【導(dǎo)讀】在數(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。傳統(tǒng)方法設(shè)計的GMSK調(diào)制解調(diào)。最小高斯頻移鍵接收機可編程、多模式等需要。論文重點研究利用。全數(shù)字化技術(shù)設(shè)計GMSK調(diào)制解調(diào)器,以便更廣泛地使用GMSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)。該方法不存在傳統(tǒng)方法相位累加過程中的累計誤差,而且無需。算量小、占用資源少,更容易實現(xiàn)高旁瓣抑制度的GMSK信號。分解調(diào)技術(shù)進行研究,設(shè)計實現(xiàn)了1bit差分解調(diào)。計算機仿真和FPGA仿真測試。表明,設(shè)計方案能正確實現(xiàn)GMSK的解調(diào),誤碼性能較好。通過仿真對比,研究在收發(fā)端BT值的選取準則,對不同調(diào)制與解。研究表明,設(shè)計方案可行,經(jīng)進一步細化和改造后可用于實際通信系統(tǒng)。

　　

【正文】 基于 MATLAB 動態(tài)仿真環(huán)境，根據(jù)模型框圖和數(shù)學(xué)模型，設(shè)計了調(diào)制解調(diào)電路，利用 SIMULINK 功能模塊，建立數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真模型，經(jīng)過仿真分析，其結(jié)果與理論分析結(jié)果相同。在仿真過程中，充分發(fā)揮了 SIMULINK 功能強大，建模簡單，參數(shù)易于調(diào)整的特點。結(jié)果表明，基于 MATLAB 的 SIMULINK仿真模型，能夠反映出數(shù)字調(diào)制解調(diào)通信系統(tǒng)的動態(tài)工作過程，其 可視化界面具有很好的演示效果，為 通信 系統(tǒng)的設(shè)計和研究提供了強有力的工具，也為理論學(xué)習(xí)提供了一條非常好的途徑。當然理論與實際還會有很大的出入，在設(shè)計時還要考慮各種干擾和噪聲等因素 本設(shè)計基于 GMSK 調(diào)制解調(diào)相關(guān)原理，利用 MATLAB/Simulink 驗證自主設(shè)計的 GMSK 解調(diào)電路，并與系統(tǒng)自帶解調(diào)模塊進行比較。在以上基礎(chǔ)上，進一步利用 FPGA 實現(xiàn)了基帶 GMSK 信號的 1 比特差分非相干解調(diào)和相干解調(diào) 。自主設(shè)計實現(xiàn)了 GMSK 解調(diào)技術(shù)的延遲模塊、乘法模塊、減法模塊和抽樣判決模塊等，通過信號輸出比較分析，驗證了 GMSK 解調(diào)算法，達到了系統(tǒng)設(shè)計要求，取得了良好效果。 調(diào)制原理 GSM 系統(tǒng)采用高斯最小頻移鍵控（ GMSK）調(diào)制技術(shù)，調(diào)制信號具有恒定包絡(luò)的特性，因而 GSM終端的 RF前端電路的線性要求較低。 GSM使用一種稱作 GMSK的數(shù)字調(diào)制方式， ， GMSK 是一種特殊的數(shù)字 FM 調(diào)制方式。給 RF 載波頻率加上或者減去 表示 1 和 0。使用兩個頻率表 示 1和 0的調(diào)制技術(shù)記作 FSK（頻移鍵控）。在 GSM中，數(shù)據(jù)速率選為 kbit/s，正好是 RF 頻率偏移的 4 倍，這樣作可以把調(diào)制頻譜降到最低并提高信道效率。比特率正好是頻率偏移 4 倍的 FSK 調(diào)制稱作 MSK（最小頻移鍵控）。在GSM 中，使用高斯預(yù)調(diào)制濾波器進一步減小調(diào)制頻譜?？梢越档皖l率轉(zhuǎn)換速度，否則快速的頻率轉(zhuǎn)換將導(dǎo)致向相鄰信道輻射能量。 不是相位調(diào)制（也就是說不是像 QPSK 那樣由絕對相位狀態(tài)攜帶信息）。它是由頻率的偏移，或者說是相位的變化攜帶信息。 GMSK 可以通過 I/Q圖江西理工大學(xué) 2020 屆本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 表示。