gmsk調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-08-05 22:11本頁(yè)面
【正文】 數(shù)字化調(diào)制解調(diào)的具體方案，并用 MATLAB 仿真的手段對(duì)它們的可行性和性能指標(biāo)進(jìn)行分析研究。通過 SIMULINK 仿真模塊實(shí)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(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn) GMSK 調(diào)制解調(diào) 方案設(shè)計(jì) 。 ③ 介紹 MATLAB 仿真的應(yīng)用，通過搭建 SIMULINK 仿真模塊，對(duì) GMSK 和 MSK 3 調(diào)制信號(hào)的形式進(jìn)行具體分析，據(jù)此實(shí)現(xiàn) GMSK、 MSK 調(diào)制解調(diào)性能對(duì)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(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn) GMSK 調(diào)制解調(diào)。 一 、 數(shù)字調(diào)制方式原理 隨著大容量和遠(yuǎn)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(duì)傳輸信號(hào)的影響。多進(jìn)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。下面主要對(duì)常見的幾種調(diào)制方式進(jìn)行分析。 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(gè)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(hào)，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(jìn)。 OQPSK 把 QPSK 信號(hào)的 I、 Q 兩路信號(hào)錯(cuò)開了一個(gè)輸入碼元寬度 Tb。900，其包絡(luò)不會(huì)為 0，從而避免了帶外干擾。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。當(dāng)信道中存在非線性的問題和帶寬限制時(shí)，幅度變化的數(shù)字信號(hào)通過信道會(huì)使已濾除的帶外頻率分量恢復(fù)，發(fā)生頻譜擴(kuò)展現(xiàn)象，同時(shí)還要滿足頻率資源限制的要求。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)。近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)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(wú)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(duì)傳輸數(shù)據(jù)先進(jìn)行相位編碼，再進(jìn)行調(diào)相 （ 或調(diào)頻 ） 。 1. MSK 概述 MSK 是頻移鍵控 FSK 的一種改進(jìn)形式，屬于 恒包絡(luò)連續(xù)相位頻率調(diào)制，信號(hào)表達(dá)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(gè)輸入碼元，取值為 177。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(gè)比特區(qū)間內(nèi)；當(dāng) ak=+1 率為 f2=fc+1/4ts 可得頻率間隔為： △ f=f2f1=1/2TS （ 6） MSK 信號(hào)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(hào)相位在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻是連續(xù)的，因?yàn)檫@有利于壓縮已調(diào)信號(hào)所占頻譜寬度和減少帶外輻射。對(duì)相干解調(diào)來(lái)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(gè)碼元從開始時(shí)刻到該碼元結(jié)束，其相位變化量 （ 增量 ） 為： 2)(])1[( ????kbkbkk akTTk ????? （ 10） 由于 ak=+1,所以每經(jīng)過 Tb 時(shí)間相位增加或減少，隨著時(shí)間的推移，附加相位的函數(shù)曲線是由一系列直線線段連成的折線，即 MSK 信號(hào)的相位路徑。 7 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(jié)束時(shí)為 π/2的整數(shù)倍，當(dāng)時(shí)間 t 為 Ts 的奇數(shù)倍時(shí)， θk(t)總是 π/2的奇數(shù)倍，當(dāng)時(shí)間 t 為 Ts 的偶數(shù)倍時(shí)， θk(t)總是 π/2的偶數(shù)倍； ② 在任何一個(gè)碼元內(nèi)，其截距 φk 不是為 0 就是 π 的整數(shù)倍。π/2； ③ 功率譜密度按 f4衰減，功率譜在主瓣后衰減得較快。 ④ 瞬時(shí)頻率總是兩個(gè)值之一，一個(gè)碼元周期內(nèi)信號(hào)包括四分之一載波周 期的整數(shù)倍，信號(hào)頻率偏移等于 1/4Ts ,1/Ts 為比特速率，調(diào)制指數(shù) h=； ⑤ 頻譜帶寬窄， 99%的能力集中在 ，從而可允許帶同濾波 器帶寬較窄。由于信號(hào)能量在 快，所以典型帶寬取為 。 MSK 仍不能滿足這樣苛刻的要求。 2. MSK 調(diào)制解調(diào)原理 由 MSK 信號(hào)的一般表達(dá)式可得： twttwt ttwtS ckck kcM SK s i n)(s i nc os)(c os )](c os [)( ?? ? ?? ?? （ 12） 將kskk tTat ??? ?? 2)(帶入 （ 12） 可得 twT ttQtwTttItwT ttatwTtttScSkcskcSkkcskM S Ks i n)2s i n ()(c o s)2(c o s)(s i n)2s i n ()(c o sc o s)2(c o s)(c o s)(?????????? （ 13） 式 （ 13） 為 MSK 信號(hào)的正交表示形式。 Q 支路先延時(shí) Ts，經(jīng) sin（ πt/2s） 加權(quán)調(diào)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(hào)。由于 MSK 信號(hào)調(diào) 制指數(shù)較小，在對(duì)誤碼率有較高要求時(shí)多用相干解調(diào)，其原理圖如 7 所示： 9 圖 7 MSK 相干解調(diào)原理框圖 在式 （ 13） 中，令 ,c o s,c o sk kkkk aQI ?? ??? 則 )(tSMSK 可表示為： twTttQtwTttItS cSkcskM SK s i n)2s i n()(c os)2(c os)()( ?? ?? （ 14） 經(jīng)過平方電路后變?yōu)椋? twT tQItTwtTwScskkScScM S K2s i n)s i n (21])2(2c o s)2(2[ c o s4121)t(2????????? （ 15） 求解上式時(shí)，設(shè) ,1。41 2221 ?????? kk QITffTff scSc，因此有： twT tQItwtwS cskkM SK 2s i n)s i n(212c os412c os4121)t( 212 ????? （ 16） 可見， MSK 信號(hào)經(jīng)平方后有 2w1和 2w2的離散頻率分量，經(jīng)鎖相和二分頻后為： tTwtwtsSc )2c os (c os)( 11 ???? （ 17） tTwtwtsSc )2c os (c os)( 22 ???? （ 18） S1(t)和 S2(t)相加得到 I 支路上所需的相干載波為： twTttststR csI c os)2c os (2)()()( 21 ???? （ 19） S1(t)和 S2(t)相減得到 Q 支路上所需的相干載波為： twTttststR csQ s i n)2s i n(2)()()( 21 ???? （ 20） 10 兩個(gè)鎖相環(huán)輸出的信號(hào)再經(jīng)乘法器相乘后得到： twtTtwtw cs 4c os21)2c os (212c os2c os 21 ?? ? （ 21） 由上式可見，第一項(xiàng)是時(shí)鐘頻率，經(jīng)過低通濾波和脈沖形成可得時(shí)鐘信號(hào) ts=1/Ts。所以，
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