最小频移键控 Minimum shift keying(MSK)

最近需要学习MSK,在论坛上看了很多篇文章仍然是云里雾里,倒腾了好多天终于稍微弄清楚了点MSK的调制部分,所以写了这篇浅入浅出的学习笔记。主要参考的是Marvin K.Simon的《Bandwidth-Efficient Digital Modulation with Application to Deep-Space Communications》中前两章部分;欢迎大家指正。

一、 MSK的CPM调制

1.连续相位调制CPM与MSK的关系

Continuous phase modulation(CPM)通过改变载波的相位来反应原信号信息,按调制频率脉冲是一个比特时间还是更长分为全响应和部分响应。全响应中,调制指数h=0.5,任意频率脉冲的为广义MSK。若频率脉冲为一个矩形频率脉冲,则为MSK,若是升余弦,则为sinusodial frequency-shift-keying (SFCK)。而调制指数任意但频率脉冲为矩形的是continuous phase frequency pulse (CPFSK),此时若调制指数为0.5,则又成为了MSK。部分响应中,以Gaussian minimum-shift-keying(GMSK)最为常见,事实上,在进行MSK调制前将矩形信号脉冲先通过一个高斯型的低通滤波器即可得到GMSK。整个关系在全响应那里有点绕,尝试用markdown的mermaid流程图阐述一下我理解的关系:

Partial response
with rectangular frequency pulse but arbitrary h
with h=0.5 but arbitrary frequency pulse shape
a rectangular frequency pulse shape
a sinusodial frequency pulse shape
h=0.5
Guassian impulse response
CPM
Full response
Partial response
CPFSK
genralized MSK
MSK
SFSK
GMSK

2.Continuous Phase Frequency Modulation Representation (CPFM)

下面进行MSK的CPM调制的数学推导:一个具有连续包络波形的二进制单模CPM信号通式为: s(t)=2EbTbcos(2πfct+ϕ(t,α)+ϕ0),nTb≤t≤(n+1)Tb(1)s(t) = \sqrt{\frac{2E_b}{T_b}} cos(2\pi f_ct+\phi(t,\alpha)+\phi_0), \qquad nT_b\leq t \leq (n+1)T_b \quad(1)s(t)=Tb​2Eb​​​cos(2πfc​t+ϕ(t,α)+ϕ0​),nTb​≤t≤(n+1)Tb​(1) 其中。Eb和Tb分别是一个比特的能量和持续时间,fc是载波频率,ϕ0\phi_0ϕ0​是初始相位,可以取0.而ϕ(t,α)\phi(t,\alpha)ϕ(t,α)即是相位调制过程(瞬时相位偏移随m(t)作线性变化),可表示为: ϕ(t,α)=2π∑i≤nαihq(t−iTb)(2)\phi(t,\alpha)=2\pi\sum_{i\leq n} \alpha_ihq(t-iT_b)\qquad (2)ϕ(t,α)=2πi≤n∑​αi​hq(t−iTb​)(2) α\alphaα是独立同分布(i.i.d)的二进制序列,相等概率地取±1\pm 1±1,h为调制指数,q(t)为归一化平滑相应(the normalized phase-smoothing response),也就是说,q(t)决定了基本相位(the underlying phase)2παih2\pi\alpha_ih2παi​h是如何变化的;同时,我们定义q(t)的导数g(t)为第零时刻的信号间隔内产生的瞬时频率脉冲:g(t)=dq(t)dt(3)g(t)=\frac{dq(t)}{dt}\qquad (3)g(t)=dtdq(t)​(3) 因此,q(t)可以由g(t)积分得到:q(t)=∫−∞tg(τ)dτ(4)q(t)=\int_{-\infty}^t g(\tau)d\tau \qquad (4)q(t)=∫−∞t​g(τ)dτ(4) 由于对于MSK,g(t)是一个矩形脉冲,TbT_bTb​内积分面积为12\frac1221​ ,且g(t)仅在比特时间间隔内不为0 (g(t) is nonzero only over the bit interval) ,因此q(t)其实是满足下面这个式子的: q(t)={0,t≤012,t≥Tb(5)q(t) =\begin{cases}0, & t \leq 0 \\\frac12, & t\geq T_b\end{cases} \qquad(5)q(t)={0,21​,​t≤0t≥Tb​​(5) 从(5)式可以看出,第i个数据αi\alpha_iαi​对在TbT_bTb​时间后对整个相位有παih\pi\alpha_ihπαi​h的贡献,这种被修正后的相位变化会持续到之后的所有时间。由于这种相位平滑响应上的重叠,每个信号间隔内的总想为是当前数据和之前所有数据的函数,因此我们说MSK的CPM调制是具有记忆性的,最佳的解调方式是最大似然序列分析(Maximum-likelihood sequence estiymator) 对于g(t),可以由下式来描述: g(t)={12Tb,0≤t≤Tb0,otherwise(6)g(t) =\begin{cases}\frac{1}{2T_b}, & 0\leq t \leq T_b \\0, & otherwise\end{cases} \qquad(6)g(t)={2Tb​1​,0,​0≤t≤Tb​otherwise​(6) 那么由(4)式定义得到的相位脉冲即为: q(t)={t2Tb,0≤t≤Tb12,t≥Tb(7)q(t) =\begin{cases}\frac{t}{2T_b}, & 0\leq t \leq T_b \\\frac12, & t \geq T_b\end{cases} \qquad(7)q(t)={2Tb​t​,21​,​0≤t≤Tb​t≥Tb​​(7) g(t)和q(t)的函数图像如下表示,可以看出q(t)其实是无限延伸的。

