GMSK 调制解调原理.doc

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.18M 资料格式：doc 举报版权申诉

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直接调制：将

0、引言高斯频移键控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency- shift keying)。但FSK带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用 433MHz频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK 调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 1、GFSK调制直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调频。由于通常调制信号都是加在 PLL 频率合成器的 VCO 上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此, 为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的 GFSK 调制特性，提出了一种称为两点调制的直接调频技术。载波信号 uc 鉴频器 PD 环路低通滤波器 LF 调频信号 uo 压控振荡器 VCO 调制信号 ui 主分频器图一两点调制：调制信号被分成 2 部分，一部分按常规的调频法加在 PLL 的 VCO 端, 另一部分则加在 PLL 的主分频器一端（基于 PLL 技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对 VCO 进行分频）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合 GFSK 信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量,

不受环路带宽的影响。但是，两点调制增加了 GFSK 调制指数控制的难度。 2、正交调制正交调制则是一种间接调制的方法。该方法将数字信号进行高斯低通滤波并作适当的相位积分运算后,分成同相和正交两部分分别对载波的同相和正交分量相乘,再合成 GFSK 信号。相对而言，这种方法物理概念清晰,也避免了直接调制时信号频谱特性的损害。另一方面，GFSK 参数控制可以在一个带有标定因子的高斯滤波器中实现,而不受后续调频电路的影响，因而参数的控制要简单一些。正因为如此，GFSK 正交调制解调器的基带信号处理特别适合于用数字方法实现。 ak coder b(t) S(t) C(t) 2πh × ᵩ(t) t   Cos() Sin() GFSK 的调制框图 cos(wCt) ) × × sin(wCt) ) GFSK + 高斯预调制滤波器的冲击响应函数为： )( th  ) 2 exp( 2 t  2 2  bT T2  b 其中，   2ln 2 bBT ，B 是高斯滤波器的 3dB 带宽，Tb 是输入的一个码元宽度。 bBT 为系统的重要指标，表明了滤波器的 3dB 带宽与码元速率的关系，如 bBT =0.5 表示滤波器的 3dB 带宽是码元速率的 0.5 倍。高斯滤波器的矩形脉冲响应为： )(s t  )( th  )( tr 。其中， )( tr  t T|  b 2 其他,0  |,1   

则 )( ts   Q     2 TtB   b 2 2ln ( )    Q   2 TtB   b 2 2ln ( )      公式中 )( tQ  t 2   2 1 e 2  d  双极性 NRZ 序列可以表示为 )( tb  a (  k t  k  kT ) ，序列 b(t)通过高斯低通滤波器后的函数为 )( tc  )(*)( tb ts ，再乘以 h2 后，进入积分器，得到相位函数 )(t ， )(t 可表示为：  )( t   2 T b t   [ a  n (  nT b )] d  ，h 为调制指数，当 h=0.5 时，此调制为 GMSK 调制。 GFSK 的信号可以表示成： s GFSK )( t  cos{ t  c   2 T b t   [ a  ( n  nT b } )] d   cos[ ( tc   t )]  cos  )( t cos t  c  sin t  sin)( t c  )( tI cos  tQt  sin)( c t  c )(t 由输入码元数据 na 确定，将两路携带基带信号的交的载波相乘再相加就得到了 GFSK 的信号。 cos t 和 )( sin t 分别与正 )( 假设高斯低通滤波器的 3dB 带宽 B=1000，Tb=1/2000，则 bBT =0.5。由于 s(t) 的是无穷大，物理上不能实现，因此在实际系统中需要对 s(t)进行截短或近似，根据 B 的值，要保证一个信号码元 1 通过滤波器后，它的相位改变 /2，需要选择合适的 k 满足等式 对于 bBT =0.5，截短后的响应为-Tb 到 Tb 关于原点对称，如下图：  2 )( tks dt 。  T T

对于一串数据码元 ak={1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,....} 当数据通过滤波器，由于存在 ISI (inter symbol interference)，在同一时刻不止一位通过滤波器，对 bBT =0.5，当第一位通过一半时，第二位开始进入了，第三位在第一位离开后进入。其高斯脉冲如下图：

这些脉冲都叠加后得到的函数如下：这就是通过高斯滤波器后的函数 c(t) c(t)与 2πh 相乘再从 t 到正无穷积分得到相位 )(t 函数， )(t 如下图：得到了携带基带信号的相位函数 )(t ，分别取余弦和正弦值就得到了同相和正交分量。同相 )( tI (  cos[ t )] ：

正交 )( tQ (  sin[ t )] ： I(t)和 Q(t)分别经过载波 wc 调制再相加最终得到了 GFSK 信号 sGFSK )(t  )( tI cos  c tQt  sin)( t  c

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