GMSK+PN的遥测与测距互干扰抑制方法

gmsk 公式
GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）是一种调制技术，常用于无线通信中的数字调制。

它是一种连续相位调制（CPM）的形式，通过改变载波频率的微小变化来传输数字信息。

GMSK调制的关键在于使用高斯滤波器对数字信号进行预编码，以平滑信号的频率变化。

这种调制技术在抑制多径干扰和提高频带利用率方面具有优势，因此被广泛应用于蜂窝通信系统、卫星通信和蓝牙等无线通信标准中。

GMSK调制的公式可以表示为：
s(t) = A * cos(θ(t))
其中，s(t)为调制后的信号，A为幅度，θ(t)为相位。

相位的变化由输入比特流决定，通过将比特流转换为相位差来实现频率的变化。

在GMSK调制中，相位差由高斯滤波器来控制，以确保频率变化的平滑过渡。

GMSK调制的优点之一是其抗干扰能力较强。

由于频率变化的平滑性，GMSK信号对于窄带干扰和多径效应具有较好的抑制能力，从而提高了接收机的性能。

GMSK调制还具有较低的带宽要求。

由于频率变化的平滑性，GMSK 信号的功率谱密度分布较为集中，相比其他调制方式，可以在相同
带宽下传输更多的信息。

总结起来，GMSK调制是一种在无线通信中常用的调制技术，通过高斯滤波器对数字信号进行预编码，实现频率变化的平滑过渡。

它具有抗干扰能力强、带宽利用率高等优点，被广泛应用于各种无线通信系统中。

通过了解和掌握GMSK调制的原理和公式，可以更好地理解和应用这一调制技术。

移动通信原理试题选择1、移动蜂窝技术的基本特征是（A B C D）。

A、基站在一定范围内可以频率复用B、移动台在移动中可以进行切换C、移动台在不同地区可以漫游接入D、分裂小区可以增加系统容量2、GSM1800收发频率间隔为（ A）。

A、95MHzB、45MHzC、35MHzD、25MHz3、GSM900收发频率间隔为（ C ）。

A、25MHzB、35MHzC、45MHzD、75MHz4、下列中，不是移动通信中无线电波基本传播机制的是：CA、反射B、绕射C、散射D、折射5 数字蜂窝移动通信系统中，网络构成的主要实体有：A B C D(A)移动交换中心(B)基站(C)归属位置寄存器和访问位置寄存器D、操作维护中心填空1、多普勒效应是由于＿发射机与接收机之间的相对运动引起的一种现象，这种现象会引起接受信号频率的变化，即多普勒频移或多普勒扩散。

2、多普勒频移的漂移由两个参数确定：接收机相对于发射机的运动方向和运动速度＿。

3、当电波传播过程中受到的最大损耗源源自自然或人造的阻挡物时，这种影响叫做＿阴影效应或阻效应＿。

4、三阶互调分为：二信号三阶互调和＿三信号三阶互调＿两种类型。

5、在移动通信系统中，产生的互调干扰主要有三种：＿发射机互调＿，＿接收机互调＿，外部效应引起的互调。

移动通信原理考试例题二填空1、通信系统的构成要素是：终端设备、传输链路、交换设备2、通信系统中的多址技术分为FDMA 、TDMA、CDMA3、通信网的发展总趋势是向终端移动性、按需、多媒体、增值服务及个人化方向发展4、解释短语中文含义：BS 基站、BSC 基站控制器、BTS 基站收发信机、BSIC 基础识别码、ESN电子序号。

