gmsk调制解调器的设计

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1、GMSK调制与解调的设计16摘要GMSK（高斯最小移频键控）信号优良的频谱特性在跳频通信中有广阔的应用前景。本文分析了GMSK调制器的设计理论，给出了一种全数字实现结构并在FPGA上加以实现。仿真结果表明，这种数字实现结构产生的GMSK基带信号具有良好的功率谱及眼图，同时能够有效避免两条支路信号幅度及正交载波相位失衡。关键词:GMSK仿真系统FPGA16AbstractGMSKisaspectrum-efficientmodulationsignalusedwidelyintheFHcommunicationsystem.Inthispape

2、r,thedesigntheoryofGMSKmodulatorisanalyzedandanimproveddigitalimplementationstructureisobtained.ThenthisstructureisimplementedonFPGA.SimulationresultshowthatGMSKsignalgeneratedbythedigitalimplementationstructurehasnicePSDandeyepattern.Also,theeffectofquadraturephaseerrorand

3、amplitudeimbalanceisavoided.Keywords:GMSKDigitalModulationDigitalImplementationFPGA16一、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1-1)。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。输入数据GMSK输出高斯低通滤波器MSK调制图1-1GMSK调制高斯滤波器的频率传输函数为(1-1)(1-1)式中是与滤波

4、器3dB带宽B有关的一个系数，其冲激响应为：(1-2)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（1-3）式中：(1-4)或-1,其概率分别为。GMSK是角度调制信号，已调信号写作：(1-5)16(1-6)(1-6)式中表示和的卷积。GMSK信号的瞬时频率为：(1-7)为调制灵敏度，由下式决定：(1-8)实际上（1-8）式是使调制指数为的最大频偏与传信速率的约束关系。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。由(1-5)式和(1-6)式知，对应某一码元，GMSK信号的频偏不仅和该码元有关，而且

5、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。　相邻码元之间的相互影响程度和高斯滤波器的参数a有关，也就是说和高斯滤波器的3dB带宽B有关。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。16二、GMSK调制原理GMSK调制具有较好的功率频谱特性与误码性能，

6、最大优点就是带外辐射小，较适用于工作在VHF和UHF频段的移动通信系统，因此，GMSK调制在通信领域得到了广泛的应用，例如GSM手机通信系统与AIS系统就采用这种通信调制方式。目前，GMSK调制主要有锁相环与正交调制两种实现方式，其中前者在早前得到很大应用，但随着软件无线电的提出，正交调制实现方式逐渐得到广泛的研究与应用。2.1GMSK正交调制基带信号产生原理GMSK是在MSK的基础上得到的，GMSK是连续相位恒包络调制，对载波进行GMSK调制的时域表达式如下：(2-1)Wc为载波的频率，Tb为数据码元的周期。由上式看出，对输入的二进制码元，

7、MSK调制后的载波在一个码元宽度内相位线性增加或减少π/2。实验表明，如果载波的相位变化由线性变为更平滑的曲线时，则可以得到更好的频谱特性。因此在GMSK调制前，对二进制码元进行高斯滤波，使被调制载波的相位路径更为平滑，然后再进行GMSK调制，这就是GMSK调制的基本思想。其载波调制表达式如下：（的结果即）（2-2）为非归零二进制码元，表示二进制码元经过高斯滤波后的积分输出,为高斯脉冲。对上式进行三角变换得到（2-3）因此采用正交调制实现GMSK的基带I，Q信号分别为16（2-4）（2-5）由上面的表达式推导出GMSK正交调制基带信号的实现框

8、图，如图2-1所示。图2-1GMSK基带信号正交实现框图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