第一章 绪 论1.1研究背景 调制是移动通信系统中提高通信质量的一项关键技术，调制是为了使信号特性与信道特性相匹配现代移动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（PSK）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 为了达到上面所讲的严格要求，人们就想出了一系列的新型数字调制解调方案在这众多的调制里面，非恒包络调制的实现相比较其它的调制实现起来是比较容易的，因为在恒包络调制中不管调制信号如何波动，载波的幅度都是固定不变的，也不容易受功率放大器所产生的非线性特性的影响，常用的恒包络调制就是MSK、GMSK GMSK(高斯滤波最小移频键控)作为一种很好的数字调制技术，其实还是由OQPSK、MSK一步一步演变而来的尽管在它之前的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。
因为MSK信号不能满足上述的要求，所以，针对上述要求，提出了 GMSK(高斯滤波最小移频键控)GMSK(高斯滤波最小移频键控)就是将调制的不归零(NRZ)数据通过预调制高斯低通滤波器来降低频谱上的旁瓣因为调制信号在跨越零点时不但相位连续，而且过滤也很平滑，所以GMSK调制的信号就拥有了频谱紧凑，误码特性好，带外辐射低等特点它在现代通信系统中的应用也越来越广泛，研究它的价值也越来越高1.2国内外研究现状及发展趋势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，GMSK调制方式1979年由日本国际电报公司提出，它作为恒包络调制的一种，就是在MSK调制的基础上发展起来的，其基本原理就是运用在MSK调制器前插入的高斯低通滤波器对输入数据进行处理然后恰当地选择高斯低通滤波器的带宽，使信号的带外辐射功率小到可以达到上面所讲的现代移动通信对调制解调技术的严格要求所以GMSK调制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，特别是它的带外辐射小，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并获得了广泛的应用，其中包括：欧洲通信标准化委员会(ETSI )制定的GSM技术规范研制而成的全球通(GSM)数字蜂窝移动系统；由欧洲邮政与电信协会(CEPT)制定的作为欧洲通信标准ETS1300一175的无绳通信标准(DECT)；英国和香港，基于无绳(CordlessPhones)和电信点(Telepoint )系统的通信标准，CT-2和CT-3系统；基于爱立信公司提出的Mobitex协议的，Mobitex系统(欧洲)和RAM移动数据系统(美国)；建立在北美高级移动系统(AMPS)上实现无线数据业务的蜂窝数字分组数据(CDPD)系统；第三代个人通信系统(PCs)中，美国的基于GSM标准的PCS1900;以及欧洲的由ETIS开发和制定的个人通信网(PCN )标准DCSI 800；作为欧洲无线局域网(WLAN)标准的HiperLAN /1以及如今讨论的很多的作为无线个人网络(WPAN)标准的蓝牙(Bluetooth )系统；专用系统中有根据国际民肮组织(ICAO)制定的卫星通信、导航、搜索/空中交通管理} CNS /ATM )系统等，它的应用越来越广泛，应用领域也越来越多元化。
1.3 研究内容 在介绍数字调制解调系统与不同调制解调方式的基础上，重点阐述GMSK调制的原理和算法，同时在GMSK调制原理的基础上，对GMSK调制解调的过程进行仿真验证，并对GMSK调制过程BT参数对系统性能的影响进行仿真再研究其最佳的解调算法并提出实现GMSK调制和解调的具体方案，并对所提出的方案进行建模仿真验证具体安排可以分为以下几个部分：第一章：主要介绍选题的依据及意义和国内外研究现状及发展趋势；第二章： 在介绍几种数字调制方式的原理和特点的基础上，重点介绍MSK和GMSK调制的原理及其算法，对GMSK调制信号的形式和解调方式进行具体分析第三章：通过分别对MSK和GMSK调制解调过程进行仿真，对比MSK调制与GMSK调制的误码性能以及其他几项性能指标后进行分析，验证GMSK的特点；第四章：主要是对全文进行设计总结 第二章 数字调制方式2.1数字调制解调2.1.1调制解调的基本概念 所谓调制，就是用调制信号（基带）去控制或改变载波的一个或几个参数，使调制后的信号（已调信号）含有原来调制信号的全部信息，但载波的某些参数按调制信号的规律变化。
调制的目的是使传输的信号与信道相匹配，从而有效传输信号解调是调制的逆过程，它是从已调信号中恢复出原来调制信号的过程从广义上讲，调制与解调属于信道编/译码范畴，但调制与解调的目的是实现载波传输，而信道编/译码的主要目的是实现差错控制2.1.2数字调制的类型数字信号调制的基本类型分振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）此外，还有许多由基本调制类型改进或综合而获得的新型调制技术例如MASK、MPSK、MQAM、MFSK、MSK、OFDM、GMSK等表2-1给出调制方式以及主要用途表2-1 调制方式及用途 调制方式主要用途振幅键控ASK数据传输频率键控FSK数据传输相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信高效数字调制QAM、MSK等（提高频带利用率）数字微波、空间通信2.1.3在实际应用中，有两类用得最多的数字调制方式（1）线性调制技术 这里包括PSK、QPSK、DQPSK、OK-QPSK和多电平的PSK等所谓的“线性”，是指这类调制技术要求设备从频率变换到放大和发射的过程中保持充分的线性这种要求在制造移动设备中增加了难度和成本，但这种方式可获得较高的频谱利用率。
