gmsk調(diào)制解調(diào)原理及仿真分析設(shè)計畢業(yè)論文-文庫吧
2025-06-13 07:56 本頁面
【正文】 優(yōu)于MSK，但誤比特率性能不如MSK。 在我國數(shù)字通信系統(tǒng)中,全數(shù)字接收機已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。利用數(shù)字化方法設(shè)計通信系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實際應(yīng)用中的一項重要技術(shù)。最小高斯頻移鍵控(GMSK)是一種典型的連續(xù)相位調(diào)制方式,具有包絡(luò)恒定、頻譜緊湊、抗干擾能力強等特點,可有效降低鄰道干擾,提高非線性功率放大器的效率,已在移動通信(如GSM系統(tǒng))、航天測控等場合得到廣泛應(yīng)用。子網(wǎng)選擇nrf2401射頻芯片采用的通信調(diào)制方式就是GMSK,GMSK(Gaussian filtered MSK)調(diào)制具有優(yōu)良的功率譜特性:功率譜旁瓣快衰減快，在對信號頻帶嚴(yán)格限制的各種數(shù)字通信領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。為了躲避干擾，我們需要采取跳頻策略， 劃分為125個信道（而zigbee只劃分為16個信道），nrf2401劃分的信道多，必然信道帶寬就小。為了防止信道之間的干擾，我們采取GMSK的調(diào)制解調(diào)方式。 GMSK調(diào)制方式的工作原理及特點調(diào)制前高斯濾波的最小頻移鍵控簡稱GMSK，基本的工作原理是將基帶信號先經(jīng)過高斯濾波器成形，再進行最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制()。由于成形后的高斯脈沖包絡(luò)無陡峭邊沿，亦無拐點，因此頻譜特性優(yōu)于MSK信號的頻譜特性。 GMSK調(diào)制 高斯濾波器的頻率傳輸函數(shù)為 式中是與濾波器3dB帶寬B有關(guān)的一個系數(shù)，其沖激響應(yīng)為： 假設(shè)輸入數(shù)據(jù)流為二進制非歸零信號，傳輸速率為 。為碼元寬度，其數(shù)學(xué)表示式為 式中：或1,其概率分別為 。GMSK是角度調(diào)制信號，已調(diào)信號寫作： 式中： 表示和的卷積。 GMSK信號的瞬時頻率為： 為調(diào)制靈敏度，由下式?jīng)Q定： 實際上(8)式是使調(diào)制指數(shù)為的最大頻偏與傳信速率的約束關(guān)系。 雙極性碼元通過高斯濾波器產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，所以相鄰脈沖之間有重迭。由(6)式和(7)式知，對應(yīng)某一碼元，GMSK信號的頻偏不僅和該碼元有關(guān)，而且和相鄰碼元有關(guān)。也就是說在不同的碼流圖案下，相同碼元(比如同為“+1”或“1”)的頻偏是不同的。 相鄰碼元之間的相互影響程度和高斯濾波器的參數(shù)有關(guān)，也就是說和高斯濾波器的3dB帶寬B有關(guān)。通常將高斯濾波器的3dB帶寬B和輸入碼元寬度T的乘積BT值作為設(shè)計高斯濾波器的一個主要參數(shù)。BT值越小，相鄰碼元之間的相互影響越大。理論分析和計算機模擬結(jié)果表明 。BT值越小，GMSK信號功率頻譜密度的高額分量衰減越快。主瓣越小，信號所占用的頻帶越窄，帶外能量的輻射越小，鄰道干擾也越小。2 GMSK調(diào)制原理 GMSK調(diào)制解調(diào)的優(yōu)點及應(yīng)用GMSK調(diào)制具有較好的功率頻譜特性與誤碼性能，最大優(yōu)點就是帶外輻射小，較適用于工作在VHF和UHF頻段的移動通信系統(tǒng)，因此，GMSK調(diào)制在通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如GSM手機通信系統(tǒng)與AIS系統(tǒng)就采用這種通信調(diào)制方式。