GMSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 xxxx大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)gmsk調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)所 在 系專業(yè)名稱班 級(jí)指導(dǎo)教師xxxx大學(xué)二一年五月gmsk調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)容摘要：目前在數(shù)字通信系統(tǒng)中，全數(shù)字接收機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。用數(shù)字化方法設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)技術(shù)是現(xiàn)代通信中的一個(gè)重要技術(shù)。根據(jù)信道特點(diǎn)的不同選擇合適高效的調(diào)制解調(diào)方式對(duì)通信系統(tǒng)的性能非常重要。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(qiáng)等特點(diǎn)，可有效降低鄰道干擾，提高非線性功率放大器的功率，已在移動(dòng)通信（如gsm系統(tǒng)）、航天測(cè)控等場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。本文重點(diǎn)研究gmsk調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)過程，以便更廣泛地使用gms

2、k調(diào)制解調(diào)技術(shù)。關(guān)鍵詞：高斯最小頻移鍵控 差分解調(diào) 正交調(diào)制gmsk modulation and demodulation systemabstract: present in digital communication systems, digital receivers have been widely used. designed with a digital modem communication system technology is an important modern communications technology. different characteristics

3、according to the channel select the appropriate modem and efficient way of communication system performance is very important.gaussian minimum shift keying (gmsk) is a typical continuous phase modulation with constant envelope, compact spectrum, the characteristics of strong anti-interference, can e

4、ffectively reduce the adjacent channel interference, improve the non-linear power amplifier , has been in the mobile communications(such as the gsm system),space tracking telemeter-ing and command is widely used such occasions. this paper focuses on gmsk modulation and demodulation of the implementa

5、tion process to more widespread use of gmsk modulation and demodulation technology.keywords: gaussian minimum shift keying differential demodulation quadrature modulation目 錄前 言1（一）研究背景1（二）設(shè)計(jì)目的2（三）工作任務(wù)2一、數(shù)字調(diào)制方式原理3（一）qpsk調(diào)制3（二）oqpsk調(diào)制4（三）最小頻移鍵控msk51. msk概述52. msk調(diào)制解調(diào)原理8（四）高斯濾波最小頻移鍵控gmsk101. gmsk概述102.

6、 gmsk調(diào)制解調(diào)原理11二、基于matlab的數(shù)字調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)14（一）matlab簡(jiǎn)介15（二）gmsk調(diào)制性能與msk調(diào)制的性能比較151. 仿真建模152. 仿真測(cè)試16三、總結(jié)21四、致謝21參考文獻(xiàn)22gmsk調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)前言（一）研究背景19世紀(jì)開始發(fā)展電通信以來，通信技術(shù)的發(fā)展速度很快，特別是在本世紀(jì)50年代以后發(fā)展更為迅速，其快速發(fā)展的基礎(chǔ)一方面是元器件技術(shù)的進(jìn)步，另一方面則是當(dāng)代在通信理論上的研究成果。目前，通信技術(shù)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向是軟件無線電。所謂軟件無線電就是要在無線通信設(shè)備中盡可能多地用軟件來完成無線通信系統(tǒng)中的各種功能，例如信號(hào)方式識(shí)別、調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)加密、差錯(cuò)

7、控制編碼、通信協(xié)議執(zhí)行等。其中，調(diào)制解調(diào)技術(shù)在軟件無線電以及通信理論中都居于核心地位。軟件無線電具有開放式模塊化結(jié)構(gòu)，它主要由寬帶a/d & d/a、可編程dsp模塊、窄帶a/d & d/a、用戶終端等組成。在接收時(shí)，來自天線的信號(hào)經(jīng)過射頻（rf）處理和變換，由寬帶a/d數(shù)字化，然后通過可編程dsp模塊實(shí)現(xiàn)各種所需的信號(hào)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)送至多功能用戶終端；同樣，也可通過類似的流程將數(shù)據(jù)通過天線發(fā)射出去。另外，利用在線和離線軟件，軟件無線電還可以實(shí)現(xiàn)通信環(huán)境的分析、管理以及業(yè)務(wù)和性能的升級(jí)。軟件無線電的一個(gè)主要特點(diǎn)是完全可編程性，即rf頻段和帶寬、信道接入方式、傳輸速率、接口類型、業(yè)務(wù)種類