5、蜂窝移动通信系统为组网方式，数字集群系统为组网方式。

6、分集技术通常可分为空间、时间、频率、极化等。

7由相同频率的无用信号对接收机形成的干扰，称同信道干扰，也称___同频干扰__。

8采用蜂窝状小区来实现区域覆盖的主要目的是实现＿频率再用＿的目的，以便大大的增加系统容量。

doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2023.04.021引用格式:陈建斌,王刚,吴毅杰,等.GMSK 多通道接收机的非相干解调算法及FPGA 实现[J].无线电通信技术,2023,49(4):746-752.[CHEN Jianbin,WANG Gang,WU Yijie,et al.Non-coherent Demodulation Algorithm and FPGA Implement of GMSK Multi-channel Receiver [J].Radio Communications Technology,2023,49(4):746-752.]GMSK 多通道接收机的非相干解调算法及FPGA 实现陈建斌,王㊀刚,吴毅杰,王新玥(上海航天电子技术研究所,上海201109)摘㊀要:针对硬件资源受限的高斯最小频移键控(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying,GMSK)信号多通道接收机,设计了一种硬件资源占用极少㊁译码性能良好的解调算法㊂对通用数字环路硬件资源进行优化,提出了一种改进算法,将环路捕获速度提升了5倍,引入一种位同步算法,该算法同步精度高㊁占用硬件资源少㊁采样率低㊁易于工程实现㊂并对2-bit 差分解调算法进行改进,完成差分解调模块设计㊂测试结果表明,改进后的差分解调算法比改进前译码性能提升了约2dB㊂该解调算法与理论值相比仅有0.6dB 的解调损耗,具有良好的解调性能,满足工程实际应用需求㊂关键词:高斯最小频移键控;通用数字环;位同步;2-bit 差分解调;FPGA 中图分类号:V556.1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1003-3114(2023)04-0746-07Non-coherent Demodulation Algorithm and FPGA Implement ofGMSK Multi-channel ReceiverCHEN Jianbin,WANG Gang,WU Yijie,WANG Xinyue(Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute,Shanghai 201109,China)Abstract :Aiming at the Gaussian Filtered Minimum Shift Keying(GMSK)signal multi-channel receiver with limited hardware re-sources,a demodulation algorithm with low hardware resource occupation and good decoding performance is designed.General digitalloop hardware resources are optimized,and an improved algorithm is proposed,which increases the loop capture speed by 5times and introduces a bit synchronization algorithm with high synchronization accuracy,less hardware resources,and low sampling rate.This ap-proach facilitates engineering implementation.And a 2-bit differential demodulation algorithm is improved to complete differential de-modulation module design.Test results show that the improved differential demodulation algorithm improves decoding performance by a-bout 2dB compared with the previous pared with the theoretical value,the demodulation algorithm has only a demodulation loss of 0.6dB,has good demodulation performance,and meets practical application requirements of engineering.Keywords :GMSK;universal digital loop;symbol synchronization;2-bit differential demodulation;FPGA收稿日期:2023-03-22基金项目:国家部委基金资助项目Foundation Item :Project Funded by National Ministries and Commis-sions of China0　引言GMSK 信号因其具有频带利用率高㊁恒包络特性好等优点被广泛应用到移动通信㊁航空数据链和遥测通信等领域[1-3]㊂GMSK 解调算法主要可以分为相干解调和非相干解调[4],相干解调想要获得优秀的解调性能主要通过数字环路+维特比等高复杂度算法来实现[5-6],其需要占用大量FPGA 硬件资源,并不适用于FPGA 硬件资源有限且需多通道(通道数ȡ32)处理解调数据的接收机等设备㊂因此,面对靶场遥测系统需多通道接收解调数据的需求,设计一种硬件资源占用少,误码性能好的解调方案就变得尤为重要㊂文献[7-9]指出,非相干解调方法中,在相同信噪比条件下,2-bit 差分解调性能优于1-bit 差分解调,且算法复杂度比相干解调低,资源占用少,易于工程实现,差分解调算法想要获得最佳解调性能的前提是获得准确的位同步信息[10-11]㊂文献[12]提出了一种基于维特比的差分相位解调方法,并通过仿真结果得出该方法解调性能优于1-bit 