GMSK調(diào)制與解調(diào)算法研究

1、長(zhǎng)治學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）長(zhǎng) 治 學(xué) 院2017屆學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 GMSK調(diào)制與解調(diào)算法研究 學(xué) 號(hào): 13405513 姓 名： 李慶華 指導(dǎo)老師： 張秀秀 專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)系 別：電子信息與物理系完成時(shí)間：2017年5月獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外，設(shè)計(jì)中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何貢獻(xiàn)均已在設(shè)計(jì)中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)生簽名： 年月日關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本人完全了解長(zhǎng)治學(xué)院有關(guān)保留、使用本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交

2、論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、編寫(xiě)學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）學(xué)生簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 年月日 年月日II1緒論11.1課題的研究背景及意義11.2 GMSK 調(diào)制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究?jī)?nèi)容21.3 論文主要研究?jī)?nèi)容22 GMSK 調(diào)制解調(diào)的相關(guān)理論2GMSK調(diào)制與解調(diào)算法研究專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 姓名：李慶華 學(xué)號(hào)：13405513指導(dǎo)老師：張秀秀摘要：早期提出的最小高斯頻移鍵控（GMSK）的調(diào)制方式產(chǎn)生了連續(xù)的相位，它的包絡(luò)穩(wěn)定、旁瓣滾降快速、頻譜緊密，對(duì)外輻射小等特點(diǎn)，因此GMSK調(diào)制解調(diào)技

3、術(shù)在通信中成為一項(xiàng)非常有用的技術(shù)。它在GPRS移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)和航天測(cè)控等方面有一定的成果。本文中以GMSK調(diào)制解調(diào)的一些知識(shí)原理作為研究基礎(chǔ)，開(kāi)始展開(kāi)對(duì)GMSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的研究。調(diào)制部分對(duì)傳統(tǒng)GMSK正交調(diào)制方式做了初步介紹，主要是對(duì)基于波形存儲(chǔ)的GMSK正交調(diào)制進(jìn)行初步認(rèn)識(shí)進(jìn)而研究，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)內(nèi)容以及Matlab/Simulink模塊對(duì)GMSK性能進(jìn)行仿真分析，在解調(diào)部分主要針對(duì)非相干解調(diào)中，其中的差分解調(diào)。關(guān)鍵詞：高斯最小頻移鍵控  調(diào)制  非相干解調(diào) 限幅鑒頻器 差分解調(diào) 一 緒論1.1課題的研究背景及意義為使信號(hào)與信道匹配之后可以高效的工作，調(diào)制就成為

4、了實(shí)現(xiàn)這一特性的重要環(huán)節(jié)。我們?nèi)粘Ｉ畹沫h(huán)境中使用的最多的就是數(shù)字調(diào)制，究其原因便是因?yàn)閿?shù)字調(diào)制更加靈活，它的加密技術(shù)更易集成。因此，移動(dòng)通信中模擬調(diào)制向數(shù)字調(diào)制的轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為一種緊跟潮流的趨勢(shì)。人們之前所接觸過(guò)的頻移鍵控，相位鍵控，振幅鍵控等數(shù)字調(diào)制技術(shù)都不能符合現(xiàn)在的通信要求。所以尋找一種更高性能，性價(jià)比更高的調(diào)制方式成為了當(dāng)下研究的重要內(nèi)容。之前接觸過(guò)MSK信號(hào)，我們了解到它的特點(diǎn)主要有包絡(luò)恒定，而且其帶外功率譜密度下降得較快1。為了得到更高效的調(diào)制方式，因此在MSK調(diào)制前先將脈沖經(jīng)過(guò)高斯低通濾波器，最后產(chǎn)生的信號(hào)為GMSK信號(hào)，即高斯最小頻移鍵控GMSK。shu當(dāng)下，人們處在一個(gè)信息飛

