信号的解调与FSK 信号相似，可以采用相干解调，也可以采用非相干解调。图4.6.3给出了一种采用延时判决的相干解调原理方框图。关于相干解调的原理与2FSK 信号时没有什么区别。这里，着重讨论延时判决法的原理。现在我们举例说明在（0，s T 2）时间内判决一次（判出一个码元信息）的基本原理。
]
)12(,)12[(s s T i T i +-数据
图4.6.3 MSK 信号相干解调原理方框图
设（0，s T 2）时间内0)0(=θ，则MSK 信号的)(t θ的变化规律可用图4.6.4（a ）表示，在s T t 2=时刻，)(t θ的可能相位为0，π±。现若把这时的接收信号)](cos[t t c θω+与相干载波)2/cos(πω+t c 相乘，则相乘输出为
的项2频率为]2
)(cos[)2cos()](cos[c c c t t t t ωπ
θπ
ωθω+-=+
+ 这里，没有考虑常数1/2。滤出第一项，可得
)(sin ]2
)(cos[)(t t t v θπ
θ=-
=，s T t 20≤≤
（4.6.15）
由以上分析可得)(t θ和)(t v 的示意图，如图4.6.4（b ）所示。
)
(t v 0
1
-
（b ）(t θ/π/π-π-0
（a ）
图4.6.4 MSK 信号在(0，s T 2)内的相位变化及相干解调的输出波形 由图4.6.4(a )可知，当输入数据为11或10时，)(sin t θ为正极性；而当输入数据为00或01时，)(sin t θ为负极性。)(t v 的示意波形如图5-44(b )所示。由此，我们得到：若)(t v 经判断（比如，经积分抽样判决）为正极性，则就可断定数字信息不是“11”就是“10”，于是可判定第一个比特为“1”，而第二个比特留待下一次再作决定。这里，由于利用了第二个码元提供的条件，故判决的第一个码元所含信息的正确性就有提高。这就是延时判决法的基本含义。
由图4.6.3可以看出，输入MSK 信号同时与两路的相应相干载波相乘，并分别进行积分判决。这里的积分判决器是交替工作的，每次积分时间为s T 2。若一积分在])1(2,2[s s T i iT +上进行，则另一积分将在
])1(2,)1(2[s s T i T i +-，两者差开s T 时间。
最后，我们再简要讨论一下MSK 信号的功率谱密度。按照式（4.6.1）定义的MSK 信号，MSK 信号在（0，s T 2）内的相位变化及相干解调的输出波形其功率谱密度可表示为
22
2
2)4cos (
32)(z
z
T Φs MSK -=ππω （4.6.16）
式中，s c T z ||ωω-=，其归一化功率谱密度如图4.6.5所示。与2PSK 相比较可以看出，MSK 信号的功率谱密度更加紧凑，并且它的第一个零点是在0.75/s T 处，而2PSK 的第一个零点则出现在1/s T 处。这表明MSK 信号功率谱密度的主瓣所占的频率带宽比2PSK 信号窄；在主瓣带宽之外，功率谱密度旁瓣的下降也更为迅速。这说明MSK 信号的功率主要包含在主瓣之内。因此，MSK 信号比较适合在窄带信道中传输，对邻道的干扰也较小。另外，由于占用带宽窄，故使MSK 的抗干扰性能要优于2PSK 。这就是目前广泛采用MSK 调制的原因。
功率谱密度/d B
s T s T s T s
T 频率/Hz
)
(0f f -----
图4.6.5 MSK 和2PSK 的归一化功率谱密度
4.6.2高斯最小频移键控
由以上讨论可以看出，MSK 调制方式的突出优点是信号具有恒定的振幅及信号的功率谱密度在主瓣以外衰减较快。然而，在一些通信场合（例如移动通信），对信号带外辐射功率的限制是十分严格的，比如，必须衰减70~80dB 以上。MSK 信号仍不能满足这样苛刻的要求。高斯最小频移键控（GMSK ）方式就是针对上述要求提出的。
GMSK 是在MSK 调制器之前加入一高斯低通滤波器。也就是说，用高斯低通滤波器作为MSK 调制的前置滤波器，如图4.6.6所示。图中的高斯低通滤波器必须能满足下列要求：
（1）带宽窄，且是锐截止的； （2）具有较低的过冲脉冲响应；
（3）能保持输出脉冲的面积不变。
以上要求分别是为了抑制高频成分、防止过量的瞬时频率偏移以及进行相干解调所需要的。GMSK 信号的调制与MSK 信号完全相同。
图4.6.6 GMSK 调制的原理框图
图4.6.7给出了GMSK 信号的功率谱密度。图中，横坐标为归一化频率s c T f f
)(-，纵坐标为谱密度，参变量s b T B 为高斯低通滤波器的归
一化3dB 带宽b B 与码元长度s T 的乘积。∞=s b T B 的曲线是MSK 信号的功率谱密度。由图可见，GMSK 信号的频谱随着s b T B 值的减小变得紧凑起来。
需要指出，GMSK 信号频谱特性的改善是通过降低误比特率性能换来的。前置滤波器的带宽越窄，输出功率谱密度就越紧凑，误比特率性能变得越差。欧洲数字蜂窝通信系统中采用了3.0=s b T B 的GMSK 。
0-40-20
0.30
0.50
0.16
0.20
0.25
2.5
2.01.51.00.5
0-120
-100
-80-60)
MSK (∞=s b T B 归一化频率s
T f f )(0-功率谱密度（d B ）
图4.6.7 GMSK 信号的功率谱密度
多进制数字相位调制系统课程设计
目录 摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................ II 1 引言 (1) 2 MPSK调制解调的原理 (2) 2.1 MPSK调制原理 (2) 2.2 4PSK信号产生 (3) 2.3 4PSK信号的解调原理 (3) 3 MPSK调制电路VHDL程序及仿真 (6) 3.1 FPGA中MPSK的实现 (6) 3.2 VHDL程序设计方法 (7) 3.4仿真结果及分析 (8) 4 MPSK解调程序及仿真结果 (10) 4.1解调VHDL程序 (10) 4.2 MPSK解调仿真结果 (12) 5 心得体会 (13) 6 参考文献 (14)
