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1、种高速 GMSK 调制解调器实现方法的研究【摘 要】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。本文提出了基于 CMX909B 调制芯片和 8051 控制芯片的 GMSK 无线调制解调器的软、硬件设计方案，接收/发送速率可达 38.4kbps，对 GMSK 调制进行了性能仿真。该设计成本低，操作灵活，具有应用意义。【关键词】数字调制解调器，GMSK，单片机【Abstract】As a bandwidth-efficient and power-efficient modulation method, Gaussian min
2、imum shift keying(GMSK)is important for power-limited digital mobile communication systems having nonlinear channel with fading and Doppler frequency shift. This paper presents a new design for wireless MODEM application including software and hardware scheme, and then simulates the performance of t
3、he system. The system has the advantages such as low cost and flexible operation.【KEYWORDS 】：digital MODEM ,GMSK ,simulation and debug一引言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。二GMSK 原理和性能特点 采用
4、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如图 1 所示。因此它的频谱特性优于 MSK，但误比特率性能不如 MSK（1） 。图 1 GMSK 平 滑 相 位 路 径 图 2 GMSK 功 率 普 密 度 与 BT 值 得 关 系一 般 的 二 进 制 部 分 响 应 连 续 相 位 调 制 的 表 达 式 为 （ 1） 这 里 f0 是 载 波 频 率 ， 复 基 带 信 号 可 表 示 为 ， 其 中 承 载 信 息 的 相
5、 位 为 （ 2） 是 输 入 比 特 的 能 量 ， 是 独 立 的 信 息 码 元 ， 其 取 值 为 1,-1,且 等 概 率 。 h 是 调 制 指 数 ， 在 此 h=0.5， T 是 码元 间 隔 。（ 3）g(t)是 平 滑 滤 波 器 的 脉 冲 响 应 ， P(t)是 它 的 成 型 函 数 。 对 于 GMSK， g(t)是 持 续 有限 长 的 高 斯 函 数 ， 在 实 际 应 用 中 通 常 将 g(t)截 短 ， 比 如 在 GMSKL 中 ， g(t)滤 波 函 数 在0， LT上 的 表 示 式 为 （ 4） 这 里 ， ， ， 且 当 BT=0.3， 从 功
6、率 谱 的 角 度 讲 ， 我 们 可 以 取 L=3。 对 于 BT=0.25， 我 们 可 以 取 L=4。调 制 之 后 ， GMSK 信 号 的 表 达 式 （ 5） 式 中（ 6） 这 里 ,a 是 输 入 数 据 。 为 了 便 于 接 收 端 的 判 决 ， 通 常 在 调 制 之 前 对 码 元 要 先 进 行 一次 差 分 编 码 ， 对 于 2bit 差 分 检 测 差 分 编 码 的 规 则 为 通 过 计 算 机 仿 真 及 硬 件 测 试 我 们 看 到 ， 图 3 为 GMSK 信 号 相 位 示 意 图 ， 图 4 为 调 制 后 GMSK 信 号 的 功 率 谱
7、 。三 .设 计 目 标本 文 中 的 调 制 解 调 器 是 针 对 无 线 传 输 设 计 的 ， 设 计 方 案 完 全 满 足 Mobitex 标 准 结 构 。Mobitex 是 工 作 在 900MHz 的 窄 带 分 组 无 线 广 域 网 ， 用 来 无 线 数 据 通 信 包 括 传 送电 子 邮 件 。 该 网 络 使 用 GMSK.3 调 制 器 ， 以 9.6kbps 的 数 据 率 运 行 。 典 型 移 动 /手 持 通信 终 端 内 ， 无 线 收 /发 射 机 （ 物 理 层 ） 与 其 它 层 的 接 口 是 一 个 高 性 能 的 高 斯 最 小 频 移 键
8、控 （ GMSK） 调 制 器 。 这 种 网 络 无 线 基 站 ， 典 型 的 是 能 覆 盖 半 径 515m 的 范 围 ， 各 基站 以 蜂 窝 状 排 列 。 它 的 典 型 终 端 结 构 如 图 3 所 示 。其 中 调 制 解 调 器 为 GMSK 调 制 解 调 器 ,CMX909B 芯 片 支 持 该 网 络 的 功 能 。 CMX909B的 设 计 与 “Mobitex 接 口 细 节 ”条 款 一 致 ， 包 括 短 帧 结 构 编 排 以 满 足 扩 展 的 节 点 协 议 。CMX909B 芯 片 的 典 型 应 用 是 Mobitex 网 络 的 调 制 解 调
