GFSK地调制解调原理.docx
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GFSK地调制解调原理
GFSK的调制和解调原理
高斯频移键控GFSK(GaussfrequencyShiftKeying),是在调制之前通过
一个高斯低通滤波器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,使得在相同的数据传输速率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,起源丁FSK(Frequency-shiftkeying)。
但FSK带
宽要求在相当大的程度上略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调制米用高斯函数
作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。
由丁数字信号在调制前进行了Gauss预调制滤波,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
1、直接调布上将数字信号经过高斯低通滤波后,直接对射频载波进行模拟调
频。
由丁通常调制信号都是加在PLL频率合成器的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
调制信号ui
性,提出了一种称为两点调制的直接调频技术。
载波信号
1*
鉴频器
PD
►
环路低通滤
波器LF
1—•
压控振荡
调频信号
uo
uc
器VCO
主分频器
图一
两点调制:
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(基丁PLL技术的频率合成器将增加两个分频器:
一个用丁降低基准频率,另一个则用丁对VCO进行分频)。
由丁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。
相对而言,这种方法物理概念活晰,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丁用数字方法实现。
COS(Wct)
sin(Wct)
GFSK的调制框图
s(t)h(t)r(t)
其中,r(t)
0,其他
公式中Q(t)
双极性NRZ序列可以表示为b(t)ak(tkT),序列b(t)通过高斯低通滤波器
后的函数为c(t)b(t)*s(t),再乘以2h后,进入积分器,得到相位函数(t),(t)
可表示为:
(t)[an(nTb)]d,h为调制指数,当h=0.5时,调频
2Tb
信号的相位连续,此调制为GMSK调制
GFSK的信号可以表示成:
t
Sgfsk(t)cos(ct——[an(nTb)]d)
2Tb
cos[ct(t)]
cos(t)cosctsin(t)sinct
I(t)cosctQ(t)sinct
(t)由输入码元数据an确定,将两路携带基带信号的cos⑴和sin(t)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BTb=0.5。
由丁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通过滤波器后,它的相位改变/2,需要选择合适的k满足等式
T
ks(t)dt—o
对丁BTb=0.5,截短后的响应为-Tb到Tb关丁原点对称,如下图:
对丁一申数据码元
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,由丁存在ISI(intersymbolinterference),在同一时刻不
止一位通过滤波器,对BTb=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:
¥
Plhnnh
-0,05
0.00
1
20.0
III
cko
0O€
|0.00
8I0.
0:
L0
012
Fl
:
I
1
U'
l\J
I
1
U'
ju
这就是通过高斯滤波器后的函数c(t)
c(t)与2tth相乘再从t到正无穷积分得到相位(t)函数,(t)如下图:
得到了携带基带信号的相位函数(t),分别取余弦和正弦值就得到了同相和正交
分量。
同相I(t)cos[(t)]:
正交Q(t)sin[(t)]:
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
住MSK(t)I(t)cosctQ(t)sinct
iihiiiuuiiniiiiiuniio「
j11iinIIIiII11LHilLI
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GFSK信号对带宽的需求,但是以接收端得到符号问干扰为代价的。
设
Xtx[k]g(tkT)
由式可知~(kT)与x(k)相关,~(t)是x(t)的码问干扰,其基带的同向和正交
分量可分别表示为
t
I(t)cos(2hx()do)
t
Q(t)sin(2h~()do)
在输出端可以通过
x[n]~(t)|tnT—(—(tan1业))x[k]g(nTkT)
2hdtI(t)
来获得x(n)o
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
s(t)R(t)cos[wct(t)]
输出为
经LPF后输出为
1
Y(t)-R(t)R(tTb)sin(T)
R(t)与R(tTb)是信号的包络,为正值,Y(t)的极性就取决于(Tb),当
Y(t)>0时判为+1,当Y(t)<0时判为-1.输入为“+1”时⑴增大,输入为“-1"时(t)减小,此判决规则可以恢复原来的数据。
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- GFSK 调制 解调 原理