5、速發(fā)展與爆炸的新時(shí)代，那么對(duì)頻譜要求高，對(duì)外功率要小，抗干擾能力強(qiáng)等等也就有了高的標(biāo)準(zhǔn)。這樣一來(lái)對(duì)調(diào)制信號(hào)就需要采用包絡(luò)恒定而且允許采用非線性功率放大器。為此，在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要在多種有效調(diào)制方式中找到一種高效的調(diào)制解調(diào)方式來(lái)滿足上述要求。1.2 GMSK 調(diào)制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究?jī)?nèi)容這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外提出比較早，首先由日本國(guó)際電報(bào)電話公司發(fā)現(xiàn)。它是由MSK信號(hào)通過(guò)高斯低通濾波器發(fā)展而來(lái)的一種更優(yōu)越和高效的數(shù)字調(diào)制方法，因?yàn)镚MSK信號(hào)的功率效率和頻譜效率都比較高，可以使得帶外輻射功率減少，應(yīng)該可以達(dá)到60-70dB的嚴(yán)格要求等多種優(yōu)點(diǎn)。這種技術(shù)被應(yīng)用在全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)、歐洲的帶寬無(wú)線接入

6、網(wǎng)以及國(guó)內(nèi)通信分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)(GPRS)等多個(gè)方面。由于GMSK調(diào)制解調(diào)這項(xiàng)技術(shù)有許多的優(yōu)點(diǎn)，因此國(guó)內(nèi)外好多專家開(kāi)始對(duì)此展開(kāi)大量探索與研究。這種調(diào)制方式最早開(kāi)始于國(guó)外，當(dāng)中，布拉德福德大學(xué)的Jones A.E 和 Gardiner J. G. 就基于DDS的GMSK正交調(diào)制進(jìn)行了研究,其中主要針對(duì)以下兩類問(wèn)題進(jìn)行探索，正交調(diào)制法中兩路信號(hào)幅度和相位不平衡；美國(guó)的Linz A 和 Hendrickson A主要掌握了高斯濾波器響應(yīng)的對(duì)稱性這一特點(diǎn)，可以間接實(shí)現(xiàn)GMSK調(diào)制的方法，這種方法得到的包絡(luò)恒定，運(yùn)算也較為簡(jiǎn)單。以上的兩種方法展現(xiàn)了由模擬調(diào)制向數(shù)字調(diào)制的進(jìn)程，這樣可以降低硬件成本，規(guī)避了

7、復(fù)雜的濾波器的設(shè)計(jì)，這種調(diào)制方式的具體應(yīng)用越來(lái)越符合大眾的心意。1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容本文首先主要闡述了GMSK調(diào)制與解調(diào)的基本原理和相關(guān)理論，通過(guò)建立GMSK信號(hào)的仿真模型，重點(diǎn)對(duì)調(diào)制中基于波形存儲(chǔ)的GMSK正交調(diào)制與解調(diào)中差分解調(diào)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了比較詳細(xì)的研究。 主要工作：1. 研究了GMSK調(diào)制解調(diào)相關(guān)理論以及方案進(jìn)行分析，對(duì)波形存儲(chǔ)中GMSK進(jìn)行正交調(diào)制，對(duì)非相干解調(diào)中差分解調(diào)重點(diǎn)介紹。2.深入了解了Matlab/Simulink中的仿真模塊，建立起所需要GMSK性能的模型，這樣一來(lái)對(duì)這一技術(shù)有了更深入的掌握。二 GMSK 調(diào)制解調(diào)的相關(guān)理論2.1多速率信號(hào)處理當(dāng)前，數(shù)字移動(dòng)通信中，

8、多速率信號(hào)處理顯得尤為重要，雖然帶通采樣定理降低了所需要的射頻采樣速率，但是為了是系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，讓其更加方便靈活，所以它的帶寬應(yīng)設(shè)計(jì)的稍微寬點(diǎn)。因?yàn)閹捠窃綄捲胶?。其中抽取和?nèi)插是其基本環(huán)節(jié)。2.1.1 抽取 抽取就是進(jìn)行抽樣，主要針對(duì)的是原始信號(hào)，以更低的抽樣率進(jìn)行。為此考慮把抽取因子為M 的整數(shù)倍抽取過(guò)程，其中為大于1的正整數(shù)。在時(shí)域上是對(duì)原采樣序列X(n)每隔個(gè)點(diǎn)取一個(gè)來(lái)完成倍抽取，過(guò)程比較簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。但在頻域上，過(guò)程十分復(fù)雜。可以先對(duì)原來(lái)的序列進(jìn)行頻譜的移動(dòng)，然后進(jìn)行M倍展寬最后再進(jìn)行疊加，這樣就得到M倍抽取后的頻譜。如式2.1： （2.1）以M=2被抽取頻譜變化過(guò)程如下圖所示 圖2