和2-bit 差分解调,但该方案算法复杂,且需要大量的乘法器,占用硬件资源较多,无法应用到多通道接收且硬件资源受限的设备中㊂基于上述情况,本文采用通用数字环+位同步+2-bit 差分解调实现GMSK 信号的非相干解调㊂通用数字环具有复杂度低㊁易于数字化等优点,在此基础上,提出了一种改进算法以提高数字环路的性能㊂引入一种位同步算法,该算法可以直接利用GMSK 信号的相位特征和波形特点提取位同步信号,通过低倍采样率就可以很好地完成位同步,同步精度高㊁硬件资源占用少㊂然后采用2-bit 差分解调算法实现GMSK 信号的解调;最后对设计完成的32通道解调模块进行FPGA 实现,提出资源优化方案,最大限度的节省硬件资源㊂整个解调模块具有硬件资源占用少,译码性能好等优点㊂最后对解调模块进行仿真和实测,给出GMSK 信号在10Mbit /s 码速率下的测试结果㊂1㊀GMSK 信号特性分析调制后的GMSK 信号可以表示为:s (t ,a )=A 0cos[ωc t +φ(t ,a )+φ0],(1)式中:A 0为信号包络幅度,ωc 为载波频率,φ0为初始相位,φ(t ,a )为相位信息,如下式表示:φ(t ,a )=πðn ia k q (t -kT ),t ɪ[nT ,(n +1)T ],(2)式中:a k 为+1或-1的码元序列,T 为码元周期,q (t )为脉冲相位函数,可通过高斯脉冲成形滤波器的脉冲响应g (t )的积分形式表示:q (t )=ʏtg (t )d τ,(3)g (t )=12T Q 2πB ln2t -T2()éëêêùûúú-Q 2πB ln2t +T 2()éëêêùûúú{},(4)Q (t )=12πʏɕte-τ22d τ㊂(5)式(4)中,B 为高斯滤波器的3dB 带宽,由于t的取值为(-ɕ,+ɕ),其具有物理不可实现性,因此在工程上需要对其进行截断近似处理成如下形式:g T (t )=g (t ),t ɪ[-NT ,NT ]0,其他{㊂(6)文献[13]通过仿真分析指出GMSK 信号的功率谱密度主要分布在-2.5T ~2.5T ,因此,本文将g (t )截取为5T 的长度,此时N =2㊂文献[14]指出BT 值越小,输出功率谱就越紧凑,但码间干扰就越严重㊂文献[15]计算得出了不同BT 值下的GMSK 信号的功率谱密度分布情况,当BT =0.5时,GMSK 信号有99.9%的能量集中在1.33R b ,R b 为信号的码速率㊂在不同BT 值下对2-bit 差分解调算法进行Matlab 仿真,得出误码率曲线如图1所示㊂通过对系统的解调性能和频带利用率进行综合考虑,选择当BT =0.5时的误码率作为理论值,并将其作为工程实现对比的依据㊂图1㊀不同BT 值的GMSK 误码率曲线Fig.1㊀GMSK bit error rate curves with different BT2㊀GMSK 差分解调系统2.1㊀数字环路原理与改进由于位同步算法需要GMSK 信号的相位特征和波形特点来提取位同步信息,所以在位同步前需要利用数字环路对GMSK 信号进行载波相位恢复,数字环路实现流程如图2所示㊂其主要由低通滤波器㊁鉴相器㊁环路滤波器和数控振荡器4部分组成[16-17]㊂环路工作过程如下:输入的GMSK 信号与数控振荡器的输出信号相乘,通过低通滤波器后的两个支路信号经符号函数后送到相乘器得到相位误差信号Δφ,通过调整环路滤波器系数对数控振荡器的频率控制字进行修正,通过闭环控制,完成环路锁定,完成信号的载波相位恢复㊂图2㊀数字环路实现流程Fig.2㊀Digital loop implementation process由图2可知Δφ为:Δφ=sgn(I )㊃sgn(I -Q )㊃sgn(Q )㊃sgn(I +Q ),(7)又因为:x y =1,x ,y 同号-1,x ,y 异号{,(8)可以推出:sgn(x y )=sgn(x ㊃y )㊂(9)因此式(7)可以表示为:Δφ=sgn(I ) sgn(I -Q ) sgn(Q ) sgn(I +Q )㊂(10)通过上述分析,虚线框中的3个乘法运算可以等效为3个异或非逻辑运算,将其应用到32通道接收机中可以节省96个乘法器,有效地优化了硬件资源的使用,达到节省硬件资源的目的㊂利用双线性变换,得到二阶数字环路滤波器的传递函数为:G (z )=C 1+C 2z -11-z -1,(11)C 1=2τ2+T s2τ1,㊀C 2=T s τ1㊂(12)数字环路滤波器结构如图3所示㊂由于采用双线性变换设计的数字环路滤波器其系数C 1和C 2存在较大误差,影响环路性能㊂为了解决这个问题,采用将整个数字化环路的传递函数与经双线性变换后模拟锁相环传递函数对应系数相等的方式,可以求得较为准确的环路滤波器系数C 1和C 2,其与固有振荡频率ωn 和阻尼系数ξ关系如下:C 1ʈ2ξωn T sK,㊀C 2ʈ(ωn T s )2K㊂(13)图3㊀数字环路滤波器结构Fig.3㊀Digital loop filter structure环路单边噪声带宽为B L =ωn8ξ(1+4ξ2),B L 越小,环路对噪声的滤除能力越强,但跟踪动态范围就会越小㊂在GMSK 信号的2-bit 差分解调中,为了平衡环路性能,通常取B L ɤ0.05R b 较为合适㊂为了最大程度抑制噪声和提高频偏捕获速度,本文对环路滤波器系数进行改进,分别加入调整因子ε1和ε2,如式(14)所示:C 1=2ε1ξωn T sK,㊀C 2=ε2(ωn T s )2K㊂(14)当环路捕获频偏和相位误差较大时,可以适当增大ε1,提高系统的快速性;反之可以减小ε2提高环路系统的稳定性㊂将所设计的数字环路进行Matlab 仿真,由图1可知,误码率优于9.5ˑ10-5时的信噪比为13.2dB㊂因此,仿真时令高斯噪声值E b /N 0=13dB,其余仿真条件为:阻尼系数ξ=0.707,环路总增益K =1.46ˑ10-9,B L =0.05R b ,ε1=ε2=1,载波环路频率曲线如图4所示㊂由图4可知,当载波频偏为-100kHz 时,环路捕获时间约为12.95ms,最大波动频差为8.38kHz;数字环路捕获时间过长,会严重影响系统的响应速度,甚至导致突发方式的通信系统无法工作的情况㊂图4㊀改进前载波环路频率曲线Fig.4㊀Carrier loop frequency curve beforeimprovement为了提高环路捕获速度,采用调整因子切换方法,即在环路系统初始时刻,频偏和相位误差较大时,自适应因子设为ε1=1.26㊁ε2=1.12,跟踪10ms 