摘要 多进制数字相位调制也称多元调相或多相制。它利用具有多个相位状态的正弦波来代表多组二进制信息码元。本论文在FPGAP（Field-rogrammable Gate Array，现场可编程门阵列）上实现MPSK（多进制相移键控）调制解调的功能。运用VHDL硬件描述语言进行编程，对整个MPSK系统进行仿真，得到仿真时序图，对程序代码进行XST综合，得到RTL视图。仿真结果表明该设计的正确性以及可行性，更清晰直观的了解到MPSK调制解调的原理。 关键词：MPSK；FPGA实现；VHDL语言
幅度调制与相位调制
幅度/相位调制 过去几十年随着数字信号处理技术与硬件水平的发展，数字收发器性价比已远远高于模拟收发器，如成本更低，速度更快，效率更高。更重要的是数字调制比模拟调制有更多优点，如高频谱效率，强纠错能力，抗信道失真以及更好的保密性。正是因为这些原因，目前使用的无线通信系统都是数字系统。 数字调制和解调的目的就是将信息以比特形式（0/1）通过信道从发送机传输到接收机。数字调制方式主要分为两类：1）幅度/相位调制和2）频率调制。两类调制方式分别又成为线性调制和非线性调制，在优劣势上也各有不同，因此，调制方式的选择最终还需要取决于多方面的最佳权衡。 本文就对幅度/相位调制加以讨论，全文整体思路如下： 1 信号空间分析 在路径损耗与阴影衰落中已提出发送信号与接收信号的模型以复信号的实部来表示，而在本文中为了便于分析各调制解调技术，我们必须引入信号的几何表示。 数字调制将信号比特映射为几种可能的发送信号之一，因此，接收机需要对各个可能的发送信号做比较，从而找出最接近的作为检测结果。为此我们需要一个度量来反映信号间的距离，即将信号投影到一组基函数上，将信号波形与向量一一对应，这样就可以利用向量空间中的距离概念来比较信号间的距离。 1.1 信号的几何表示 向量空间中各向量可由其基向量表示，而在无线通信中，我们也可把信号用其相应的基函数来表示。本文我们讨论的幅度/相位调制的基函数就是由正弦和余弦函数组成的： 21()()cos (2)c t g t f t φπ=(1) 22()()sin (2)c t g t f t φπ=(2) 其中g (t )是为了保证正交性，即保证 220()cos (2)1T c g t f t dt π=? (3) 20()cos(2)sin(2)0T c c g t f t f t dt ππ=? (4) 则信号可表示为 12()()cos(2)()sin(2)i i c i c s t s g t f t s g t f t ππ=+ (5) 则向量s i =[s i1，s i2]T 便构成了信号s i (t )的信号星座点，所有的星座点构成信号星座图，我们把信号s i (t )用其星座点s i 表示的方法就叫做信号的几何表示。而两个星座点s i 和s k 之间的距离就是采用向量中长度的定义，这里不再赘述。 2 幅度/相位调制 相位/幅度调制主要分为3种： 1）脉冲幅度调制(MPAM)：只有幅度携带信息；
4.3恒定包络调制方式
§4-3 恒定包络调制方式 移相键控信号（OQPSK 、π/4-DQPSK ）的主要缺点是没能从根本上消除码元转换出的载波相位突变。相位的突变将使系统产生强的旁瓣功率分量，造成对邻近信道的干扰；若将此信号通过带限系统，由于旁瓣的滤除将产生信号包络起伏变化；为了不失真的传输，对信道的线性特性要求非常苛刻。 恒包络调制的特点： 1、对线性要求低。可使用C 类放大器，功率效率高 2、带外辐射低。可达-60~-70dB 3、利于限幅器的使用。可克服随机噪声和瑞利衰落导致的信号幅度的变化，抗干扰抗衰落能力强。 4、具有较好的解调门限。 一、最小移频键控(MSK) 为了克服相位不连续的缺点，需要控制相位的连续性，即采用连续相位调制（CPM ）。MSK 是二进制连续相位移频键控CPFSK 的一种特殊形式（在相邻符号交界处相位保持连续），其特殊性主要表现在它具有正交信号的最小频差（移频系数h=0.5）。 1． MSK 两频率信号的相关性（MSK 信号的调制指数） 2FSK 信号的互相关系数ρ可以求得（为了方便讨论，令它们的初相k ?=0）： ρ= ? b T b tdt t T 0 21cos cos 2 ωω= b c b c T T ωω2)2sin(+b d b d T T ωω2) 2sin( （4-1） 其中c ω=)(21ωω+/2，d ω=|21ωω-|/2 令ρ=0，即要求式（4-1）右端两项分别为0，即 2 b c T ω=πn （4-2） b d b d T T ωω2)2sin(=Sa(2b d T ω)=Sa(b d f f 22?π)=Sa(b f f f | |221-π)=Sa(2h π)=0 （4-3） 上式（4-3）要成立，即要求调制指数h=b f f f ||21-=2 n （n 为正整数）?m in h =0.5 说明：
自相位调制
重庆大学研究生报告 自相位调制 课程名称：非线性光学 专业：光学工程 班级：光学工程二班 学号：20140802004 姓名：刘永风 成绩： 评语： 第2章应用自相位调制的色散补偿技术
2.1 引言 2.2 自相位调制对光信号的影响 2.3 色散补偿系统中SPM的影响 2.4 小结 1.1 引言 随着社会的发展，人类社会迈步进入信息时代，光纤无可质疑地成为信息交换中最重要的传输媒介。光纤通信系统中，色散和非线性光学效应的问题一直是光通信研究的一个热点问题。在强光的作用下，任何介质对光的响应都是非线性的，光纤也不例外作为传输波导的光纤，其纤芯的横截面积非常小。高功率密度经过长距离的传输。非线性效应就不可忽视了。. 随着干线光通信系统朝、着长距离、高速率密集型波分复用（WDM）系统方向发展，光纤的非线性效应对系统的影响日益突出。非线性对信号传输的影响不仅引起损耗，也将引起信号脉冲展宽, 限制输入信号功率和传输距离，并将导致频谱展宽和频率惆啾, 在多信道系统中还会引起信道间串音。 光纤中低阶非线性效应会产生光信号的自相位调制（SPM）和交叉相位调制