9、.1 原始信號(hào)的頻譜 圖2.2抽樣后信號(hào)頻譜 圖2.3 2倍抽取展寬后的頻譜 圖2.4 倍抽取疊加后的頻譜由圖2.4可知，頻譜經(jīng)過(guò)抽取之后，發(fā)生了混疊，無(wú)法通過(guò)逆變換恢復(fù)出原始信號(hào)。為了不讓此種現(xiàn)象發(fā)生，首先對(duì)原信號(hào)濾波，然后以M倍抽取，這樣就不會(huì)有混疊現(xiàn)象。2.1.2 內(nèi)插內(nèi)插是對(duì)原始信號(hào)以更高的抽樣率進(jìn)行采樣。對(duì)原來(lái)抽樣序列之間兩個(gè)采樣點(diǎn)中插入個(gè)零值，那么插值后信號(hào)的頻譜為： = （2.2） 由式(2.2)可見(jiàn),是通過(guò)對(duì)進(jìn)行L倍壓縮得到的，頻譜結(jié)構(gòu)是保持不變的。因?yàn)樘岣吡顺闃勇?，所以使得的頻譜發(fā)生了變化，其中不僅含有基帶分量而且含有大于的高頻分量。為了從提取出原始信號(hào)，對(duì)內(nèi)插后的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾

10、波帶為的低通濾波器處理。2.1.3應(yīng)用領(lǐng)域多速率理論的應(yīng)用較為廣泛，主要是應(yīng)用于濾波器組的設(shè)計(jì)、數(shù)字通信、圖像壓縮與編碼等方方面面。多速率信號(hào)處理在近期的雷達(dá)目標(biāo)跟蹤中取得了很好的效果，在圖像水印中也有一定的效果。而且其中的多相結(jié)構(gòu)也有多方面的成果，那是因?yàn)樗粌H可以節(jié)省計(jì)算量，還可以分析新的模型。因此，它的應(yīng)用很廣泛，尤其是信道估計(jì)方面。2.2直接數(shù)字頻率合成（DDS）2.2.1 DDS概述直接數(shù)字頻率合成技術(shù)由美國(guó)人Joseph Tierney 提出是一種以數(shù)字信號(hào)處理為理論基礎(chǔ)，它以頻率合成方法優(yōu)越而著稱。因?yàn)镈DS可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率、相位和幅度的數(shù)字調(diào)制，所以在數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中常用DDS

11、 取代模擬壓控作為信源產(chǎn)生裝置。 DDS在頻率合成中占據(jù)著舉足輕重的地位，隨著技術(shù)的成熟，專用芯片的性能越來(lái)越強(qiáng)大，用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn) DDS 也成為一種普遍的方式。但是DDS也有自身的局限性，比如輸出寬帶受限等問(wèn)題。其中的雜散信號(hào)主要存在輸出頻譜中。而雜散信號(hào)來(lái)源三個(gè)方面:（1）相位舍位。（2）幅度量化。（3）DAC的非理想特性造成這種雜散產(chǎn)生的原因有;（1）相位截?cái)嘈?yīng)；（2）正弦波幅度存在量化誤差；（3）D/A 轉(zhuǎn)換器的非理想特性。其中，前一個(gè)是主要原因，取決于波形存儲(chǔ)表的深度，是由軟件決定的；后兩個(gè)原因是由硬件性能決定的。通過(guò)采用一定的措施來(lái)減少DDS的雜散信號(hào)以此可以得到雜散信號(hào)比較低的輸

