GMSK調(diào)制及相干解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握GMSK的調(diào)制與相干解調(diào)的方法2、熟悉SystemView仿真軟件的使用方法，會使用SystemView分析解決問題二、實(shí)驗(yàn)原理在討論GMSK調(diào)制之前，首先應(yīng)討論MSK調(diào)制。MSK和GMSK就是兩種在移動通信中常用的恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)?！惨弧匙钚☆l移鍵控〔MSK〕最小頻移鍵控〔MinimumShiftKeying〕是二進(jìn)制連續(xù)相位FSK〔CPFSK〕的一種特例，它能夠產(chǎn)生恒定包絡(luò)、連續(xù)相位信號，具有正交信號的最小頻率間隔，在相鄰碼元交界處相位連續(xù)。所謂“最小〞是指這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)(0.5)獲得正交信號；而“快速〞是指在給定同樣的頻帶內(nèi)，MSK能比2PSK的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量要比2PSK衰減的快。1、MSK信號的時(shí)域表達(dá)式為式中，表示載波頻率；A表示已調(diào)信號振幅；表示碼元寬度；表示第個(gè)碼元中的信息，其取值為；表示直到時(shí)的累積〔記憶〕相位值。2、MSK信號具有如下特點(diǎn)：〔1〕已調(diào)信號的振幅是恒定的；〔2〕信號的頻率偏移嚴(yán)格地等于，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)；〔3〕以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個(gè)碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化；〔4〕在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻信號的相位是連續(xù)的，或者說，信號的波形沒有突跳。3、MSK信號的調(diào)制與解調(diào)方法：由于，故MSK信號也可以看作是由兩個(gè)彼此正交的載波與分別被函數(shù)與進(jìn)行振幅調(diào)制而合成的。因而故MSK信號可表示為式中，等號后面的第一項(xiàng)為哪一項(xiàng)同相分量，也稱分量；第二項(xiàng)是正交分量，也稱分量。和稱為加權(quán)函數(shù)〔或稱調(diào)制函數(shù)〕。是同相分量的等效數(shù)據(jù)，是正交分量的等效數(shù)據(jù)，它們都與原始輸入數(shù)據(jù)有確定的關(guān)系。令，代入式〔〕可得式中，。根據(jù)上式，可構(gòu)成一種MSK調(diào)制器，其方框圖如圖1-1所示。圖1-1MSK調(diào)制器的方框圖MSK信號的解調(diào)與FSK信號相似，可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)。圖1-2給出了一種采用延時(shí)判決的相干解調(diào)原理方框圖。圖1-2MSK信號相干解調(diào)原理方框圖〔二〕高斯最小頻移鍵控〔GMSK〕由以上討論可以看出，MSK調(diào)制方式的突出優(yōu)點(diǎn)是信號具有恒定的振幅及信號的功率譜密度在主瓣以外衰減較快。然而，在一些通信場合〔例如移動通信〕，對信號帶外輻射功率的限制是十分嚴(yán)格的，比方，必須衰減70~80dB以上。MSK信號仍不能滿足這樣苛刻的要求。高斯最小頻移鍵控〔GMSK〕方式就是針對上述要求提出的。GMSK是在MSK調(diào)制器之前參加一高斯低通濾波器。也就是說，用高斯低通濾波器作為MSK調(diào)制的前置濾波器，如圖1-3所示。圖中的高斯低通濾波器必須能滿足以下要求：〔1〕帶寬窄，且是銳截止的；〔2〕具有較低的過沖脈沖響應(yīng)；〔3〕能保持輸出脈沖的面積不變。以上要求分別是為了抑制高頻成分、防止過量的瞬時(shí)頻率偏移以及進(jìn)行相干解調(diào)所需要的。GMSK信號的調(diào)制與MSK信號完全相同。圖1-3GMSK調(diào)制的原理框圖圖1-4給出了GMSK信號的功率譜密度。圖1-4GMSK信號的功率譜密度圖中，參變量為高斯低通濾波器的歸一化3dB帶寬與碼元長度的乘積。的曲線是MSK信號的功率譜密度。由圖可見，GMSK信號的頻譜隨著值的減小變得緊湊起來。需要指出，GMSK信號頻譜特性的改善是通過降低誤比特率性能換來的。前置濾波器的帶寬越窄，輸出功率譜密度就越緊湊，誤比特率性能變得越差。