后完成粗捕获,此时调整因子切换为ε=1㊁ε2=0.84,改进后载波环路频率曲线如图5所示㊂由图可知,采用调整因子切换方法后的环路捕获速度比改进前提升约5倍,相位抖动也有一定程度的减小㊂频偏变化在最大频偏范围内的系统均可以使用该方法提高系统捕获速度㊂图5㊀改进后载波环路频率曲线Fig.5㊀Carrier loop frequency curve after improvement由上述分析可知,所设计的数字环路结构简单,在实现过程中不需要用到乘法器,具有捕获速度快,相位抖动小,硬件资源占用少等优点㊂2.2㊀位同步算法文献[18]指出,由于正余弦函数和在码元周期内的GMSK 基带波形信号在[n π/2,(n +1)π/2]均具有单调性,可以从GMSK 信号基带波形信号特征中提取出位同步信号㊂算法流程如图6所示㊂对位同步算法进行Matlab 仿真,每个码元的采样点数为5,并对位同步误差进行统计,位同步误差统计如表1所示㊂表1㊀位同步误差统计Tab.1㊀Bit synchronization error statistics预采样时间T s 位同步误差-2-1/5T /%0/%1/5T /%2/5T 5000 2.2295.26 2.520100000.6498.640.72020000.0299.940.04㊀㊀由表1可知,预采样统计时间越长,位同步算法定时精度越高,当经过2000T s 预采样时间计算后㊂输出的同步信号定时误差为零的概率为99.94%,满足2-bit 差分解调对位同步信息的精度要求㊂该位同步算法在实现过程中不需要使用乘法器,且只需要5倍采样率就可以准确输出位同步信息㊂具有算法复杂度低,同步精度高㊁硬件占用资源少等优点㊂非常适合在硬件资源受限的GMSK 解调系统使用㊂图6㊀位同步算法流程Fig.6㊀Bit synchronization algorithm flow2.3㊀2-bit 差分解调算法设计与改进本文设计的GMSK 信号32通道接收机解调性能要求:当E b /N 0=15dB 时,误码率优于9.5ˑ10-5㊂由于通道较多且相互独立,所以在选择解调算法过程中,要选择译码性能良好且占用硬件资源较少的解调算法㊂本文采用改进后2-bit 差分解调算法可以满足上述要求,其算法实现流程如图7所示㊂图7㊀改进后2-bit 差分解调算法实现流程Fig.7㊀Implementation process of the improved 2-bitdifferential demodulationalgorithm由图7可以看出,位同步模块为解调模块准确提供延迟2个码元周期的定时信号㊂I㊁Q 两路基带信号分别与延迟2个码元周期的信号相乘再相加,输出的信号为y (T s )㊂传统2-bit 差分解调算法通过判决门限γ直接对y (T s )进行抽样判决㊂当信噪比较低时,在抽样时刻的y (T s )易受到噪声干扰而发生误判,影响系统解调系能㊂为了提高码元判决准确度,改进后的2-bit 差分解调算法在判决前先对y (T s )进行一个码元周期的积分,即对每个码元周期内的K 个采样点进行波形叠加后再进行抽样判决可有效降低误码率,提高解调系统的译码性能㊂3㊀程序设计与仿真3.1㊀FPGA 设计根据前文所述的差分解调系统设计原理,对改进后的系统各模块进行Verilog 设计,FPGA 采用Xilinx 公司生产的K7系列XC7K160T 芯片㊂32通道GMSK 解调模块的顶层设计如图8所示㊂图8㊀32通道GMSK 解调模块的顶层设计Fig.8㊀Top-level design of 32-channel GMSK demodulation由图8可以看出,32通道相互独立,可同时完成32路GMSK 信号的解调㊂I㊁Q 两路数据先利用载波同步模块对其载波相位进行恢复,然后经位同步模块处理后,输出位同步脉冲,然后差分解调模块依靠准确的位同步脉冲进行解调,最终输出判决码元信息㊂由前文分析可知,载波同步和位同步模块在程序实现过程中无需使用乘法器;载波同步输出数据为23位,为减少查找表资源的使用,经过评估计算,保留小数点后4位可以保证输出精度,所以截取其高16位作为位同步模块的输入,截取后32通道共计可以节约14080个查找表资源㊂32个差分解调模块仅占用64个乘法器和32个加法器,在保证运算精度的情况下,所有寄存器采用最小位数设计,有效减少硬件资源的占用㊂将本文设计的差分解调模块与维特比解调模块的硬件占用情况进行对比,结果如表2所示㊂由表可知,维特比解调模块需占用大量硬件资源,其双通道情况下与文中32通道解调模块硬件资源占用量相当㊂单通道情况下,差分解调模块与后者占用的LUT㊁DSP48E 资源相比,分别节省了92.48%和98.46%㊂本文设计的解调模块占用硬件资源极少,为设计硬件资源有限的32通道接收机提供了工程实现基础㊂表2㊀硬件资源占用情况对比Tab.2㊀Comparison of hardware resource usage硬件资源类型差分解调模块(32通道)数量占总量/%维特比解调模块(2通道)数量占总量/%查找表(LUT)6074023.895279819.98寄存器(FF)330296.50314766.00DSP48E22414.5565042.203.2㊀FPGA 仿真仿真在Xilinx 的ISE14.7开发环境下进行,首先通过Matlab 程序产生GMSK 体制的I㊁Q 两路基带数据,然后转换为12bit 的量化数据作为解调模块的输入㊂仿真条件为:BT =0.5,位同步算法预采样统计时间为2000T s ,信号码速率为10Mbit /s,位同步每个码元的采样点数K =5,因此主时钟为50MHz㊂差分解调模块仿真结果如图9所示,可以看到,I㊁Q 两路基带数据通过载波同步模块后,载波相位已经准确恢复,位同步模块通过对I㊁Q 两路数据进行位同步信息提取统计,在2000T s 预采样结束后,准确找到码元的起始时刻,并输出位同步脉冲㊂经过差分解调模块解调并进行积分法判决后准确输出解调数据㊂图9㊀差分解调模块仿真结果Fig.9㊀Simulation result of differential demodulation4㊀软件无线电平台试验将GMSK 解调模块在基于AD9361+FPGA 软件无线电平台上进行测试㊂GMSK 调制信号由RS 公司的SMBV100A 射频信号源产生,输入到测试板卡中;AD9361将射频信号搬移到零频,然后通过FPGA 对基带数据进行解调;最后输出的码元利用误码率统计软件与测试码本进行对比,通过计算误码率对系统解调性能进行评估㊂信号源输出的信号码速率为10Mbit /s,测试码本是帧头为EB90,长度为80Byte 