12、出信號(hào)。2.2.2 DDS的產(chǎn)生原理實(shí)現(xiàn)DDS有3種方法：基于IIR濾波器的實(shí)現(xiàn)方法、基于查找表的實(shí)現(xiàn)方法和基于CORDIC算法的實(shí)現(xiàn)方法。其中，基于LUT的實(shí)現(xiàn)方法最簡(jiǎn)單，可以通過(guò)改變查找表中的函數(shù)，借助各種編輯手段來(lái)產(chǎn)生任意常用波形和特殊波形，因而得到廣泛應(yīng)用。但是查找表也存在缺點(diǎn)，那就是波形的分辨率會(huì)限制存儲(chǔ)器的容量。 在基于LUT的DDS的基本原理是：在CLK時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，頻率控制字線性累加通過(guò)相位累加器之后，所得的累加結(jié)果尋到正弦ROM來(lái)找到與之對(duì)應(yīng)的表，可以得出相應(yīng)的幅度值，然后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器形成階梯波；最后再用低通濾波器對(duì)階梯波進(jìn)行平滑，就可以得到平滑連續(xù)波，其結(jié)構(gòu)如圖2.5所示

13、： 圖2.5 DDS原理框圖在圖 2.5中，所有頻率控制字相繼累加通過(guò)相位累加器變?yōu)橄辔辉隽?；?shù)模轉(zhuǎn)換器主要是用來(lái)讓數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)；低通濾波器去除掉了低頻率的頻率分量，得到了需要的輸出信號(hào)。由下式?jīng)Q定： （其中K為頻率控制字，N為比特位數(shù)） （2.3）例如，已知系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為，K=56000，N=16 ××56000/51269531HZ我們之前所學(xué)的，由奈奎斯特采樣定理得出，輸出信號(hào)的最高頻率不可以超過(guò)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的一半，即/2。在實(shí)際應(yīng)用中，取0.4。DDS的頻率變化間隔為： = （2.4）由式(2.4)可見(jiàn)，DDS的輸出精度與系統(tǒng)采樣率成反比，與N成正比。由

14、2.2.1 節(jié)可知，DDS技術(shù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中必然產(chǎn)生雜散，產(chǎn)生的原因主要是由于相位截?cái)嗾`差，相位累加器與輸出頻率的精度成正比。最大雜散幅度可表示為： 20lg=6.02(N-B) (2.5)由上式可知，相位去除的位數(shù)每減少1位，使雜散減少6dB。減少舍位,意味增大尋址位數(shù)，而 ROM 表的容量成指數(shù)遞增隨著N的增大。 2.3差分編譯碼差分編碼指除第一個(gè)元素外，將其中每個(gè)元素都表示為該元素與其前一元素差的編碼。在發(fā)送端，可以計(jì)算出輸出信號(hào)，而在接收端可以按照接收到的前后兩個(gè)二進(jìn)制信號(hào)恢復(fù)出原來(lái)的信息序列。差分編碼中相位差值決定了其信息，克服了調(diào)制解調(diào)中的相位模糊問(wèn)題。但當(dāng)一個(gè)比特位出錯(cuò)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致前

15、后相鄰的兩個(gè)比特也跟著出錯(cuò)，這樣會(huì)使誤碼率增加。其中，最后計(jì)算出的誤碼率和先前的是存在的關(guān)系是： （2.6）如果輸入信號(hào)是一個(gè)二進(jìn)制單極性序列，則經(jīng)過(guò)差分編碼的序列可表示為： （2.7）其中，差分編碼后的序列相對(duì)碼，原碼元序列又叫絕對(duì)碼，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖2.6所示： 圖2.6 差分編碼實(shí)現(xiàn)框圖差分譯碼是差分編碼的逆過(guò)程，即把相對(duì)碼變?yōu)榻^對(duì)碼的過(guò)程，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖2.7所示：圖2.7差分譯碼實(shí)現(xiàn)框圖 2.3本章小結(jié)本章對(duì)與GMSK調(diào)制解調(diào)相關(guān)的多速率信號(hào)處理，其中抽取和內(nèi)插是主要環(huán)節(jié)、DDS的概述以及其產(chǎn)生原理、差分編碼譯碼的主要概念以及實(shí)現(xiàn)框圖等理論基礎(chǔ)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。這對(duì)于本文研究奠定了基礎(chǔ)，

