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(GaussfrequencyShiftKeying),是在調(diào)制之前通過(guò)一個(gè)高斯低通濾波器來(lái)限制信號(hào)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)，起源丁FSK(Frequency-shiftkeying)。但FSK帶寬要求在相當(dāng)大的程度上隨著調(diào)制符號(hào)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。由丁數(shù)字信號(hào)在調(diào)制前進(jìn)行了Gauss預(yù)調(diào)制濾波，因此GFSK調(diào)制的

2、信號(hào)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1、直接調(diào)布上將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)高斯低通濾波后，直接對(duì)射頻載波進(jìn)行模擬調(diào)頻。由丁通常調(diào)制信號(hào)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(hào)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(chēng)為兩點(diǎn)調(diào)制的直接調(diào)頻技術(shù)。調(diào)制信號(hào)ui載波信號(hào)1uc鑒頻器PD環(huán)路低通濾波器LFJ壓控振蕩器VCO調(diào)頻信號(hào)uo主分頻器圖一兩點(diǎn)調(diào)制：調(diào)制

3、信號(hào)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的主分頻器一端基丁PLL技術(shù)的頻率合成器將增加兩個(gè)分頻器：一個(gè)用丁降低基準(zhǔn)頻率，另一個(gè)則用丁對(duì)VCO進(jìn)行分頻。由丁主分頻器不在控制反饋環(huán)內(nèi)，它能夠被信號(hào)的低頻分量所調(diào)制。這樣，所產(chǎn)生的復(fù)合GFSK信號(hào)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(hào)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(duì)載波的同相和正交分量相乘,再合成GFSK信號(hào)。相對(duì)而言，這種方法物

4、理概念活晰，也防止了直接調(diào)制時(shí)信號(hào)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(jiǎn)單一些。正因?yàn)槿绱?GFSK正交調(diào)制解調(diào)器的基帶信號(hào)處理特別適合丁用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)。akcoder2兀hb(t)COS(Wct)sin(Wct)GFSK的調(diào)制框圖/t2、exp(尸2)高斯預(yù)調(diào)制濾波器的沖擊響應(yīng)函數(shù)為：h(t)一,b2Tb其中，器2'B是高斯濾波器的3dB帶寬，Tb是輸入的一個(gè)碼元寬度。BTb為系統(tǒng)的重要指標(biāo)，說(shuō)明了濾波器的3dB帶寬與碼元速率的關(guān)系，如BTb=0.5表示濾波器的3dB帶寬是碼元速率的0.5倍。高

5、斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng)為：s(t)h(t)r(t)其中，r(t)1，|t|土0,其他則s(t)Q2B(tTb)Q2B(tTb)ln22，ln2272公式中Q(t)1edt2雙極性NRZ序列可以表示為b(t)ak(tkT),序列b(t)通過(guò)高斯低通濾波器后的函數(shù)為c(t)b(t)*s(t)，再乘以2h后，進(jìn)入積分器，得到相位函數(shù)(t),(t)可表示為：(t)an(nTb)d,h為調(diào)制指數(shù)，當(dāng)h=0.5時(shí)，調(diào)頻信2T號(hào)的相位連續(xù)，此調(diào)制為GMSK調(diào)制。GFSK的信號(hào)可以表示成：tsGfsk(t)cosct一an(nTb)d2Tbcosct(t)cos(t)cosctsin(t)sinctI(t)c

6、osctQ(t)sinct(t)由輸入碼元數(shù)據(jù)a。確定，將兩路攜帶基帶信號(hào)的cos和sin(t)分別與正交的載波相乘再相加就得到了GFSK的信號(hào)。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BL=0.5。由丁s(t)的是無(wú)窮大，物理上不能實(shí)現(xiàn)，因此在實(shí)際系統(tǒng)中需要對(duì)s(t)進(jìn)行截短或近似，根據(jù)B的值，要保證一個(gè)信號(hào)碼元T1通過(guò)濾波器后，它的相位改變/2,需要選擇合適的k滿(mǎn)足等式Tks(t)dt-c對(duì)丁BL=0.5,截短后的響應(yīng)為-Tb到Tb關(guān)丁原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，如下列圖：ak=1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,

7、1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,.當(dāng)數(shù)據(jù)通過(guò)濾波器，由丁存在ISI(intersymbolinterference),在同一時(shí)刻不止一位通過(guò)濾波器，對(duì)BL=0.5,當(dāng)?shù)谝晃煌ㄟ^(guò)一半時(shí)，第二位開(kāi)始進(jìn)入了，第三位在第一位離開(kāi)后進(jìn)入。其高斯脈沖如下列圖：這些脈沖都疊加后得到的函數(shù)如下:fl.J020.OOE0.008C010OH得到了攜帶基帶信號(hào)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(t):正交Q(t)sin(t):I(t)和Q(t)分別經(jīng)過(guò)載波wc調(diào)制再相加最終得到了GMSK信號(hào)小I(t)cosctQ(t)sinct(hHiuii

8、iHiinnniiH|IGFSK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(wú)線應(yīng)用中，相干解調(diào)的方式受到無(wú)線信道多徑特性的影響嚴(yán)重，會(huì)出現(xiàn)較高的誤碼門(mén)限。而非相干解調(diào)方式具有更簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)，且有更低的誤碼門(mén)限。盡管高斯濾波器減小了發(fā)送GFSK信號(hào)對(duì)帶寬的需求，但是以接收端得到符號(hào)問(wèn)干擾為代價(jià)的。設(shè)xtxkg(tkT)由式可知x(kT)與x(k)相關(guān),x(t)是x(t)的碼問(wèn)干擾，其基帶的同向和正交分量可分別表小為tI(t)cos(2hx()d0)tQ(t)sin(2hx()d0)在輸出端可

9、以通過(guò)xnx(t)|tnT(tan1Q(-)xkg(nTkT)2hdtI(t)來(lái)獲得x(n)o傳統(tǒng)的GFSK解調(diào)器設(shè)計(jì)是利用兩個(gè)微分器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用兩個(gè)延時(shí)單元來(lái)取代微分器格！-1毛山抽樣工酷J|坪尸判決器4)LJ成>A低通濾波器1延返f低通濾波器sin(2<0GFSK相干差分解調(diào)示意圖錢(qián)BPF*延邪l(fā)bL*h/2相序LPF抽樣判決一J1出“TTI)IGFSK非相干差分解調(diào)示意圖BPF的輸出信號(hào)為s(t)R(t)coswct(t)其中，R(t)是時(shí)變包絡(luò)，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(tTb)sinwc(tTb)(tTb)經(jīng)LPF后輸出為1Y(t)-R(t)R(tTb)sinwcTb(Tb)2其中(Tb)(t)(tT