GMSK的研究及系统仿真

Ig一 凋 毽≮ 荦绝谚皇 、 K碍吾f 关 于 GM SK 体 制 的 研 究 及 系 统 仿 真 睦 堕—里。翟凤琴 T7‘f -_-·——_—_——一 —’ ———一 l ⋯ 摘要 舂文托未来数字移动通信的一种主要调制技 采—— 期调制高斯滤遗型的最小频移键控 (GMSK) 技 采的几个主要 问题进行 了讨论 ，其中包括 GMSK 的调制拜调原理、功率谱密度与误码卓的计算 ，并暮 JI】桂块化 的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方击实现 了枣境仿真 从所关一 的审 蒂及蒂外幅射特性来看，GMsK 可满足单路单载波 数字移动通信 系统的严格要求，因此置一种糠有前逢 的敷 芋 调 制技 术 。 一 、 问题 的提出与本文所研究 的课题 随着物质和 文化生活水平 的提高 以及社会活动 的日溢频 繁．人们希望在任何时间和地点都能与任何 ^进行信息交换。移动通信正是实现这一匮望的理想 通信方 式 ．它与卫星通信和光缆通信被认为是现代三 大新兴通信手段 ． 同其它通信一样，移动通信也分模拟式和数字式 两大类。目前主要使用前者 ．但后者因具有特殊的优 点 ．正在大力研究发展中。由于现有的模拟式移动通 信B把凝道 间隔压缩到 25KHz，这就使得 在其它数字 通信中行之有效的一些调箭技术难以在移动通信中 应用。目此 ，研箭出 25KHz频道间隔且能适应多径传 播特点的数字调制技术．乃是数字式移动通信中急需 解决的一个重要课题。 对于单路单载波 (SCPC)窄带调频话单模拟移动 通信系统 ．所允许的调制带宽为 B。= △F 一 ~，2／kf (1) 式中．△F——为给定的频道问隔标称值 ．现规定为 25KHzI 一 18 一 △f——为发信方和收信方各自的颡事信差． 当采用数字调制时，其传输带宽大约是t = ^巾 (2) 式中．fb——为话音信号编码后的比特率或码速率， 其单位是 bl,(比特／抄)。 为使数字式话音能在现行的窄带调顿模拟系统 中传输，必须满足 蹦≤Ba的条件．由式 (1)和式 (2)得到： △F= 巾 + 4 2△， (3) 目此 ，要解决上述问题 ，必须研究出：(1)比特率 fb 低的话音编码器 I (2)传输效率 高的调制方 式 I (3)△f小的高稳定度载波振荡器。 按目前技术条件，若车振频率稳定度为 (3～10) ×1o／年．则对于移动通信使用的 (15．o~900)MI-[z搬 段 ，其颡率偏差△f约为 (1_5 2．5)KI-h。 允许的频道间隔与编码比特率在关系如图一1 所示[1]。由图可知，比特率为 16Kb／,的话音编码和 传输效率为1b／s．I-h的数字调制拄术，可适用于额遭 间隔为 25KHz的数字话音窄带传输系统。 苎 妻 奢 冒 墨 囝一1 尤许的频道闻隔与蝙码比特率的关系 目 此 ，问 题 归 结 为 寻 找 一 种 高 传 输 效 率 维普资讯 http://www.cqvip.com (1~2b／s．Hz)的数字调制技术、低比特率的又能使 话音质量争人满意的编码技术“夏带外辐射功率必 须在一 (60～70)dB以下的数字话音通信系统 就其 数字调制技术来说 ，在最小额移键控 (MSK)的基础 上，经过改进得到的预调制高新稔波型的最小频移键 控 (GMSK)、平滑 调 频 (TFM)、相 关相 移 键 控 (CORPSK)和参差四相相移键控 (OOPSK)等 ，可 基本满足上述要求 。本文只就 GMSK 体毒l中几个主 要 问题进行研究井作系统仿真 ． 二、GMSK 的调制原理及其 对高斯滤波器的要求 最小频移键控 (MSK)就是调制指数为 0．