2023年通信原理GMSK实验报告.pdf
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1、北 京 邮 电 大 学 通 信 原 理 实 验 实 验 报 告 实 验 名 称:高 斯 最 小 移 频 键 控（G M S K）调 制 器 实 验 学 院：信 息 与 通 信 工 程 学 院 班 级：_姓 名：刘 伟 强 _学 号：_1021095 8_教 师：韩 老 师 目 录 一、实 验 目 的.1二、实 验 内 容.2三、实 验 原 理.21、G M SK调 制 器 工 作 原 理 及 相 位 路 径 的 计 算.22、数 字 信 号 处 理 方 法 实 现 G M SK调 制 器.5四、实 验 步 骤.6五、系 统 设 计.71、总 体 设 计.72、软 件 部 分.73、硬 件 部
2、分.21六、拓 展 部 分.27七、故 障 与 解 决 方 法.301、软 件 部 分.302、硬 件 部 分.33八、心 得 体 会.33一、实 验 目 的 1、通 过 运 用 数 字 基 带 解 决 方 法 来 实 现 高 斯 最 小 移 频 键 控(G M S K)调 制 器 算 法 的 基 带 硬 件 实 验，对 通 信 系 统 硬 件 实 现 有 新 的 结 识 及 新 的 思 绪。2、掌 握 M A X+plusII及 可 编 程 器 件 的 应 用。3、学 会 C语 言 或 M a t la b 软 件 进 行 G M S K相 位 途 径 及 仿 真 眼 图 的 编 程。4、对
3、 的 使 用 测 试 仪 表。5、理 论 联 系 实 际，培 养 科 学 实 验 态 度,提 高 实 际 动 手 能 力。二、实 验 内 容 1、了 解 GM SK调 制 器 工 作 原 理，推 导 GM S K信 号 相 位 途 径 的 计 算 公 式，掌 握 G M S K 调 制 器 数 字 化 实 现 的 原 理。2、掌 握 G M S K调 制 器 数 字 化、实 现 地 址 逻 辑 的 工 作 原 理，用 可 编 程 逻 辑 器 件 实 现 地 址 逻 辑 的 设 计，并 仿 真 各 点 波 形，分 析 检 查 其 时 序 逻 辑 关 系。3、了 解 GM SK相 位 途 径 的
4、编 程 流 程 图，并 用 计 算 机 编 出 相 位 途 径 0(t)的 余 弦 及 正 弦 表。4、为 了 检 查 所 编 码 表 的 对 的 性，可 进 一 步 运 用 计 算 机 软 件 检 查 从 上 述 码 表 得 出 的 GMSK基 带 波 形 的 眼 图 与 理 论 计 算 是 否 一 致,若 两 者 一 致，说 明 所 编 码 表 对 的，可 将 它 写 入 EPR0 M 中，并 将 EPR 0 M 片 子 插 在 GM SK调 制 器 硬 件 实 验 板 上。5、在 通 信 实 验 板 上，对 的 使 用 测 试 仪 表 观 看 G M SK基 带 信 号 眼 图。(1)用
5、 示 波 器 观 看 GM S K基 带 信 号 眼 图；(2)用 逻 辑 分 析 仪 观 看 地 址 逻 辑 电 路 各 点 波 形 及 其 时 序 关 系；(3)用 频 谱 仪 观 看 GM SK调 制 器 基 带 波 形 的 功 率 谱。6、按 上 述 规 定 写 出 实 验 报 告。三、实 验 原 理 1、GMSK调 制 器 工 作 原 理 及 相 位 途 径 的 计 算 M SK调 制 可 以 当 作 调 制 指 数 h=0.5 的 2FS K 调 制 器，为 了 满 足 移 动 通 信 对 发 送 信 号 功 率 谱 的 带 外 辐 射 规 定，在 M SK调 制 前 加 入 高
6、斯 滤 波 器，因 而 G M S K具 有 恒 包 络,连 续 相 预 编 码 4 二 电 平 变 换 B为 高 斯 滤 波 器 3dB带 宽 bne+1,-1位 的 特 点，其 旁 瓣 衰 减 比 MSK更 快，频 谱 运 用 率 更 高。产 生 GSMK信 号 的 原 理 图 如 下。G M S K信 号 为 s(t)=cosa)ct+0(t)=cosO(t)cos3ct sin0(t)sina)ct相 位 途 径 为 I30(t)=2T T/I 3-8 bng(r-nT)dr其 中，g(t)为 B T=O.3 高 斯 滤 波 器 矩 形 脉 冲 响 应，调 制 指 数 h=0.5,bn
