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1、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，从而达到改善MSK信号
2、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，g(t)的波形如
3、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（t）两张表，根
4、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，而是将GMSK的
5、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
6、 GMSK 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
7、行码判决。五、systemview 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 SeqAmp = 1 vOffset = 0 vRate = 10 HzLevels = 2Phase = 0 degMax Rate = 400 Hz28，101，115，119，119，120，121，122，124，125，128分析 AnalysisInput from t0 Output Port 0Max Input Rate = 400 Hz1，30，137，140 采样器 1，采样
8、速率 2，采样点时间宽度3，采样时间偏差Operator: SamplerNon-Interp RightRate = 10 HzAperture = 0 secAperture Jitter = 0 secMax Rate = 10 Hz32 增益 1 单位选择 2，增益Operator: GainGain = 1Gain Units = LinearMax Rate = 10 Hz31 异或门 1 输出延时 2 输出真假 3 阈值Token 31 Parameters:Logic: XORGate Delay = 0 secThreshold = 100e-3 vTrue Output =
9、 1 vFalse Output = -1 vRise Time = 0 secFall Time = 0 secMax 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: HoldLast ValueGain = 1Out Rate = 400 HzMax 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 DelayDelay = 1 samples= 100e-3 secAttribute = PassiveInitial Co
10、ndition = 0 vFill Last RegisterOutput 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: DecimatorDecimate By 2Max Rate = 5 Hz107，144 高斯滤波器 Operator: Linear SysGaussian FIRFc = 3 HzDecimate By 1Quant Bits = NoneTaps = 133Init Cndtn = TransientDSP Mode DisabledMax
11、Rate = 400 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: DelayNon-InterpolatingDelay = 100e-3 secOutput 0 = Delay t6 Output 1 = Delay - dT 8，9，13，14，87，88，96，97乘法器 Multiplier: Non ParametricInputs from 13 18Outputs to 10 12010，99 加法器 Adder: Non ParametricInputs from 8 9Outputs
12、 to 128 142142 带通滤波器 Operator: Linear SysButterworth Bandpass IIR3 PolesLow Fc = 34 HzHi Fc = 46 HzQuant Bits = NoneInit Cndtn = TransientDSP Mode Disabled102，103 低通滤波器 Operator: Linear SysButterworth Lowpass IIR3 PolesFc = 10 HzQuant Bits = NoneInit Cndtn = TransientDSP Mode Disabled116 科斯特斯环 1vco
13、频率 2vco相位 3vco 调制增益 4 环路滤波器系数Comm: CostasVCO Freq = 40 HzVCO Phase = 0 degMod Gain = 1 Hz/vLoop Fltr = 1 + 1/s + 1/s2Output 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
14、输出真假 3 阈值Logic: BufferGate Delay = 0 secThreshold = 10e-3 vTrue Output = 1 vFalse Output = -1 vRise Time = 0 secFall 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，
15、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 SeqAmp = 1 vOffset = 0 vRate = 20HzLevels = 2Phase = 0 degMax Rate = 400 Hz28，101，115，119，119，120，121，122，124，125分析 AnalysisInput from t0 Output Port 0Max Input Rate = 400 Hz，1281，30，137，14
16、0 采样器 1，采样速率 2，采样点时间宽度3，采样时间偏差Operator: SamplerNon-Interp RightRate = 20 HzAperture = 0 secAperture Jitter = 0 secMax Rate = 20 Hz32 增益 1 单位选择 2，增益Operator: GainGain = 1Gain Units = LinearMax Rate = 20 Hz31 异或门 1 输出延时 2 输出真假 3 阈值Token 31 Parameters:Logic: XORGate Delay = 0 secThreshold = 50e-3 vTrue Output = 1 vFalse Output = -1 vRise Time = 0 secFall Time = 0 se
