GMSK调制解调与实验结果

1一、实验目的1、掌握GMSK调制解调原理。2、理解GMSK的优缺点。二、实验内容1、观察GMSK调制过程中各信号波形。2、观察GMSK解调过程中各信号波形。三、预备知识1、GMSK调制解调的基本原理。2、GMSK调制解调部分的工作原理及电路说明。四、实验器材1、移动通信原理实验箱一台2、20M双踪示波器一台五、实验原理1、GMSK调制原理GMSK调制方式，是在MSK调制器之前加入一个基带信号预处理滤波器，即高斯低通滤波器，由于这种滤波器能将基带信号变换成高斯脉冲信号，其包络无陡峭边沿和拐点，从而达到改善MSK信号频谱特性的目的。基带的高斯低通滤波平滑了MSK信号的相位曲线，因此稳定了信号的频率变化，这使得发射频谱上的旁瓣水平大大降低。实现GMSK信号的调制，关键是设计一个性能良好的高斯低通滤波器，它必须具有如下特性：①有良好的窄带和尖锐的截止特性，以滤除基带信号中多余的高频成分。②脉冲响应过冲量应尽量小，防止已调波瞬时频偏过大。③输出脉冲响应曲线的面积对应的相位为π/2，使调制系数为1/2。以上要求是为了抑制高频分量、防止过量的瞬时频率偏移以及满足相干检测所需要的。图2.2-1描述出了GMSK信号的功率谱密度。图中，横坐标的归一化频率（cff）ST，纵坐标为谱密度，参变量SbTB为高斯低通滤波器的归一化3dB带宽bB与码元长度ST的乘积。SbTB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SbTB值的减小变得紧凑起来。需要说明的是，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，输出功率谱就越紧凑，误比特率性能变得越差。不过，0-20-40-60-80-100-120)(MSKTBSb0.50.300.51.01.52.02.5频谱密度（dB）ScTff)(归一化频率0.160.200.25图1－6GMSK信号的功率谱密度图2.2-1GMSK信号的功率谱密度2当25.0SbTB时，误比特率性能下降并不严重。在本实验中，不采用硬件构成高斯低通滤波器进行调制的方法，而是将GMSK的所有组合波形数据（高斯滤波后的）计算出来，然后将得到的数据输入EEPROM中，最后通过数据（kI、kQ）进行寻址访问，取出相应的GMSK成形信号。GMSK同样可以采用MSK的原理框图，其区别在于输出的成形信号要比MSK输出的成形信号多六种（MSK只有波形1、波形5），如图2.2-2所示：波形8波形7波形6波形5波形1波形4波形3波形2A类B类110000011010101111100001图2.2-2GMSK成形信号在GMSK调制中，成形信号取出原理为：由于成形信号有八种波形选择，因此当前数据取出的成形信号不仅与它的前一位数据有关，也与它的后一位数据有关。所以只要知道前一数据用的波形是A类还是B类，然后通过连续三个数据之间相同或不同的关系就可确定当前数据的波形。例如假设前一位数据用的是A类波形，如果当前的数据与前一位数据不相同就采用波形2或波形3，当前数据与下一位数据相同，则可确定当前数据用波形2。2、GMSK解调原理GMSK解调原理同MSK解调原理一致。六、实验步骤1、BbTs=0.3的GMSK调制实验①将“调制类型选择”拨码开关拨为01000000、0001，则调制类型选择为BbTs=0.3的GMSK调制。②分别观察差分编码“／NRZ”波形，并由此串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。并同MSK调制比较。③分别观察“I路成形”信号波形、“Q路成形”信号波形、“I路调制”同相调制信号波形、“Q路调制”正交调制信号波形、“调制输出”波形，并同MSK调制比较。④用示波器观察“I路成形”信号、“Q路成形”信号的X-Y波形（即星座图）。2、BbTs=0.5的GMSK调制实验①将“调制类型选择”拨码开关拨为00100000、0001，则调制类型选择为BbTs=0.5的GMSK调制。②分别观察差分编码“／NRZ”波形，并由此串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形，并同BbTs=0.3的GMSK调制比较。③分别观察“I路成形”信号波形、“Q路成形”信号波形、“I路调制”同相调制信号波形、“Q路调制”正交调制信号波形、“调制输出”波形，并同BbTs=0.3的GMSK调制比较。3④用示波器观察“I路成形”信号、“Q路成形”信号的X-Y波形（即星座图）。说明1：如果在步骤②、③中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。3、BbTs=0.3的GMSK解调实验①将“调制类型选择”拨码开关拨为01000000、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为01000000、0100，则解调类型选择为BbTs=0.3的GMSK解调。②分别观察“I路解调”信号波形、“Q路解调”信号波形、“I路滤波”信号波形、“Q路滤波”信号波形。③分别观察解调的“DI”、“DQ”两路数据波形，由此并/串转换得到的差分编码“／NRZ”波形，并观察解调“NRZ”的波形，同调制“NRZ”的波形相比。4、BbTs=0.5的GMSK解调实验①将“调制类型选择”拨码开关拨为00100000、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为00100000、0100，则解调类型选择为BbTs=0.5的GMSK解调。②分别观察“I路解调”信号波形、“Q路解调”信号波形、“I路滤波”信号波形、“Q路滤波”信号波形。③分别观察解调的“DI”、“DQ”两路数据波形，由此并/串转换得到的差分编码“／NRZ”波形，并观察解调“NRZ”的波形。说明2：如果发现解调输出波形不正确，请按下“解调复位”键后继续观察。七、实验思考题1、GMSK调制与MSK调制有何不同？2、请分析GMSK调制中的BbTs系数？八、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出GMSK分别在调制解调中的各测量点的波形图。3、画出GMSK在调制解调中的X-Y波形图（即星座图）。4、对实验思考题加以分析，并画出原理图。六、[实验结果]1、“NRZ”和“/NRZ”码的调制与解调波形“NRZ”和“/NRZ”码的调制“NRZ”和“/NRZ”码的解调2、DI路与I路成型波4DI路与I路成型波I路成型波与调制3、DQ路与Q路成型波DQ路与Q路成型波Q路成型波与调制4、I路形成与I路调制I路形成与I路调制I路滤波和解调5、Q路形成与Q路调制Q路形成与Q路调制Q路滤波和解调6、Q路形成与I路形成5结论整个专业课程设计中遇到的最大问题就是FFT频谱仪的参数设置及仿真参数的设置，总是solveroptions得选择时出问题，把握不好固定步长和可变步长的选择，以及固定步长时连续求解器的选择。经实践证明，GMSK的调制与解调因选择固定步长Fixed-step,由于传输的是数字信号，所以选择离散求解器（discretesolver）。设计中主要研究GMSK的调制特性，通过不同信噪比时的误码率绘制误码率曲线分析与比较为信号选择合适的调制、解调方式。尽管本设计能完成调制信号频谱、眼图及波形观察以及误码率曲线的绘制，但由于频谱仪参数设置方面的问题，使得频谱图与理想形态有所差别，有待改进。二周的专业课程设计让人受益匪浅，在要感谢我的指导老师和搭档，有他们的帮助才能顺利完成设计。参考文献[1]李贺冰.Simulink通信仿真教程.北京：国防工业出版社，2006年[2]樊昌信曹丽娜.通信原理.北京：国防工业出版社，2006年[3]StephenJ.ChapmanMATLAB编程.北京：科学出版社，2007年8月[4]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例.北京：清华大学出版社，2008年[5]移动通信实验指导书6