GFSK的调制解调原理(共8页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上GFSK的调制和解调原理高斯频移键控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在调制之前通过一个高斯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，

2、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）。GFSK调制调制信号ui1、直接调制：将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。调频信号uo环路低通滤波器LF鉴频器PD载波信号压控振荡器VCOuc主分频器 图一两点

3、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

4、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。coderGFSKcos(wCt)C(t)2hakSin()+Cos()S(t)b(t)(t)sin(wCt) GFSK的调制框图高斯预调制滤波器的冲击响应函数为：其中，B是高斯滤波器的3dB带宽，Tb是输入的一个码元宽度。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=0.5表示滤波器的3dB带宽是码元速率的0.5倍。

5、高斯滤波器的矩形脉冲响应为：其中，。则公式中双极性NRZ序列可以表示为，序列b(t)通过高斯低通滤波器后的函数为，再乘以后，进入积分器，得到相位函数，可表示为： ，h为调制指数，当h=0.5时，调频信号的相位连续，此调制为GMSK调制。GFSK的信号可以表示成： 由输入码元数据确定，将两路携带基带信号的和分别与正交的载波相乘再相加就得到了GFSK的信号。 下面就调制指数h=0.5的GMSK进行详述，假设高斯低通滤波器的3dB带宽B=1000，Tb=1/2000，则=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

6、滤波器后，它的相位改变p/2，需要选择合适的k满足等式。对于=0.5，截短后的响应为-Tb到Tb关于原点对称，如下图： 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=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2h相乘再从t到正无穷积分得到相位函数

7、，如下图： 得到了携带基带信号的相位函数，分别取余弦和正弦值就得到了同相和正交分量。同相： 正交： I(t)和Q(t)分别经过载波wc调制再相加最终得到了GMSK信号 GFSK解调GFSK的解调方式可以分为相干解调和非相干解调两种，是否需要载波相位恢复是两者的关键区别。其中相干解调需要恢复载波相位。但是，在移动或是室内的无线应用中，相干解调的方式受到无线信道多径特性的影响严重，会出现较高的误码门限。而非相干解调方式具有更简单的硬件结构，且有更低的误码门限。尽管高斯滤波器减小了发送 G FSK 信号对带宽的需求，但是以接收端得到符号间干扰为代价的。设由式可知与相关，是的码间干扰，其基带的同向和正交分量可分别表示为在输出端可以通过来获得。传统的GFSK解调器设计是利用两个微分器来实现，也可以用两个延时单元来取代微分器。GFSK相干差分解调示意图GFSK非相干差分解调示意图BPF的输出信号为其中，是时变包络，为载波频率，为附加相位函数，相乘器的输出为经LPF后输出为其中，当（k为整数）时，与是信号的包络，为正值，的极性就取决于，当0时判为+1，当0时判为-1.输入为“+1”时增大，输入为“-1”时减小，此判决规则可以恢复原来的数据。专心-专注-专业