的码元序列㊂软件无线电试验平台如图10所示㊂图10㊀AD9361+FPGA 软件无线电试验平台Fig.10㊀AD9361+FPGA software radio test platform将解调软件烧录到测试板卡中,通过在线逻辑分析仪(Chipscope)对解调模块的关键信号进行抓取,来验证其是否正常工作㊂差分解调模块测试结果如图11所示,当预采样统计时间结束时,解调模块依据位同步脉冲,获得码元的最佳采样时刻,差分解调后通过积分法判决输出解调数据㊂图11㊀差分解调模块测试结果Fig.11㊀Differential demodulation module test results对所设计的差分解调模块进行误码率测试,测试结果如图12所示㊂在误码率为9.5ˑ10-5(系统解调性能要求)时,改进后(采用积分法判决)算法比改进前(未采用积分法判决)解调性能提升约2dB㊂改进后的算法工程实现值与差分解调理论值仅有0.6dB 的损失,验证了本文算法的有效性㊂图12㊀GMSK 误码率测试曲线Fig.12㊀GMSK bit error rate test curve5㊀结束语在硬件资源受限的情况下,针对接收机需32通道进行GMSK 解调的工程应用需求,基于FPGA 设计实现了一种硬件资源占用极少,译码性能好的解调算法㊂通过对通用数字环路进行优化设计,有效减少硬件资源的使用,易于数字化㊂在此基础上,提出了一种改进算法,在环路滤波器系数中加入调整因子,采用调整因子切换的方法,将环路的捕获速度提升了5倍,有效减少系统相位抖动㊂引入的位同步算法只需5倍采样率就可以准确输出位同步信息,且具有同步精度高㊁易于工程实现等优点㊂通过对2-bit 差分解调算法进行改进,采用积分法进行抽样判决㊂试验结果表明,改进后的差分解调算法比改进前译码性能提升了约2dB㊂基于本文算法设计的解调模块误码率性能仅比理论值低0.6dB,解调性能良好,完全满足硬件资源受限的遥测系统32通道接收机的解调性能要求㊂参考文献[1]㊀顾圣明,陈丽婷,陈建斌.Gardner同步算法在高速GM-SK信号传输中的应用[J].无线电工程,2019,49(6):527-533.[2]㊀BODE P,LAMPE A,HELFENSTEIN bined GMSKand8PSK Modulator for GSM and EDGE[C]ʊInterna-tional Symposium on Circuits&Systems.Bargkak:IEEE,2003:1-3.[3]㊀张金荣,吴岭.GMSK+PN的遥测与测距互干扰抑制方法[J].系统工程与电子技术,2018,40(8):1708-1712.[4]㊀XIE Y Q,WANG H K,REN J J.A New Algorithm of De-modulation for GMSK Based in Software Radio[C]ʊCon-ference Proceedings of the Seventh International Confer-ence on Electronic Measurement&Instruments(ICEMI 2005).Taiyuan:ICEMI,2005:1896-1898. [5]㊀ZENG Z Q.Performance Analysis and Simulation of GM-SK Demodulation Based on Viterbi Algorithm[J].Journalof Chongqing University of Posts and Telecommunications(Natural Science),2008(2):132-138.[6]㊀SONG D,YAO R,MA H,et al.One-step Backtracking Al-gorithm Based on Viterbi Algorithm in GMSK Demodula-tion[C]ʊ2020IEEE International Conference on SignalProcessing,Communications and Computing(ICSPCC).Macau:IEEE,2020:1-5.[7]㊀熊于菽.GMSK调制解调技术研究[D].重庆:重庆大学,2008.[8]㊀杨树树,宋小刚.GMSK多比特联合差分解调性能分析与仿真[J].航天电子对抗,2016,32(4):44-46. [9]㊀吴团锋.基于2比特差分的GMSK信号解调算法[J].军事通信技术,2002,23(1):35-40.[10]赵秋明,龚金忠,陈秋良.基于软件无线电的GMSK调制解调位同步算法[J].电视技术,2013,37(9):146-148.[11]杜勇.数字调制解调技术的MATLAB与FPGA实现[M].北京:电子工业出版社,2014.[12]杨泽坤,晋东立,王杨.GMSK调制与非相干解调算法研究与仿真实现[J].无线电工程,2017,47(12):61-66.[13]LUI G L.Threshold Detection Performance of GMSK Sig-nal with BT=0.5[C]ʊIEEE Militey CommuncationsConference.Boston:IEEE,1998:515-519. [14]JIE W,SAULNIER G J.A Two-stage MSK-type Detectorfor Low-BT GMSK Signals[J].IEEE Transactions on Ve-hicular Technology,2003,52(4):1166-1173. [15]漆钢.小BT参数突发GMSK信号解调技术研究[D].绵阳:中国工程物理研究院,2013.[16]穆巍炜,王冲,唐然,等.一种自适应高动态GMSK信号相干解调算法[J].南开大学学报(自然科学版),2019,52(5):27-32.[17]孙会楠,邢彦辰.QPSK调制解调系统的设计与仿真[J].太原学院学报(自然科学版),2020,38(2):51-58.[18]陈丽婷,康超,顾圣明,等.GMSK信号的同步及相干解调算法[J].无线电工程,2021,51(5):346-351.作者简介:㊀㊀陈建斌㊀硕士,上海航天电子技术研究所工程师㊂主要研究方向:通信信号处理㊂㊀㊀王㊀刚㊀硕士,上海航天电子技术研究所助理工程师㊂主要研究方向:通信信号处理㊂㊀㊀吴毅杰㊀硕士,上海航天电子技术研究所高级工程师㊂主要研究方向:通信信号处理㊂㊀㊀王新玥㊀硕士,上海航天电子技术研究所助理工程师㊂主要研究方向:通信信号处理㊂。