7、为 双 极 性 不 归 零 码 序 列 的 第 n 个 码 元，%为+1或-1。高 斯 低 通 滤 波 器 的 传 输 函 数 为/(/)=exp(-2/2)式 中，.是 与 高 斯 滤 波 器 的 3 dB带 宽 为 有 关 的 一 个 常 数。由 3dB带 宽 定 义 有“2(统)=3即 exp(-2a25；)=2-1所 以 aBh=J n 2 ao.5887由 此 可 见，改 变 将 随 之 改 变。滤 波 器 的 冲 激 响 应 为,我(7i yh(t)=-e x p-1由 式 看 出，及“)不 是 时 限 的，但 它 随/按 指 数 规 律 迅 速 下 降，所 以 可 近 似 认 为
8、 它 的 宽 度 是 有 限 的。由 于 它 的 非 时 限 性,相 邻 脉 冲 会 产 生 重 叠。假 如 输 入 为 双 极 性 不 归 零 矩 形 脉 冲 序 列 sQ):$)=Z anb(t-n Th),an=1一,04|心 上 式 中，如)=刀，20,其 他 其 中，为 码 元 间 隔。高 斯 预 调 制 滤 波 器 的 输 出 为 x(f)=$)*=Z%g(f-a7；)n式 中，高 斯 滤 波 器 矩 形 脉 冲 响 应 为 即(t)=x(O*九=IQ与(t一 分 Q 修+洲 其 中 当 8为 取 不 同 值 时，高 斯 滤 波 器 的 矩 形 脉 冲 响 应 g 如 下 图 所
9、示。经 计 算,BTb=0.3的 高 斯 滤 波 器 的 g(t)的 积 分 面 积 为 1/2,且 满 足 以 下 条 件 回(容:那 火，：I g(t)0|t|2.5Tb所 以，对 于 BT=0.3的 高 斯 滤 波 器，取 g(t)的 截 短 长 度 为 5 T 来 计 算 G M S K 信 号 的 相 位 0(t),就 可 达 成 足 够 精 度。由 于 g 在 5T时 间 区 间 呢 的 积 分 面 积 为 1/2,所 以 BT=0.3 的 G M S K相 位 途 径 计 算 大 为 化 简。在 7 三 1式 微+1)7期 间，BT=0.3的 G M S K 的 相 位 为k+2
10、 t0(0=n W bn J g(r-n T-d T+L-7n=k-2(n-2Tk-3L=W 匕(取 模 4)n=-oo具 体 计 算 如 下。在 kT t(k+1)7 时 m0(t)=0(kT)+A0(t)k+2 kT T0(kT)=7T y bn I g(T-nT-dr+L-J J(n-2)T L,Ln-k-2k+2 t 0(t)=n 2 b j g(T-nT-5)n=k-2 2、数 字 信 号 解 决 方 法 实 现 GMSK调 制 器 在 算 得 0(t)后，即 可 算 出 COS0 及 s讥 0(t)值。在 工 程 上，一 方 面 将 cos0(t)及 s讥 0(。离 散 化，制 成
11、 表，固 化 在 R O M 中。由 随 机 数 据 bn 形 成 R O M 表 的 地 址，根 据 地 址 取 出 R OM 中 相 应 的 基 带 信 号 离 散 值，然 后 运 用 D/A将 其 数 模 变 换 成 模 拟 基 带 信 号 cos0(t)和 sin0(t),再 由 正 交 调 制 器 将 基 带 频 谱 搬 移 至 载 频 上。回 本 实 验 的 电 路 原 理 如 图 所 示。LPFDAC计 数 器 1=0,1,2,34567RoM余 弦 表 在 上 图 中，虚 框 内 表 达 地 址 逻 辑,功 能 是 取 出 所 需 要 的 采 样 量 化 点。RO M表 中 存
12、 放 的 是 10 2 4个 点 的 余 弦 值 和 正 弦 值。D AC是 模 数 转 换，即 将 1 0 2 4个 数 据 进 行 量 化，可 以 通 过 计 算 机 绘 图 p l o t函 数 实 现。由 于 存 在 着 采 样 导 致 的 副 主 瓣，影 响 了 功 率 谱 特 性，因 此 必 须 在 D/A后 加 低 通 滤 波 器 来 克 制 高 频 分 量,减 少 副 主 瓣 对 功 率 谱 的 影 响。选 用 在 上 图 中,虚 框 内 表 达 地 址 逻 辑,功 能 是 取 出 所 需 要 的 采 样 量 化 点。RO M表 中 存 放 的 是 10 2 4 个 点 的 余
13、 弦 值 和 正 弦 值。DA C是 模 数 转 换，即 将 1024个 数 据 进 行 量 化,又 计 算 机 绘 图 程 序 实 现。LPF是 低 通 滤 波 器,可 克 制 高 频 分 量，减 少 副 主 瓣 对 功 率 谱 的 影 响。选 用 3 d B带 宽 为 3 3 0 k H z的 6 阶 贝 塞 尔 低 通 滤 波 器，数 模 变 换 后 的 基 带 信 号 经 低 通 滤 波 器 后 的 功 率 谱 满 足 GSM05.0 5建 议 的 规 定。四、实 验 环 节 1,仔 细 推 导 g(t)、0(t)的 计 算 公 式。2、编 写 GMSK高 斯 滤 波 器 的 矩 形
