MSK i GMSK | Teleinf Edu

Kluczowanie z minimalnym przesuwem (MSK): binarne FSK z ciągłą fazą

Kluczowanie z minimalnym przesuwem (MSK) to binarna odmiana kluczowania częstotliwości (FSK) z ciągłą fazą. Ma stałą obwiednię i określoną dewiację częstotliwości, więc może współpracować z nieliniowym wzmacniaczem bez kodowania informacji w amplitudzie. Faza pozostaje ciągła na granicach symboli, co zwykle ogranicza listki boczne w porównaniu z niezależnie przełączanym FSK. Zajmowane widmo MSK zależy także od kształtu impulsu, filtracji i przyjętej definicji szerokości pasma.

Ciągła faza w CPFSK

MSK jest rodzajem . MSK stosuje tę zasadę z binarnymi impulsami częstotliwości i $h=0,5$ . Trajektoria fazy jest ciągła, a częstotliwość chwilowa podąża za wybranym tonem. Ogranicza to listki boczne względem FSK z nieciągłą fazą, przy czym zajmowane pasmo nadal zależy od kształtu impulsu i definicji pomiaru.

Minimalny przesuw i indeks modulacji

Nazwa "Minimalny przesuw" odnosi się do relacji między dwiema częstotliwościami ( $f_1$ i $f_2$ ) używanymi dla symboli binarnych a przepływnością bitową ( $R_b$ ). Przyjmijmy $T_b=1/R_b$ . W tej definicji $\Delta f$ oznacza dewiację od częstotliwości środkowej, więc separacja tonów wynosi $2\Delta f$ :

$\Delta f_{\mathrm{tone}} = |f_1 - f_2| = 0.5 \cdot R_b,\qquad \Delta f = \frac{R_b}{4}$

Dla prostokątnego binarnego FSK i koherentnej korelacji w przedziale jednego bitu ta separacja tonów sprawia, że oba sygnały są . Przy zdefiniowanej wyżej dewiacji MSK ma $h=2\Delta f T_b=0,5$ , gdzie $h$ jest indeksem modulacji.

Generowanie MSK: relacja z OQPSK

MSK można przedstawić jako szczególny przypadek przesuniętego QPSK (OQPSK). Podobnie jak OQPSK, wykorzystuje przesunięcie jednej z dwóch składowych sygnału, kanału 'Q', aby zapobiec jednoczesnym zmianom prowadzącym do odwrócenia fazy o 180°. MSK stosuje także określony kształt impulsu w gałęziach I i Q.

W reprezentacji QPSK z prostokątnymi impulsami symbolowymi MSK wyróżnia się impulsami o kształcie połówki sinusoidy w gałęziach I i Q. Kształt połówki sinusoidy zapewnia ciągłą trajektorię fazy i stałą obwiednię wynikowego sygnału.

Przy $h=0,5$ i kształtowaniu impulsami o połówce sinusoidy MSK ma wąski listek główny oraz niższe listki boczne niż binarne FSK z nieciągłą fazą, co ogranicza . Dokładny wynik zależy od filtracji i odstępu między kanałami.

Gaussowskie MSK (GMSK): kształtowanie impulsem Gaussa

Gaussowskie kluczowanie z minimalnym przesuwem (GMSK) to MSK z filtracją Gaussowską danych lub impulsu częstotliwości przed modulacją. Zdefiniowano je dla systemu GSM (Global System for Mobile Communications) i zastosowano w jego interfejsie radiowym 2G. GMSK zachowuje stałą obwiednię i ciągłą fazę, a filtr zmienia kształt impulsu oraz widmo.

Wstępna filtracja gaussowska

GMSK wykorzystuje przed modulatorem MSK. Strumień prostokątnych impulsów danych przechodzi przez filtr, który wygładza przejścia i nadaje impulsom ogony czasowe.

Filtracja zmienia kształt impulsu częstotliwościowego, a więc trajektorię fazy, a ciągłość pozostaje cechą modulatora CPFSK. Mniejsze listki boczne mogą zmniejszyć zajmowane widmo, którego wynik zależy od parametru filtru i definicji pomiaru. Dobór parametru filtru wspiera systemy z gęsto rozmieszczonymi kanałami częstotliwościowymi, w tym GSM.

Iloczyn BT

Stopień wygładzenia kontroluje iloczyn BT, gdzie 'B' oznacza szerokość pasma 3 dB filtru Gaussa, a 'T' jest okresem bitu. Mniejszy iloczyn BT zawęża widmo i zwiększa nakładanie w czasie sąsiednich bitów, wprowadzając bardziej kontrolowaną interferencję międzysymbolową. W GSM określona jest wartość $BT = 0,3$ , stanowiąca kompromis między zajętością widmową a jakością detekcji.

Kompromis GMSK: kontrolowana ISI

Filtracja Gaussa zawęża widmo, lecz wprowadza .

Przefiltrowany impuls wykracza poza przedział swojego bitu i nakłada się na sąsiednie przedziały. Jest to kontrolowana forma ISI. Odpowiedź filtru jest znana i można ją uwzględnić w projekcie odbiornika. Zależnie od architektury odbiornik może użyć korektora, aby skompensować nakładanie i poprawić decyzje bitowe. Dodatkowe przetwarzanie jest kompromisem za ograniczenie widma GMSK.