一、引言二、GMSK的工作原理目前，在移动通信系统中，GMSK调制式越来越引起人们的关注，这是由于GM-K调制方式具有较好的功率谱特性，其误特性能也较优越，特别是其具有较小的带辐射能量的特点，很适合于工作在VHFUHF频段的移动通信SCPC(每载波单信)系统。

本文就如何实现GMSK调制解调调制前高斯滤波的最小频移键控(GM-SK)的基本原理是将基带信号先经过高斯滤波器成形，再进行最小频移键控(MSK)调制，如图1所示。

由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此其频谱特性优于MSK信号的频谱特性。

数据输入GMSK信号输出四、性能分析图4给出了FX489内部高斯滤波器的频率响应曲线。

图5给出了在BT一0.5和BT一。

.3时的传输眼图。

由图5可以看出，当BT一0.5时，传输眼图张开度较大;当BT一。

.3时，传输眼图的张开度较小。

图6给出了BT~0.5和BT一0.3时的GMSK信号的功率谱密度曲线。

从图6可看出，当BT值小(BT~0.3)时，GMSK信号的带外分量较少，高频分量衰减较快;当BT值大(BT一0.5)时，GMSK信号的带外分量增多，高频分量衰减较慢。

图7给出了利用FX489实现GMSK调制解调时，在BT一0.3和BT一0.5时的误比特率和S/N之间的关系曲线。

从图7中可看出，在相同误比特率的情况下，BT一0.3时所需的S/N比BT=。

.5时所需的S/N要高ZdB左右。

这可以从高斯滤波器输出的“拖尾”现象作出解释，BT值较小时，高斯滤波器输出滤形的拖尾现象较严重，相邻码元之间的相互影响较大，使得传输误比特率增高。

所以，BT 值的选择要综合考虑，既要兼顾传输时的误比特率，又要兼顾带外能量的辐射。

经调制后的已调波相位路径在MSK基础上进一步得到平滑。

GMSK调制器原理方框图如图1。

图1　GMSK调制器原理方框图为了使输出频谱密集,调制前LPF应当具有以下特性:(1)窄带和尖锐的截止;(2)脉冲响应过冲量小;(3)保持滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于π/2的相移。

调制技术中FSK、MSK、GMSK的研究与应用摘要目前在数字通信系统中，全数字接收机得到了广泛应用。

用数字化方法设计通信系统中的调制解调技术是现代通信中的一个重要技术。

根据信道特点的不同选择合适高效的调制解调方式对通信系统的性能非常重要。

频移键控(FSK)方法简单，易于实现，并且解调不须恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。

因此，FSK调制技术在通信行业得到了广泛地应用，并且主要适用于用于低、中速数据传输。

最小频移键控(MSK)信号在带外产生的干扰小，信号包络恒定，系统可以使用廉价高效的非线性器件，从相位路径的角度来看，MSK属于线性连续相位路径数字调制它能以最小的调制指数(h=0.5)就能获得正交的调制信号，MSK是一种在无线移动通信中很有吸引力的数字调制方式。