（XPM ）限制输入信号功率和传输距离，并将导致频谱展宽和频率惆啾。当光场较强时光纤折射率将随光场幅度的变化而变化, 从而使相位随光场幅度而变化。因此随着光场在光纤中的传输，光场自身产生的非线性效应而引起的非线性相移，使光纤中传输的光脉冲前、后沿的相位相对漂移，这种现象称为光场的自相位调制（SPM ）本文分析了部分相干脉冲传输时, 当光纤通信系统中非线性效应起主要作用。色散相对比较弱时, 由自相位调制引起的频谱演变。 1.2 相干脉冲传输下自相位调制对脉冲频谱的影响 光的自相位调制是一种非线性效应,如同光束的自聚焦一样, 光的自相位调制要求有相当强的光才能观察到。 SPM 对光纤中脉冲传输的影响可以通过求解非线性传输方程(10.2 -30)进行分析。 为了突出SPM 对信号传输的影响, 假定脉冲的中心波长位于光纤的零色散波长上, 则在方程(10.2 - 30)中β2=0。 同时, 如前面几节的讨论, 作下述变换, 定义出归一化振幅: ),(),(,01T z U e P T z A z t T z αβ-=-= (1- 1) 式中, P0为输入脉冲的峰值功率; α为光纤损耗系数; U(z,T)是按随传输损耗减小的脉冲振幅峰值归一化后得到的信号脉冲形式, 它将只反映脉冲的形状和相位信息。 这样, 方程(10.2 - 30)变为： U U L e i z U NL z 2α-=?? (1- 2) 方程(1 -2)的解为： ),(),0(),(T z i NL e T U T z U ?= (1 - 3) 22),0(),0(1),(T U L Z T U L e T z NL eff NL z NL =-=-α?α (1 - 4) 说明SPM 效应并不影响初始脉冲的形状, 但产生了随脉冲幅度而变化的相位调制因子由(4) 可以看出非线性相移价NL ? 正比于2 ),0(T U ，那么它的瞬时变 化恒等于脉冲光强的变化, 引起脉冲的惆啾效应,使脉冲的不同的部位具有与中心频率饰不同的偏移量 ??? ????????? ??-???? ??=-m m NL eff T T T T L Z T m T 201 20ex p 2)(δω (1 - 5) δω的时间依赖关系可被看做频率咽啾,这种叨啾是由SPM 引起的,它随传输距离的增大而增大。换句话说, 当脉冲沿光纤传输时, 新的频率分量在不断产生这些由SPM 产生的频率分量展宽了频谱使之超过了Z=0处脉冲的初始宽度脉冲频谱展宽的程度与脉冲的形状有关。 最大相移与光纤的有效长度、峰值功率有关。最大相移峰值功率T0线性增大。SPM 所致频谱展宽在整个频率范围内伴随着振荡结构通常, 频谱由许多峰
GMSK调制解调原理及仿真
1.为什么采用GMSK调制方式 子网选择nrf2401射频芯片采用的通信调制方式就是GMSK,GMSK(Gaussian filtered MSK)调制具有优良的功率谱特性:功率谱旁瓣快衰减快，在对信号频带严格限制的各种数字通信领域中得到广泛的应用。为了躲避干扰，我们需要采取跳频策略，NRF2401工作在2.4G的免费频段，将2.4G-2.4835Ghz 划分为125个信道（而zigbee只划分为16个信道），nrf2401划分的信道多，必然信道带宽就小。为了防止信道之间的干扰，我们采取GMSK的调制解调方式。 2.GMSK的调制原理 传统调制方法： GMSK正交调制调制原理图 d(t) r(t)=h(t)*d(t) NRZ编码将1对应1，将0对应-1，得到信号的d(t),d(t)经过高斯低通滤波器和高斯低通滤波器的单位冲击响应卷积得到r(t)=h(t)*d(t) ，然后进入积分器进行积分得到相位函数：
高斯低通滤波器特性：带宽窄而带外截止尖锐，以抑制不需要的高频分量，脉冲响应的冲量较小，防止调制器产生不必要的瞬时偏移。 求解过程： 1. 定义矩形脉冲函数 1 |t|<()20 others b T rect t ? ??? =?????? 2. 高斯滤波器的矩形脉冲响应 ()()*() g t h t r e c t t = 高斯滤波器的冲击响应 计算得到 ()b g t T ∞ -∞ =? ()g t 数据在有限个周期内有效，一般取5个周期 3. 输入序列的表示 ()(T ) 2 b k b k T d t a rect t k ∞ ==-- ∑ 4. 序列通过高斯低通滤波器后得到 00 ()()*()(T )*()(T )22b b k b k b k k T T r t d t h t a rect t k h t a g t k ∞ ∞ ====--=--∑∑
信号的相位调制与解调概要
MATLAB仿真信号的相位调制与解调 专业：通信与信息系统 姓名：赵* 学号:********* 指导老师：****教授
摘要 Psk调制是通信系统中最为重要的环节之一，Psk调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。本文首先分析了数字调制系统的基本调制解调方法，然后，运用Matlab及附带的图形仿真工具——Simulink设计了这几种数字调制方法的仿真模型。通过仿真，观察了调制解调过程中各环节时域和频域的波形，并结合这几种调制方法的调制原理，跟踪分析了各个环节对调制性能的影响及仿真模型的可靠性。最后，在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。另外，本文还利用Matlab的图形用户界面（GUI）功能为仿真系统设计了一个便于操作的人机交互界面，使仿真系统更加完整，操作更加方便。 关键词：数字调制；分析与仿真；Matlab；Simulink；PSK；QPSK；
1.数字调制技术 (2) 2.PSK调制系统 (3) 2.1 QPSK调制部分，原理框图如图七所示 (6) 2.2 QPSK解调部分，原理框图如图八所示： (8) 3.用Simulink实现PSK调制 (9) 3.1 2PSK仿真 (9) 3.1.1调制 (9) 3.1.2 解调仿真 (12) 3.2 QPSK仿真 (13) 3.2.1 QPSK调制框图 (13) 参考文献 (18)