8、、加密方法等均可由軟件編程來改變。軟件無線電的開放式模塊化結(jié)構(gòu)為調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)良好的軟硬件平臺(tái)，但同時(shí)也對(duì)調(diào)制解調(diào)提出了更高的要求，其對(duì)于數(shù)字調(diào)制技術(shù)的主要要求如下：無線通信的頻帶資源極其緊張，調(diào)制后信號(hào)必須占有窄的頻帶，提供較高的頻譜效率；移動(dòng)通信系統(tǒng)為了增加系統(tǒng)容量，還采用頻率復(fù)用技術(shù)。這樣，不但有鄰道干擾，還有同頻道干擾，這就要求調(diào)制技術(shù)必須有好的頻譜特性，降低帶外輻射，減少干擾；無線信道往往存在著多徑衰落、多普勒頻移、延遲擴(kuò)散等不利條件，從而要求調(diào)制技術(shù)具有抗多徑衰落等性能，保證好的信噪比，以獲得好的誤碼率性能；無線通信發(fā)信機(jī)采用的功率放大器常常具有非線性，無線信道也可能具有

9、非線性，調(diào)制技術(shù)應(yīng)該保持恒包絡(luò)，或者包絡(luò)起伏很小，以減小高效功放和信道非線性的不利影響;差分解調(diào)無需提取相干本地載波；在深衰落、多普勒頻移等信道條件下具有更好的綜合性能；所以調(diào)制方式應(yīng)該便于采用差分解調(diào)；易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，能減小設(shè)備尺寸。為了滿足上列所述數(shù)字調(diào)制技術(shù)中的各種要求，人們研究出了很多數(shù)字調(diào)制方案。從攜帶信息的載波參量角度,可以分為幅移鍵控（ask）、相移鍵控（psk）、頻移鍵控（fsk）,正交幅度調(diào)制（qam）等;從調(diào)制電平數(shù)目出發(fā),可以分為二進(jìn)制調(diào)制與多進(jìn)制調(diào)制；從信號(hào)相位路徑的連續(xù)性出發(fā),可以分為連續(xù)相位調(diào)制與不連續(xù)相位調(diào)制；從各個(gè)符號(hào)間隔波形之間的相關(guān)性,可以分為無記憶與有

10、記憶調(diào)制；從包絡(luò)的起伏狀況來看,可分為恒包絡(luò)和非恒包絡(luò)調(diào)制。非恒包絡(luò)調(diào)制實(shí)現(xiàn)相對(duì)較簡(jiǎn)單，頻譜效率高，便于全數(shù)字實(shí)現(xiàn)，但容易受到信道非線性的影響，常用的非恒包絡(luò)調(diào)制有psk、fsk、ask等；恒包絡(luò)調(diào)制不管調(diào)制信號(hào)如何變化，載波的幅度是恒定的，功率利用率高，對(duì)信道非線性不敏感，常用的恒包絡(luò)調(diào)制有msk、gmsk、tfm、cpfsk等。（二）設(shè)計(jì)目的研究?jī)?nèi)容主要是設(shè)計(jì)在無線通信中廣泛應(yīng)用的高斯最小頻移鍵控信號(hào)（gmsk）的調(diào)制解調(diào)原理及其數(shù)字化調(diào)制解調(diào)方法。gmsk作為一種高效的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，屬于恒包絡(luò)調(diào)制的一種，是由oqpsk、msk演變來的一種簡(jiǎn)單的二進(jìn)制調(diào)制方法。在gmsk中，將調(diào)制的不歸零

11、（nrz）碼字通過預(yù)調(diào)制高斯脈沖成形濾波器，使其頻譜上的旁瓣水平進(jìn)一步降低。調(diào)制信號(hào)在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù)，而且平滑過濾，因此，gmsk調(diào)制的信號(hào)頻譜緊湊，誤碼特性好，帶外輻射低因而具有很好的頻譜利用率。gmsk與幾種數(shù)字調(diào)制方式的已調(diào)信號(hào)的功率譜比較,gmsk已調(diào)信號(hào)的功率譜密度性能十分優(yōu)越它的主瓣很窄，旁瓣衰減快，這表明gmsk調(diào)制的頻譜利用率高，且抗干擾能力強(qiáng)。研究的目的在于：在探討gmsk信號(hào)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出gmsk信號(hào)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。（三）工作任務(wù)在介紹幾種常見數(shù)字調(diào)制方式的原理