歐洲數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)中采用了的GMSK。本實(shí)驗(yàn)也采用了。三、實(shí)驗(yàn)步驟根據(jù)GMSK的調(diào)制與解調(diào)框圖，在SystemView中搭建如下系統(tǒng)：圖1-5GMSK調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真電路圖在圖1-5中，圖標(biāo)46為偽隨機(jī)序列發(fā)生圖標(biāo)，作為系統(tǒng)的信源。圖標(biāo)49、50、51和52、53、54分別組成I、Q支路的串并轉(zhuǎn)換單元。圖標(biāo)102、103為高斯濾波器。圖標(biāo)59提供f=1/4T的正弦波與余弦波，分別經(jīng)乘法器57、58與原信號相乘。圖標(biāo)62提供高頻載波，經(jīng)過乘法器60、61完成GMSK信號I、Q的調(diào)制。調(diào)制好的信號經(jīng)加法器63進(jìn)行合并，得到最終的GMSK信號。把調(diào)制好的信號經(jīng)信道傳播后送入解調(diào)器。圖標(biāo)67提供f=1/4T的正弦波與余弦波，分別經(jīng)乘法器65、66與已調(diào)信號相乘。圖標(biāo)104為科斯塔斯環(huán)，捕獲高頻載波，經(jīng)過乘法器68、69完成相干解調(diào)。然后再通過低通濾波器71、72去除高頻分量。再經(jīng)過73、74進(jìn)行抽樣，再通過77、78進(jìn)行比擬判決。經(jīng)抽樣保持以后在進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，最終將兩路信號送入加法器85進(jìn)行合并，得到解調(diào)信號。最后經(jīng)過示波器99進(jìn)行觀察，并與原始輸入信號進(jìn)行比擬。表1-1GMSK調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真電路圖標(biāo)參數(shù)設(shè)置圖標(biāo)序號圖標(biāo)名稱參數(shù)設(shè)置46信號源庫，偽隨機(jī)PN序列發(fā)生器Amp=1V,Offset=0V,Rate=10Hz,Levels=2,Phase=0102、103算字庫，高斯濾波器,NumberofFIRTaps=5149、53、73、74、75算字庫，采樣器Rate=5Hz51、52、100、101、84算字庫，時(shí)間延遲Ds57、58、60、61、65、66、68、69、81、82乘法器無59、67信號源庫，正弦波發(fā)生器Amp=1V,Fre=2.5Hz,Phase=062信號源庫，正弦波發(fā)生器Amp=1V,Fre=100Hz,Phase=063、85加法器無71、72算字庫，低通濾波器LowCutoff=6Hz76信號源庫，階躍信號發(fā)生器Amp=0V,StartTime=0s,Offset=0V77、78算字庫，邏輯比擬器SelectComparison=a>=b,TureOut=1VFalseOut=-1V83信號源庫，方波脈沖序列發(fā)生器Amp=1V,Offset=0V,Rate=5Hz,PulseWidh=0.1s,Phase=0104通信庫，科斯塔斯環(huán)VCOFreq=100Hz,VCOPhase=0,ModGain=1Hz/v實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：原始信號與解調(diào)信號的比擬：運(yùn)行該系統(tǒng)，分別觀察原始輸入信號與解調(diào)出的信號，如圖1-6所示：圖1-6原始信號、GMSK信號與解調(diào)出的信號波形通過比照波形我們可以看出該系統(tǒng)可以正確解調(diào)出信號，與原始波形相比擬是一致的，只不過稍有延遲。在上圖并未顯示出波形延遲是因?yàn)樵驾斎霐?shù)據(jù)經(jīng)過一定的延遲以后再送入示波器進(jìn)行觀測的，這樣便于原始信號與解調(diào)信號進(jìn)行比擬。頻譜特性：為了表達(dá)GMSK信號比MSK信號具有更多的優(yōu)越性，特搭建了另外一套MSK調(diào)制與相干解調(diào)的系統(tǒng)，與GMSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)相比少了高斯濾波器，而其余的參數(shù)均保持一致。如以下圖：圖1-7MSK調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真電路圖二者的頻譜圖如圖1-8圖1-8