基于System View的GMSK调制解调报告

GMSK调制及相干解调系统的设计

一、实验目的

1、掌握GMSK的调制与相干解调的方法

2、熟悉System View仿真软件的使用方法，会使用System View分析解决问题 二、实验原理

在讨论GMSK调制之前，首先应讨论MSK调制。MSK和GMSK就是两种在移动通信中常用的恒包络连续相位调制技术。 （一）最小频移键控（ MSK）

最小频移键控（Minimum Shift Keying）是二进制连续相位FSK（CPFSK）的一种特例，它能够产生恒定包络、连续相位信号，具有正交信号的最小频率间隔，在相邻码元交界处相位连续。所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号；而“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。 1、MSK信号的时域表达式为

??aksMSK(t)?Acos?2?fct?(t?kTs)??k2Ts???,kTs?t?(k?1)Ts?

式中，

fc表示载波频率；

A 表示已调信号振幅；

Tsak表示码元宽度；

表示第k个码元中的信息，其取值为?1；

?2k?1?k??akk???表示直到(k?1)Ts时的累积（记忆）相位值。

1

2、MSK信号具有如下特点： （1）已调信号的振幅是恒定的；

（2）信号的频率偏移严格地等于?1/(4Ts)，相应的调制指数h?1/2； （3）以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内准确地线性变化??/2；

（4）在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说，信号的波形没有突跳。 3、MSK信号的调制与解调方法：

由于cos[2?fct??(t)]?cos?(t)cos2?fct?sin?(t)sin2?fct，故MSK信号也可以看作是由两个彼此正交的载波cos2?fct与sin而合成的。 已知

?(t)??ak2Tst?xk,ak??1,xk?0或?（mod2?）2?fct分别被函数cos?(t)与sin?(t)进行振幅调制

因而

?t?cos?(t)?cos()cosxk?2Ts???t??sin?(t)??aksin()cosxk?2Ts?

故MSK信号可表示为

???t?tsMSK(t)?A?cosxkcos()cos2?fct?akcosxksin()sin2?fct?2Ts2Ts??

kTs?t?(k?1)Ts

式中，等号后面的第一项是同相分量，也称I分量；第二项是正交分量，也称Q分量。cos[?t/(2Ts)]和sin[?t/(2Ts)]称为加权函数（或称调制函数）。cosxk是同相分

量的等效数据，?akcosxk是正交分量的等效数据，它们都与原始输入数据有确定的关系。令cosxk?Ik,?akcosxk?Qk，代入式（4.6.13）可得

2

???t?tsMSK(t)?A?Ikcos()cos?ct?Qksin()sin?ct?2Ts2Ts??

kTs?t?(k?1)Ts?2?fc

式中，?c。

根据上式，可构成一种MSK调制器，其方框图如图1-1所示。

Ik?Ikcos(?t/2Ts)cos(?t/2Ts)输入?Ikcos(?t/2Ts)cos?ctMSK信号相移90oak差分编码ck串/并变换振荡1f?4Ts延迟Ts振荡f?fc?带通滤波器sin(?t/2Ts)Qk?Qksin(?t/2Ts)?Qksin(?t/2Ts)sin?ct

图1-1 MSK调制器的方框图

MSK信号的解调与FSK信号相似，可以采用相干解调，也可以采用非相干解调。

图1-2给出了一种采用延时判决的相干解调原理方框图。

载波提取MSK信号[2iTs,2(i?1)Ts]?积分判决2(i?1)Ts(2i?1)Ts?积分判决数据[(2i?1)Ts,(2i?1)Ts]

图1-2 MSK信号相干解调原理方框图

（二）高斯最小频移键控（GMSK）

由以上讨论可以看出，MSK调制方式的突出优点是信号具有恒定的振幅及信号的功率谱密度在主瓣以外衰减较快。然而，在一些通信场合（例如移动通信），对信号带外辐射功率的限制是十分严格的，比如，必须衰减70~80dB以上。MSK

3

信号仍不能满足这样苛刻的要求。高斯最小频移键控（GMSK）方式就是针对上述要求提出的。

GMSK是在MSK调制器之前加入一高斯低通滤波器。也就是说，用高斯低通滤波器作为MSK调制的前置滤波器，如图1-3所示。图中的高斯低通滤波器必须能满足下列要求：

（1）带宽窄，且是锐截止的； （2）具有较低的过冲脉冲响应； （3）能保持输出脉冲的面积不变。

以上要求分别是为了抑制高频成分、防止过量的瞬时频率偏移以及进行相干解调所需要的。GMSK信号的调制与MSK信号完全相同。

输入前置滤波器MSK调制器输出

图1-3 GMSK调制的原理框图

图1-4给出了GMSK信号的功率谱密度。

0-20功率谱密度（dB）BbTs??(MSK)-40-60-80-1000.160.200.250.300.50-12000.51.01.52.0归一化频率(f?f0)Ts2.5

图1-4 GMSK信号的功率谱密度

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图中，参变量BbTs为高斯低通滤波器的归一化3dB带宽Bb与码元长度Ts的乘积。BbTs??的曲线是MSK信号的功率谱密度。由图可见，GMSK信号的频谱

随着BbTs值的减小变得紧凑起来。

需要指出，GMSK信号频谱特性的改善是通过降低误比特率性能换来的。前置滤波器的带宽越窄，输出功率谱密度就越紧凑，误比特率性能变得越差。欧洲数字蜂窝通信系统中采用了BbTs三、实验步骤

根据GMSK的调制与解调框图，在System View中搭建如下系统：

?0.3的GMSK。本实验也采用了BbTs?0.3。

图1-5 GMSK调制与相干解调系统仿真电路图

在图1-5中，图标46为伪随机序列发生图标，作为系统的信源。图标49、50、51和52、53、54分别组成I、Q支路的串并转换单元。图标102、103为高斯滤波器。图标59提供f=1/4T的正弦波与余弦波，分别经乘法器57、58与原信号相乘。图标62提供高频载波，经过乘法器60、61完成GMSK信号I、Q的调制。调制好的信号经加法器63进行合并，得到最终的GMSK信号。把调制好的信号经信道传播后送入解调器。图标67提供f=1/4T的正弦波与余弦波，分别经乘法器65、66与已调信号相乘。图标104为科斯塔斯环，捕获高频载波，经过乘法器68、69完成相干解调。然后再通过低通滤波器71、72去除高频分量。再经过73、74进行抽样，再通过77、78进行比较判决。经抽样保持以后在进行串

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