现在,结合 h=0.5 和g(t)表达式,我们可以得到MSK的CPM调制表达式: sMSK(t)=2EbTbcos(2πfct+π2Tb∑i≤nα(t−iTb)),nTb≤t≤(n+1Tb)(8)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}cos(2\pi f_ct+\frac{\pi}{2T_b}\sum_{i\leq n}\alpha(t-iT_b) ),\quad nT_b\leq t \leq (n+1T_b) \qquad(8)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​cos(2πfc​t+2Tb​π​i≤n∑​α(t−iTb​)),nTb​≤t≤(n+1Tb​)(8) 为了更直观地理解MSK的相位变化,给出其相位树:

可以看出,MSK随时间的相位变化是线性的,其相位树上的路径是斜率为±π2Tb\pm \frac{\pi}{2}T_b±2π​Tb​的直线。每个比特时间的相位变化根据αi\alpha_iαi​的极性来决定是π2\frac{\pi}{2}2π​还是−π2-\frac{\pi}{2}−2π​。且在模2π\piπ的体系下,其偶数时刻的相位是0或π\piπ,奇数时刻的相位是π2\frac{\pi}{2}2π​或3π2\frac{3\pi}{2}23π​.

二、MSK的正交表示

由于记忆性,CPM需要采用如最大似然序列分析(MLSE)的解调方式,而像MSK这样调制指数h=0.5的全响应调制实际上可以进行无记忆性的I-Q接收。因为MSK调制的发射可以用类似于OQPSK的I-Q形式执行。

