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1、成都理工大学工程技术学院毕业论文GMSK的调制设计与仿真作者姓名： 专业名称： 指导教师： 讲师GMSK的调试设计与仿真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
2、最小频移键控（GMSK）,解调，调制AbstractWith the development of modern communication technology, a lot of excellent modulation technology arises at the historic moment, which Gaussian minimum frequency shift keying (GMSK) technology is a wireless communication in one of the more prominent of a binary modulation m
3、ethod, it has good power spectral characteristics and good anti-jamming performance, especially suitable for wireless communication and satellite communication. At present, many communication standards have adopted the GMSK technology, for example, GSM, DECT, etc.In this paper, we first introduce th
4、e MSK general principle and the MSK modulation and demodulation method, then focus on the GMSK modulation principle and modulation method are described, then, the study of the difference of GMSK decomposition method and the comparison, finally using MATLAB software for simulation and analysis of res
5、ults.Keywords: Gauss minimum frequency shift keying (GMSK), demodulation, modulation- V -目录GMSK的调制设计与仿真I摘要IIAbstractIII目录IV前言11 绪论21.1课题的研究背景及意义21.2 GMSK调制技术的国内外研究动态21.3论文主要研究内容和章节安排41.3.1论文的主要研究内容和创新点41.3.2本文的章节安排52 GMSK调制解调的相关理论62.1 GMSK简介及工作原理和特点62.1.1 GMSK简介62.1.2为什么采用GMSK调制方式82.1.3 GMSK调制方式的工作原
6、理及特点82.2 GMSK调制原理102.2.1 GMSK调制解调的优点及应用102.2.2 GMSK正交调制基带信号产生原理103 GMSK解调153.1 GMSK调制解调实现方法154实验结果分析184.1仿真介绍184.2GMSK系统的功能模块设计194.2.1信号发生模块194.2.2 调制与解调模块194.2.3误码率计算模块204.2.4波形观察模块214.3 GMSK调制与解调波形235 结束语30参考文献31前言信号的调制解调在通信系统中具有重要作用,它不仅可以将调制信号转换成便于传播的已调信号,而且可以抑制噪声干扰,提高信号的传输质量。因此,调制解调对系统的传输有效性和可靠性
7、有着极大的影响 。移动通信环境的复杂性以及移动台移 动导致电波传播条件恶化 , 应选择抗干扰能力强 、带外辐射小的调制方式。由于高斯最小频移 键控(GMSK)具有已调信号频谱占用带宽窄、相位连续、边缘滚降特性好等特点,非常适合于非线性放大通信系统, 因而在移动通信及卫星通信系统中得到广泛地应用 。-26-1 绪论1.1 课题的研究背景及意义近几年来，无线通信技术取得了快速发展。由于无线信道具有时变色散，多径衰落等不利于数据传输的特性，因此不能直接传输数字基带信号，需要借助数字调制技术先将其转换成适合传输的数字频带信号，然后再进行传输。调制方式会影响无线通信系统的有效性和可靠性，对整个系统性能的
8、优劣起着决定性作用。因此，在频谱资源越来越紧缺，处理数据速度要求越来越高的无线通信技术中，寻找性能优越的调制方式成为了通信技术中的重点研究课题。恒包络连续相位调制技术具有较高的频谱利用率，可以使用高效低成本的C类功率放大器来处理调制信号，广泛应用于频谱资源日益紧张的无线通信领域。20世纪70年代，出现的最小移频键控(Minimum Shift Keying，MSK)调制技术是恒包络连续相位调制技术的一种，它具有恒定的包络、连续的相位和信号频谱旁瓣衰减快等优点，但仍不能满足某些通信系统的带外辐射需要达到6070d B的严格要求，因此在实际应中受到限制。为此，20世纪80年代在MSK的基础上，又出