14、脉 冲 响 应 g。)子 程 序，并 绘 制 g(t)的 函 数。3、编 写 计 算 0(。的 程 序。4、编 写 计 算 cos。及 s in 0(t)的 程 序，并 设 计 余 弦 及 正 弦 ROM表。5、将 余 弦 和 正 弦 码 表 中 的 每 个 样 值 的 10 b i t码 字，按 照 地 址 逻 辑 进 行 存 放，并 用 m a t 1a b 程 序 实 现。6、得 到 ROM存 储 的 基 本 波 形 表，运 用 信 号 源 产 生 的 伪 随 机 序 列 a“经 预 编 码 后 得 到 3,通 过 地 址 逻 辑 运 算 由 ROM中 顺 序 取 出 cos。及 s讥
15、0(t)的 离 散 值，然 后 运 用 计 算 机 绘 图 程 序(功 能 相 称 于 数 模 变 换 D A C)，得 到 基 带 波 形 的 输 出，观 测 仿 真 眼 图。7、把 得 到 的 正 余 弦 表 进 行 数 字 量 化，写 入 BIN文 献,下 载 到 硬 件 系 统 中，通 过 示 波 器 观 测 实 际 硬 件 实 现 的 GM SK信 号 眼 图。五、系 统 设 计 1、总 体 设 计 计 数 器 1=0.1,23.4.5.6.7时 钟 1f=170Mhzcosw(t)R0M正 弦 表 五 位 移 存 量 DACLPF2、软 件 部 分 团 系 统 软 件 流 程 图
16、如 下 图 所 示。开 始(l)g(t)函 数 的 产 生 思 绪:了 解 到 M atla b 内 置 有 e rfc函 数，可 以 通 过 erfc(x)的 表 达 式，得 到 Q(t)的 表 达 似 式,从 而 根 据 设 定 的 时 间 等 参 数 得 到 g(t)的 表 达 式,然 后 在-2.5T,2.5T 内 用 1 inspace取 10 0 0个 点 作 图 可 以 得 到 g(t)的 图 像。具 体 编 程 实 现 如 下(g t_ m.m)：代 码：func t i o n gt=g t _ m(t)%计 算 g(t)c 1 c;clear;T=l/2 7 0 8 33;
17、B=0.3/T;a=l/B*sq r t(1 o g(2)/2);t=linspace(2.5*T,2.5*T/0 00);gt=l/(2*T)*1/2*(e r fc(p i/a*(t-T/2)-e rfc(p i/a*(t+T/2);p l o t(t,gt);t i t 1 e(B T=0.3时，高 斯 滤 波 器 矩 形 脉 冲 响 应 g(t)；xlabelCt(限 定 在 5T范 围 内)；yla b e 1(*g(t)；e ndQ Figure 1可 以 得 到 图 像 如 下 图 所 示：(2)相 位 途 径 0(t)与 cos0(t)及 sin0(t)的 码 表 的 产 生
18、田 思 绪:一 方 面 由 于 每 一 个 相 位 途 径 是 由 5 个 码 元 所 组 成 的,先 要 编 写 四 个 象 限 的 bn 表，将 所 有 情 况 所 有 罗 列 出 来。然 后 根 据 相 位 途 径 产 生 的 公 式，借 助 m a tla b中 的 积 分 quad函 数,计 算 相 位 途 径 0(t),最 后 得 到 cos0Q)及 sin 0(t),分 别 用 一 个 1*10 2 4 的 矩 阵 来 表 达。具 体 编 程 实 现 如 下(p.m)o流 程 图 如 下 所 示：开 始 输 入 抽 样 点 数(抽 8个 比 特)，量 化 电 平 数 Q=10,B
19、T=0.3,状 态 组 合 数 b32,L GMSK预 潮 犍 波 器 的 矩 型 脉 冲 响 应 g(t)子 程 序 V工 t=T/8 1=0,1,2,3,4,5,6.7T(t)计 算 cos(t)和 s i n(t)结 束 代 码:C 1 C；c 1 e a r；T=l/2 7 0 8 3 3;B=0.3/T；a=sqrt(lo g(2)/2)/B;t=linsp a ce(2.5*T,2.5*T,1 0 2 4);g=(t)(O.5*erfc(p i*(t-T/2)/a)-0.5*erfc(p i*(t+T/2)/a)/(2*T);%g(t)b=z e ro s(3 2,5)；f o r
