GFSK的調(diào)制解調(diào)原理

1、GFSK的調(diào)制和解調(diào)原理高斯頻移鍵控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在調(diào)制之前通過一個(gè)高斯低通濾波器來限制信號的頻譜寬度，以減小兩個(gè)不同頻率的載波切換時(shí)的跳變能量，使得在相同的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)頻道間距可以變得更緊密。它是一種連續(xù)相位頻移鍵控調(diào)制技術(shù)，起源于FSK(Frequency- shift keying)。但FSK帶寬要求在相當(dāng)大的程度上隨著調(diào)制符號數(shù)的增加而增加。而在工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)用433MHz頻段的帶寬較窄，因此在低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用中，GFSK 調(diào)制采用高斯函數(shù)作為脈沖整形濾波器可以減少傳輸帶寬。由于數(shù)字信號在調(diào)制前進(jìn)行了Gauss預(yù)調(diào)制濾波，因此

2、GFSK調(diào)制的信號頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛使用（高斯預(yù)調(diào)制濾波器能進(jìn)一步減小調(diào)制頻譜，它可以降低頻率轉(zhuǎn)換速度，否則快速的頻率轉(zhuǎn)換將導(dǎo)致向相鄰信道輻射能量）。GFSK調(diào)制調(diào)制信號ui1、直接調(diào)制：將數(shù)字信號經(jīng)過高斯低通濾波后，直接對射頻載波進(jìn)行模擬調(diào)頻。由于通常調(diào)制信號都是加在PLL頻率合成器的VCO上（圖一），其固有的環(huán)路高通特性將導(dǎo)致調(diào)制信號的低頻分量受到損失，調(diào)制頻偏（或相偏）較小。因此,為了保證調(diào)制器具有優(yōu)良的低頻調(diào)制特性，得到較為理想的GFSK調(diào)制特性，提出了一種稱為兩點(diǎn)調(diào)制的直接調(diào)頻技術(shù)。調(diào)頻信號uo環(huán)路低通濾波器LF鑒頻器PD載波信號壓控振蕩器VCOuc主分

3、頻器 圖一兩點(diǎn)調(diào)制：調(diào)制信號被分成2部分，一部分按常規(guī)的調(diào)頻法加在PLL的VCO端,另一部分則加在PLL的主分頻器一端（基于PLL技術(shù)的頻率合成器將增加兩個(gè)分頻器：一個(gè)用于降低基準(zhǔn)頻率，另一個(gè)則用于對VCO進(jìn)行分頻 ）。由于主分頻器不在控制反饋環(huán)內(nèi)，它能夠被信號的低頻分量所調(diào)制。這樣,所產(chǎn)生的復(fù)合GFSK信號具有可以擴(kuò)展到直流的頻譜特性，且調(diào)制靈敏度基本上為一常量,不受環(huán)路帶寬的影響。但是，兩點(diǎn)調(diào)制增加了GFSK調(diào)制指數(shù)控制的難度。2、正交調(diào)制 正交調(diào)制則是一種間接調(diào)制的方法。該方法將數(shù)字信號進(jìn)行高斯低通濾波并作適當(dāng)?shù)南辔环e分運(yùn)算后,分成同相和正交兩部分分別對載波的同相和正交分量相乘,再合成G

4、FSK信號。相對而言，這種方法物理概念清晰,也避免了直接調(diào)制時(shí)信號頻譜特性的損害。另一方面，GFSK參數(shù)控制可以在一個(gè)帶有標(biāo)定因子的高斯濾波器中實(shí)現(xiàn),而不受后續(xù)調(diào)頻電路的影響，因而參數(shù)的控制要簡單一些。正因?yàn)槿绱?，GFSK正交調(diào)制解調(diào)器的基帶信號處理特別適合于用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)。coderGFSKcos(wCt)C(t)2hakSin()×+××Cos()S(t)b(t)(t)sin(wCt) GFSK的調(diào)制框圖高斯預(yù)調(diào)制濾波器的沖擊響應(yīng)函數(shù)為：其中，B是高斯濾波器的3dB帶寬，Tb是輸入的一個(gè)碼元寬度。為系統(tǒng)的重要指標(biāo)，表明了濾波器的3dB帶寬與碼元速率的關(guān)系，如=

5、0.5表示濾波器的3dB帶寬是碼元速率的0.5倍。高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng)為：其中，。則公式中雙極性NRZ序列可以表示為，序列b(t)通過高斯低通濾波器后的函數(shù)為，再乘以后，進(jìn)入積分器，得到相位函數(shù)，可表示為： ，h為調(diào)制指數(shù)，當(dāng)h=0.5時(shí)，調(diào)頻信號的相位連續(xù)，此調(diào)制為GMSK調(diào)制。GFSK的信號可以表示成： 由輸入碼元數(shù)據(jù)確定，將兩路攜帶基帶信號的和分別與正交的載波相乘再相加就得到了GFSK的信號。 下面就調(diào)制指數(shù)h=0.5的GMSK進(jìn)行詳述，假設(shè)高斯低通濾波器的3dB帶寬B=1000，Tb=1/2000，則=0.5。由于s(t)的是無窮大，物理上不能實(shí)現(xiàn)，因此在實(shí)際系統(tǒng)中需要對s(t)進(jìn)

6、行截短或近似，根據(jù)B的值，要保證一個(gè)信號碼元1通過濾波器后，它的相位改變p/2，需要選擇合適的k滿足等式。對于=0.5，截短后的響應(yīng)為-Tb到Tb關(guān)于原點(diǎn)對稱，如下圖： 對于一串?dāng)?shù)據(jù)碼元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,. 當(dāng)數(shù)據(jù)通過濾波器，由于存在ISI (inter symbol interference)，在同一時(shí)刻不止一位通過濾波器，對=0.5，當(dāng)?shù)谝晃煌ㄟ^一半時(shí)，第二位開始進(jìn)入了，第三位在第一位離開后進(jìn)入。其高斯脈沖如下圖： 這些脈沖都疊加后得到的函數(shù)如下： 這就是通過高斯濾波器后的函數(shù)c(t

7、)c(t)與2h相乘再從t到正無窮積分得到相位函數(shù)，如下圖： 得到了攜帶基帶信號的相位函數(shù)，分別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)分別經(jīng)過載波wc調(diào)制再相加最終得到了GMSK信號 GFSK解調(diào)GFSK的解調(diào)方式可以分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種，是否需要載波相位恢復(fù)是兩者的關(guān)鍵區(qū)別。其中相干解調(diào)需要恢復(fù)載波相位。但是，在移動(dòng)或是室內(nèi)的無線應(yīng)用中，相干解調(diào)的方式受到無線信道多徑特性的影響嚴(yán)重，會(huì)出現(xiàn)較高的誤碼門限。而非相干解調(diào)方式具有更簡單的硬件結(jié)構(gòu)，且有更低的誤碼門限。盡管高斯濾波器減小了發(fā)送 G FSK 信號對帶寬的需求，但是以接收端得到符號間干擾為代價(jià)的。設(shè)由式可知與相關(guān)，是的碼間干擾，其基帶的同向和正交分量可分別表示為在輸出端可以通過來獲得。傳統(tǒng)的GFSK解調(diào)器設(shè)計(jì)是利用兩個(gè)微分器來實(shí)現(xiàn)，也可以用兩個(gè)延時(shí)單元來取代微分器。GFSK相干差分解調(diào)示意圖GFSK非相干差分解調(diào)示意圖BPF的輸出信號為其中，是時(shí)變包絡(luò)，為載波頻率