如果沒 有高斯濾波器，當傳送一連串恒定的 1時， MSK 信號將保持在高于載波中心頻率 的狀態(tài)。如果將載波中心頻率作為固定相位基準， 的信號將導(dǎo)致相位的穩(wěn)步增加，相位將以每秒 67， 708 次的速率進行360 度旋轉(zhuǎn)。在一個比特周期內(nèi)（ 1/ kHz），相位將在 I/Q 圖中移動四分之一圓周，即 90度的位置。數(shù)據(jù) 1可以看作相位增加 90 度，兩個 1使相位增加180 度，三個 1是 270度，依此類推。數(shù)據(jù) 0表示在相反方向上相同的相位變化。 在雙模中的實現(xiàn)原理 GMSK 調(diào)制包括以下兩個 部分：差分編碼、調(diào)制。 由于復(fù)接輸出的數(shù)據(jù)序列是由 {0， 1}序列組成的二進制數(shù)據(jù)序列。 GMSK 調(diào)制之前，需要先進行差分編碼，然后將歸零信號（ RTZ）轉(zhuǎn)化為不歸零序列（ NRZ），即： 其中 d{0， 1}， a{1， 1}分別代表差分編碼的輸入和輸出序列， d[1]=1， GMSK調(diào)制是由 MSK（最小頻移鍵控）衍生出的一種調(diào)制方式，它們均為 CPFSK（連續(xù)相位移頻 鍵控）調(diào)制方式。 GMSK 調(diào)制就是將 MSK 信號的相位更好地平滑，使其頻率譜寬度進一步縮小，從而減小導(dǎo)致 BER 上升的符號間干擾（ ISI）。 GMSK 信號可以采用不同的方式產(chǎn)生，圖 41 示出 GMSK 基帶調(diào)制實現(xiàn)框圖。 圖 41 GMSK基帶調(diào)制實現(xiàn) 其中， B 表示 3dB 帶寬， GSM 系統(tǒng)中高斯函數(shù)的歸一化帶寬 BTb 取值為 。理想高斯函數(shù)在時間上具有無限長，即 t[∞ ， ∞] 。為了信號處理方便，將信江西理工大學(xué) 2020 屆本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 號截短為 L長，過采樣 OSR和時間長度 L就決定了鐘型高斯脈沖沖擊函數(shù)的采樣數(shù)。一般說來， L的取值大于 3。為了使頻率沖擊函數(shù)具有因果性，將其移位 LTb/2。截短頻率沖擊函數(shù)表示為： 算法描述 。 1， 1的差分數(shù) cosΘ 據(jù) a(n)。 h（ t）進行加窗處理，得到相應(yīng)的濾波成型函數(shù) g（ t）。加窗時窗函數(shù)的選擇要根據(jù)實際情況，利用圖形比較逼近法來選擇適合于雙模系統(tǒng)的窗函數(shù)。 2 步中得到的差分數(shù)據(jù) a（ n）與 3 步中得到的成型濾波函數(shù) g（ t）進行相乘并乘上相位 π ，得到 Θ 。 4 步中得到的數(shù)據(jù)求出 sinΘ ， cosΘ ，即 I， Q數(shù)據(jù)。 仿真實現(xiàn)流程 如圖 42 為 GMSK 調(diào)制實現(xiàn)流程，流程中可以看出，隨機數(shù)據(jù)經(jīng)過復(fù)用之后產(chǎn)生的訓(xùn)練序列進行差分編碼， GMSK 調(diào)制，最終再產(chǎn)生相位函數(shù)；這樣基帶信號經(jīng)過了發(fā)送端的處理最終產(chǎn)生 I， Q載波信號。 圖 42 GMSK調(diào)制實現(xiàn)流程 其中功能函數(shù) 完成復(fù)接輸出的比特序列的差分編碼，將 {0， 1}序列轉(zhuǎn) 化成 {1， 1}序列；功能函數(shù) 生成頻率沖擊函數(shù) g（ t）， g（ t）可以通過一個高斯函數(shù)和矩形脈沖進行卷積得到；功能函數(shù) 通過對 g（ t）的加權(quán)累加，從而得到相位函數(shù) q，最終形成相應(yīng)的同相分量 I和正交分量 Q 程序 和 的執(zhí)行過程示于圖 43。 江西理工大學(xué) 2020 屆本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 43 流程中各功能模塊執(zhí)行結(jié)果 圖 43a）中的矩形函 數(shù) V（ t）與圖 43b）中的高斯函數(shù)進行卷積形成圖 43c）中所示的 g函數(shù)；通過 生成圖 43d）中的 q函數(shù) 。 仿真結(jié)果及驗證 圖 44 示出 MATLAB 時域仿真輸出結(jié)果圖。