1.Equivalent I-Q Representation of MSK

下面进行MSK正交表达式的数学推导: 改写(8)式里第n个信号间隔里MSK信号的附加相移为:ϕ(t,α)=π2Tb∑i≤nαi(t−iTb)=αnπ2Tb(t−nTb)+π2∑i≤n−1αi=αnπ2Tbt+xn,\phi(t,\alpha)=\frac{\pi}{2T_b}\sum_{i\leq n} \alpha_i(t-iT_b)=\alpha_n\frac{\pi}{2T_b}(t-nT_b)+\frac\pi2 \sum_{i\leq n-1} \alpha_i=\alpha_n\frac{\pi}{2T_b}t+x_n,ϕ(t,α)=2Tb​π​i≤n∑​αi​(t−iTb​)=αn​2Tb​π​(t−nTb​)+2π​i≤n−1∑​αi​=αn​2Tb​π​t+xn​,nTb≤t≤(n+1)Tb(11)nT_b\leq t\leq (n+1)Tb\qquad\qquad(11)nTb​≤t≤(n+1)Tb(11)其中π2∑i≤n−1αi\frac\pi2 \sum_{i\leq n-1} \alpha_i2π​∑i≤n−1​αi​是第n个时间间隔开始时的累积相位。xnx_nxn​是使t=nTbt=nT_bt=nTb​和t=(n+1)Tbt=(n+1)T_bt=(n+1)Tb​处码元相位连续的相位常数,同时其也是模2π2\pi2π的附加相位图路径上的y轴截距。前一个时间间隔的附加相移为:ϕ(t,α)=αnπ2Tb(t−(n−1)Tb)+π2∑i≤n−2αi=αn−1π2Tbt+xn−1,\phi(t,\alpha)=\alpha_n\frac{\pi}{2T_b}(t-(n-1)T_b)+\frac\pi2 \sum_{i\leq n-2} \alpha_i=\alpha_{n-1}\frac{\pi}{2T_b}t+x_{n-1},ϕ(t,α)=αn​2Tb​π​(t−(n−1)Tb​)+2π​i≤n−2∑​αi​=αn−1​2Tb​π​t+xn−1​,(n−1)Tb≤t≤nTb(12)(n-1)T_b\leq t\leq nTb\qquad\qquad(12)(n−1)Tb​≤t≤nTb(12)对比(11)式和(12)式,为使相位在t=nTbt = n T_bt=nTb​处连续,要求:αnπ2Tb(nTb)+xn=αn−1π2Tb(nTb)+xn−1(13)\alpha_n\frac{\pi}{2T_b}(nT_b)+x_n=\alpha_{n-1}\frac{\pi}{2T_b}(nT_b)+x_{n-1}\qquad(13)αn​2Tb​π​(nTb​)+xn​=αn−1​2Tb​π​(nTb​)+xn−1​(13)即xn=xn−1+πn2(αn−1−αn)(14)x_n=x_{n-1}+\frac{\pi n}{2}(\alpha_{n-1}-\alpha_n)\qquad (14)xn​=xn−1​+2πn​(αn−1​−αn​)(14)由该递归式可知在给定初始条件x0x_0x0​的情况下,任何时间间隔内的xnx_nxn​都可以被确定。注意到(αn−1−αn)(\alpha_{n-1}-\alpha_n)(αn−1​−αn​)是一个分别以概率1/2,1/4,1/4取值于0,+1,-1的三元随机变量。因此,由(14)可知,当αn−1=αn\alpha_{n-1}=\alpha_nαn−1​=αn​时,xn=xn−1x_n=x_{n-1}xn​=xn−1​,当αn−1≠αn\alpha_{n-1}\neq\alpha_nαn−1​̸​=αn​时,xn=xn−1±πnx_n=x_{n-1}\pm\pi nxn​=xn−1​±πn。