12、的基礎(chǔ)上，將重點(diǎn)闡述msk、gmsk調(diào)制的原理。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語言編程實(shí)現(xiàn)gmsk調(diào)制解調(diào)方案設(shè)計(jì)。具體安排如下： 緒論主要介紹研究的背景、設(shè)計(jì)目的、工作任務(wù)； 介紹常見的幾種調(diào)制原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹msk、gmsk調(diào)制的原理。 介紹matlab仿真的應(yīng)用，通過搭建simulink仿真模塊，對(duì)gmsk和msk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語言編程實(shí)現(xiàn)gmsk調(diào)制解調(diào)。 對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，闡述設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。一

13、、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。對(duì)這些問題的研究主要是圍繞充分節(jié)省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。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。比較常用數(shù)字調(diào)制的技術(shù)有四相相移鍵控（qpsk）、偏移四相相移鍵控（oqpsk）、最小移頻鍵控（msk）、高斯濾波最小移頻鍵控（gmsk）、正交幅度調(diào)制（qam）、正交頻分復(fù)用調(diào)制（ofdm）等等。下面主要對(duì)常見的幾種調(diào)制方式進(jìn)行分析。 （一）qpsk調(diào)制qpsk正交調(diào)制方框圖如圖2.1所示，輸入的串行二進(jìn)制信息序列

14、經(jīng)過串-并變換，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號(hào)i(t)和q(t) ，然后對(duì)coswct和sinwct進(jìn)行調(diào)制，相加即可以得到qpsk信號(hào)。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:圖 2 qpsk解調(diào)原理框圖（二）oqpsk調(diào)制oqpsk是qpsk的一種改進(jìn)。它是恒包絡(luò)調(diào)制，避免了帶外干擾，有較高的頻譜利用率。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。因此，兩路信號(hào)的相位不會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，信號(hào)

15、合成的相位突變最多是900，其包絡(luò)不會(huì)為0，從而避免了帶外干擾。調(diào)制方法如圖3所示：圖3 oqpsk調(diào)制原理框圖oqpsk避免了帶外干擾，如果能避免間斷的相位跳變，可能有更好的性能。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。接收端解調(diào)原理圖為4所示：圖4 oqpsk解調(diào)原理框圖（三）最小頻移鍵控msk在移動(dòng)通信中，msk是很受歡迎的一種調(diào)制方式。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，對(duì)己調(diào)信號(hào)有兩點(diǎn)要求，一是要求包絡(luò)恒定；二是具有最小功率譜占用率。因此，

16、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)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性，從而減少頻率占用。近年來新發(fā)展起來的技術(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)換期間無相位突變，如msk,gmsk等；二是相關(guān)相移鍵控技術(shù)（cor-psk），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）。在fsk方式中，每一碼元的頻率不變或者跳變一個(gè)固定值，而兩個(gè)相鄰的頻率跳變碼元信號(hào)，其相位通常是不連續(xù)的。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） （2）則（1）式可表示為： （3）

17、式（3）中k(t)是附加相位函數(shù)；c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1；k是第k個(gè)碼元的相位常數(shù)，在時(shí)間ktst（k+1）ts作用是保證在t=kts位連續(xù)。而波形相位為： （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=f2-f1=1/2ts （6）msk信號(hào)的調(diào)制指數(shù)為： （7）相位常數(shù)k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。根據(jù)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(hào)在第k個(gè)碼元的相位常數(shù)不僅與

18、當(dāng)前的ak，而且還與前一碼元的取值ak-1數(shù)k-1。對(duì)相干解調(diào)來說，k的起始值可以視為0，由式（8）可得： （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： （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。假設(shè)輸入的數(shù)據(jù)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： k(t)在每比特結(jié)束時(shí)為/2的整數(shù)倍，當(dāng)時(shí)間t為ts的奇數(shù)倍時(shí)，k(t)總是

19、/2的奇數(shù)倍，當(dāng)時(shí)間t為ts的偶數(shù)倍時(shí)，k(t)總是/2的偶數(shù)倍； 在任何一個(gè)碼元內(nèi)，其截距k不是為0就是的整數(shù)倍。通過以上分析可以得出，msk信號(hào)具有以下特點(diǎn)： 恒定包絡(luò)，允許用非線性幅度飽和期間放大； 在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，信號(hào)相位連續(xù)，以載波相位為基準(zhǔn)的信號(hào)相位在一個(gè)碼元期間內(nèi)線性地變化/2； 功率譜密度按f-4衰減，功率譜在主瓣后衰減得較快。msk信號(hào)的功率譜表示為： （11）其中，a為載波信號(hào)的振幅。 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=0.5； 頻譜帶寬窄，99%的能力集中在1.15/tb的

