GMSK调制与非相干数字解调.docx

1、GMSK调制与非相干数字解调实验五 GMSK调制及相干解调实验一、实验目的1、了解GMSK调制原理及特性2、了解GMSK解调原理及特性3、了解载波在相干及非相干时的解调特性4、掌握MSK调制与GMSK调制的差别二、实验内容1、观察I、Q两路基带信号的特征及与输入NRZ码的关系。2、观察IQ调制解调过程中各信号变化。3、观察MSK调制及GMSK调制信号的区别。4、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。三、基本原理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

2、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：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。脉冲响应过冲量应尽量小，防止已调波瞬时频偏过大。输出脉冲响应曲线的面积对应的相位为/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。高斯低通滤波器的冲击响应为 式中，Bb为高斯滤波器的3dB带宽。该滤波器对单个宽度为Tb的矩形脉冲的响应为当BbTb取不同值时，

3、g(t)的波形如图5-1所示图5-1高斯滤波器的矩形脉冲响应GMSK的信号表达式为GMSK的相位路径如图5-2所示。从图5-1和5-2可以看出，GMSK是通过引入可控的码间干扰（即部分响应波形）来达到平滑相位路径的目的，它消除了MSK相位路径在码元转换时刻的相位转折点。从图中还可以看出，GMSK信号在一码元周期内的相位增量，不像MSK那样固定为u960X/2，而是随着输入序列的不同而不同。由式（5-4）可得尽管g(t)的理论是在t范围取值，但实际中需要对g(t)进行截短，仅取(2N+1)Ts区间，这样可以证明在码元变换时刻的取值( )( )s是有限的。这样我们就可以事先制作Cos（t）和Sin

4、（t）两张表，根据输入数据读出相应的值，再进行正交调制就可以得到GMSK信号，如图5-3所示图5-4描述出了GMSK信号的功率谱密度。图中，横坐标的归一化频率（ffc）Ts），纵坐标为谱密度，参变量BsTs为高斯低通滤波器的归一化3dB带宽Bs与码元长度Ts的乘积。BsTs= 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BsTs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，当时，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，

5、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（ 、IQ）进行寻址访问，取出相应的GMSK成形信号。四、System view 实验图模块介绍1，差分编码模块功能介绍：先对基带信号进行抽样，再通过异或门将当前信号Xn与前一信号Xn-1 进行异或，即差分编码。再通过保持器，采样器将信号保持。2，串并转换模块功能介绍:此模块将编码后的信号分成I ，Q两路分别进行调制，在I路先延迟采样，再压缩采样，保持，再通过高斯滤波器。Q路先压缩采样再延迟一个码元，再保持，高斯滤波器。其中I路的延迟采样和两路中的压缩采样保证了串并转换的实现。 而因为是G

6、MSK信号，所以必须通过高斯低通滤波器，来达到抑制高频分量，防止过量的瞬时频率偏移以及满足相干检测的目的。3，GMSK调制模块功能介绍：此模块中有两个信号发生源，第一个信号发生源产生基带信号的频率四分之一的信号，即f/4。用这个波来对I Q路信号通过乘法器分别进行调制。第二个时载波发生器，对信号继续进行调制。之后IQ路调制信号通过加法器合成GMSK调制信号，到此GMSK的调制就完成了。4，载波提取模块功能介绍：因为是非相干解调，不能直接提取载波，所以通过科斯特斯环提取载波来进行GMSK信号的解调。5，基带时延检波模块功能介绍：用1个码元的检波器输入信号的相位差，进行码判决。五、systemvi

7、ew 器件参数器件编号器件名称参数器件参数0伪随机序列1，幅度2频率3电平数4偏置5相位Token 0 Parameters: Source: PN Seq Amp = 1 v Offset = 0 v Rate = 10 Hz Levels = 2 Phase = 0 deg Max Rate = 400 Hz28，101，115，119，119，120，121，122，124，125，128分析Analysis Input from t0 Output Port 0 Max Input Rate = 400 Hz1，30，137，140采样器1，采样速率2，采样点时间宽度3，采样时间偏差O

8、perator: Sampler Non-Interp Right Rate = 10 Hz Aperture = 0 sec Aperture Jitter = 0 sec Max Rate = 10 Hz32增益1单位选择2，增益Operator: Gain Gain = 1 Gain Units = Linear Max Rate = 10 Hz31异或门1输出延时2输出真假3阈值Token 31 Parameters: Logic: XOR Gate Delay = 0 sec Threshold = 100e-3 v True Output = 1 v False Output =

9、-1 v Rise Time = 0 sec Fall Time = 0 sec Max Rate = 10 Hz5，6，34保持器1增益2选择保持两采样点之间的最后一个值或零Operator: Hold Last Value Gain = 1 Out Rate = 400 Hz Max Rate = 400 Hz2采样延迟1，延迟点数2初始化条件3图符属性Token 2 Parameters: Operator: Smpl Delay Delay = 1 samples = 100e-3 sec Attribute = Passive Initial Condition = 0 v Fill

10、 Last Register Output 0 = Delay t4 Output 1 = Delay - dT Max Rate (Port 0) = 10 Hz3，4抽样器压缩1，抽样系数Operator: Decimator Decimate By 2 Max Rate = 5 Hz107，144高斯滤波器Operator: Linear Sys Gaussian FIR Fc = 3 Hz Decimate By 1 Quant Bits = None Taps = 133 Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled Max Rate = 400