如果取= 0 ,可以发现在模2π2\pi2π时取值0或π\piπ。由(8)和(11),通过三角公式展开,可得: sMSK(t)=2EbTb(cosϕ(t,α)cos2πfct−sinϕ(t,α)sin2πfct),nTb≤t≤(n+1Tb))(15)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}(cos\phi(t,\alpha)cos2\pi f_ct-sin \phi(t,\alpha)sin2\pi f_ct),\quad nT_b\leq t \leq (n+1T_b) )\qquad(15)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​(cosϕ(t,α)cos2πfc​t−sinϕ(t,α)sin2πfc​t),nTb​≤t≤(n+1Tb​))(15) 其中 cosϕ(t,α)=cos(απ2Tbt+xn)=±cos(απ2Tbt)=±cosπ2Tbt=ancosπ2Tbt,令an=cosxn=±1cos\phi(t,\alpha)=cos(\alpha\frac{\pi}{2T_b}t+x_n)=\pm cos(\alpha\frac{\pi}{2T_b}t)=\pm cos\frac{\pi}{2T_b}t=a_ncos\frac{\pi}{2T_b}t,令a_n=cosx_n=\pm1 cosϕ(t,α)=cos(α2Tb​π​t+xn​)=±cos(α2Tb​π​t)=±cos2Tb​π​t=an​cos2Tb​π​t,令an​=cosxn​=±1sinϕ(t,α)=sin(απ2Tbt+xn)=±sin(απ2Tbt)=±αsinπ2Tbt=bnsinπ2Tbt,令bn=αncosxn=±1sin\phi(t,\alpha)=sin(\alpha\frac{\pi}{2T_b}t+x_n)=\pm sin(\alpha\frac{\pi}{2T_b}t)=\pm \alpha sin\frac{\pi}{2T_b}t=b_nsin\frac{\pi}{2T_b}t,令b_n=\alpha_n cosx_n=\pm1 sinϕ(t,α)=sin(α2Tb​π​t+xn​)=±sin(α2Tb​π​t)=±αsin2Tb​π​t=bn​sin2Tb​π​t,令bn​=αn​cosxn​=±1 (16)\qquad\qquad\qquad\qquad(16) (16)最后用(16)代替(15)可以得到MSK的I-Q形式: sMSK(t)=2EbTb(anC(t)cos2πfct−bnS(t)sin2πfct),nTb≤t≤(n+1)Tb(17)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}(a_nC(t)cos2\pi f_ct-b_nS(t)sin2\pi f_ct),\quad nT_b\leq t \leq (n+1)T_b \qquad(17)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​(an​C(t)cos2πfc​t−bn​S(t)sin2πfc​t),nTb​≤t≤(n+1)Tb​(17) 其中 C(t)=cosπt2TbC(t)=cos\frac{\pi t}{2T_b} C(t)=cos2Tb​πt​ S(t)=sinπt2TbS(t)=sin\frac{\pi t}{2T_b} S(t)=sin2Tb​πt​(18)\qquad\qquad\qquad\qquad(18)(18)是同相分量(I)和正交分量(Q)的脉冲波形,即二进制数据序列{ana_nan​},{bnb_nbn​}的正弦型加权函数。