圖的產(chǎn)生是在輸入隨機數(shù)據(jù)時輸出了 I， Q數(shù)據(jù)，基帶輸出的 I、 Q兩路數(shù)據(jù)波形如圖 44。 圖 44 I、 Q輸出數(shù)據(jù)波形 從圖中可以看到輸出的圖形在形狀上有些相 似，由此可以更進一步驗證到：滿足 I2+Q2=1。很顯然，這一結(jié)論正好符合預(yù)期目標： I2+Q2=sin2Θ+cos2Θ=1 。因而，可以驗證，在雙模系統(tǒng)中的這一 GMSK 調(diào)制技術(shù)符合標準，其算法與實現(xiàn)完全正確。 江西理工大學(xué) 2020 屆本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 結(jié)論 從仿真結(jié)果可以看到：整個調(diào)制過程符合預(yù)期理論要求和目標，該調(diào)制算法在整個雙模系統(tǒng)的實現(xiàn)中起著重要的作用。本文在選擇窗函數(shù)時利用圖形比較逐點逼近法來選窗函數(shù)，這是本文設(shè)計思想的一大創(chuàng)新，也正因為如此，仿真結(jié)果跟普通加窗方法得到的圖形更理想。該窗函數(shù)的選擇既考慮到了 GMSK 調(diào)制的特點，又考慮到了雙 模系統(tǒng)中 GSM 與 TDSCDMA 的兼容性，因而在整個調(diào)制過程中輸出結(jié)果比較理想。本文的算法及實現(xiàn)對于 TDSCDMA/GSM 雙模系統(tǒng)有很大的實用價值，我們正在利用這一關(guān)鍵調(diào)制方法進行雙模系統(tǒng)基帶信號處理的進一步研究。 江西理工大學(xué) 2020 屆本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 第五章 城市地形 gmsk 仿真設(shè)計 城市地形設(shè)計 gmsk 仿真設(shè)計原理 基于 FPGA 的 GMSK 信號的數(shù)字調(diào)制設(shè)計較容易。利用 Xilinx 公司的ISE(集成軟件環(huán)境 )9．168。開發(fā)軟件，用 Verilog 語言編程實現(xiàn)框圖中各模 塊功能，構(gòu)造頂層模塊，對整個設(shè)計進行綜合 ?，得到 GMSK 數(shù)字調(diào)制器的 RTL(寄存器傳輸級 )原理圖。 me me(15： 0) elk l dr D ∞ cose(15： 0) ddc_ out_ i(35： 0) ddc _ out _ q(35： 0) GMSKf15： 0) mLIX Ota(15： 0) out4(19： 0) 盤 l5。 ) elk otll elk ott2 GMSK調(diào)制各模塊功能 FPGA實現(xiàn)及仿真波形碼元 D的輸入速率為 32 kbit／ s，連續(xù)的 3 個碼元串行輸入寄存器中，根據(jù) 3個碼元查找相位表中 相應(yīng)的數(shù)據(jù)，寄存器和相位表的時鐘頻率為 32 kHz／ s。 8 選擇器是實現(xiàn)相位表數(shù)據(jù)的并串轉(zhuǎn)換，時鐘頻率為 256 kHz／ s，輸出為高斯濾波后的信號，模擬形式的輸出是一條光滑連續(xù)的曲線。 相位累加器由一個加法器和一個相位寄存器組成，每來一個時鐘信號，相位寄存器中的值與輸入的相位值相加。相位累加器的字長是有限的，因此在一定時刻總會溢出而進位，進位一般被舍去，不能在其輸出中反映。相位累加器的這種江西理工大學(xué) 2020 屆本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 特性正好與正弦信號的線性相位 to， 2at)的周期性等效映射特性一致。輸出的 相位信號 ( )的模擬形式。相位累加器輸出的 0(tl 相位輸入到正余弦查找表的地址上，正余弦查找表是調(diào)用芯片的內(nèi)核 IP中的 Sine— Cosine Look． Up Ta． ble v5． 0實現(xiàn)的，正余弦查找表包含一個周期正余弦波的數(shù)字幅度信息，每個地址對應(yīng)正余弦波中 0?！?360。范圍的一個相位點，查詢表把輸入的地址相位信息映射成正余弦波幅度的數(shù)字量信號。如圖 8所示。 程序的 PAD 圖 基于 matlab 語言 編寫計算程 序。