由式(2.4)可以看出MSK信号每个码元时间 内包含的波形数必须是1/4周期的整数倍,于是式(2.4)亦可写为:
N为整数,m=0,1,2,3… (2.5)
将式(2.5)代入式(2.1)可得:
(2.6)
由式(2.6)变换可得:
其中: (2.7)
由式(2.7)可以看出,在一个码元时间Ts内,包含 个 频率的正弦信号周期数,或者 个 频率的正弦信号周期数。于是可以得到以下结论:无论两个信号频率 和 为何值,这两种码元所包含的正弦信号周期数均相差 个周期。这是一个非常重要的性质,对于后期仿真时验证MSK信号的正确性有着重要的参考价值。
上文我们提到过,2FSK信号的一个重大缺陷就是相位不连续,那MSK信号的相位是否连续呢?
所谓相位连续,即前后码元的总相位相等,我们容易得到式(2.8):
(2.8)
由式(2.8)我们可以推导出下列递归条件:
(2.9)
我们可以假设 的初始参考值为0,这样便于得到:
(2.10)
将 和 代入式(2.1)可以得到,MSK信号的第 个码元波形可以表示为: (2.11)
其中: (2.12)
式(2.12)中 为第 个码元,值为1或者-1.
由式(2.12)我们可以看出第 个码元的附加相位是时间 的直线方程。若 为+1,则第 个码元的附加相位增加 ;。若 为-1,则第 个码元的附加相位减小 。
由上述分析我们可以画出,当输入为-1,-1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,+1时,MSK信号的相位轨迹如图2.1所示:
图2.1 MSK信号的相位轨迹
由图2.1可以看出MSK信号的相位在码元之间是连续的,这不仅是MSK信号优于2FSK信号的地方,也可以成为我们检验建立MSK模型的正确性的一个标准。
在简要地讨论完MSK信号的性质之后,来考虑MSK信号的数学表示。在上文中曾经提到过,MSK信号的一个特点就是两个码元相互正交,可以通过这个特点尝试用一个正交表示的数学表达式来建立MSK模型。
将式(2.12)代入式(2.11),再将式(2.11)利用三角公式展开可以得到
(2.13)
这就是MSK信号的数学表示。
由式(2.13)可知MSK信号可以分解为同相分量( )和正交分量( )。其中 分量的载波为 ,正弦形加权函数为 ; 分量的载波为 ,正弦形加权函数为 。
由该式可以看出,MSK信号的调制,关键是得到 — 支路的数据。通过分析可以得出结论: 支路和 支路的数据,每隔2 秒才有可能改变符号。其中 支路数据在 处才有可能发生变化, 支路数据在 处才有可能发生变化, 支路数据和 支路数据在时间上错开 ;输入数据经过差分编码、串并变换后,可直接得到 和 。
MSK信号的归一化单边功率谱密度 可以表示为:
(2.14)
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