5的 二进翻数字频移键控 (BFSK)，其信号具有等幅，窄 带和相干检测苷良好特性，但其缺点是带外辐射功率 大 如果在实现 MSK 的频率调制器之前插入一个高 斯型低通滤波器，财就成为GMSK调制了。GMSK信 号不仅保持丁MSK信号的优点，还克服了它的缺点。 结果就能满足 SCPC数字式移运通信系统性能指标 的严倍要求。 GMSK调制器原理方框图如图一2所示，它由高 斯低通撼波器 (LPF)和压控振荡器 (VCO)组成。．LPF 的输出g(t)直接对VCO调频．以确保GMSK信号 的包络恒定和相位连续。 睡一2 GMSK 谭制器 原理 方框 图 GMSK 信号的频谱 形状 由 LPF的特性来控制 。 为了使其频谱 密集．LPF应 当具有下述特性 (1)窄 带且锐截止 ，以抑制高频分量 }(2)脉冲响应过冲量 小， 防止过大的瞬时频编；(3)脉冲响应曲线下的 面积 (对应于 ／2的相移 保持不变． 使调制指数 为 z／2，保持 MSK采用相干检测的优点 高斯塘波器的额率传递 函数可 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为： (，)一 ×P[口 ，] (4) 式中，ct是与滤波器 3dB带宽 Bb有关的一十系数．由 3dB带宽的定义可以得到 aBb— l,~na,／2≈0 59 (5) 高斯滤波器的脉冲响应函数为： ， (^ 一 P[一 (xt／ ： (6) GM SK 信号 r — h( ^ ：t： ⋯ Tb) r e．．rp k一 ( ／口) ])％ r一 (0) — ／ J J， (7) 再将式 (5)a值代人上式，最后得到 ，= { [一 28．5(BbTb) ])％ (8) 由式 (8)可得到 r与 BbTb之间的关 系，如表一1所 示 从表中可 以看出 当 BbTb：>0．5时，脉冲宽度 T一~Tb时的幅度是最大值的 16 8 ，且 BbTb值禽 大，则其幅度值禽小．因此高斯滤波器输出的脉冲宽 度不会很宽 ·一般约取 3Tb即可。当然 ，这时相邻脉 冲将 会产生重叠 。 表～1 1-与 BbTb之间的关系 。 。 j。 。 0 50 0 70 } ”卜 为了讨论 h (一)占据 的宽度 ．将 t一~rl"b(Tb为码 元周期 代入式(6)，井用与最大值的相对值来表示， 三、GMSK信号的解调原理 则有 及其 电路的实现 ～ 19 维普资讯 http://www.cqvip.com GMSK 信号 的解调可 以采用正交相 干检测法 。 实现这种方法 的重要前提是要恢复参考载波和时钟 ： 参考载波频率可选择中心频率 fc，亦可选择传号频率 =fc+fd或空号频率 fb=fc--fd(fd为频编 )。前一 种称为中心频 率镇定方式 ，后一种称为偏移额率锁定 方式。这两种方式的相干检测性能是相 同的 ，但后者 的载波恢复 实现起来 比较简单，我们研 究后者 的一 种 ，称为偏移频率锁定和模拟相加式的相干检测法 ， 其原理方框图如图一3所示。这种检测器具有三十特 点，(L)载波恢复采用偏移频率锁定方式}(2)采拌 判决时刻选在码元 中点 f(3)检测时利用两十相邻码 元的摸拟相加 电平 。 田 3一偏穆颥率锁定和模拟相加式的相干检测原理方框图 在通常的相干检擒J中，采样时刻总是选在码元的 终点。，以提高信噪比。但在 GMSK信号中，由于符 号间的干扰 ，使码元终点时刻 的信号 电平下降晟大， 导致信噪比隆低，若把采样时刻选在码元中点，围它 受符号问干扰影响较小 ，则不易发生错 判。 经过分析可知，由于所恢复的载波锁定在偏移频 靖^ 码流 功率诺 率 fs或 fm上 及采样时刻选在码元中点 ，则两个相 邻码元存在一定的简单关系 ，可将其电平进行线性横 拟相加 ，使信号获得 tdB的增益 而叠加在相郎两个 码元上的噪声可认为互不相关 ，其功率 相加仅 增加 3dB，从而使得信噪比改善了 3dB。 