本文利用 matlab 強大的矩陣計算功能進行方程組的求解，大大的簡化的計算的復(fù)雜性，且利用 matlab 的繪圖功能可以很方便的繪制出剪力圖與彎矩圖。程序的 PAD 圖如圖 51 所示 ： 圖 51 matlab 程序 PAD 圖 江西理工大學(xué) 2020 屆本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 致 謝 利用 MATLAB 的強大運算功能，基于 MATLAB 信號處理工具箱（ Signal Processing Toolbox）的設(shè)計法可以快速有效的設(shè)計，設(shè)計方便、快捷，極大的減輕了工作量。在設(shè)計過程中可以對比特性，隨時更改參數(shù)，以達到 設(shè)計的最優(yōu)化。利用 MATLAB 設(shè)計數(shù)字濾波器在電力系統(tǒng)二次信號處理軟件和微機保護中，有著廣泛的應(yīng)用前景。 利用 Mtlab 引擎調(diào)用工具箱中的函數(shù)可節(jié)省大量的系統(tǒng)資源，應(yīng)用程序整體性能較好，但不可脫離 Matlab 的 環(huán)境 運行。 MATLAB 最重要的特點是易于擴展。它允許用戶自行建立完成指定功能的 M文件，從而構(gòu)成適合于其它領(lǐng)域的工具箱。對于一個從事特定領(lǐng)域工作的工程師，不僅可利用 MATLAB 所提供的函數(shù)及基本工具箱函數(shù)，而且可以方便地構(gòu)造出專用的函數(shù)，從而大大擴展了其應(yīng)用范圍。 MATLAB 語言具有強大的圖形及計算功能，尤其是在矩陣運算方面更是如此 。 在此感謝 XXX 老師及各位老師對我的幫助。 江西理工大學(xué) 2020 屆本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 參考文獻 ： [l] 沈鎮(zhèn)元、聶志泉、趙雪荷．通信系統(tǒng)原理．西安：西安電子科技大學(xué)， 1993． [2] 樊昌信等．通信原理，第四版．北京：國防工業(yè)出版社， 1995 [3] 曹志剛等．現(xiàn)代通信原理．北京：清華大學(xué)出版社， 1992 [4] 高如云、陸曼茹、張企民、孫萬蓉．通信電子線路， [M]西安：鮮電子科技大學(xué)出 版社， 2020 [5] 孫肖子、田根登、徐少瑩、李要偉．現(xiàn)代電子線路和實驗簡明教程． [M]北京：高等教育出版杜， 2020． [6] 郭梯云、鄔國揚、李建東．移動通信．西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020 [7]宋祖順．現(xiàn)代通信原理 [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [8] 段吉海、黃 智偉．基于 CPLD／ FPGA的數(shù)字通信系統(tǒng)建模與設(shè)計．北京：電子工業(yè)出版 社， 2020 [9] Altera． ByteBlaster MV Parallel Port Download Cable． Jdy2020。 Versiort3． 3． [10] 青松、城岱松、武建華．數(shù)字通信系統(tǒng)的 SystemView 仿真．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020． 54． 105 [11] 張森、張正亮等， MATLAB仿真技術(shù)與實力應(yīng)用教程 — 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [12] 樊昌信等，通信原理 — 北京：國防 工業(yè)出版社， 2020 [13] 張葛祥、李娜等， MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用 — 北京：清華大學(xué)出版社， 2020 [14] 張志涌等，精通 — 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [5]郭梯云等，移動通信 — 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020 [15] 阮沈勇等， MATLAB程序設(shè)計 — 北京：電子工業(yè)出版社， 2020