gmsk調制解調系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2025-02-14 12:48 本頁面
【文章內容簡介】 續(xù)的，因為這有利于壓縮已調信號所占頻譜寬度和減少帶外輻射。根據此要求，由式（2）可以得到相位約束條件為： （8）式（8）表明MSK信號在第k個碼元的相位常數不僅與當前的ak，而且還與前一碼元的取值ak1數φk1。對相干解調來說，φk的起始值可以視為0，由式（8）可得： （9）由式（2）知，一個碼元從開始時刻到該碼元結束，其相位變化量（增量）為： （10）由于ak=+1,所以每經過Tb時間相位增加或減少，隨著時間的推移，附加相位的函數曲線是由一系列直線線段連成的折線，即MSK信號的相位路徑。假設輸入的數據流﹛ak﹜為﹛1,1,+1,1,+1,+1,+1,1,…﹜得到圖5所示的相位路徑曲線，圖6是MSK的可能相位路徑。圖5 MSK的相位路徑圖6 MSK的可能相位路徑從圖6可以看出：① θk(t)在每比特結束時為π/2的整數倍，當時間t為Ts的奇數倍時，θk(t)總是π/2的奇數倍，當時間t為Ts的偶數倍時，θk(t)總是π/2的偶數倍；② 在任何一個碼元內，其截距φk不是為0就是π的整數倍。通過以上分析可以得出，MSK信號具有以下特點：① 恒定包絡，允許用非線性幅度飽和期間放大；② 在碼元轉換時刻，信號相位連續(xù)，以載波相位為基準的信號相位在一個碼元期間內線性地變化177。π/2；③ 功率譜密度按f4衰減，功率譜在主瓣后衰減得較快。MSK信號的功率譜表示為： （11）其中，A為載波信號的振幅。④ 瞬時頻率總是兩個值之一，一個碼元周期內信號包括四分之一載波周期的整數倍，信號頻率偏移等于1/4Ts ,1/Ts為比特速率，調制指數h=；⑤ 頻譜帶寬窄，99%，從而可允許帶同濾波器帶寬較窄。與QPSK相比，MSK具有較寬的主瓣，其第一個零點出現在ffc=，而QPSK的第一個零點出現在ffc=。由于上述特點，MSK信號在幅度和頻帶受限時能量損失不大，對信噪比性能影響較小； 盡管MSK有很多突出優(yōu)點，但是在一些對信號帶外功率限制是十分嚴格的場合，比如移動通信中，信號帶外輻射功率一般要求衰減70dB以上。MSK仍不能滿足這樣苛刻的要求。為此，針對上述要求提出了GMSK調制方法。2. MSK調制解調原理由MSK信號的一般表達式可得： （12）將帶入（12）可得 （13）式（13）為MSK信號的正交表示形式。輸入二進制序列經差分編碼和串并變換后，I支路經cos（πt/2Ts）加權調制和同相載波coswct相乘后輸出同相分量XI(t)。Q支路先延時Ts，經sin（πt/2s）加權調制和正交載波sinwct相乘后輸出正交分量XQ(t),再將XI(t)和XQ(t)相加得到MSK信號。MSK信號的解調可以用相干解調，非相干解調或者差分解調。由于MSK信號調制指數較小，在對誤碼率有較高要求時多用相干解調，其原理圖如7所示：圖7 MSK相干解調原理框圖在式（13）中，令則可表示為： （14）經過平方電路后變?yōu)椋? （15）求解上式時，設，因此有： （16）可見，MSK信號經平方后有2w1和2w2的離散頻率分量，經鎖相和二分頻后為： （17） （18）S1(t)和S2(t)相加得到I支路上所需的相干載波為： （19）S1(t)和S2(t)相減得到Q支路上所需的相干載波為： （20）兩個鎖相環(huán)輸出的信號再經乘法器相乘后得到： （21） 由上式可見，第一項是時鐘頻率，經過低通濾波和脈沖形成可得時鐘信號ts=1/Ts。接收的MSK信號與相干載波相乘后有： （22） （23）經過低通后I支路和Q支路輸出分別為：,在時，；在時。所以，經過交替門以后就可以恢復出差分數據，再經過差分譯碼即可恢復原來的輸入數據。（四）高斯濾波最小頻移鍵控GMSK1. GMSK概述為了進一步改善MSK的頻譜特性，有效的辦法是對基帶信號進行平滑處理，使調制后的信號相位在碼元轉換時刻不僅連續(xù)而且變化平滑,從而達到改善頻譜特性的目的。高斯濾波最小頻移鍵控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying,簡稱GMSK）就是利用高斯低通濾波器對基帶信號進行這種預處理的。GMSK作為一種高效的調制技術，是從OQPSK，MSK調制的基礎上發(fā)展起來的一種數字調制方式，GMSK的很多方面都優(yōu)于OQPSK和MSK，比如頻帶更窄，頻譜更平滑，實現起來更簡單，抗干擾能力更強。其特點是在數據流送交頻率調制器前先通過一個Gauss濾波器（預調制濾波器）進行預調制濾波，以減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得在相同的數據傳輸速率時頻道間距可以變得更緊密，因此GMSK信號比MSK信號具有更窄的帶寬。由于數字信號在調制前進行了Gauss預調制濾波，調制信號在交越零點不但相位連續(xù)，而且平滑過濾。GMSK調制的信號頻譜緊湊、誤碼特性好，在數字移動通信中得到了廣泛使用。本文主要研究GMSK調制技術在數字通信系統(tǒng)中的應用，主要目的在于通過本文的研究，深入地了解GMSK調制技術，通過計算機仿真完成GMSK的調制解調方案設計論證。2. GMSK調制解調原理GMSK信號是在MSK調制信號的基礎上發(fā)展起來的。盡管MSK它具有包絡恒定、相位連續(xù)、相對較窄的帶寬和能相干解調的優(yōu)點，但它不能滿足某些通信系統(tǒng)對帶外輻射的嚴格要求。為了壓縮MSK信號的功率譜，在MSK調制前增加一級預調制濾波器，從而有效的抑制了信號的帶外輻射。預調制濾波器應具有的特性：（1）帶寬窄而帶外截止尖銳，以抑制不需要的高頻分量；（2）脈沖響應的過沖量較小，防止調制器產生不必要的瞬時頻偏；（3）輸出脈沖響應曲線的面積應對應于1/2的相移量，使調制指數為1/2。因此，GMSK采用滿足以上條件的高斯濾波器作為脈沖形成的
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