GFSK的調制解調原理

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

2、濾波，因此GFSK調制的信號頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動通信中 得到了廣泛使用高斯預調制濾波器能進一步減小調制頻譜，它可以降低頻率轉 換速度，否那么快速的頻率轉換將導致向相鄰信道輻射能量。GFSK調制1、直接調制：將數(shù)字信號經(jīng)過高斯低通濾波后，直接對射頻載波進行模擬調 頻。由于通常調制信號都是加在 PLL頻率合成器的VCO上圖一，其固有的 環(huán)路高通特性將導致調制信號的低頻分量受到損失，調制頻偏或相偏較小。 因此,為了保證調制器具有優(yōu)良的低頻調制特性，得到較為理想的GFSK調制特性，提出了一種稱為兩點調制的直接調頻技術。調制信號ui載波信號鑒頻器 L環(huán)路低通濾壓控振蕩調頻信號U0ucPD波器

3、LF器VCO八 主分頻器 圖一兩點調制：調制信號被分成2局部，一局部按常規(guī)的調頻法加在 PLL的VCO端, 另一局部那么加在PLL的主分頻器一端基于PLL技術的頻率合成器將增加兩個 分頻器：一個用于降低基準頻率，另一個那么用于對 VCO進行分頻。由于主 分頻器不在控制反應環(huán)內(nèi)，它能夠被信號的低頻分量所調制。這樣，所產(chǎn)生的復 合GFSK信號具有可以擴展到直流的頻譜特性，且調制靈敏度根本上為一常量，不受環(huán)路帶寬的影響。但是，兩點調制增加了 GFSK調制指數(shù)控制的難度。2、正交調制正交調制那么是一種間接調制的方法。該方法將數(shù)字信號進行高斯低通濾波并 作適當?shù)南辔环e分運算后，分成同相和正交兩局部分別對

4、載波的同相和正交分量 相乘,再合成GFSK信號。相對而言，這種方法物理概念清晰，也防止了直接調制 時信號頻譜特性的損害。另一方面，GFSK參數(shù)控制可以在一個帶有標定因子的 高斯濾波器中實現(xiàn)，而不受后續(xù)調頻電路的影響，因而參數(shù)的控制要簡單一些。 正因為如此，GFSK正交調制解調器的基帶信號處理特別適合于用數(shù)字方法實 現(xiàn)。COS(Wct)Cos()建)廣、GFSK4sin(Wct)GFSK的調制框圖expjTr)高斯預調制濾波器的沖擊響應函數(shù)為：h(t) b叮2 Tb其中，ln2 ,B是高斯濾波器的3dB帶寬，Tb是輸入的一個碼元寬度。BTb2 BTb為系統(tǒng)的重要指標，說明了濾波器的3dB帶寬與碼

5、元速率的關系，如BTb =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為：s(t) h(t) r(t)其中，r(t) 1Jt| 號。0,其他那么s(t) Qjn?(t殳)惚?公式中Q(t)21 ede dt 2雙極性NRZ序列可以表示為b(t)ak (t kT)，序列b(t)通過高斯低通濾波器k后的函數(shù)為c(t) b(t)*s(t)，再乘以2 h后，進入積分器，得到相位函數(shù)(t) , (t),t可表示為：(t)an (nTb)d，h為調制指數(shù)，當h=0.5時，調頻信2Tb號的相位連續(xù)，此調制為 GMSK調制。GFSK的信號可以表示成：tsGfsk (t) cos

6、 ctan (nTb)d 2Tbcos ct(t)cos (t) cos ct sin (t)sin ctI (t) cos ct Q(t)sin ct(t)由輸入碼元數(shù)據(jù)an確定，將兩路攜帶基帶信號的cos (t)和sin (t)分別與正交的載波相乘再相加就得到了 GFSK的信號。下面就調制指數(shù)h=0.5的GMSK進行詳述，假設高斯低通濾波器的3dB帶寬B=1000, Tb=1/2000,那么BTb=0.5。由于s(t)的是無窮大，物理上不能實現(xiàn)，因此在實際系統(tǒng)中需要對s(t)進行截短或近似，根據(jù)B的值，要保證一個信號碼元T1通過濾波器后，它的相位改變 /2,需要選擇適宜的k滿足等式Tks(

7、t)dt -。對于BTb=0.5,截短后的響應為-Tb到Tb關于原點對稱，如以下圖：對于一串數(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,.當數(shù)據(jù)通過濾波器，由于存在ISI (inter symbol interferenee),在同一時刻不止一位通過濾波器，對BTb=0.5,當?shù)谝晃煌ㄟ^一半時，第二位開始進入了，第三位在第一位離開后進入。其高斯脈沖如以下圖：這些脈沖都疊加后得到的函數(shù)如下:c(t)與 2 n得到了攜帶基帶信號的相位函數(shù)t,分別取余弦和正弦值就得到了同相和正交分量。同相 I(t) cos

8、(t):正交 Q(t) sin (t):I(t)和Q(t)分別經(jīng)過載波wc調制再相加最終得到了 GMSK信號S3MSK(t) I (t) cos ct Q(t)sin ct川 i 川川 IM卅IinlinilHlIVilil IGFSK解調GFSK的解調方式可以分為相干解調和非相干解調兩種，是否需要載波相位 恢復是兩者的關鍵區(qū)別。其中相干解調需要恢復載波相位。但是，在移動或是室 內(nèi)的無線應用中，相干解調的方式受到無線信道多徑特性的影響嚴重， 會出現(xiàn)較 高的誤碼門限。而非相干解調方式具有更簡單的硬件結構，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

9、符號間干擾為代價的。設xkg(t kT)由式可知(kT)與x(k)相關,(t)是x(t)的碼間干擾，其基帶的同向和正交分量可分別表示為tI (t)cos(2 h( )d0)tQ(t) sin(2 hx( )d0)在輸出端可以通過xn (t) |t nTxkg( nT kT)來獲得x(n)。傳統(tǒng)的GFSK解調器設計是利用兩個微分器來實現(xiàn)，也可以用兩個延時單元 來取代微分器。GFSK相干差分解調示意圖BPF 一一*LPK 抽樣判決出-iaLGFSK非相干差分解調示意圖BPF的輸出信號為s(t) R(t)coswct(t)其中，R(t)是時變包絡，wc為載波頻率，(t)為附加相位函數(shù)，相乘器的輸出為R(t)coswct(t) ? R(t Tb)sinwc(t Tb)(t Tb)經(jīng)LPF后輸出為1Y(t) -R(t)R(t Tb)sinwcTb(Tb)2其中(Tb)(t) (t Tb