16、這些最簡(jiǎn)單的理論貫穿于全文，是GMSK調(diào)制解調(diào)模型中各模塊從方案到具體實(shí)現(xiàn)的理論依據(jù)。 三 GMSK調(diào)制解調(diào)方案的研究在數(shù)字移動(dòng)通信中，調(diào)制與解調(diào)技術(shù)就是一門(mén)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較重要的技術(shù)。向遠(yuǎn)的地方傳輸時(shí)，由于它的低頻部分，就要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制，這樣可以使基帶信號(hào)的功率譜搬移到比較高的載波頻率上，這就稱為數(shù)字解調(diào)。其中MSK和GMSK是數(shù)字調(diào)制中的典型代表。為此對(duì)這兩種調(diào)制進(jìn)行了研究。3.1 MSK調(diào)制的基本原理MSK是二進(jìn)制連續(xù)相位移頻鍵控的一種特例，也是它的改進(jìn)型。MSK 在相鄰碼元交替點(diǎn)的相位是連續(xù)的，MSK信號(hào)包絡(luò)穩(wěn)定，同時(shí)產(chǎn)生的相位是連續(xù)的，最小頻率間隔為。MSK中第K個(gè)碼元的時(shí)域表

17、達(dá)式為：=cos（+） k （3.1）式中，為載波角頻率；為碼元持續(xù)時(shí)間；為第k個(gè)碼元的相位常數(shù)。MSK的頻率間隔為：= （3.2）那么可以得出調(diào)制指數(shù)h的表達(dá)式為：=0.5 （3.3）定義： 此值是為保證MSK的相位是連續(xù)的，這就要保證在時(shí)刻的載波相位與在時(shí)刻的載波相位是相等的。 圖3.1 MSK信號(hào)的相位網(wǎng)格圖根據(jù)以上的描述，我們可以知道它的一些特點(diǎn)：1.在單個(gè)碼元里，調(diào)過(guò)的信號(hào)應(yīng)該是載波周期的四分之一，頻率偏移為，對(duì)應(yīng)的調(diào)制指數(shù)為0.5。2.MSK信號(hào)是擁有恒定的包絡(luò)。3.MSK的相位是連續(xù)的。輸出已調(diào)波滿足下面的關(guān)系：3.2 GMSK 調(diào)制的基本原理 輸入基帶信號(hào)時(shí)經(jīng)過(guò)高斯低通濾波器再

18、進(jìn)行MSK調(diào)制輸出GMSK信號(hào)。這就是GMSK的調(diào)制原理。處理前的脈沖的是無(wú)陡峭邊沿的連續(xù)的波形，低通濾波器把MSK調(diào)制的脈沖路徑變得光滑，頻譜旁瓣的波形衰降更快，能達(dá)到移動(dòng)通信對(duì)頻譜特性的嚴(yán)格要求。 調(diào)制器原理方框圖如3.2： 圖3.2MSK信號(hào)有缺陷，為了使GMSK 信號(hào)更集中高效，輸出緊密的頻譜，使高斯低通濾波器產(chǎn)生需要的頻率，這就是關(guān)鍵所在。所以這樣的高斯低通濾波器要滿足下面的特點(diǎn)： (1)有銳利的截止特點(diǎn)和優(yōu)良的帶寬，這樣可以消除基帶信號(hào)中的較高的頻率。 (2)只有低脈沖才能減少調(diào)制時(shí)頻率的誤差；(3)它的調(diào)制系數(shù)為1/2，所以輸出脈沖響應(yīng)曲線下的面積的相位為/2。3.4 GMSK的

19、調(diào)制方案 GMSK 調(diào)制技術(shù)可以應(yīng)用在許多方面，人類探索出多種方案，直接數(shù)字調(diào)頻方式和間接調(diào)頻實(shí)現(xiàn)方式就是它的應(yīng)用。直接數(shù)字調(diào)頻方式，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但不易于集成，并且其中的壓控振蕩器對(duì)線性度和靈敏度要求高，導(dǎo)致頻率穩(wěn)定性很差，所以實(shí)際中常用間接調(diào)頻來(lái)產(chǎn)生GMSK信號(hào)。本節(jié)將對(duì)間接調(diào)頻中的正交調(diào)制方案進(jìn)行重點(diǎn)研究。3.4.1 傳統(tǒng) GMSK 正交調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng) GMSK 正交調(diào)制圖： 圖 3.3 GMSK 正交調(diào)制原理圖如圖 3.3所示，首先要對(duì)由0，1序列組成的二進(jìn)制序列進(jìn)行差分預(yù)編碼，再進(jìn)一步處理得到NRZ；高斯低通濾波器對(duì)NRZ進(jìn)行平滑之后，送入積分器便得到了累加相位；通過(guò)累加相位分別求得相