1.数字调制技术 通信按照传统的理解就是信息的传输与交换。在当今信息社会，通信则与遥感，计算技术紧密结合，成为整个社会的高级“神经中枢”。没有通信，人类社会是不可想象的。一般来说，社会生产力水平要求社会通信水平与之相适应。若通信水平跟不上，社会成员之间的合作程度就受到限制。可见，通信是十分重要的。 通信传输的消息是多种多样的，可以是符号的，文字的，数据和图像的等等。各种不同的消息可以分为两类：一类称为离散消息；另一类称为连续消息。离散消息的状态是可数的或离散的，比如符号，文字或数据等。离散消息也称数字消息。而连续消息则是其状态连续变化的消息，例如，连续变化的语音，图像等。连续消息也称模拟消息。因此按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号可以将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 数字通信有以下突出的特点：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。第二，当需要保密的时候，可以有效的对基带信号进行人为的“扰乱”，即加上密码。 数字通信系统可以用下图表示： →→→→→→→→信数信信数信 信源 道 字受道源字信 息编编调 解译译信 源 码码调码码者 制 道 器 器 器 器 器 器 图一 数字通信在近20年来得到了迅速的发展，其原因是： （1） 抗干扰能力强 （2） 便于进行各种数字信号处理 （3） 易于实现集成化 （4） 经济效益正赶上或超过模拟通信 （5） 传输与交换可结合起来，传输电话与传输数据也可结合起来，成为一个 统一整体，有利于实现综合业务通信网。
相位调制与解调
1.前言 1.1 序言 随着人类社会步入信息化社会，电子信息科学技术正以惊人的速度发展，开辟了社会发展的新纪元。从20世纪90年代开始至今，通信技术特别是移动通信技术取得了举世瞩目的成就。在通信技术日新月异的今天，学习通信专业知识不仅需要扎实的基础理论，同时需要学习和掌握更多的现代通信技术和网络技术。通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。全面、系统地论述了通信系统基本理沦、基本技术以及系统分析与设计中用到的基本工具和方法，并将重点放在数字通信系统上。通信系统又可分为数字通信与模拟通信。传统的模拟通信系统，包括模拟信号的调制与解调，以及加性噪声对幅度调制和角度调制模拟信号解调的影响。数字通信的基本原理，包括模数转换、基本AWGN信道中的数字调制方法、数字通信系统的信号同步方法、带限AWGN信道中的数字通信问题、数字信号的载波传输、数字信源编码以及信道编码与译码等，同时对多径信道中的数字通信、多载波调制、扩频、GSM与IS95数位蜂窝通信。随着数字技术的发展原来许多不得不采用的模拟技术部分已经可以由数字化来实现，但是模拟通信还是比较重要的 1.2 设计任务 本设计是基于MATLAB的模拟相位（PM）调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB这个强大的数学软件工具，其中的通信仿真模块通信工具箱以及M檔等，方便快捷灵活的功能实现仿真通信的调制解调设计。还借助MATLAB可视化交互式的操作，对调制解调处理，降低噪声干扰，提高仿真的准确度和可靠性。要求基于MATLAB的模拟调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB、simulink檔、M檔等，方便快捷的实现模拟通信的多种调制解调设计。基于simulink对数字通信系统的调制和解调建模。并编写相应的m檔，得出调试及仿真结果并进行分析。
GMSK调制解调原理
编制部门：通信工程系 编制人：杨巧莲 编制日期：2006.2 深 圳 职 业 技 术 学 院 Shenzhen Polytechnic 实 训（验）项 目 单 Training Item
(4)也可在“07号”界面中，将“旋钮”设置为“标记”，按“返回”键进入“06号”界面，按“开始” 键进行频谱测量，这时可通过旋转旋转编码器使光标在频谱曲线上滑动，同时左边实时显示光标所在处的频谱幅值，还可在“07号”界面中设置“标记”为“粗调”或“细调”来调节光标的步进大小，“粗调”光标步进为6kHz，“细调”光标步进为1kHz。 3、观察经GMSK调制后的同相、正交分量和差分分量 （1）观察同相和正交分量 用双踪示波器同时观察发射信号经GMSK调制后的同相分量和正交分量。 测试点：对比IP_TX和QP_TX；对比IN-TX和QN-TX 测试方法：使GMS实验箱处于同步工作模式，用示波器探头同时测IP_TX和QP_TX，画出波 形示意图。另外使用示波器单踪，X-Y方式来观察IP_TX和QP_TX的相位差，90度﹑270度 的相位关系的李沙育图理论上是圆形，180度的李沙育图理论上是斜线。 IN-TX和QN-TX的测试同上。 （2）观察经差分电路后的差分分量 同相分量分量形成的差分信号分别为IP-TX和IN-TX，正交分量形成的差分信号分别为QP-TX 和QN-TX，观察它们的波形和相位差。 4、观察接收信号经正交解调后同相和正交分量 （1）用双踪示波器同时观察接收信号正交解调后同相分量和正交分量。 测试点：I_RX和Q_RX 测试方法：使手机入网，并使手机与GSM实验箱之间处于通话状态，用示波器探头同时测I_RX 和Q_RX两个测试点。比较接收的模拟信号与第三步中测试的发射模拟信号波形有何不同？ 四、实训报告 1、记录每一步实验所观测到的波形图，并作好相应的比照分析，阐述其中的原理。 2、深刻体会GSM调制与解调的基本过程，作图解释。 五、评分方法 1．操作是否符合规范（40分） 2．结果是否正确（30分） 3．分析是否准确（30分）
多进制数字相位调制(MPSK)系统.doc
