【正文】 線性，調(diào)制技術(shù)應(yīng)該保持恒包絡(luò)，或者包絡(luò)起伏很小，以減小高效功放和信道非線性的不利影響 。 ⑤ 差分解調(diào)無需提取相干本地載波；在深衰落、多普勒頻移等信道條件下具有更好的綜合性能；所以調(diào)制方式 應(yīng)該便于采用差分解調(diào)； ⑥ 易于實現(xiàn)，成本低廉，能減小設(shè)備尺寸。 2 為了滿足上列所述數(shù)字調(diào)制技術(shù)中的各種要求，人們研究出了很多數(shù)字調(diào)制方案。從攜帶信息的載波參量角度 ,可以分為幅移鍵控 （ ASK） 、相移鍵控 （ PSK） 、頻移鍵控（ FSK） ,正交幅度調(diào)制 （ QAM） 等 。從調(diào)制電平數(shù)目出發(fā) ,可以分為二進制調(diào)制與多進制調(diào)制；從信號相位路徑的連續(xù)性出發(fā) ,可以分為連續(xù)相位調(diào)制與不連續(xù)相位調(diào)制；從各個符號間隔波形之間的相關(guān)性 ,可以分為無記憶與有記憶調(diào)制；從包絡(luò)的起伏狀況來看 ,可分為恒包絡(luò)和非恒包絡(luò)調(diào)制。 非恒包絡(luò)調(diào)制實現(xiàn)相對較簡單 ，頻譜效率高，便于全數(shù)字實現(xiàn)，但容易受到信道非線性的影響，常用的非恒包絡(luò)調(diào)制有 PSK、 FSK、 ASK 等；恒包絡(luò)調(diào)制不管調(diào)制信號如何變化，載波的幅度是恒定的，功率利用率高，對信道非線性不敏感，常用的恒包絡(luò)調(diào)制有 MSK、 GMSK、 TFM、 CPFSK 等。 （二） 設(shè)計目的 研究內(nèi)容主要 是 設(shè)計在無線通信中廣泛應(yīng)用的高斯最小頻移鍵控信號（ GMSK）的調(diào)制解調(diào)原理及其數(shù)字化調(diào)制解調(diào)方法。 GMSK 作為一種高效的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，屬于恒包絡(luò)調(diào)制的一種，是由 OQPSK、MSK 演變來的一種簡單的二進制調(diào)制方法。在 GMSK 中，將調(diào)制 的不歸零 （ NRZ） 碼字通過預(yù)調(diào)制高斯脈沖成形濾波器，使其頻譜上的旁瓣水平進一步降低。調(diào)制信號在交越零點不但相位連續(xù)，而且平滑過濾，因此， GMSK 調(diào)制的信號頻譜緊湊，誤碼特性好，帶外輻射低因而具有很好的頻譜利用率。 GMSK 與幾種數(shù)字調(diào)制方式的已調(diào)信號的功率譜比較 ,GMSK 已調(diào)信號的功率譜密度性能十分優(yōu)越它的主瓣很窄，旁瓣衰減快，這表明 GMSK 調(diào)制的頻譜利用率高，且抗干擾能力強。研究的目的在于：在探討 GMSK 信號調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的原理和設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，進一步提出 GMSK 信號數(shù)字化調(diào)制解調(diào)的具體方案，并用 MATLAB 仿真的手段對它們的可行性和性能指標進行分析研究。 （三） 工作任務(wù) 在介紹幾種常見數(shù)字調(diào)制方式的原理的基礎(chǔ)上，將重點闡述 MSK、 GMSK 調(diào)制的原理。通過 SIMULINK 仿真模塊實現(xiàn) GMSK、 MSK 調(diào)制解調(diào)性能比較分析， 最后 采用正交調(diào)制和 1 比特差分解調(diào)技術(shù)，通過 M 語言編程實現(xiàn) GMSK 調(diào)制解調(diào) 方案設(shè)計 。 具體安排如下： ① 緒論主要介紹 研究的背景、設(shè)計目的、 工作任務(wù)； ② 介紹常見的幾種調(diào)制原理的基礎(chǔ)上，重點介紹 MSK、 GMSK 調(diào)制的原理。 ③ 介紹 MATLAB 仿真的應(yīng)用，通過搭建 SIMULINK 仿真模塊，對 GMSK 和 MSK 3 調(diào)制信號的形式進行具體分析，據(jù)此實現(xiàn) GMSK、 MSK 調(diào)制解調(diào)性能對比； 最后采用正交調(diào)制和 1 比特差分解調(diào)技術(shù)，通過 M 語言編程實現(xiàn) GMSK 調(diào)制解調(diào)。 ④ 對本次設(shè)計 進行 總結(jié)，闡述 設(shè)計的心得體會。 一 、 數(shù)字調(diào)制方式原理 隨著大容量和遠距離數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的問題，主要是信道的帶寬限制和非線性對傳輸信號的影響。對這些問題的研究主要是圍繞充分節(jié)省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。多進制調(diào)制，是提高頻譜利用率的有效方法，恒包絡(luò)技術(shù)能適應(yīng)信道的非線性，并且保持較小的頻譜占用率。比較常用數(shù)字調(diào)制 的技術(shù)有四相相移鍵控（ QPSK） 、偏移四相相移鍵控 （ OQPSK） 、最小移頻鍵控 （ MSK） 、高斯濾波最小移頻鍵控 （ GMSK） 、正交幅度調(diào)制 （ QAM） 、正交頻分復(fù)用調(diào)制 （ OFDM） 等等。