本科毕业设计GMSK调制与解调算法设计

GMSK调制与解调算法研究摘要：随着现代通信技术的发展，移动通信技术得到快速发展，许多优秀的调制技术应运而生，其中高斯最小频移键控（GMSK）技术是无线通信中比较突出的一种二进制调制方法，它具有良好的功率谱特性和较好的抗干扰性能，特别适用于无线通信和卫星通信，目前，很多通信标准都采用了GMSK技术，例如，GSM，DECT等。本文首先介绍了MSK的一般原理，接着对GMSK的调制原理和几种调制方法进行了阐述，然后，重点研究了GMSK的几种差分解调方法并进行了比较，最后用Matlab软件进行仿真及结果分析。关键词：高斯最小频移键控；调制；差分解调；MatlabIThestudyofGMSKmodulationanddemodulationalgorithmAbstract：Alongwiththedevelopmentofthecommunicationtechnology,themobilecommunicationtechnologyhasbeendevelopingrapidly.Alotofexcellentmodulationtechnologyhasemergedasthetimesrequire,GaussianMinimumfrequencyshiftkeying（GMSK）isoneofthemostoutstandingtechnologyinradiocommunication.Itisespeciallyusedinradioandsatellitecommunicationforitsnicespectrumcharacteristicandanti-jammingcapability.Atpresent,manycommunicationsystemhasemployedtheGMSK,forinstance,theGSM,DECT.Inthispaper,theMSKwhichisthebaseofGMSKwasintroducedfirstly,andthenthemodulationprincipleandmethodsofGMSKwasanalyzed,andtheseveraldifferentiallydemodulationmethodsofGMSKwasstudiedandcomparedemphatically,FinallyusingMatlabsoftwaresimulateandresultsanalysis.KeyWords：GaussianMinimumShiftKeying；Modulation；DifferentialDemodulation；MatlabII目录第一章绪论.......................................错误!未定义书签。1.1选题的依据及意义............................错误!未定义书签。1.2国内外研究现状及发展趋势....................错误!未定义书签。1.3本课题研究内容..............................错误!未定义书签。第二章MSK调制与解调原理...........................错误!未定义书签。2.1MSK的基本原理..............................错误!未定义书签。2.2MSK的调制解调原理..........................错误!未定义书签。第三章GMSK调制....................................错误!未定义书签。3.1GMSK调制的一般原理.........................错误!未定义书签。3.2GMSK信号的产生.............................错误!未定义书签。第四章GMSK解调....................................错误!未定义书签。4.1一比特差分检测..............................错误!未定义书签。4.2二比特差分检测..............................错误!未定义书签。第五章实验仿真结果及分析..........................错误!未定义书签。5.1GMSK调制与MSK调制的性能比较...............错误!未定义书签。5.2两种差分解调的误码率比较....................错误!未定义书签。5.3GMSK调制仿真实验图.........................错误!未定义书签。5.4一比特差分解调仿真波形......................错误!未定义书签。第六章总结......................................错误!未定义书签。参考文献(References)................................错误!未定义书签。致谢.............................................错误!未定义书签。2第一章绪论1.1选题的依据及意义调制是移动通信系统中提高通信质量的一项关键技术，调制是为了使信号特性与信道特性相匹配。现代移动通信系统大多数使用的是数字调制技术，这主要是由于数字通信网建网灵活，并且数字加密技术便于集成化。因此，通信系统都在由模拟方式向数字方式转换，这也是移动通信的发展趋势。但是，一般的数字调制技术，如振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）等都无法满足移动通信的要求。因此，寻找性能优越的高效调制方式以适应现代移动通信的要求，一直是重要的研究课题。