最小高斯频移键控(GMSK)是一种典型的连续相位调制方式，具有包络恒定、频谱紧凑、抗干扰能力强等特点，可有效降低邻道干扰，提高非线性功率放大器的功率，已在移动通信(如GSM系统)、航天测控等场合得到了广泛应用。

本文主要研究了FSK、MSK、GMSK的调制的实现过程，以便更好更广泛的研究应用数字信号的调制解调技术。

关键词：FSK；MSK；GMSK；正交调制Modulation technology FSK、MSK、GMSK research andapplicationAbstractAt present in the digital communication system, the digital receivers to a wide range of applications. With digital communication system design method of demodulation technology is one of the important modern communication technology. According to the characteristics of the channel to choose the appropriate different efficient demodulation way for that the performance of communication system is very important.Frequency Shift Keying (FSK) method is simple, easy to be realized, and demodulation need not restore local carrier, can asynchronous transfer, resistance to noise and resistance to decline and performance is stronger. Therefore, FSK modulation technology in communications industry had been used widely, and mainly used in the used for low, medium speed data transmission.Minimum Shift Keying(MSK) signal in the outside the band of the interference away, signal envelope is constant, the system can use cheap effective nonlinear devices, from the point of view of the phase path, MSK belong to linear continuous phase path digital modulation it can with minimum of the modulation index (h = 0.5) can get orthogonal modulated signal, MSK wireless mobile communication is a kind of very attractive digital modulation mode.Gaussian Filtered Minimum Shift Keying (GMSK) is a typical continuous phase modulation mode, has the envelope spectrum constant, compact, strong anti-interference characteristics, can reduce effectively adjacent word interference, improve the power of nonlinear power amplifier, has set up a file in the mobile communication (such as GSM system), aerospace measurement and control and so on to a wide range of applications.This paper mainly studies the FSK, MSK, GMSK modulation of the realization of the process, in order to better use more extensive research and a digital demodulation technology.Keywords：FSK; MSK; GMSK; Orthogonal modulation目录摘要 (I)Abstract (II)目录........................................................................................................................................... I II 第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 概念简介 (1)1.2.1 FSK简介 (1)1.2.2 MSK简介 (2)1.2.3 GMSK简介 (2)1.3 课题的主要研究工作及意义 (2)1.4 FSK、MSK、GMSK的发展及应用前景 (3)第2章理论基础 (4)2.1 2FSK 调制原理及方法 (4)2.1.1 2FSK调制的基本原理 (4)2.1.2 2FSK信号的表达式和波形图 (4)2.1.3 2FSK信号的带宽 (5)2.1.4 2FSK信号特征 (6)2.1.5 FSK系统性能 (7)2.2 MSK调制原理及方法 (9)2.2.1 MSK调制的基本原理 (9)2.2.2 MSK信号的表达式和波形图 (9)2.2.3 MSK信号的带宽 (11)2.2.4 MSK信号的特点 (12)2.2.5 MSK系统性能 (13)2.3 GMSK调制原理及方法 (14)2.3.1 GMSK调制的基本原理 (14)2.3.2 GMSK信号的表达式和波形图 (16)2.3.3 GMSK信号的带宽 (19)2.3.4 GMSK信号的特点 (20)2.3.5 GMSK系统性能 (20)第3章软件仿真或实验结果分析 (22)3.1 FSK实验结果分析 (22)3.2 MSK实验结果分析 (23)3.3 GMSK实验结果分析 (25)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录A (32)第1章绪论1.1 引言现代社会是一个信息化的社会，是一个高速发展的社会，信息技术已经日益改变着我们的生活，作为信息传播的基础—信号调制，在信号处理中占着无与伦比的地位。

GMSK调制解调原理GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）调制解调是一种数字调制技术，常用于无线通信中的低速数据传输，例如蓝牙、无线局域网（WiFi）等。

GMSK调制是基于Gaussian滤波器和频率偏制的原理。

它通过对输入的数字信号进行高斯滤波，然后通过不同频率的相位连续变化来进行频率偏移，从而实现调制。

GMSK调制的目的是尽量减小幅度和相位的变化，在带宽受限的情况下提高系统传输效率。

在GMSK调制中，输入的数字信号被分成一系列的位（bit），每个位通过高斯滤波器进行滤波处理。

高斯滤波器可以理解为一个能够平滑地改变波形形状的滤波器，用来减小信号的随机变化。

滤波后的信号经过频率偏制器，通过改变相位来实现频率偏移。

为了方便调制和解调的实现，GMSK调制中使用连续相位频率偏移键控调制（CPFSK）技术。

相位的连续变化可以减少突变，并且可以在边缘处实现平滑过渡，减小传输中的功率损耗。

GMSK解调是GMSK调制的逆过程。

在解调端，接收到的信号经过相关滤波器滤波，并通过频率偏制器进行回复相位和频率。

然后，解调器使用相关滤波器对复功率信号进行滤波，以消除噪声和多径干扰，并通过判决电路将解调信号转换为数字信号进行处理。

最后，解调器通过判决电路将信号恢复为原始的二进制数据。

GMSK调制的一个重要特点是带宽效率高。

由于GMSK调制使用高斯滤波器控制信号的幅度和相位变化，因此相同的输入数字信号在GMSK调制下的带宽要远远小于其他调制技术，例如频移键控（FSK）和调幅（AM）调制。