20、應(yīng)的余弦函數(shù)和正弦函數(shù)，最后再把它們作為同相分量與正交分量分別與正交載波信號(hào)cos和sin進(jìn)行混頻，便可得到GMSK已調(diào)信號(hào)。為了保證采樣的精確性，所以正交調(diào)制常用DDS 來(lái)產(chǎn)生調(diào)制載波。3.4.2 基于波形存儲(chǔ)的GMSK正交調(diào)制方式可見(jiàn)，傳統(tǒng) GMSK 實(shí)現(xiàn)方式的缺陷就是相位計(jì)算復(fù)雜度很高，為了給出基于波形存儲(chǔ)的正交調(diào)制方式的理論依據(jù)。有以下的基本思路是：內(nèi)把分成和兩部分來(lái)計(jì)算。其中是從0時(shí)刻起，是下一個(gè)內(nèi)各采樣時(shí)刻相對(duì)于的相位增量，將這些增量分別與相加，如此便可以得到各個(gè)時(shí)刻的相位值。波形存儲(chǔ)正交調(diào)制法基于輸入數(shù)據(jù)對(duì) sin和 cos兩個(gè)存儲(chǔ)表進(jìn)行尋址的思想進(jìn)行的，得到所需要的I/Q基帶信

21、號(hào) sin和 cos的。最后將I /Q基帶信號(hào)分別與DDS產(chǎn)生的正交載波進(jìn)行混頻，最后把頻譜搬到需要的頻率上，輸出兩路正交的 GMSK 信號(hào)。為了適應(yīng)數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，它的原理結(jié)構(gòu)圖如圖3.4所示： 圖 3.4 波形存儲(chǔ)正交調(diào)制法原理框圖這種把提前算出制成表格存儲(chǔ)在 ROM 中的調(diào)制方法，高斯低通濾波器的設(shè)計(jì)越來(lái)越簡(jiǎn)單，資源得到了節(jié)省，所以時(shí)間越來(lái)越少。但其缺點(diǎn)是，I/Q兩支路信號(hào)對(duì)輸出已調(diào)信號(hào)的振幅和相位有影響，導(dǎo)致已調(diào)信號(hào)包絡(luò)產(chǎn)生起伏，限幅后的頻譜發(fā)生擴(kuò)展。3.5 GMSK的解調(diào)方案相干解調(diào)和非相干解調(diào)的不同之處是通過(guò)載波相位被接受來(lái)定?；謴?fù)出載波相位就要用到相干解調(diào)，相干載波和輸入端的調(diào)制載波

22、是否有相同的頻率和相同的相位是需要考慮的問(wèn)題，而非相干解調(diào)不用恢復(fù)出載波相位。本節(jié)探討的問(wèn)題是 GMSK 信號(hào)的非相干解調(diào)，是因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)外對(duì)相干解調(diào)的的研究已經(jīng)十分成熟；而且非相干解調(diào)技術(shù)更適用于室內(nèi)的無(wú)線通信環(huán)境，實(shí)現(xiàn)非相干解調(diào)的這種技術(shù)可以忽略調(diào)制載波的相位，限幅鑒頻器和差分解調(diào)是本節(jié)重點(diǎn)介紹的。 3.5.1 限幅鑒頻器 限幅器和鑒頻器是它的重要組成部分。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.5 所示，限幅器用來(lái)消除了由帶通濾波器濾波產(chǎn)生的寄生調(diào)幅，保證了在干擾下加到鑒頻器上的包絡(luò)恒定；相位調(diào)制變?yōu)榉日{(diào)制的一般使用鑒頻器，最后對(duì)得到的包絡(luò)進(jìn)行抽樣判決就可以得到基帶信號(hào)。然而為了得到更好的基帶信號(hào)，所以添