20、帶寬內(nèi)，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(gè)零點(diǎn)出現(xiàn)在f-fc=0.75fs處，而qpsk的第一個(gè)零點(diǎn)出現(xiàn)在f-fc=0.5/tb處。由于信號(hào)能量在0.75/ts之外下降很快，所以典型帶寬取為0.75/ts即可。由于上述特點(diǎn)，msk信號(hào)在幅度和頻帶受限時(shí)能量損失不大，對(duì)信噪比性能影響較小；盡管msk有很多突出優(yōu)點(diǎn)，但是在一些對(duì)信號(hào)帶外功率限制是十分嚴(yán)格的場(chǎng)合，比如移動(dòng)通信中，信號(hào)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(duì)上述要求提出了gmsk調(diào)制方法。2. msk調(diào)制解調(diào)原理由msk信號(hào)的一般表達(dá)式可得： （12）將

21、帶入（12）可得 （13）式（13）為msk信號(hào)的正交表示形式。輸入二進(jìn)制序列經(jīng)差分編碼和串并變換后，i支路經(jīng)cos（t/2ts）加權(quán)調(diào)制和同相載波coswct相乘后輸出同相分量xi(t)。q支路先延時(shí)ts，經(jīng)sin（t/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)。msk信號(hào)的解調(diào)可以用相干解調(diào)，非相干解調(diào)或者差分解調(diào)。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：圖7 msk相干解調(diào)原理框圖在式（13）中，令則可表示為： （14）經(jīng)過平方電路后變?yōu)椋?（15）求解上式時(shí)，設(shè)，因此有： （

22、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： （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(gè)鎖相環(huán)輸出的信號(hào)再經(jīng)乘法器相乘后得到： （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。接收的msk信號(hào)與相干載波相乘后有： （22） （23）經(jīng)過低通后i支路和q支路輸出分別為：,在時(shí)，；在時(shí)，。所以，經(jīng)過交替門以后就可以恢復(fù)出差分?jǐn)?shù)據(jù)，再經(jīng)過差分譯碼即可恢復(fù)原來的輸入數(shù)據(jù)。（四）高斯濾波最小頻移鍵控gmsk1. gm

23、sk概述為了進(jìn)一步改善msk的頻譜特性，有效的辦法是對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行平滑處理，使調(diào)制后的信號(hào)相位在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻不僅連續(xù)而且變化平滑,從而達(dá)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(jiǎn)稱gmsk）就是利用高斯低通濾波器對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行這種預(yù)處理的。gmsk作為一種高效的調(diào)制技術(shù)，是從oqpsk，msk調(diào)制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種數(shù)字調(diào)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(shí)現(xiàn)起來更簡(jiǎn)單，抗干擾能力更強(qiáng)。其特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流送交頻率調(diào)制器前先通過一個(gè)gauss濾波器（預(yù)調(diào)制濾波器）進(jìn)行預(yù)調(diào)

24、制濾波，以減小兩個(gè)不同頻率的載波切換時(shí)的跳變能量，使得在相同的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)頻道間距可以變得更緊密，因此gmsk信號(hào)比msk信號(hào)具有更窄的帶寬。由于數(shù)字信號(hào)在調(diào)制前進(jìn)行了gauss預(yù)調(diào)制濾波，調(diào)制信號(hào)在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù)，而且平滑過濾。gmsk調(diào)制的信號(hào)頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛使用。本文主要研究gmsk調(diào)制技術(shù)在數(shù)字通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要目的在于通過本文的研究，深入地了解gmsk調(diào)制技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)仿真完成gmsk的調(diào)制解調(diào)方案設(shè)計(jì)論證。2. gmsk調(diào)制解調(diào)原理gmsk信號(hào)是在msk調(diào)制信號(hào)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，msk信號(hào)可以看成是調(diào)制指數(shù)為0.5的連續(xù)相位fsk信號(hào)