这使得GMSK调制非常适合在宽带受限的通信系统中使用。

此外，GMSK调制的频谱特性也非常有利于无线通信。

GMSK调制的频谱呈现出类似高斯分布的特性，频率分布更加均匀。

这种特性使得GMSK 调制在无线通信中具有更好的抗噪声和抗多径干扰的能力。

总之，GMSK调制解调是一种常用的数字调制技术，适用于无线通信中的低速数据传输。

在进行msk和gmsk非相干数字解调实验心得之前，我们首先需要了解什么是msk和gmsk以及非相干数字解调的概念。

MSK全称为最小频移键控（Minimum Shift Keying），是一种调制方式，它的频率偏离与数据速率成正比。

GMSK是德国移动通信系统中使用的一种调制方式，是对MSK的改进，通过对MSK信号进行有限脉冲响应滤波，使其符号间干扰更小。

非相干数字解调是指在没有接收到信号的相位信息时进行信号解调的一种技术。

这三个概念将是本文的主要关注点。

msk和gmsk非相干数字解调实验的目的在于通过实际操作，加深对这些调制方式和解调技术的理解，从而更好地应用于实际工程和科研中。

通过实验，我们能够了解这些调制方式和解调技术的性能特点，以及它们在不同条件下的适用性和局限性。

在实验中，我们首先搭建msk和gmsk非相干数字解调的实验评台。

我们进行了一系列的实验操作，包括信号的产生、传输、接收和解调等过程。

在实验过程中，我们发现了一些有趣的现象和规律。

通过实际操作，我们发现msk和gmsk调制方式在抗多径衰落和频率偏移方面具有较好的性能。

这意味着它们在移动通信等多径传播环境下有着较强的适用性。

我们发现非相干数字解调技术能够在一定程度上克服信道中的相位扭曲和时钟偏移等问题，从而实现对信号的正确解调。

然而，我们也发现非相干数字解调技术有一定的性能损失，对信号的解调精度较高要求等局限性。

通过这些实验，我们不仅深入理解了msk和gmsk的调制特点和非相干数字解调的原理，还对它们在实际应用中的表现有了更清晰的认识。

我们认为，在未来的移动通信和数字通信领域，msk和gmsk调制方式以及非相干数字解调技术依然将发挥重要作用，但也需要在实际应用中进一步加以优化和改进。

通过msk和gmsk非相干数字解调实验，我们得以全面地了解了这些调制方式和解调技术的特点和应用，从而为我们今后的工作和研究提供了重要的参考和指导。

希望本文对您对msk和gmsk非相干数字解调有所帮助。

GMSK调制与解调技术（电子与通信工程陈斌2011282120194）GMSK简介GMSK调制技术是在MSK基础上经过改进得到的，MSK（Minimum Frequency Shift Keying，最小频移键控）是二进制连续相位FSK（Frequency Shift Keying，频移键控）的一种改进形式。

在FSK方式中，每一码元的频率不变或者跳变一个固定值，在两个相邻的频率跳变码元信号之间，其相位通常是不连续的。

MSK就是FSK信号的相位始终保持连续变化的调制方式。

采用高斯滤波器制作前基带滤波器，将基带信号成型为高斯脉冲，在进行MSK调制，称为GMSK 调制。

GMSK特点：()t f-f c图1从图中可看出，MSK调制方式具有恒定的振幅，信号功率频谱在主瓣以外衰减较快。

MSK信号的功率更加紧凑，占用的带宽窄，抗干扰性强，是适合在窄带信道传输的一种调制方式。

在移动通信系统中，对信号带外辐射功率的限制十分严格，比如衰减要求在70~80dB以上。

MSK信号不能满足这样的苛刻要求，而高斯最小频移键控（GMSK）往往可以满足要求。

GMSK 调制GMSK 调制的一般原理MSK 调制是调制指数为0.5的二进制调频，其基带信号为矩形波形。

为了压缩MSK 信号的功率，可在MSK 调制前加入高斯低通滤波器，称为预调制滤波器。

对矩形进行滤波后，得到一种新型的基带波形，使其本身和尽可能高阶的导数连续，从而得到较好的频谱特性。

GMSK 调制原理方框图如下所示。

输出 为了有效地抑制MSK 的带外辐射并保证进过预调制滤波后的已调信号能采用简单的MSK 相干检测电路，预调制滤波器必须具有以下特性：1.带宽窄并且具有陡峭的截止特性；2.冲击响应的过冲较小；3.滤波器输出脉冲面积为一常量，该常量对应的一个码元内的载波相移为2π。

其中，条件1是为了抑制高频分量；条件2是为了防止过大的瞬时频偏；条件3是为了使调制指数为0.5.高斯低通滤波器的传输函数为()⎪⎭⎫ ⎝⎛=-fa f H 22exp （1.1）式中，a 是与高斯滤波器的3dB 带快b B 有关的一个常数。