2.MSK信号与FSK的联系

下面通过MSK的I-Q形式来讨论MSK信号与FSK的联系:用积化和差公式对(17)中成分进行变形,得到:C(t)cos2πfct=12cos[2π(fc+14Tb)t]+12cos[2π(fc−14Tb)t]S(t)sin2πfct=−12cos[2π(fc+14Tb)t]+12cos[2π(fc−14Tb)t](19)C(t)cos2\pi f_ct=\frac12cos[2\pi(f_c+\frac{1}{4T_b})t]+\frac12cos[2\pi(f_c-\frac{1}{4T_b})t]\\ S(t)sin2\pi f_ct=-\frac12cos[2\pi(f_c+\frac{1}{4T_b})t]+\frac12cos[2\pi(f_c-\frac{1}{4T_b})t]\\ \qquad(19) C(t)cos2πfc​t=21​cos[2π(fc​+4Tb​1​)t]+21​cos[2π(fc​−4Tb​1​)t]S(t)sin2πfc​t=−21​cos[2π(fc​+4Tb​1​)t]+21​cos[2π(fc​−4Tb​1​)t](19)代入(17)得:sMSK(t)=2EbTb[(an+bn2)cos[2π(fc+14Tb)]+(an−bn2)cos[2π(fc−14Tb)]],nTb≤t≤(n+1)Tb(20)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}\bigl[(\frac{a_n+b_n}{2})cos[2\pi(f_c+\frac{1}{4T_b})]+(\frac{a_n-b_n}{2})cos[2\pi(f_c-\frac{1}{4T_b})]\bigr],\quad nT_b\leq t \leq (n+1)T_b\qquad(20)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​[(2an​+bn​​)cos[2π(fc​+4Tb​1​)]+(2an​−bn​​)cos[2π(fc​−4Tb​1​)]],nTb​≤t≤(n+1)Tb​(20)因此,当α=1时an=bn\alpha=1时a_n=b_nα=1时an​=bn​,有sMSK(t)=2EbTbcos[2π(fc+14Tb)t](21)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}cos[2\pi(f_c+\frac{1}{4T_b})t]\qquad(21)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​cos[2π(fc​+4Tb​1​)t](21)此时频率为fc+14Tbf_c+\frac{1}{4T_b}fc​+4Tb​1​.
当α=−1时an=−bn\alpha=-1时a_n=-b_nα=−1时an​=−bn​,有sMSK(t)=2EbTbcos[2π(fc−14Tb)t](21)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}cos[2\pi(f_c-\frac{1}{4T_b})t]\qquad(21)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​cos[2π(fc​−4Tb​1​)t](21)此时频率为fc−14Tbf_c-\frac{1}{4T_b}fc​−4Tb​1​.
即α=1α= 1α=1时,MSK信号频率为fc+14Tbf_c+\frac{1}{4T_b}fc​+4Tb​1​,α=−1α= -1α=−1时,MSK信号频率为fc−14Tbf_c-\frac{1}{4T_b}fc​−4Tb​1​;通过信号频率的变化反应信息,属于一种FSK频移键控。

3.MSK与OQPSK的联系

MSK是一种特殊的OQPSK;先补充OQPSK的相关知识

QPSK和OQPSK 正交相移键控:

Quadriphase-Shift-Keying(QPSK) 是多进制相移键控 M-ary phase-shift-keying (M-PSK) 当M=4时的一种特殊情况,此时Ts=Tblog2M=2TbT_s=T_blog_2M=2T_bTs​=Tb​log2​M=2Tb​,相位取值集合{βi}={π43π45π47π4}\{\beta_i\}=\{\frac{\pi}{4}\frac{3\pi}{4}\frac{5\pi}{4}\frac{7\pi}{4}\}{βi​}={4π​43π​45π​47π​},其实数域上的数学表达式为:s(t)=PmI(t)cos(2πfct+θc)−PmQ(t)sin(2πfct+θc),s(t)=\sqrt{P}m_I(t)cos(2\pi f_c t +\theta_c)-\sqrt{P}m_Q(t)sin(2\pi f_c t +\theta_c),s(t)=P​mI​(t)cos(2πfc​t+θc​)−P​mQ​(t)sin(2πfc​t+θc​),mI(t)=∑n=−∞∞aInp(t−nTs),mQ(t)=∑n=−∞∞aQnp(t−nTs)(9)m_I(t)=\sum_{n=-\infty}^\infty a_{In}p(t-nT_s),m_Q(t)=\sum_{n=-\infty}^\infty a_{Qn}p(t-nT_s) \qquad (9)mI​(t)=n=−∞∑∞​aIn​p(t−nTs​),mQ​(t)=n=−∞∑∞​aQn​p(t−nTs​)(9)显然,当aIn和aQna_{In}和a_{Qn}aIn​和aQn​同时改变时,相位可能发生180°的跳变,这种幅度上大范围的波动是我们所不希望看到的,因此,我们将同相分量和正交分量错开Ts2s\frac{T_s}{2}s2Ts​​s的时间,得到带偏移量的正交相移键控 Offset (Staggered) Quadriphase-Shift-Keying ,这样一来,aIn和aQna_{In}和a_{Qn}aIn​和aQn​不会同时发生改变,将相位波动缩小到了90°以内,包络跳动更小,频谱旁瓣也更小(the smaller the flfluctuation, the smaller the sidelobe regeneration and vice versa)。其实数域上的数学模型为: s(t)=PmI(t)cos(2πfct+θc)−PmQ(t)sin(2πfct+θc),s(t)=\sqrt{P}m_I(t)cos(2\pi f_c t +\theta_c)-\sqrt{P}m_Q(t)sin(2\pi f_c t +\theta_c),s(t)=P​mI​(t)cos(2πfc​t+θc​)−P​mQ​(t)sin(2πfc​t+θc​),mI(t)=∑n=−∞∞aInp(t−nTs),mQ(t)=∑n=−∞∞aQnp(t−(n+12)Ts)(10)m_I(t)=\sum_{n=-\infty}^\infty a_{In}p(t-nT_s),m_Q(t)=\sum_{n=-\infty}^\infty a_{Qn}p(t-(n+\frac12)T_s) \qquad (10)mI​(t)=n=−∞∑∞​aIn​p(t−nTs​),mQ​(t)=n=−∞∑∞​aQn​p(t−(n+21​)Ts​)(10) 而对于多进制相移键控来说存在相位模糊的问题(M-fold phase ambiguity),为了解决这个问题引入差分编码(differential encoding);以上都是为了更好的理解从正交看MSK与OQPSK的联系所作的铺垫,不继续深入讨论。