2）恒定包络调制技术 主要包括MSK、GMSK和TFM等这类调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求，不足之处是其频谱利用率通常低于线性调制技术2.2基本数字调制方式2.2.1二进制振幅键控(2ASK) 振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控 设发送的二进制符号序列由0，1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立 二进制振幅键控信号时间波型如图 2-2所示由图 2-2可以看出,2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号(OOK信号)二进制振幅键控信号的产生方法如图2-3 所示,图(a)是采用模拟相乘的方法实现, 图(b)是采用数字键控的方法实现由图2-2 可以看出,2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似所以,对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法),其相应原理方框图如图2-4 所示 图 2 – 2 二进制振幅键控信号时间波型 图2-3 二进制振幅键控信号调制器原理框图2.2.2二进制移频键控(2FSK) 在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号(2FSK信号)。
二进制移频键控信号的时间波形如图2-4所示，图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加 假设二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现 图 2-5是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图, 图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制,在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一 二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图2-6所示其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号 图 2- 4二进制移频键控信号的时间波形 图2-5数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图 图 2-6二进制移频键控信号解调器原理图2.2.3 二进制移相键控(2PSK)在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。
通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对移相方式二进制移相键控信号的典型时间波形如图 2-7所示 图2-7二进制移相键控信号的时间波形二进制移相键控信号的调制原理图如图 2-8所示其中图(a)是采用模拟调制的方法产生2PSK信号，图(b)是采用数字键控的方法产生2PSK信号2PSK信号的解调通常都是采用相干解调, 解调器原理图如图 2-9 所示.在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波, 图 2-82PSK信号的调制原理图 图 2-9 2PSK信号的解调原理图2.3新兴数字调制方式随着大容量和远距离数字通信技术的发展，出现了一些新的问题，主要是信道的带宽限制和非线性对传输信号的影响对这些问题的研究主要是围绕充分节省频谱和高效率的利用频带展开的。
多进制调制，是提高频谱利用率的有效方法，恒包络技术能适应信道的非线性，并且保持较小的频谱占用率比较常用数字调制的技术有四相相移键控（QPSK）、正交幅度调制（QAM）、正交频分复用调制（OFDM）、最小移频键控（MSK）、高斯滤波最小移频键控（GMSK）等等下面主要对常见的几种调制方式进行分析 2.3.1 QPSK调制QPSK正交调制方框图如图2-10所示，输入的串行二进制信息序列经过串-并变换，分成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t) ，然后对coswct和sinwct进行调制，相加即可以得到QPSK信号图 2-10 QPSK调制原理框图接收端，QPSK可使用相干解调，正交和同相路分别设置两个相关器（或匹配滤波器），得到I(t)和Q(t)，经电平判决和并-串转换后即可以恢复原始信号，原理如图2-11所示:图 2-11 QPSK解调原理框图、特点：2.3.2 QAM调制 。