23、加低通濾波器在鑒頻器和抽樣判決器中間，用來(lái)對(duì)提取到的包絡(luò)進(jìn)行平滑。 圖 3.5 限幅鑒頻器的原理框圖3.5.2 差分解調(diào) 非相干差分解調(diào)是利用接收到信號(hào)和被延遲的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，其結(jié)構(gòu)框圖如3.6 所示：當(dāng)延時(shí)為一個(gè)周期時(shí)，表示 90°移相變換。 圖 3.6 差分解調(diào)原理框圖差分解調(diào)又可以按延時(shí)分類方法的不同，把1bit、2bit、N bit等差分解調(diào)，對(duì)1bit 的差分解調(diào)方案進(jìn)行研究。實(shí)現(xiàn)框圖如下： 圖3.7本文選用 1bit 差分解調(diào)作為 GMSK 信號(hào)的解調(diào)方案。其實(shí)現(xiàn)框圖如圖 3.7 所示： 如上圖所示，在接收端調(diào)制后的 GMSK 已調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)降低數(shù)據(jù)流速率、頻譜搬移、低通濾

24、波一系列下變頻處理后，便可以恢復(fù)成 I/Q 兩路正交的中頻基帶號(hào)，然后再進(jìn)行 1bit 特差分解調(diào)，對(duì)此在解調(diào)后得到的序列進(jìn)行抽樣判決，就可得到二進(jìn)制基帶碼元。3.6 本章小結(jié) 本章先對(duì)MSK的調(diào)制基本原理，在此基礎(chǔ)上給出了GMSK的調(diào)制原理。然后在過(guò)程中對(duì)調(diào)制中以波形存儲(chǔ)為基準(zhǔn)的GMSK重點(diǎn)介紹了這個(gè)方案，在解調(diào)中過(guò)程中主要講述了非相干解調(diào)中的差分解調(diào)。4 建立GMSK仿真模型4.1 GMSK仿真模塊模型數(shù)字移動(dòng)通信中的重要指標(biāo)是可靠性和有效性，主要表現(xiàn)為誤碼率和頻譜性能。在Matlab/Simulink模塊庫(kù)中找出信號(hào)產(chǎn)生模塊、GMSK調(diào)制解調(diào)模塊、信道解調(diào)模塊、誤碼率計(jì)算模塊，建立如下的

25、框圖：下圖中輸入的二進(jìn)制序列由貝努力二進(jìn)制序列產(chǎn)生器提供，接著通過(guò)GMSK基帶信號(hào)調(diào)制模塊進(jìn)行調(diào)制，最后輸入GMSK基帶解調(diào)器模塊進(jìn)行解調(diào)，得到了解調(diào)后的基帶信號(hào)。最后通過(guò)Complex to magnitude-angle和Scope來(lái)觀察波形。經(jīng)過(guò)Error Rate Calculation,研究GMSK的頻譜和誤碼性能。系統(tǒng)Simulink仿真模型圖（1） 信號(hào)發(fā)生模塊 （2）調(diào)制、信道和解調(diào)模塊 （3）誤碼率計(jì)算模塊 （4） 波形觀察模塊 分析仿真結(jié)果： 圖GMSK和MSK調(diào)制輸出信號(hào)頻譜估計(jì)測(cè)試模型能夠達(dá)到準(zhǔn)確的頻譜效果，頻譜儀中的FFT平均幀數(shù)需要取較大的數(shù)值。仿真時(shí)間與頻譜估計(jì)圖