目前，GMSK調(diào)制主要有鎖相環(huán)與正交調(diào)制兩種實現(xiàn)方式，其中前者在早前得到很大應(yīng)用，但隨著軟件無線電的提出，正交調(diào)制實現(xiàn)方式逐漸得到廣泛的研究與應(yīng)用。 GMSK正交調(diào)制基帶信號產(chǎn)生原理GMSK是在MSK的基礎(chǔ)上得到的，GMSK是連續(xù)相位恒包絡(luò)調(diào)制，對載波進行GMSK調(diào)制的時域表達(dá)式如下： Wc為載波的頻率，Tb為數(shù)據(jù)碼元的周期。由上式看出，對輸入的二進制碼元，MSK調(diào)制后的載波在一個碼元寬度內(nèi)相位線性增加或減少π/2 。實驗表明，如果載波的相位變化由線性變?yōu)楦交那€時，則可以得到更好的頻譜特性。因此在GMSK調(diào)制前，對二進制碼元進行高斯濾波，使被調(diào)制載波的相位路徑更為平滑，然后再進行GMSK調(diào)制，這就是GMSK調(diào)制的基本思想。其載波調(diào)制表達(dá)式如下：s(t)=cos[wct+∑ai∫g(t)dt)] （∑ai∫g(t)dt的結(jié)果即為π/2Tb*t）ai為非歸零二進制碼元，∫g(t)dt表示二進制碼元經(jīng)過高斯濾波后的積分輸出,g(t)為高斯脈沖。對上式進行三角變換得到：s(t)=cos(wct)cos[∑ai∫g(t)dtsin(wct)sin(∑ai∫g(t)dt]因此采用正交調(diào)制實現(xiàn)GMSK的基帶I，Q信號分別為I(t)=cos[∑ai∫g(t)dt]Q(t)=sin(wct)sin[∑ai∫g(t)dt]GMSK調(diào)制方式，是在MSK調(diào)制器之前加入一個基帶信號預(yù)處理濾波器，即高斯低通濾波器，由于這種濾波器能將基帶信號變換成高斯脈沖信號，其包絡(luò)無陡峭邊沿和拐點，從而達(dá)到改善MSK信號頻譜特性的目的?；鶐У母咚沟屯V波平滑了MSK信號 的相位曲線，因此穩(wěn)定了信號的頻率變化，這使得發(fā)射頻譜上的旁瓣水平大大降低。實現(xiàn)GMSK信號的調(diào)制，關(guān)鍵是設(shè)計一個性能良好的高斯低通濾波器，它必須具有如下特性：①有良好的窄帶和尖銳的截止特性，以濾除基帶信號中多余的高頻成分。②脈沖響應(yīng)過沖量應(yīng)盡量小，防止已調(diào)波瞬時頻偏過大。③輸出脈沖響應(yīng)曲線的面積對應(yīng)的相位為π/2，使調(diào)制系數(shù)為1/2。以上要求是為了抑制高頻分量、防止過量的瞬時頻率偏移以及滿足相干檢測所需要的。高斯低通濾波器的沖擊響應(yīng)為 式中，Bb為高斯濾波器的3dB帶寬。該濾波器對單個寬度為Tb的矩形脈沖的響應(yīng)為當(dāng)BbTb取不同值時，g(t) 高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng)GMSK的信號表達(dá)式為。 GMSK的相位路徑，GMSK是通過引入可控的碼間干擾（即部分響應(yīng)波形）來達(dá)到平滑相位路徑的目的，它消除了MSK相位路徑在碼元轉(zhuǎn)換時刻的相位轉(zhuǎn)折點。從圖中還可以看出，GMSK信號在一碼元周期內(nèi)的相位增量，不像MSK那樣固定為177。\u960X/2，而是隨著輸入序列的不同而不同。盡管g(t)的理論是在－∞＜t＜＋∞范圍取值，但實際中需要對g(t)進行截短，僅取(2N+1)Ts區(qū)間，這樣可以證明在碼元變換時刻的取值( )θθ( )s是有限的。這樣我們就可以事先制作Cos
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