20、 n=0：31%将 口 转 化 为 二 进 制 m=n;for j=4：1：1if flo o r(m/2 j)=l b(n+1,5-j)=l,m=m-2 Aj,e n d;en d；b(n+1,5)=m；f o r i=1:5if b(n+l,i)=0b(n+l,i)=-1;end;e nd；end;pa=;for n=0:31for L=0:3fai=0;f o r j=-2:2fa i=fa i+p i*b(n+l,j+3)*qu a d(g,-2.5*T,-j*T-T/2);e ndf a i=f a i+L*pi/2；fo r i=0：7delta=0；for j=-2:2d e l
21、ta=d e 1 ta+pi*b(n+l,j+3)*qu a d(g,-j*T-T/2,i*T/8一 j*T-T/2)；endp b=f a i+delta;p a=p a,p b；endende nd%p lot(t,p a)s=s i n(p a)；%正 弦 表 c=co s(pa);%余 弦 表 sav e(sin.ma t/s);save(cos.mat/c1);（3）眼 图 的 绘 制 思 绪：得 到 ROM存 储 的 基 本 波 形 表 后，运 用 信 号 源 产 生 的 伪 随 机 序 列 an 经 预 编 码 后 得 至 帅 n，通 过 地 址 逻 辑 运 算 由 ROM中 顺
22、 序 取 出 cos0Q）及 sin。的 离 散 值，然 后 运 用 计 算 机 绘 图 程 序（功 能 相 称 于 数 模 变 换 DAC）,得 到 基 带 波 形 的 输 出，观 测 仿 真 眼 图。流 程 图 如 下:开 始 设 置 取 样 点 数（每 比 特 8个 抽 样 点），每 样 值 量 化 电 平 数 Q=10产 生 2 7 2-1 m序 列 伪 随 机 序 列 起 始 地 址 为 0000000000先 取 四 位 随 机 码 作 为 初 始 值 TIMES=1000M=0取 下 一 位 信 息 码 形 成 7位 地 址 逻 辑（含 2位 象 限 数 及 5位 信 息 随 机
23、 码 取 ROM中 的 值 转 换 为 实 际 值 清 屏 将 此 值 转 化 为 屏 幕 上 一 点 结 束 说 明:A、开 辟 空 间 存 入 R O M 表 以 及 伪 随 机 序 列。B、根 据 所 用 的 ROM表 拟 定 采 样 频 率 fs=8那（/b=270.833KHZ）,即 一 个 码 元 时 间 内有 8 个 抽 样 值,每 样 值 的 量 化 电 平 是 1 0,并 设 初 始 相 位 是 0,即 起 始 地 址 是。C、拟 定 读 取 信 号 的 数 目 为 10*TIMES,即 每 十 个 码 元 时 间 的 波 形 显 示 于 同 一 屏 幕。共 显 示 TI M
24、ES 次。D、由 bk-2,bk-i bkbm,bk+25 个 码 元 及 象 限 L形 成 地 址 逻 辑 获 得 ROM表 中 的 7 位 地 址；E、再 取 三 位 地 址 码，顺 序 取 出 i=0,1,2,3,4,5,6,7 个 抽 样 量 化 值，由 1 0位 地 址 逻 辑 找 到 R O M中 基 带 波 形 的 位 置，将 其 转 换 成 实 际 值，存 入 一 个 数 据 文 献 用 于 眼 图 仿 真，共 有 1O*TIMES*n 个 值(n=8)；F、根 据 产 生 眼 图 的 原 理，将 每 次 扫 描 结 果 叠 加 而 成，删 除 程 序 中 清 屏 幕 命 令，
25、即 可 看 到 眼 图；代 码：c 1 o s e a 1 I;%仿 真 眼 图 p;%将 ROM表 导 入 m=2A2 3-l；%伪 随 机 序 列 个 数 TIMS=50 0；%显 示 次 数 k=5;t=1:80；bcos=z e ro s(1,80);bs i n=z e r os(l,8 0);s e q=ro u n d(r a n d(l,m)；%产 生 伪 随 机 序 列 a n=0,seq(l：4);%初 始 4 位 随 机 码 f igu r e(1);for i=1:TIMSf orj=0:9a n=a n(2:5),seq(k);%取 下 一 位 信 息 码n=a n(
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- 2023 通信 原理 GMSK 实验 报告
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