9、现了一种性能更优越的数字调制方式高斯最小移频键控(Gaussian Minimum Shift Keying，GMSK)。它是通过对输入信号先进行高斯滤波平滑处理再进行MSK调制得到的。所得已调信号的频谱具有良好的带外衰减性能，可以达到MSK所不能达到的旁瓣衰减要求，还可以有效地抑制对临近信道的干扰。综上所述，GMSK具有优越的特性，不仅可以提高数字无线通信的频谱利用率，还可以降低干扰提高通信质量，成为广泛应用的窄带数字调制技术2-3。因此，对GMSK调制解调技术的研究有一定的实际意义和应用前景。1.2 GMSK调制技术的国内外研究动态早于20世纪80年代，日本国际电报电话公司就提出了GMSK
10、这项技术。它是由MSK演变而来的一种更优越的数字调制方法，是对基带信号先经过高斯滤波器滤滤波平滑处理之后再进行MSK调制得到的。由于GMSK数字调制方式具有良好的功率效率和频谱效率，能满足带外辐射功率衰减达到6070d B的严格要求等优势，所以被全球移动通信系统(GSM)、欧洲的带宽无线接入网2( Hiper LANI1标准)以及国内通信分组无线服务技术(GPRS)等多个领域选为标准的调制方式。从这项技术被提出以来，国内外广大科研人员对GMSK调制方式展开了大量研究。国外对GMSK调制方式最早展开研究，其中,布拉德福德大学的ones A.E和Gardiner J. G.提出了一种基于DDS的G
11、MSK正交调制器的研究方法,该方法主要对正交调制法中两路信号幅度或相位不平衡问题进行了研究，并给出了可以通过采用AM反馈来减小上述问题对调制信号带来的影响的方法；美国的Linz A和Hendrickson A利用高斯滤波器响应的对称性，提出了通过计算输入NRZ码的相位轨迹和频率轨迹来间接实现GMSK调制的方法，该方法运算复杂度比较低，获得的GMSK信号恒定包络特性也比较稳定；美国学者Adel Ghazel对GSM发射机中GMSK调制解调器进行了研究，并在DSP平台上实现了其最优化方法；Jans Sebesta提出了一种快速GMSK调制和接收的方法，是利用具有快速处理速度的DSP来实现的，该方法
12、结构灵活、实时性好。相继，国内对GMSK调制方式也展开了大量研究，其中电子科技大学的杨峰、姚娜等硕士对GMSK调制方式在ALS系统、手机综测仪和GSM发射机中的应用进行了研究，并对如何采用DSP、ASIC和FPGA等工具对其进行设计实现进行了探讨；北京理工大学的杨运甫以VLSL为平台设计实现了基于直接分解的GMSK调制方案，该方案是对单个高斯滤波器脉冲响应进行积分，采用时序电路分别对积分后相位轨迹的暂态分量和稳态分量进行了分离并存储到相应的存储器中；上海交通大学电子工程系的彭伟军等利用GMSK频谱效率高的特点，将GMSK调制应用于跳频通信中，实现了数据的高速传输，在研究了慢跳频通信系统中GMS
13、K调制的基本原理和实现方法后，提出了具体实现模型和基于Viterbi算法的非相干解调方案；西安电子科技大学的张永生等设计了以AD9552DDS和TMS320VC5409 DSP作为处理器实现GMSK调制的方案，该方案实现方法简单、波形准确适用于低功耗的无线通信系统；太原理工的张印天将GMSK调制引入到软件无线电系统，并以TMS320C6711DSP为工具进行了设计实现；另外，还有一些高校采用CMX589，CMX909等GMSK调制解调专用芯片实现无线数传电台设计的相关研究。这些方法体现出从传统的模拟实现转变为数字实现，克服了输出的GMSK调制信号的相位不准确，无法进行相干解调的缺点，还避免了复
14、杂的滤波器设计，大大降低了硬件成本，提高了硬件可靠性，更加适用于数字通信系统。但在现代数字通信调制解调技术的研究中，如何选择合适的调制方式，获得良好的频谱特性、较低的误码率、包络恒定的调制解调波形是相当重要的。同时，如何充分利用有限的频率资源、节省硬件资源和高速传输大量数据更加是研究的中心。1.3论文主要研究内容和章节安排1.3.1论文的主要研究内容和创新点本文对GMSK调制解调基本理论进行了研究，结合GMSK信号的特性完成了基于波形存储的GMSK正交调制和差分解调系统的具体实现，并在处理速度和占用资源以及误码率等性能方面做了进一步改善。主要工作和创新点为：1、结合仿真对GMSK调制性能进行了
15、重点分析，并对基于波形存储的GMSK调制方案进行重点研究。针对该方案中I/ Q两支路信号存在幅度误差和相位失衡会对已调信号振幅和相位造成严重影响的问题，基于相关文献思想，提出了一种改进的基于波形存储的GMSK正交调制方案。2、在改进的调制方案中，除了不对基带I/ Q信号进行数/模转换之外，还采用了从速度和占用资源两方面进行了优化设计的正交载波模块对其进行调频，最后给出整个调制系统的实现方案。仿真结果表明，改进方案具有良好的调制性能。在运算速度快、占用资源少的前提下，不仅得到了更适合传输的GMSK频带信号，还有效改善了相位失衡问题。3、对1 bit差分解调算法进行了设计与实现。针对该方法中由于存在码间干扰导致误码性能不太理想的问题，结合相关文献思想，提出了改进算法即基于Viterbi算法的1bit差分解调算法，来进一步改善误码性能。并给出改进方案的仿真模型，仿真结果表明改进算法具有良好的解调性能，当信噪比为9d B时，误码性能可以达到410，较原算法可以获得约2d B左右的信噪比增益。1.3.2本文的章节安排本文的章节安排如下：第一章，绪论，阐述了课题研究背景及国内外研究
