GMSK调制与非相干数字解调.docx
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GMSK调制与非相干数字解调
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:
①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。
②脉冲响应过冲量应尽量小,防止已调波瞬时频偏过大。
③输出脉冲响应曲线的面积对应的相位为π/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()θθ()s是有限的。
这样我们就可以
事先制作Cosθ(t)和Sinθ(t)两张表,根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((f—fc)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、Systemview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IQ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
Token0Parameters:
Source:
PNSeq
Amp=1v
Offset=0v
Rate=10Hz
Levels=2
Phase=0deg
MaxRate=400Hz
28,101,115,119,119,120,121,122,124,125,128
分析
Analysis
Inputfromt0OutputPort0
MaxInputRate=400Hz
1,30,137,140
采样器
1,采样速率2,采样点时间宽度3,采样时间偏差
Operator:
Sampler
Non-InterpRight
Rate=10Hz
Aperture=0sec
ApertureJitter=0sec
MaxRate=10Hz
32
增益
1单位选择2,增益
Operator:
Gain
Gain=1
GainUnits=Linear
MaxRate=10Hz
31
异或门
1输出延时2输出真假3阈值
Token31Parameters:
Logic:
XOR
GateDelay=0sec
Threshold=100e-3v
TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v
RiseTime=0sec
FallTime=0sec
MaxRate=10Hz
5,6,34
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:
Hold
LastValue
Gain=1
OutRate=400Hz
MaxRate=400Hz
2
采样延迟
1,延迟点数2初始化条件3图符属性
Token2Parameters:
Operator:
SmplDelay
Delay=1samples
=100e-3sec
Attribute=Passive
InitialCondition=0v
FillLastRegister
Output0=Delayt4
Output1=Delay-dT
MaxRate(Port0)=10Hz
3,4
抽样器压缩
1,抽样系数
Operator:
Decimator
DecimateBy2
MaxRate=5Hz
107,144
高斯滤波器
Operator:
LinearSys
GaussianFIR
Fc=3Hz
DecimateBy1
QuantBits=None
Taps=133
InitCndtn=Transient
DSPModeDisabled
MaxRate=400Hz
72,73,74,94,95
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:
Delay
Non-Interpolating
Delay=100e-3sec
Output0=Delayt6
Output1=Delay-dT
8,9,13,14,87,88,96,97
乘法器
Multiplier:
NonParametric
Inputsfrom1318
Outputsto10120
10,99
加法器
Adder:
NonParametric
Inputsfrom89
Outputsto128142
142
带通滤波器
Operator:
LinearSys
ButterworthBandpassIIR
3Poles
LowFc=34Hz
HiFc=46Hz
QuantBits=None
InitCndtn=Transient
DSPModeDisabled
102,103
低通滤波器
Operator:
LinearSys
ButterworthLowpassIIR
3Poles
Fc=10Hz
QuantBits=None
InitCndtn=Transient
DSPModeDisabled
116
科斯特斯环
1vco频率2vco相位3vco调制增益4环路滤波器系数
Comm:
Costas
VCOFreq=40Hz
VCOPhase=0deg
ModGain=1Hz/v
LoopFltr=1+1/s+1/s^2
Output0=BasebandInPhase
Output1=BasebandQuadrature
Output2=VCOInPhaset87
Output3=VCOQuadraturet115t88
133
取负数
Token133Parameters:
Operator:
Negate
100
缓冲器
1输出延时2输出真假3阈值
Logic:
Buffer
GateDelay=0sec
Threshold=10e-3v
TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v
RiseTime=0sec
FallTime=0sec
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20Hz~60Hz。
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,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
Token0Parameters:
Source:
PNSeq
Amp=1v
Offset=0v
Rate=20Hz
Levels=2
Phase=0deg
MaxRate=400Hz
28,101,115,119,119,120,121,122,124,125,128
分析
Analysis
Inputfromt0OutputPort0
MaxInputRate=400Hz
1,30,137,140
采样器
1,采样速率2,采样点时间宽度3,采样时间偏差
Operator:
Sampler
Non-InterpRight
Rate=20Hz
Aperture=0sec
ApertureJitter=0sec
MaxRate=20Hz
32
增益
1单位选择2,增益
Operator:
Gain
Gain=1
GainUnits=Linear
MaxRate=20Hz
31
异或门
1输出延时2输出真假3阈值
Token31Parameters:
Logic:
XOR
GateDelay=0sec
Threshold=50e-3v
TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v
RiseTime=0sec
FallTime=0sec
MaxRate=20Hz
5,6,34
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:
Hold
LastValue
Gain=1
OutRate=400Hz
MaxRate=400Hz
2
采样延迟
1,延迟点数2初始化条件3图符属性
Token2Parameters:
Operator:
SmplDelay
Delay=1samples
=50e-3sec
Attribute=Passive
InitialCondition=0v
FillLastRegister
Output0=Delayt4
Output1=Delay-dT
MaxRate(Port0)=20Hz
3,4
抽样器压缩
1,抽样系数
Operator:
Decimator
DecimateBy2
MaxRate=10Hz
107,144
高斯滤波器
Operator:
LinearSys
GaussianFIR
Fc=6Hz
DecimateBy1
QuantBits=None
Taps=67
InitCndtn=Transient
DSPModeDisabled
MaxRate=400Hz
72,73,74,94,95
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:
Delay
Non-Interpolating
Delay=50e-3sec
Output0=Delayt6
Output1=Delay-dT
8,9,13,14,87,88,96,97
乘法器
Multiplier:
NonParametric
Inputsfrom1318
Outputsto10120
10,99
加法器
Adder:
NonParametric
Inputsfrom89
Outputsto128142
142
带通滤波器
Operator:
LinearSys
ButterworthBandpassIIR
3Poles
LowFc=20Hz
HiFc=60Hz
QuantBits=None
InitCndtn=Transient
DSPModeDisabled
102,103
低通滤波器
Operator:
LinearSys
ButterworthLowpassIIR
3Poles
Fc=20Hz
QuantBits=None
InitCndtn=Transient
DSPModeDisabled
116
科斯特斯环
1vco频率2vco相位3vco调制增益4环路滤波器系数
Comm:
Costas
VCOFreq=40Hz
VCOPhase=0deg
ModGain=1Hz/v
LoopFltr=1+1/s+1/s^2
Output0=BasebandInPhase
Output1=BasebandQuadrature
Output2=VCOInPhaset87
Output3=VCOQuadraturet115t88
133
取负数
Token133Parameters:
Operator:
Negate
100
缓冲器
1输出延时2输出真假3阈值
Logic:
Buffer
GateDelay=0sec
Threshold=10e-3v
TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v
RiseTime=0sec
FallTime=0sec