9、 器 （ MODEM） 。 它 是 半 双工 的 BT 0.3 的 GMSK 调 制 解 调 器 的 数 据 泵 ， 芯 片 集 成 了 分 组 数 据 处 理 的 功 能 。 GMSK 调 制 在 给 定 的 带 宽 和 射 频 信 道 条 件 下 数 据 吞 吐 量 最 大 。 集 成 的 分 组 数 据 处 理 能 力 接收 主 控 制 器 的 一 些 有 规 律 的 处 理 任 务 ， 包 括 保 持 比 特 同 步 、 帧 同 步 、 块 的 编 排 、 循 环 冗余 检 验 （ CRC） 和 前 向 纠 错 编 码 （ FEC） 错 误 处 理 、 数 据 交 织 、 扰 频 输
10、出 等 。 解 调 器 采用 反 馈 平 衡 技 术 减 小 信 道 失 真 （ 畸 变 ） ， 同 时 增 强 接 收 机 在 没 有 最 大 似 然 估 计 方 法 的 计算 前 提 下 的 接 收 性 能 。GMSK 调 制 /解 调 ； 芯 片 内 集 成 分 组 检 测 功 能 ； 接 收 /发 送 速 率 可 达 38.4kbps； 并 行uc(主 处 理 器 )接 口 ； 数 据 包 帧 结 构 短 、 无 填 充 ； 低 的 驱 动 电 压 （ 3/5 伏 ） 操 作 ； 与 Mobitex 兼 容 （ 包 括 R14N 短 帧 ） ； 操 作 灵 活 和 节 能 模 式 。该
11、 MODEM 对 程 序 员 来 说 ， 有 4 个 8 位 的 只 写 寄 存 器 和 3 个 只 读 寄 存 器 ， 另 外 独立 的 寄 存 器 可 通 过 A0、 A1 输 入 芯 片 进 行 选 择 。 在 MODEM 内 部 寄 存 器 与 uC 的 数 据总 线 之 间 有 8 个 三 态 双 向 缓 冲 器 。四 .设 计 实 现为 了 追 求 低 成 本 ， 高 灵 活 性 ， 在 GMSK 信 号 调 制 器 的 设 计 上 采 用 了 廉 价 的 单 片 机 8051， 通 过 软 件 编 程 实 现 工 作 模 式 选 择 和 运 行 速 率 选 择 的 控 制 等 。
12、 调 制 芯 片 与 微 控 制 器 芯 片的 接 口 如 图 4 所 示 。 这 是 硬 件 设 计 的 主 要 框 架 。系 统 主 要 包 括 三 个 模 块 数 据 输 入 模 块 ， 调 制 模 块 和 控 制 模 块 。 其 工 作 原 理 如 下：系 统 上 电 或 者 复 位 以 后 完 成 初 始 化 ， 然 后 单 片 机 循 环 扫 描 串 口 和 并 口 键 盘 ； 基 带 数据 从 单 片 机 串 口 以 中 断 的 方 式 输 入 ， 或 者 系 统 附 带 键 盘 数 据 以 中 断 的 方 式 从 并 口 输 入 ；单 片 机 缓 存 数 据 并 把 它 们 编
13、 排 成 帧 ， 帧 由 帧 头 加 若 干 个 数 据 块 构 成 ， 帧 头 包 括 帧 同 步 格式 ， 这 是 为 了 接 收 端 的 MODEM 可 以 识 别 每 一 帧 的 开 头 ； 经 过 8155H 输 入 到 CMX909B 中 ， CMX909B 完 成 CRC 和 FEC 错 误 处 理 、 数 据 交 织 、 扰 频 输 出 。 各 种 操 作 ， 比如 发 送 一 个 数 据 块 ， MODEM 都 是 当 作 任 务 TASK 来 对 待 的 。 在 接 收 模 式 下 ， MODEM 可 以 在 得 到 指 令 后 去 组 装 一 个 块 的 有 用 比 特
14、， 再 去 扰 频 、 去 交 织 、 检 错 、 纠 错 ，然 后 把 二 进 制 数 据 放 到 数 据 缓 冲 区 ， 以 便 uC 读 取 。 解 调 器 采 用 反 馈 平 衡 技 术 减 小 信 道失 真 （ 畸 变 ） ， 同 时 增 强 接 收 机 在 没 有 最 大 似 然 估 计 方 法 的 计 算 前 提 下 的 接 收 性 能 。系 统 传 输 的 数 据 传 输 格 式 是 紧 跟 帧 头 之 后 是 一 个 短 数 据 块 或 n（ 0 32） 个 普 通 数据 块 。 帧 头 包 含 7 个 字 节 ：2 字 节 位 同 步 11001100 11001100来
15、自 基 站 ； 00110011 00110011来 自 移 动 台 ； 并 且 是 从 左 至 右 传 送 。2 字 节 帧 同 步 随 系 统 不 同 而 不 同 。2 字 节 控 制 信 息 地 址 信 息 。1 字 节 的 FEC 编 码 7 4 比 特 位 针 对 第 一 个 控 制 字 节 ， 3 0 比 特 对 应 第 二控 制 字 节 。帧 头 的 每 个 字 节 都 是 从 第 七 比 特 （ MSB） 开 始 传 送 ， 知 道 第 零 比 特 （ LSB） 。数 据 块 由 以 下 部 分 组 成 （ 30 字 节 或 9 字 节 ） ：18 字 节 数 据 （ 普 通
16、数 据 块 ） 或 4 字 节 数 据 （ 短 数 据 块 ） ；2 字 节 CRC 码 由 数 据 字 节 计 算 得 到 ；与 各 数 据 字 节 和 控 制 字 节 对 应 ， 分 别 产 生 4 比 特 的 FEC 编 码 。然 后 该 数 据 块 进 行 交 织 和 扰 频 后 输 出 。根 据 系 统 设 计 功 能 、 系 统 内 部 时 序 以 及 数 据 格 式 要 求 ， 设 计 系 统 流 程 图 。 键 盘 数 据 发 送驱 动 程 序 按 下 述 流 程 图 编 写 。 软 件 设 计 用 C 语 言 和 汇 编 语 言 混 合 编 写 ， 系 统 功 能 用 C 语 言 实 现 ， 寄 存 器 初 始 化 和 核心 硬 件 处 理 用