25、。盡管msk它具有包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、相對(duì)較窄的帶寬和能相干解調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，但它不能滿足某些通信系統(tǒng)對(duì)帶外輻射的嚴(yán)格要求。為了壓縮msk信號(hào)的功率譜，在msk調(diào)制前增加一級(jí)預(yù)調(diào)制濾波器，從而有效的抑制了信號(hào)的帶外輻射。預(yù)調(diào)制濾波器應(yīng)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(yīng)的過沖量較小，防止調(diào)制器產(chǎn)生不必要的瞬時(shí)頻偏；（3）輸出脈沖響應(yīng)曲線的面積應(yīng)對(duì)應(yīng)于1/2的相移量，使調(diào)制指數(shù)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濾波器。數(shù)據(jù)通過高斯濾波器，然后進(jìn)行msk調(diào)制，濾波器的帶寬由時(shí)間帶寬常數(shù)bt決定。在沒有載波漂移以及鄰道的帶外輻射功率

26、相對(duì)與總功率小于60db的情況下，選擇bt0.28比較適合于常規(guī)的（ieee定義頻段為3001000mhz）移動(dòng)無線通信系統(tǒng)。預(yù)制濾波器的引入使得信號(hào)的頻譜更為緊湊，但是它同時(shí)在時(shí)域上展寬了信號(hào)脈沖，引入了碼間干擾（isi），具體的說，預(yù)調(diào)制濾波器使得脈沖展寬，使得波形在時(shí)域上大于碼元時(shí)間t。因此，有時(shí)候?qū)msk信號(hào)歸入部分響應(yīng)信號(hào)。高斯低通濾波器的脈沖響應(yīng)h(t)可以表示為: （24）其中，b是濾波器的3db帶寬。gmsk調(diào)制信號(hào)為： （25） （26） （27）其中dn為發(fā)送信號(hào)序列，eb為碼元能量，tb為符號(hào)周期，l為高斯濾波沖擊響應(yīng)長(zhǎng)度，hg(t)為預(yù)高斯成型函數(shù)，b為高斯濾波器的3

27、db帶寬，w0為載波頻率，為載波相位。對(duì)于btb=0.3,l=4,h=0.5的gmsk調(diào)制其基帶信號(hào)可以表示為： （28）其中， （29） （30）其中ak,n為系數(shù)。c0(t)的能量占gmsk信號(hào)能量的99.83%，對(duì)于更大的btb,c0(t)項(xiàng)所占的比重將更大，故可以忽略sb(t)后半部分，gmsk基帶信號(hào)近似表示為： （31） （32）其中，的頻率響應(yīng)。gmsk調(diào)制方式如圖8所示：圖8 gmsk調(diào)制原理框圖高斯濾波器的輸出脈沖經(jīng)msk調(diào)制得到gmsk信號(hào)，其相位路徑由脈沖的形狀決定。由于高斯濾波后的脈沖無陡峭沿，也無拐點(diǎn)，因此，相位路徑得到進(jìn)一步平滑，如圖9所示：圖9 gmsk相位路徑實(shí)

28、現(xiàn)gmsk調(diào)制的關(guān)鍵是濾波器的設(shè)計(jì)。為了方便gmsk的解調(diào)，在調(diào)制之前需要對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行差分預(yù)編碼。設(shè)輸入數(shù)據(jù)di=0,1 （33）其中代表模2加， （34）將差分編碼之后的不歸零數(shù)據(jù)ai，通過高斯低通濾波器和vco，既可輸出gmsk調(diào)制信號(hào)。高斯預(yù)調(diào)制濾波器的傳遞函數(shù)為： （35）式中。bb是濾波器的3db帶寬，bbtb為系統(tǒng)中可變常數(shù)，bbtb取的小，能夠使調(diào)制后的帶寬變窄，但會(huì)引起碼間干擾。當(dāng)bbtb=時(shí)即為msk調(diào)制。高斯預(yù)調(diào)制濾波器的沖擊響應(yīng)函數(shù)為： （36）式中。高斯預(yù)調(diào)制濾波器的矩形脈沖響應(yīng)為： （37）其中函數(shù) 將式（36）代入（37），得到： （38）式中，。在歐洲gsm標(biāo)準(zhǔn)