11、Hz72，73，74，94，95变量延迟1最小延迟2最小延迟控制3最大延迟4最大延迟控制5延迟类型Operator: Delay Non-Interpolating Delay = 100e-3 sec Output 0 = Delay t6 Output 1 = Delay - dT 8，9，13，14，87，88，96，97乘法器Multiplier: Non Parametric Inputs from 13 18 Outputs to 10 12010，99加法器Adder: Non Parametric Inputs from 8 9 Outputs to 128 142142带通滤

12、波器Operator: Linear Sys Butterworth Bandpass IIR 3 Poles Low Fc = 34 Hz Hi Fc = 46 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled102，103低通滤波器Operator: Linear Sys Butterworth Lowpass IIR 3 Poles Fc = 10 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled116科斯特斯环1vco频率2vco相位3vc

13、o调制增益4环路滤波器系数Comm: Costas VCO Freq = 40 Hz VCO Phase = 0 deg Mod Gain = 1 Hz/v Loop Fltr = 1 + 1/s + 1/s2 Output 0 = Baseband InPhase Output 1 = Baseband Quadrature Output 2 = VCO InPhase t87 Output 3 = VCO Quadrature t115 t88 133取负数Token 133 Parameters: Operator: Negate100缓冲器1输出延时2输出真假3阈值Logic: Buf

14、fer Gate Delay = 0 sec Threshold = 10e-3 v True Output = 1 v False Output = -1 v Rise Time = 0 sec Fall Time = 0 sec六，实验结果1，原NRZ码与解调NRZ码2，I路成型波与I路解调波3，Q路成型波与Q路解调波这是将基带信号按老师要求改成20Hz后的实验结果。4，这个是GMSK调制信号的频谱图，由图可知，该信号的频率在20Hz60Hz。5，这个是提取载波解调后的信号的频谱图。这两个图中的数据为修改各个滤波器的参数的来源。七，修改过程 参数修改如下图，其实红色字体为与原图参数不同，即

15、修改的参数器件编号器件名称参数器件参数0伪随机序列1，幅度2频率3电平数4偏置5相位Token 0 Parameters: Source: PN Seq Amp = 1 v Offset = 0 v Rate = 20Hz Levels = 2 Phase = 0 deg Max Rate = 400 Hz28，101，115，119，119，120，121，122，124，125，128分析Analysis Input from t0 Output Port 0 Max Input Rate = 400 Hz1，30，137，140采样器1，采样速率2，采样点时间宽度3，采样时间偏差Oper

16、ator: Sampler Non-Interp Right Rate = 20 Hz Aperture = 0 sec Aperture Jitter = 0 sec Max Rate = 20 Hz32增益1单位选择2，增益Operator: Gain Gain = 1 Gain Units = Linear Max Rate = 20 Hz31异或门1输出延时2输出真假3阈值Token 31 Parameters: Logic: XOR Gate Delay = 0 sec Threshold = 50e-3 v True Output = 1 v False Output = -1 v

17、 Rise Time = 0 sec Fall Time = 0 sec Max Rate = 20Hz5，6，34保持器1增益2选择保持两采样点之间的最后一个值或零Operator: Hold Last Value Gain = 1 Out Rate = 400 Hz Max Rate = 400 Hz2采样延迟1，延迟点数2初始化条件3图符属性Token 2 Parameters: Operator: Smpl Delay Delay = 1 samples = 50e-3 sec Attribute = Passive Initial Condition = 0 v Fill Last

18、Register Output 0 = Delay t4 Output 1 = Delay - dT Max Rate (Port 0) = 20 Hz3，4抽样器压缩1，抽样系数Operator: Decimator Decimate By 2 Max Rate = 10 Hz107，144高斯滤波器Operator: Linear Sys Gaussian FIR Fc = 6Hz Decimate By 1 Quant Bits = None Taps = 67 Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled Max Rate = 400 Hz72，73

19、，74，94，95变量延迟1最小延迟2最小延迟控制3最大延迟4最大延迟控制5延迟类型Operator: Delay Non-Interpolating Delay = 50e-3 sec Output 0 = Delay t6 Output 1 = Delay - dT 8，9，13，14，87，88，96，97乘法器Multiplier: Non Parametric Inputs from 13 18 Outputs to 10 12010，99加法器Adder: Non Parametric Inputs from 8 9 Outputs to 128 142142带通滤波器Operat

20、or: Linear Sys Butterworth Bandpass IIR 3 Poles Low Fc = 20 Hz Hi Fc = 60 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled102，103低通滤波器Operator: Linear Sys Butterworth Lowpass IIR 3 Poles Fc = 20 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled116科斯特斯环1vco频率2vco相位3vco调制增益4环路

21、滤波器系数Comm: Costas VCO Freq = 40 Hz VCO Phase = 0 deg Mod Gain = 1 Hz/v Loop Fltr = 1 + 1/s + 1/s2 Output 0 = Baseband InPhase Output 1 = Baseband Quadrature Output 2 = VCO InPhase t87 Output 3 = VCO Quadrature t115 t88 133取负数Token 133 Parameters: Operator: Negate100缓冲器1输出延时2输出真假3阈值Logic: Buffer Gate Delay = 0 sec Threshold = 10e-3 v True Output = 1 v False Output = -1 v Rise Time = 0 sec Fall Time = 0 sec