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1、四川师范大学成都学院专科毕业设计 GMSK调制解调原理及仿真分析设计学生姓名刘俊岑学 号2010208016所 在 系通信工程系专业名称计算机通信班 级2009级计通班指导教师万载莲四川师范大学成都学院二一二年五月III 四川师范大学成都学院专科毕业设计GMSK调制解调原理及仿真分析设计学生：刘俊岑 指导教师：万载莲内容摘要：随着现代通信技术的发展，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
2、首先介绍了MSK的一般原理以及MSK的调制解调方法，接着重点对GMSK的调制原理和调制方法进行了阐述，然后，研究了GMSK的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 MatlabAlarm circuit design, microcontroller-based securityAbstract: Along with the development of the communication technology,the mobile communication technology has been developing
3、 rapidly.A lot of excellent modulation technology has emerged as the times require,Gaussian Minimum frequency shift keying（GMSK）is one of the most outstanding technology in radio communication.It is especially used in radio and satellite communication for its nice spectrum characteristic and anti-ja
4、mming capability. At present , many communication system has employed the GMSK,for instance,the GSM,DECT.In this paper,the MSK which is the base of GMSK was introduced firstly,and then the modulation principle and methods of GMSK was analyzed, and the several differentially demodulation methods of G
5、MSK was studied and compared emphatically.Finally using Matlab software simulate and results analysis.Keywords:Gaussian Minimum Shift Keying Modulation Differential DemodulationMatlab目 录前言11 GMSK简介及工作原理和特点11.1 GMSK简介12 GMSK调制原理52.1 GMSK调制解调的优点及应用52.2 GMSK正交调制基带信号产生原理53 GMSK解调103.1 GMSK调制解调实现方法104 实验
6、结果分析114.1 原NRZ码与解调NRZ码114.2 I路成型波与I路解调波124.3 Q路成型波与Q路解调波134.4 GMSK调制信号的频谱图134.5 提取载波解调后的信号的频谱图145 结束语14参考文献：16GMSK调制解调原理及仿真分析设计前言 调制是通信系统中提高通信质量的一项关键技术，调制的目的是为了使信号特性与信道特性相匹配。现代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（PS
7、K）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。 MSK是连续相位频移键控（CPFSK）中的一种特殊形式。其调制指数h=0.5，对于正交信号来说，MSK在一个码元时间T类产生最小的频率偏移（假设为相干 解调）。MSK信号也可视为利用正弦脉冲形成的交错四相相移键控（OQPSK）。 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
8、控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，GMSK）。 GMSK是从MSK(最小移频键控)发展起来的一种技术，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广泛数字蜂窝移动通信系统（GSM）所采用。1 GMSK简介及工作原理和特点1.1 GMSK简介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 。
9、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。 高斯滤波最小频移键控（Gaussian Filtered Minimu
10、m Shift Keying-GMSK）调制技术是从MSK（Minimum Shift Keying）调制的基础上发展起来的一种数字调制方式。这是GSM系统采用的调制方式。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调制是在MSK（最小频移键控）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。GMSK提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个 Gauss滤波器（预调制滤波器）进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。由于数字信号在调制前进行了 Gauss预调
11、制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如现在广泛使用的GSM（Global System for Mobile communication）移动通信体制就是使用GMSK调制方式1。 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，较好的误码性能，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。GMSK调制方式的理论研究已较成熟，实际应用却还不多，主要是由于高斯滤波器的设计和制作在工程上还有一定的困难。 调制前高斯滤波的最小频移键控简
12、称 GMSK，基本的工作原理是将基带信号先经过高斯滤波器成形，再进行最小频移键控（MSK）调制。由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此频谱特性优于MSK信号的频谱特性。 双极性码元通过高斯滤波器产生拖尾现象，所以相邻脉冲之间有重迭。对应某一码元，GMSK信号的频偏不仅和该码元有关，而且和相邻码元有关。也就是说在不同的码流图案下，相同码元(比如同为“+1”或“-1”)的频偏是不同的。 通常将高斯滤波器的3dB带宽B和输入码元宽度T的乘积BT值作为设计高斯滤波器的一个主要参数。BT值越小，相邻码元之间的相互影响越大。理论分析和计算机模拟结果表明。BT值越小，GMSK信号功率频谱密度的高
13、额分量衰减越快。主瓣越小，信号所占用的频带越窄，带外能量的辐射越小，邻道干扰也越小。 GMSK信号具有很好的频谱和功率特性，特别适用于功率受限和信道存在非线性、衰落以及多普勒频移的移动突发通信系统。为了适应无线信道的特性，由该调制方式所产生的已调波应具有以下两个特点：第一，包络恒定或包络起伏很小。第二，具有最小功率谱占用率。高斯最小频移键控（GMSK）调制方式正好具有上述特性。GMSK调制使在给定的带宽和射频信道条件下数据吞吐量最大。GMSK是当前现代数字调制技术领域研究的一个热点。采用高斯滤波器作调制前基带滤波器，将基带信号成型为高斯脉冲，再进行 MSK调制，这种调制方式称为GMSK。由于成
14、形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，经调制后的已调波在MSK的基础上进一步得到平滑其相位路径。因此它的频谱特性优于MSK，但误比特率性能不如MSK。 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。1.2为什么采用GMSK调制方式子网选择nrf2401射频芯片采用的通信调制方式就是GMSK,GMSK(Gaus
15、sian filtered MSK)调制具有优良的功率谱特性:功率谱旁瓣快衰减快，在对信号频带严格限制的各种数字通信领域中得到广泛的应用。为了躲避干扰，我们需要采取跳频策略，NRF2401工作在2.4G的免费频段，将2.4G-2.4835Ghz 划分为125个信道（而zigbee只划分为16个信道），nrf2401划分的信道多，必然信道带宽就小。为了防止信道之间的干扰，我们采取GMSK的调制解调方式。1.3 GMSK调制方式的工作原理及特点调制前高斯滤波的最小频移键控简称GMSK，基本的工作原理是将基带信号先经过高斯滤波器成形，再进行最小频移键控(MSK)调制(图1.3)。由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此频谱特性优于MSK信号的频谱特性。图1.3 GMSK调制高斯滤波器的频率传输函数为式中是与滤波器3dB带宽B有关的一个系数，其冲激响应为：假设输入数据流为二进制非归零信号，传输速率为 。为码元宽度，其数学表示式为式