29、中，信道傳輸速率為： （39）根據(jù)式（39）可得到gmsk信號(hào)的表達(dá)式為： （40）二、基于matlab的數(shù)字調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)前面已對(duì)msk和gmsk調(diào)制原理的做了詳細(xì)介紹，下面對(duì)這兩種調(diào)制技術(shù)進(jìn)行仿真和性能比較。仿真實(shí)驗(yàn)的工具采用matlab中的simulink模塊庫，它是一個(gè)交叉式操作的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析的軟件包，包括一個(gè)復(fù)雜的由接收器、信號(hào)源、線性和非線性組件以及連接組成的模塊庫，當(dāng)然也可定制或者創(chuàng)建用戶自己的模塊。simulink在各個(gè)領(lǐng)域的仿真都得到了廣泛的應(yīng)用。本節(jié)要應(yīng)用通信仿真模塊庫（communications blocks）對(duì)msk、gmsk調(diào)制方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。然后用m語

30、言編程，實(shí)現(xiàn)gmsk的正交調(diào)制和1比特差分解調(diào)，對(duì)gmsk調(diào)制性能進(jìn)行具體分析。（一）matlab簡(jiǎn)介矩陣實(shí)驗(yàn)室（matlab: matrix laboratory）是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式的程序語言。與其它計(jì)算機(jī)語言相比，具有簡(jiǎn)潔和智能化程度高的特點(diǎn)，而且適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習(xí)慣，因而用其編程和調(diào)試，可以大大提高工作的效率。matlab 最重要的特征是它擁有解決特定應(yīng)用問題的程序組，也就toolbox，如信號(hào)處理工具箱、控制系統(tǒng)工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱、模糊邏輯工具箱、通信工具箱和數(shù)據(jù)采集工具箱等許多專用工具箱。其次，matlab 的開放性也是其受歡迎的重要特點(diǎn)之一。除內(nèi)部函

31、數(shù)外，所有的matlab主包文件和各工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可以通過對(duì)源文件進(jìn)行修改和加入自己編寫的文件去構(gòu)建新的專用工具箱。作為 matlab 擴(kuò)展功能的simulink 軟件包，是一個(gè)集成在matlab 中的集建模、仿真和系統(tǒng)分析為一體的軟件包，它具有相對(duì)獨(dú)立的功能和使用方法。利用simulink，設(shè)計(jì)人員可以建立起一套直觀完整的模型圖，并依據(jù)所描述的系統(tǒng)模型的數(shù)學(xué)關(guān)系對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。其中包含有matlab 函數(shù)simulink 仿真模塊，形成一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊的集合體，用來進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。通信工具箱中的模塊可供直接使用，并允許修改，使用起來十

32、分方便，因而完全可以滿足使用者設(shè)計(jì)和運(yùn)算的需要。本文研究應(yīng)用通信仿真模塊庫（communications blocks）對(duì)msk、gmsk調(diào)制方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。（二）gmsk調(diào)制性能與msk調(diào)制的性能比較1. 仿真建模在評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)的質(zhì)量時(shí)，往往要涉及通信系統(tǒng)傳輸?shù)挠行院涂煽啃?。?duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)，有效性和可靠性實(shí)際上是傳輸速率和差錯(cuò)率。根據(jù)傳輸速率的不同，差錯(cuò)率也有兩種表述方法，即誤碼率和誤信率（誤比特率）。本實(shí)驗(yàn)選用誤碼率作為衡量通信系統(tǒng)性能的參數(shù)。根據(jù)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，在simulink模塊庫找出相應(yīng)的模塊，即基帶信號(hào)源、msk調(diào)制/解調(diào)模塊、功率譜分析模塊、加性高斯白噪聲awgn

33、（additive white gaussian noise）模塊以及誤碼率統(tǒng)計(jì)（error rake calculation）模塊，建立仿真模型如圖10所示：圖10 msk基帶調(diào)制仿真系統(tǒng)同理可以建立gmsk調(diào)制/解調(diào)模型，如圖11所示：圖11 gmsk基帶調(diào)制仿真系統(tǒng)2. 仿真測(cè)試參數(shù)設(shè)置如下：（1）相同的信號(hào)源（伯努利隨即二進(jìn)制發(fā)生器），具體模塊參數(shù)設(shè)置：0出現(xiàn)的概率為0.5、初始化種子12345、采樣時(shí)間0.01、每幀取樣數(shù)10。（2）相同的頻譜儀，具體模塊參數(shù)設(shè)置：緩存長(zhǎng)度1024、緩存交疊512、fft的長(zhǎng)度1024。（3）msk調(diào)制、解調(diào)模塊，具體模塊參數(shù)設(shè)置：輸入類型為bi。（