多进制数字相位调制(MPSK)系统 多相移键控(MPSK -多相移键控)也被称为多相位系统,它是二相系统的推广。它是利用不同载波的相位状态来表征数字信息的调制。与二进制数字相位调制相似,它有绝对相位调制(MPSK)和相位调制(MDPSK)两种调制方式。本文以4PSK为例,主要介绍基于Xilinx ISE 仿真软件的多相移键控系统(MPSK)的设计。调制方法是简单的相位选择方法。它只专注于数字系统的设计,而忽略了模拟电路系统。关键词:多相移键控MPSK西林ISE选相方法摘要多进制数字相位调制(MPSK -多相移键控)又称多相制,是二相制的推广。它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。与二进制数字相位调制相同,多进制数字相位调制也有绝对相位调制(MPSK)和相对相位调制(MDPSK)两种。本文主要研究基于Xilinx ISE仿真软件设计的多进制数字相位调制(MPSK)系统,以4PSK系统为例。调制方法采用简便的相位选择法,且略去模拟电路系统部分,仅对数字系统进行设计。关键字: 多进制数字相位调制MPSK锡林郭勒ISE相位选择法武汉理工大学《FPGA课程设计》说明书目录摘要1摘要11 多进制数字相位调制11.1 MPSK概念11.2 MPSK原理12 四相相位调制(4PSK) 22.1 4PSK调制22.1.1相位选择法22.1.2直接调相法32.2 4PSK解调42.3 4PSK调制与解调系统设计53 ISE设计与仿真73.1 ISE操作环境73.1.1输入（设计条目)73.1.2综合（综合83.1.3)实现（实施83.1.4)验证（验证83.1.5)下载（下载)93.2 ISE程序设计93.2.1调制系统程
2 相位调制器的结构
2 相位调制器的结构 2.1 “lxl”形式的光相位调制器 传统的光学相位调制器 (体相位调制器或波导相位调制器)，只有一条基本的光路，仅考虑单频光通过一个相位调制器的基本结构，即如图3所示的形式，我们称之为“lxl”形式的光相位调制器。 图3 相位调制器的基本结构图 当光信号通过相位调制器之后，输出光场的表达式为公式为： () () 0+2+=A =A m j t jf t j f t jf t LW LW out E e e ωπ （4） 本论文中，假设f(t)是单频正弦波信号，即： ()()() 00sin 2sin RF RF m m f t A f t A t π?ω?=+=+ （5） 2.1.1 体相位调制器 我们知道单轴晶体妮酸铿晶体 (3LiNbO ) 以及与之同类型的 3L iT aO 、3 BaTaO 酸铿等晶体，属于同一类晶体点群。它们光学均匀性好，不潮解，因此在光电子技术中经常使用。并且此类晶体在被施加外加电场之后，其折射率椭球就会发生“变形”。 以妮酸铿电光材料为例，将该晶体用于相位调制器，可以有以下几种基本的应用方式: 情况1:入射光沿 1 x 方向入射 精况1.l ：入射光沿3x 方向偏振 情况1.2：入射光沿 2 x 方向偏振 情况2:入射光沿3x 方向入射 这里只讨论情况1.1，如下图(图4)所示:
图4 体相位调制器的基本结构图 如果入射光是万方向的线偏振光，外加电场信号V(t)，则在该方向上的折射率变为: ' 3 23333 12 e e n n n n E γ==- （7） 光通过该调制器后的相位变化为: ()3 23312z e e V t n l n n l c c d ω ω?γ? ?= = - ??? （8） 体相位调制器是一种电光调制器，具有较大体积的分离器件。为了使通过的光波受到调制，需要改变晶体的光学性质，而这需要给整个晶体施加外加相当高的电压。 2.1.2 波导相位调制器 光波导相位调制器件可以把光波限制在微米量级的波导区中，并使其沿一定的方向传播。 光波导相位调制器是通过使用电光材料(如 lithium niobate(LN)， lithium tantalate(LT)，gallium arsenide(GaAs)等等)的电光特性以及一定的光波导结构，来实现光的相位调制的。 光波导相位调制器能使介质的介电张量(折射率)产生微小的变化，从而使两传播模式之间有一定的相位差，并且由于外场的作用导致波导中本征模传播特性的变化以及两不同模式之间的藕合。 以 3 LiNbO 晶体为例子，实际应用中常见的光波导相位调制器结构如下图(图5)所示:
信号的GMSK调制与解调
信号的调制解调 一、概述 ●调制就是对信号源的编码信息进行处理，使其变为适合于信道的形式的过程。 一般来说，信号源的编码信息（信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。 ●基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带 频率而言频率非常高的的带通信号以适用于信道传输。这个带通信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。 ●调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号的变化 而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接受者（信宿）处理和理解的过程。 ●在移动通信环境中，移动台的移动使电波传播条件恶化，特别是快衰落的影 响使接收场强急剧变化。在选择调节方式时，必须考虑采取抗干扰能力强的调制方式，能适用于快衰落信道，占有较小的带宽以提高频谱利用率，并且带外辐射要小，以减小对邻近波道的干扰。 二、目的： 解决微弱缓变信号的放大及信号的传输问题。 三、方法： 现将微弱信号加载到高平交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大， 最后再放大器的输出信号中取出放大的缓变信号。称为调制解调 四、典型调制方式： GMSK（高斯滤波最小频移键控） GMSK