下面讨论MSK与OQPSK的联系:

由(18)可知:由于C(t)和S(t)是彼此Tb的偏移,则由(18)式表示的SMSK(t)可能是半正弦脉冲成型的OQPSK形式。为了证实这一点,进一步讨论实际的I-Q数据序列{ana_nan​}、{bnb_nbn​}和输入序列{αi\alpha_iαi​}之间的关系以及改变规律。由于每个比特时间内αi\alpha_iαi​都可能变化,ana_nan​和bnb_nbn​也同样可能在每个比特时间里变化。然而由于式(14)相位连续性的约束,实际上ana_nan​仅在C(t)的过零点改变,bnb_nbn​仅在S(t)的过零点改变。又C(t)和S(t)的过零点各自是间隔2Tb的,因此an和bn在每2Tb时间处是连续的不发生跳变,如下图):

进一步由于C(t)和S(t)的波形以2Tb为周期,可以用在I和Q通道的合成的正的有时限脉冲来把这个符号变化和I-Q序列本身相结合。特别地,定义脉冲波形为:
p(t)={sinπt2Tb,0≤t≤2Tb0,otherwise(22)p(t) =\begin{cases}sin\frac{\pi t}{2T_b}, & 0\leq t \leq 2T_b \\0, & otherwise\end{cases} \qquad(22)p(t)={sin2Tb​πt​,0,​0≤t≤2Tb​otherwise​(22)
这里需要注意到sinπt2Tbsin\frac{\pi t}{2T_b}sin2Tb​πt​的周期为4Tb,因此在0≤t≤2Tb0\leq t \leq 2T_b0≤t≤2Tb​时,p(t)恒为正,则MSK的I-Q表达可以表示为:
sMSK(t)=2EbTb(dc(t)cos2πfct−ds(t)sin2πfct),nTb≤t≤(n+1)Tb(23)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}(d_c(t)cos2\pi f_ct-d_s(t)sin2\pi f_ct),\quad nT_b\leq t \leq (n+1)T_b \qquad(23)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​(dc​(t)cos2πfc​t−ds​(t)sin2πfc​t),nTb​≤t≤(n+1)Tb​(23)
其中,
dc(t)=∑ncnp(t−(2n−1)Tb)ds(t)=∑ndnp(t−2nTb)(23)d_c(t)=\sum_n c_np(t-(2n-1)T_b)\\ d_s(t)=\sum_n d_np(t-2nT_b)\\ \qquad(23) dc​(t)=n∑​cn​p(t−(2n−1)Tb​)ds​(t)=n∑​dn​p(t−2nTb​)(23)而cn=(−1)na2n−1dn=(−1)nb2n(24)c_n=(-1)^na_{2n-1}\\d_n=(-1)^nb_{2n}\\ \qquad(24)cn​=(−1)na2n−1​dn​=(−1)nb2n​(24)
为完成MSK和正弦脉冲成形OQPSK的类比,需要理解从输入序列{αn}获得(24)需要的I-Q序列的特征,即{a2n-1}和{b2n}是{αn}的差分编码{Vn}序列的奇偶分量。以下图为例:


从图中还可以看出,b2n和a2n-1不会在同一个Tb里发生改变,保证了载波相位不会发生180°的跳变,符合OQPSK的特性。
最终得到MSK的I-Q表示如下图所示。

从图中可以看到MSK的生成类似于OPQSK,只不过脉冲波形是半正弦而不是矩形,另外,以1/Ts作串并变换前对输入序列进行了差分编码。
最后,式(20)的MSK表达式同样可以以差分编码的形式写出:
对奇数n:
sMSK(t)=2EbTb[(vn−1+vn2)cos[2π(fc+14Tb)]−(vn−1−vn2)cos[2π(fc−14Tb)]],nTb≤t≤(n+1)Tb(25)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}\bigl[(\frac{v_{n-1}+v_n}{2})cos[2\pi(f_c+\frac{1}{4T_b})]-(\frac{v_{n-1}-v_n}{2})cos[2\pi(f_c-\frac{1}{4T_b})]\bigr],\quad nT_b\leq t \leq (n+1)T_b\qquad(25)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​[(2vn−1​+vn​​)cos[2π(fc​+4Tb​1​)]−(2vn−1​−vn​​)cos[2π(fc​−4Tb​1​)]],nTb​≤t≤(n+1)Tb​(25)
对偶数n:
sMSK(t)=2EbTb[(vn−1+vn2)cos[2π(fc+14Tb)]+(vn−1−vn2)cos[2π(fc−14Tb)]],nTb≤t≤(n+1)Tb(26)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}\bigl[(\frac{v_{n-1}+v_n}{2})cos[2\pi(f_c+\frac{1}{4T_b})]+(\frac{v_{n-1}-v_n}{2})cos[2\pi(f_c-\frac{1}{4T_b})]\bigr],\quad nT_b\leq t \leq (n+1)T_b\qquad(26)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​[(2vn−1​+vn​​)cos[2π(fc​+4Tb​1​)]+(2vn−1​−vn​​)cos[2π(fc​−4Tb​1​)]],nTb​≤t≤(n+1)Tb​(26)
写在一个式子中即:
sMSK(t)=2EbTb[(vn−1+vn2)cos[2π(fc+14Tb)]+(−1)n(vn−1−vn2)cos[2π(fc−14Tb)]],nTb≤t≤(n+1)Tb(27)s_{MSK}(t)=\sqrt{\frac{2E_b}{T_b}}\bigl[(\frac{v_{n-1}+v_n}{2})cos[2\pi(f_c+\frac{1}{4T_b})]+(-1)^n(\frac{v_{n-1}-v_n}{2})cos[2\pi(f_c-\frac{1}{4T_b})]\bigr],\quad nT_b\leq t \leq (n+1)T_b\qquad(27)sMSK​(t)=Tb​2Eb​​​[(2vn−1​+vn​​)cos[2π(fc​+4Tb​1​)]+(−1)n(2vn−1​−vn​​)cos[2π(fc​−4Tb​1​)]],nTb​≤t≤(n+1)Tb​(27)

三、MSK的CPM调制和I-Q调制仿真

关于MSK的调制网上有很多Matlab仿真程序,这里附上我的,唯一的优点就是注释非常详细…
MSK的CPM调制
MSK的正交调制程序还没有通过审核,有机会再补上,如若需要可以去我的主页里下载。

下面是部分仿真波形

CPM调制

I-Q调制

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