34、4）t每符號(hào)采樣數(shù)16、解調(diào)器中的跟蹤反饋長(zhǎng)16。（5）gmsk調(diào)制、解調(diào)模塊，具體模塊參數(shù)設(shè)置：輸入類型為bit、bt乘積為0.3、符號(hào)間隔為4、每符號(hào)采樣數(shù)為16。（6）相同的信道環(huán)境，具體參數(shù)設(shè)置：mode模式為snr、snr信噪比為-6db。首先，matlab環(huán)境下運(yùn)行msk仿真框圖，得到msk調(diào)制信號(hào)的頻譜如圖12所示：圖12 基帶msk調(diào)制信號(hào)的頻譜其次，matlab環(huán)境下運(yùn)行g(shù)msk仿真框圖，得到gmsk調(diào)制信號(hào)的頻譜如圖13所示:圖13 基帶gmsk調(diào)制信號(hào)的頻譜對(duì)比gmsk、msk調(diào)制性能。運(yùn)行myfun1進(jìn)行仿真，計(jì)算不同信噪比下的兩種調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率，如圖14所示：圖14

35、 gmsk與msk調(diào)制性能比較從仿真結(jié)果來看，msk數(shù)字調(diào)制優(yōu)于gmsk數(shù)字調(diào)制，但是gmsk數(shù)字調(diào)制的頻譜在主瓣以外衰減得更快，且鄰路干擾小，因此在要求信號(hào)帶外輻射功率限制嚴(yán)格的移動(dòng)通信中，選擇gmsk更佳。（三）基于matlab的gmsk調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)在matlab中用m語言編程采用正交調(diào)制和1比特差分解調(diào)實(shí)現(xiàn)gmsk調(diào)制解調(diào)。函數(shù)分模塊依次實(shí)現(xiàn)隨即雙極性二進(jìn)制序列的產(chǎn)生，生成所需的高斯低通濾波器，產(chǎn)生基帶調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)差分編碼進(jìn)行差分解調(diào)，計(jì)算調(diào)制相位，然后對(duì)相位分別取正弦和余弦得到同相路和正交路調(diào)制信號(hào)。參數(shù)設(shè)置為：隨機(jī)產(chǎn)生4096比特的數(shù)字信號(hào)；輸入比特率為32kbit/s；載波頻率為

36、32khz,每載波周期采樣點(diǎn)64點(diǎn)；高斯濾波器參數(shù)bbtb=0.5;awgn信道，1比特差分解調(diào)。圖15為隨機(jī)基帶信號(hào)及其相位變化波形，圖16為gmsk信號(hào)波形，圖17為一比特差分解調(diào)過程中的波形，圖18為解調(diào)信號(hào)與原信號(hào)的比較。從圖15可以看出，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻gmsk信號(hào)的相位是平滑的，這是改善gmsk頻譜特性所必要的，仿真結(jié)果與理論一致。圖15 隨機(jī)基帶信號(hào)及其相位變化波形得到相位(t)后分別去整、余弦得到同相和正交兩路基調(diào)制信號(hào)，它們分別和同相載波coswct、正交載波sinwct相乘便得到同相、正交兩路已調(diào)信號(hào)，兩者合并得到gmsk信號(hào)，圖16為合并后的gmsk信號(hào)波形圖：圖16 gmsk信號(hào)波形接受到gmsk信號(hào)后，采用1比特差分解調(diào)算法對(duì)其解調(diào)。下圖17為gmsk信號(hào)延遲1比特移相/2的波形以及它與原gmsk信號(hào)相乘和經(jīng)過低通濾波后的波形，經(jīng)過低通濾波后在碼元結(jié)束時(shí)刻抽樣判決即可恢復(fù)原始數(shù)字信號(hào)。圖17 1比特差分解調(diào)過程中的波形圖18 抽樣判決信號(hào)和恢復(fù)的信號(hào)波形圖18是抽樣判決信號(hào)和恢復(fù)的信號(hào)波形，在抽樣判決時(shí)，起初恢復(fù)的信號(hào)與原信號(hào)差別較大，誤碼率較高，仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)是判決門限設(shè)置不合適，經(jīng)多次調(diào)試，選擇合適的判決門限后發(fā)現(xiàn)1比特差分解調(diào)算法完全能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)gmsk信號(hào)的正確解調(diào)，而且性能良好，