GMSK 简介 GMSK 调制技术是在MSK 基础上经过改进得到的，MSK （Minimum Frequency Shift Keying ，最小频移键控）是二进制连续相位FSK （Frequency Shift Keying ，频移键控）的一种改进形式。在FSK 方式中，每一码元的频率不变或者跳变一个固定值，在两个相邻的频率跳变码元信号之间，其相位通常是不连续的。MSK 就是FSK 信号的相位始终保持连续变化的调制方式。采用高斯滤波器制作前基带滤波器，将基带信号成型为高斯脉冲，在进行MSK 调制，称为GMSK 调制。 GMSK 特点： MSK ()t f f c - 图2 从图中可看出，MSK 调制方式具有恒定的振幅，信号功率频谱在主瓣以外衰减较快。MSK 信号的功率更加紧凑，占用的带宽窄，抗干扰性强，是适合在窄带信道传输的一种调制方式。在移动通信系统中，对信号带外辐射功率的限制十分严格，比如衰减要求在70~80dB 以上。MSK 信号不能满足这样的苛刻要求，而高斯最小频移键控（GMSK ）往往可以满足要求。GMSK 调制基本框图如下： 功率 谱密度
多进制数字相位调制(MPSK)系统
Abstract Multiple Phase Shift Keying (MPSK - multiple phase shift keying) is also called multi-phase system, which is the promotion of the two-phase system. It is the modulation to characterize digital information using the different carrier’s phase state. Similar with the Binary Digital Phase Modulation, it has the absolute phase modulation (MPSK) and phase modulation (MDPSK) as the two kinds of modulation methods. This article is mainly about the Multiple Phase Shift Keying system (MPSK) based on Xilinx ISE simulation software design, setting 4PSK as an example. The modulation method is the simple phase-selection method. It only concentrates on the design of digital system, neglecting the analog circuit system. Keywords: Multiple Phase Shift Keying MPSK Xilinx ISE phase-selection method
GMSK调制解调原理及仿真分析
四川师范大学成都学院专科毕业设计 GMSK调制解调原理及仿真分析设计 学生姓名刘俊岑 学号 2010208016 所在系通信工程系 专业名称计算机通信 班级2009级计通班 指导教师万载莲 四川师范大学成都学院
GMSK调制解调原理及仿真分析设计 学生：刘俊岑指导教师：万载莲 内容摘要：随着现代通信技术的发展，许多优秀的调制技术应运而生，其中高斯最小频移键控（GMSK）技术是无线通信中比较突出的一种二进制调制方法，它具有良好的功率谱特性和较好的抗干扰性能，特别适用于无线通信和卫星通信。目前，很多通信标准都采用了GMSK技术，例如，GSM，DECT等。 本文首先介绍了MSK的一般原理以及MSK的调制解调方法，接着重点对GMSK的调制原理和调制方法进行了阐述，然后，研究了GMSK的差分解调方法并进行了比较，最后用Matlab软件进行仿真及结果分析。 关键词：高斯最小频移键控调制差分解调 Matlab
Alarm circuit design, microcontroller-based security Abstract: Along with the development of the communication technology,the mobile communication technology has been developing rapidly.A lot of excellent modulation technology has emerged as the times require,Gaussian Minimum frequency shift keying（GMSK）is one of the most outstanding technology in radio communication.It is especially used in radio and satellite communication for its nice spectrum characteristic and anti-jamming capability. At present , many communication system has employed the GMSK,for instance,the GSM,DECT. In this paper,the MSK which is the base of GMSK was introduced firstly,and then the modulation principle and methods of GMSK was analyzed, and the several differentially demodulation methods of GMSK was studied and compared emphatically.Finally using Matlab software simulate and results analysis. Keywords:Gaussian Minimum Shift Keying Modulation Differential DemodulationMatlab
电光调制器
第三章电光调制器