下面主要對常見的幾種調(diào)制方式進行分析。 （一） QPSK 調(diào)制 QPSK 正交調(diào)制方框圖如圖 所示，輸入的串行二進制信息序列經(jīng)過串 并變換，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號 I(t)和 Q(t) ，然后對 coswct 和 sinwct 進行調(diào)制，相加即可以得到 QPSK 信號。 圖 1 QPSK 調(diào)制原理框圖 接收端， QPSK 可使用相干解調(diào)，正交和同相路分別設(shè)置兩個相關(guān)器（或匹配濾波器），得到 I(t)和 Q(t)，經(jīng)電平判決和并 串轉(zhuǎn)換后即可以恢復(fù)原始信號，原理 如圖 2 所示 : 4 圖 2 QPSK 解調(diào)原理框圖 （二） OQPSK 調(diào)制 OQPSK 是 QPSK 的一種改進。它是恒包絡(luò)調(diào)制，避免了帶外干擾，有較高的頻譜利用率。 OQPSK 把 QPSK 信號的 I、 Q 兩路信號錯開了一個輸入碼元寬度 Tb。因此，兩路信號的相位不會同時發(fā)生變化，信號合成的相位突變最多是 177。900，其包絡(luò)不會為 0，從而避免了帶外干擾。調(diào)制方法如 圖 3 所示： 圖 3 OQPSK 調(diào)制原理框圖 OQPSK 避免了帶外干擾，如果能避免間斷的相位跳變，可能有更好的性能。于是，就有了連續(xù)相位調(diào)制 （ CPM） ，最小頻移鍵控（ MSK）就是這類調(diào)制。 接收端解調(diào)原理圖為 4 所示： 5 圖 4 OQPSK 解調(diào)原理框圖 （三） 最小頻移鍵控 MSK 在移動通信中， MSK 是很受歡迎的一種調(diào)制方式。當信道中存在非線性的問題和帶寬限制時，幅度變化的數(shù)字信號通過信道會使已濾除的帶外頻率分量恢復(fù)，發(fā)生頻譜擴展現(xiàn)象，同時還要滿足頻率資源限制的要求。因此，對己調(diào)信號有兩點要求 ，一是要求包絡(luò)恒定；二是具有最小功率譜占用率。因此，現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展方向是最小功率譜占有率的恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性，從而減少頻率占用。近年來新發(fā)展起來的技術(shù)主要分兩大類 ： 一是連續(xù)相位調(diào)制技術(shù) （ CPFSK） ，在碼元轉(zhuǎn)換期間無相位突變，如 MSK,GMSK 等；二是相關(guān)相移鍵控技術(shù) （ CORPSK） ，利用部分響應(yīng)技術(shù)，對傳輸數(shù)據(jù)先進行相位編碼，再進行調(diào)相 （ 或調(diào)頻 ） 。在 FSK 方式中，每一碼元的頻率不變或者跳變一個固定值，而兩個相鄰的頻率跳變碼元信號，其相位通常是不連續(xù)的 。 1. MSK 概述 MSK 是頻移鍵控 FSK 的一種改進形式，屬于 恒包絡(luò)連續(xù)相位頻率調(diào)制，信號表達式為： ?1,0,)1(),2c os ()( ??????? kTktkTtTatwtS SSkskcM SK ?? （ 1） sSkskk TktkTtTat )1(,2)( ????? ???令 （ 2） 則 （ 1） 式可表示為： )c o s ()( kcM SK twtS ??? （ 3） 式 （ 3） 中 θk(t)是附加相位函數(shù)； ωc 為載波角頻率； Ts 為碼元寬度； ak 為第 k 個輸入碼元，取值為 177。1； φk 是第 k 個碼元的相位常數(shù)，在時間 kTs≤t≤（ k+1） Ts 作用是保證在 t=kTs 位連續(xù)。而波形相位為： 6 ????????????????1,21,22)(ksckscSkckaTwaTwTawdttd???? kSck tTatwt ??? ??? 2)( （ 4） 由 （ 4） 式可以得到： （ 5） 由上式可知， MSK 在第 k 個比特區(qū)間內(nèi)；當 ak=+1 率為 f2=fc+1/4ts 可得頻率間隔為： △ f=f2f1=1/2TS （ 6） MSK 信號的調(diào)制指數(shù)為： 2 1 ????? SSS TTfTh （ 7） 相位常數(shù) φk 的選擇應(yīng)該保證信號相位在碼元轉(zhuǎn)換時刻是連續(xù)的，因為這有利于壓縮已調(diào)信號所占頻譜寬度和減少帶外輻射。根據(jù)此要求，由式 （ 2） 可以得到相位約束條件為： ??? ??? ????????????111111k ,)1( ,)]1(2)[()(kkkkkkkkk aak aakaat ?????? （ 8） 式 （ 8） 表明 MSK 信號在第 k 個碼元的相位常數(shù)不僅與當前的 ak，而且還與前一碼元的取值 ak1數(shù) φk1。對相干解調(diào)來說， φk 的起始值可以視為 0，由式 （ 8） 可得： )2(0k ??? 模或? （ 9） 由式 （ 2） 知，一個碼元從開始時刻到該碼元結(jié)束，其相位變化量 （ 增量 ） 為： 2)(])1[( ????kbkbkk akTTk ?????