26、形成正比，仿真如下：由上圖可知，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的觀測(cè)下明顯GMSK信號(hào)的頻譜特性比MSK信號(hào)的強(qiáng)，跟值有關(guān)，當(dāng)=0.5時(shí)，第一旁瓣比主瓣低30dB,而對(duì)于MSK信號(hào)，第一旁瓣比主瓣低20dB。但是，誤碼性能下降主要由濾波器導(dǎo)致的符號(hào)間干擾，繼而誤碼率隨著的減小而增大，誤碼性能的漸漸減少使得GMSK頻譜更加緊密。不過(guò)，在對(duì)信號(hào)帶外輻射功率有著要求嚴(yán)格時(shí)，根據(jù)于信道會(huì)使它的準(zhǔn)確率降低，因此只要GMSK 的誤碼率低于移動(dòng)無(wú)線信道的，GMSK仍然是一種好的調(diào)制方式。 第 5 章 總結(jié)與展望 5.1總結(jié) 當(dāng)代社會(huì)通信技術(shù)發(fā)展迅猛，通信系統(tǒng)中調(diào)制解調(diào)技術(shù)的全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，逐漸成為主流趨勢(shì)，其中具有良好性能的 G

27、MSK 調(diào)制方式作為恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)的代表廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本文主要研究了對(duì)于波形存儲(chǔ)的 GMSK 正交調(diào)制的基準(zhǔn)和差分解調(diào)技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方案，并在誤碼率等性能方面做了重點(diǎn)研究。完成的主要工作內(nèi)容如下; 1.應(yīng)用了 GMSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù)的原理，應(yīng)用仿真模型對(duì) GMSK 信號(hào)性能進(jìn)行了分析，它以犧牲誤碼性能來(lái)獲得良好頻譜性能。2.在Matlab/Simulink 平臺(tái)上進(jìn)行GMSK信號(hào)性能的仿真5.2 展望本文對(duì)GMSK 調(diào)制和解調(diào)完成了Matlab設(shè)計(jì)與仿真，但由于自己的水平和時(shí)間有限，僅僅研究描述關(guān)于GMSK調(diào)制解調(diào)部分理論基礎(chǔ)，沒(méi)有進(jìn)行硬件的實(shí)現(xiàn)，所以還要對(duì)本文所做的工作還需要進(jìn)一步完

28、善，主要有以下幾個(gè)方面：1.對(duì)本中調(diào)制解調(diào)算法中的其他關(guān)鍵模塊進(jìn)行深入研究，爭(zhēng)取進(jìn)一步優(yōu)化，達(dá)到減少計(jì)算復(fù)雜度和系統(tǒng)資源，更有工程應(yīng)用價(jià)值。2.GMSK解調(diào)過(guò)程中的非相干解調(diào)進(jìn)行了探討。參考文獻(xiàn) 1啜鋼,王文博,常永宇等。移動(dòng)通信原理與系統(tǒng)。北京郵電大學(xué)出版社2005 4樊昌信. 通信原理教程. 北京:電子工業(yè)出版社, 2006 . 5王素珍,賀英,汪春梅等. 通信原理. 北京:北京郵電出版, 2010. 6 楊峰. GSM 手機(jī)綜測(cè)儀中GMSK調(diào)制及中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì):碩士學(xué)位論文. 成都:電子科技大學(xué), 2003.7 姚娜. AIS 系統(tǒng)中GMSK調(diào)制與解調(diào):碩士學(xué)位論文。成都:電子科技大學(xué)

29、, 2006.16 李興文. GMSK 調(diào)制調(diào)頻源的研制:碩士學(xué)位論文. 成都:電子科技大學(xué), 2006.18 楊運(yùn)甫 , 陶然 , 王越 . 一種新的 GMSK 正交調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生方法 。電子學(xué)報(bào)2005,(33):1095-1098. 20 丁興文,朱智勇,李海濤. 基于維特比算法的 GMSK 信號(hào)非相干解調(diào)技術(shù)研究. 遙測(cè)遙控, 2011, 32(1): 18-21.Research on GMSK modulation and demodulation algorithmDiscipline: Electronic information science and technology N

30、ame:Li QinghuaMatriculation Number:13405513 Supervisor:Zhang XiuxiuAbstract:in the digital communication system, GMSK modulation and demodulation technology is an important technology of the most basic, modulation and demodulation technology designed by digital communication system is an important t

31、echnology in practical application. The minimum Gauss frequency in 1980s proposed shift keying (GMSK) is a typical continuous phase modulation with constant envelope, compact spectrum, sidelobe rolloff, band radiation characteristics of small, often as an efficient digital modulation scheme is widely used in many fields, such as GSM, GPRS mobile communication system, wireless LAN and TT etc. Based on the principle of