内容 ?电光调制的基本原理 ?铌酸锂（LiNbO3）电光调制器?半导体电吸收调制器（EAM）
电光调制 电光调制：将电信息加载到光载波上，使光参量随着电参 量的改变而改变。光波作为信息的载波。 强度调制的方式 作为信息载体的光载波是一种电磁场：()() 0cos E t eA t ωφ=+r r 对光场的幅度、频率、相位等参数，均可进行调制。在模拟信号的调制中称为AM 、FM 和PM ；在数字信号的调制中称为ASK 、FSK 和PSK 。调制器：将连续的光波转换为光信号，使光信号随电信号的变化而变化。性能优良的调制器必须具备：高消光比、大带宽、低啁啾、低的偏置电 压。
电光调制的主要方式 直接调制：电信号直接改变半导体激光器的偏置电流，使输出激光强度随电信号而改变。 优点：采用单一器件 成本低廉 附件损耗小 缺点：调制频率受限，与激光器弛豫振荡有关 产生强的频率啁啾，限制传输距离 光波长随驱动电流而改变 光脉冲前沿、后沿产生大的波长漂移 适用于短距离、低速率的传输系统
电光调制的主要方式 外调制：调制信号作用于激光器外的调制器上，产生电光、热光或声光等物理效应，从而使通过调制器的激光束的光参量随信号 而改变。 优点：不干扰激光器工作，波长稳定 可对信号实现多种编码格式 高速率、大的消光比 低啁啾、低的调制信号劣化 缺点：额外增加了光学器件、成本增加 增加了光纤线路的损耗 目前主要的外调制器种类有：电光调制器、电吸收调制器
调制器调制器连续光源 光传输 NRZ 调制格式 其他调制格式: ?相位调制 ?偏振调制 ?相位与强度调制想结合光传输RZ 调制格式 脉冲光源电光调制 折射率的改变通过 电介质晶体Pockels 效应和半导体材料 中的电光效应 光吸收的改变通过半导体材料中的Franz-Keldysh效应量子阱半导体材料中的量子限制的Stark 效应光与物质相互作用 相位调制 偏振调制 (双折射材料) 强度调制强度调制通过-干涉仪结构-定向耦合
MSK调制与解调要点
信息科学与技术学院 通信原理 课程设计报告 课题名称：MSK系统的调制和解调 学生姓名： 学号： 专业年级：电子信息工程10级 班级：二班 指导教师： 完成时间：2013-7-10
目录 1.直流电机控制系统概述 .................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1系统描述.......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2直流电机概述.................................................................................. 错误！未定义书签。 2.题目及要求........................................................................................................ 错误！未定义书签。 2.1 题目................................................................................................. 错误！未定义书签。 2.2要求.................................................................................................. 错误！未定义书签。3直流电机功能设计及描述 ................................................................................. 错误！未定义书签。 3.1直流电机的介绍.............................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.1直流电机的结构.................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.2直流电机的工作原理.......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.3直流电机主要技术参数...................................................... 错误！未定义书签。 3.1.4直流电机的特点.................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.5直流电机的用途.................................................................. 错误！未定义书签。 3.2数码管转速显示.............................................................................. 错误！未定义书签。 3.3电动机驱动电路设计...................................................................... 错误！未定义书签。 3.4控制直流电机的状态...................................................................... 错误！未定义书签。 3.5模块流程.......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.总体方案设计 .................................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1 设计思路....................