最后来看一下数据解调恢复 的过程 。由图一3可 见，奇偶码元Ij—L和Qj模拟相加后，再在码元中点 采拌判决 ，就可得到奇数数据 [Ij一1+Qj]。另用一路 (图中未画出)交叉相乘输 出奇偶码元Qj一1和 Ij，模 拟相加后在码元中点采栏判决，应可得到偶数数据 [Qj+ +1，上述两路数据在时间上交错一 个码元周 期Tb，只要以1／Tb的速率交替辅出就可得到相对码 ● 序列，最后再经过差分译码，就能恢复出所传辅的数 据⋯⋯D卜 2，Dj—L，Dj，Dj+L，Dj+2，⋯⋯ ． 四、GMSK系统的仿真 为 了研究 CMSK体舸 的性能，我们进行丁 系统仿真 系统仿真以^机对话方式获得待传输前二 进制数据流 ，将它对载波进行 GMSK调制 ，通过信噪 比可变的模拟噪声信遭传输至解调器，在此对混有噪 声的 GMSK信号进行解调，恢复 出被传输的二进舸 数据流，调舸解调过程的中间结果以及系统性能分析 的最后结果 ，均以数据或图形方式输出 。系统仿真任 务模块图如图_4所示 。 岩 * 鸥托 图 4 GMSK系统仿真任务模块囝 整十系统仿真工作是在Pc机上完成的。根据多 多，而篇幅有限，本文只就相位路径、功率谱和设 种 困隶的考虑 ，所选择 的输人数据为随机的二进制 率等性能的仿真 ，给出其最终曲线 ，如图一5～图一 ， 码，其玛速率为 16Kb／s；载波为 164KI"Iz~高斯低通 所示。假设输入数据流为00101001101i001 L⋯⋯ 滤 波器 的坤激响应脉冲宽度 为 2Tb 困仿真 内容较 从 我们仿 真得到 的 (见图一7)和 由参考 文献 一 2O 一 · ， 髑_)lJ 一 ④ 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 号』。 Ium(f)l =号』 Iura( )I zdt (11) 由图可知 ．BbTb愈大，dmln亦愈大 这是因为前者 盘大．其符号闻干扰盘小，故传号与空号信号之问的 距离盘大 ．误码率愈小。 若将式 (9)中的 dmin用 Eb值代人 ，则所得到 囝 9 信号最小距离与归一化带宽的关系 的谡码率与信噪比的关系曲线如图一 lo所示。 c !all 田一10 GMSK系毵的误玛率 与信噪比的关系 一 22 为了进行比较，在圄一10中同时还面出了 MSK 系统的误码率 曲线 ．固为 CMSK系统存在符号问干 扰，故谩率性蓖比MSK系统差．一般约损失信噪比 ldB左右。由图中看出，高斯低通滤波器的频带盘宽 (即 BbTb值愈大)，其系统 误码率愈小。这是 因为 BbTb值愈大 ，符号问干扰愈小的结果． 五、结 论 从已公开发表 的文献和我们所从事的研 究工作 来看，GMSK信号具有颠带窄和带外辐射功率小的 突出优 点．且误码率 比 MSK 只损失约 ldB信号 功 率 。因此 ．GMSK体制在移动通信中是一种较为理想 的数字调制拄术，值得深入研究．并大力推广应用。 参考文献 [1]。移动通信工程 ，卢尔瑞等编著，邮电出版社．1988 年 I [2] 现代数字调膏I技术 ．王士林等编著，邮电出版牡． 1997年 t [ K．Murota and K，H[rade， GMSK ModutⅡt[on for Digital M oblie Telephory ．1EEE Trans．coma~un． Vo1 COM 一 29·No．7．July，1981： [4]M．Lsblz~ka and Y．~ssuds， lmpror~ Coh即Ht Detection of GM SK ．1EEE Trans cOr叮mm．Vo1． COM -- 32．No． 3，M arch．1984． 维普资讯 http://www.cqvip.com