尽管MSK具有包络恒定、占用相对较窄的带宽和能进行相干解调的优点，并且功率谱在主瓣以外衰减较快。但是，在移动通信中，对信号带外辐射功率的限制十分严格，一般要求必须衰减70dB以上。由于MSK信号仍不能满足这样的要求，因此，针对上述要求，提出了高斯最小频移键控（GaussianFilteredMinimumShiftKeying，GMSK）。GMSK调制方式能满足移动通信环境下对邻道干扰的严格要求，它以其良好的性能而被泛欧数字蜂窝移动通信系统（GSM）所采用。数字调制解调技术是数字峰窝移动通信系统空中接口的重要组成部分。GMSK是从MSK(最小移频键控)发展起来的一种技术。MSK调制实际上是调制指数为0.5的二进制调频，具有包络恒定、占用相对较窄的带宽和能进行相干解调的优点。但是MSK的带外辐射较高，影响了频谱效率。为了抑制带外辐射、压缩信号功率，可在MSK调制器前加入预调制滤波器。GMSK调制是在MSK调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式[1]。1.2国内外研究现状及发展趋势随着现代通信技术的发展，移动通信技术得到快速发展，许多优秀的调制技术应运而生，其中GMSK技术是无线通信中比较突出的一种二进制调制方法，它具有良好的功率谱特性和较好的抗干扰性能，特别适用于无线通信和卫星通信，目前，很多通信标准都采用了GMSK技术，例如，GSM，DECT等[2]。l979年由日本国际电报电话公司提出的GMSK调制方式．有较好的功率频谱特性，较忧的误码性能，特别是带外辐射小，很适用于工作在VHF和UHF频段的移动通信系统，越来越引起人们的关注。在我国数字通信系统中,全数字接收机已经得到了广泛的应用。利用数字化方法设计通信系统中的调制解调技术是实际应用中的一项重要技术。最小高斯频移键控(GMSK)是一种典型的连续相位调制方式,具有包络恒定、频谱紧凑、抗干扰能力强等特点,可有效降低邻道干扰,提高非线性功率放大器的效率,已在移动通信(如GSM系统)、航天测控等场合得到广泛应用。31.3本课题研究内容在本论文中，首先介绍GMSK的基础MSK的基本原理，接着对GMSK的调制原理进行阐述，然后，重点研究了GMSK的差分解调，对解调中的一比特检测算法和二比特差分检测算法的解调性能进行对比，并用MATLAB软件对GMSK的调制解调进行了仿真，对仿真结果作了详细分析，最后进行论文总结。第二章MSK调制与解调原理2.1MSK的基本原理在一个码元时间Tb内，CPFSK信号可表示为[3-4]sCPFSK(t)=Acos[ct+(t)]（2.1）当(t)为时间连续函数时，已调波在所有时间上是连续的。若传0码时载频为1，传1码时载频为2，它们相对于未调载频c的偏移为，则式（2.1）又可写为sCPFSK(t)=Acos[ctt(0)]（2.2）其中2212210（2.3）比较式（2.1）和式（2.2）可以看出，在一个码元时间内，相角(t)为时间的线性函数，即(t)=t(0)（2.4）式中，(0)为初相角，取决于过去码元调制的结果。它的选择要防止相位的任何不连续性。对于FSK信号，当2Tb=nπ（n为整数）时，就认为它是正交的。为了提高频带利用率，要小，当n=1时，达到最小值，这时有Tb=2（2.5）或者2fTb=h21（2.6）4其中，h称为调制指数。由式（2.6）看出，频偏f=1/（4Tb）；频差2f=1/（2Tb），它等于码元速率的一半，这是最小频差。所谓的最小频移键控（MSK），正是取调制指数h=0.5，在满足信号正交的条件下，使频移f最小。利用式（2.5）和式（2.6），式（2.4）又可写为(t)=02ttb（2.7）为了方便，假定(0)=0，同时假定“+”号对应于1码，“—”号对应于0码。当0t时，在几个连续码元时间内，(t)的可能值示于图2.1中。传1码时，相位增加π/2；传0码时，相位减少π/2。当t=Tb时，式（2.7）可写为码时，传码时，传02120bT（2.8）图2.1MSK信号相位轨迹图2.1中正斜率直线表示传1码时的相位轨迹，负斜率直线表示传0码时的相位轨迹。这种由可能的相位轨迹构成的图形称为相位网格图。在每一码元时间内，相对于前一码元载波相位不是增加π/2，就是减少π/2。在Tb的奇数倍上取π/2两个值，偶数倍上取0、π两个值。例如，图中粗线路径所对应的信息序列为11010100。若将式（2.7）扩展到多个码元时间上，则可写为5kkbPTtt2（2.9）其中，Pk为二进制双极性码元，取值为1；k为截矩，其值为π的整数倍，即nk；k为整数。这表明，MSK信号的相位是分段线性变化的，同时在码元转换时刻相位仍是连续的，所以有)()(1bkbkkTkT或者211kPPkkkk（2.10）现在，将式（2.9）代入式（2.1），便可写出MSK波形的表达式kkbcMSKPTttAts2cos)(（2.11）利用三角等式并注意到0sink，有ttqttiAtTtatTttaAtscccbQcbIMSKsin)(cos)(cossin2sincos2cos)(（2.12）其中，。kkqkibqbiPtataTttatqTttaticos)(;cos)(;2sin)()(;2cos)()(式（2.12）即为MSK信号的正交表示形式，其同相分量ttitxcicos)()(也称为i支路；其正交分量为ttqtxcqsin也称为q支路；bTt2sin称为加权函数。下面我们简要讨论一下MSK信号的功率谱。对于由式（2.11）定义的MSK信号，其单边功率谱密度可表示为6]2[cos])(161[8)(22222bcbcbMSKTffTffTfP）（（2.13）根据式（2.13）画出MSK信号的归一化功率谱密度如图2.2所示。为