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 设计原理....................................................................................... 错误！未定义书签。 4.3运行环境.......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.4详细设计.......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.4.1 所需元件及功能................................................................. 错误！未定义书签。 5.直流电动机调速控制电路仿真 ........................................................................ 错误！未定义书签。 5.1原理图布局...................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2运行结果图...................................................................................... 错误！未定义书签。 6.总结.................................................................................................................... 错误！未定义书签。 7.参考文献............................................................................................................ 错误！未定义书签。 8.源代码................................................................................................................ 错误！未定义书签。
激光束的自聚焦、自散焦与自调制
激光束的自聚焦、自散焦与相位调制 引言：在各向同性的非线性介质中，光场会引起介质极化率的实部发生变化，或者说光致折射率变化或产生非线性折射率。光致折射率变化的效应有多种，这里只介绍光学克尔效应，它表述为介质某处折射率变化的大小与该处光强大小成正比。本文介绍自作用（自相位调制）和互作用（交叉相位调制）两种光克尔效应。还要讨论由于高斯光束横向分布的不均匀性，光束在传播过程中引起的自聚焦，自散焦效应的理论，以及相关的时间和空间自相位调制的现象。 一．光学克尔效应 光克尔效应是指光电场直接引起的折射率变化（即非线性折射率）的效应，其折射率变化大小与光电场的平方成正比，即2E Δn∝。这种效应属于三阶非线性光学效应。具有克尔效应的介质称为克尔介质。光学克尔效应因其产生的非线性极化率的方式不同而被分为两种： （1）自作用光学克尔效应 利用频率为ω的信号光自身的光强引起介质折射率变化，同时用一束信号光直接探测在该频率ω下的非线性极化率实部或非线性折射率的大小。 （2）互作用光学克尔效应 演示这种光克尔效应，需要两束光：泵浦光---引起折射率变化的强光；信号光----探测介质折射率变化大小的弱光。也就是用频率不同（ω’）或偏振方向不同的强泵浦光引起介质折射率变化，同时用频率为ω的弱信号光探测介质非线性极化率实部或非线性折射率的大小。图 1.给出了自作用克尔效应和互作用克尔效应的两个典型例子。 (a)自作用克尔效应（b）互作用克尔效应 图1.两种光克尔效应 设信号光频率为ω，泵浦光频率为ω’，忽略吸收，自作用克尔效应和互作
用克尔效应的非线性极化强度分别表示为 23(3) 0()3(;,,)()()P E E =- （） ωεχωωωωωω （1.1） 23(3) 0()6(;',-',)(')()P E E = （） ωεχωωωωωω （1.2） 在光波传播过程中，折射率的变化会引起光的相位的变化。考虑一个沿Z 方向传播的平面单色波()((z)e i kz wt E E - ω,z)=,光从z=0出发传至z=L,引起介质的折射率变化为Δn,传播常数变化为Δk,相应光波的相位变化为 2KL c =ωπ Δφ=ΔΔnL=ΔnL λ（1.3） 上式表明光致折射率变化调制了相位，对自作用光克尔效应和互作用光克尔效应，相应地存在自相位调制（SPM ）和交叉相位调制（XPM ）两种。 1.1自相位调制光克尔效应 为讨论自作用光克尔效应中折射率与光场的关系，设频率为ω的强激光入射各向同性介质，仅考虑一阶和三阶效应，其中一阶极化率(1)(1)(1)'i ''χχχ=+和三阶极化率(3)(3)(3)'i ''χχχ=+皆取实部，则总极化强度为 (1)(3) 2(1)'(3)' 00()()() ()3(;,)()() P P P E E E χχ=+=+ ωωωεωεωω,-ωωωω （1.4） 根据0D E P ε=+ 和D E ε= ，并定义有效三阶极化率(3)(3)'3'e χχ=,由（1.4）得 2 (1)' (3)0(1+'())e E χ χ =+ εεω （1.5） 式中ε是总介电系数，为实数。利用线性介电系数的关 系0n =和 (1)'0'(1)=+εεχ，得到2 (1)'01n =+χ,将它代入式（1.5）得到 2 2 (3)'00(())e n E χ =+ εεω （1.6） 利用（1.6），得总折射率n 为 (3)'(3)'2 2 1/2 1/2 00020 (/) (1()) ()2e e n n E n E n n χχ==+ ≈+ εεωω （1.7） 式中，考虑到等式右边圆括号中的后一项比1小得多。式（1.7）的前项n 0