现代数字调制技术之高斯最小频移键控

现代数字调制技术之高斯最小频移键控摘要：本文主要介绍了高斯最小频移键控（GMSK）的基本原理，并简单介绍了GMSK高速数传机用于无线视频传输系统的具体实例。高斯最小频移键控是在最小频移键控调制器之前插入高斯低通预调制滤波器的一种调制方式，它提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。关键词：高斯最小频移键控，GMSK，数字调制一、GMSK调制的基本原理在频率调制之前，用一个高斯型低通滤波器对基带信号进行预滤波，滤除高频分量，使得功率谱更加紧凑。这样的调制称为高斯最小频移键控（GMSK）。目前GSM系统采用的就是这种调制方式。GMSK信号产生原理如图1。图1GMSK信号产生原理高斯滤波器的传输函数和冲激响应分别为：式中B为高斯滤波器的3dB基带带宽，由于h(t)为高斯型特性，故称为高斯滤波器。为了方便GMSK的解调，需要对输入数据进行差分预编码。设输入数据为di∈｛0,1｝，将差分编码之后的双极性不归零数据αi通过高斯低通滤波器，则高斯滤波器的输出为式中Tb为码元周期，g(t)为高斯滤波器的矩形脉冲响应。把X(t)加于VCO（压控振荡器），经调频后的GMSK信号为式中ωc为混频频率，相位路径GMSK实现时可采用正交相位调制。由于g(t)的取值范围为(-∞,∞)，它是物理不可实现的，因此在工程中均需要对g(t)进行截短或近似。2[(ln2/2)(/)]()fBHfe222/()hteln2/2/BibiX(t)=αg(t-iT)()cos[()]cos()cossin()sinGMSKcccSttttttt()[()]22tbibibTtgiTdT()bgtdtT可以证明则对g(t)进行截短处理，截短长度为(2N+1)Tb，即经计算，对于BTb=0.3，当N=2时，有因而，在具体计算Φ(t)时，取g(t)的截短长度为5Tb，具有足够的精度。二、GMSK的应用之无线视频传输系统1.无线视频传输系统概述GMSK高速数传机是为实现高清晰视频信号的点到点单向远距离通信而设计的，整个无线视频传输系统的工作示意图如图2所示:图2无线视频传输系统工作示意图图中，无线视频传输系统将摄像头获取的本地视频信息远距离传送至接收端，并在显示屏上显示。为了保证无线视频传输的质量，本文考虑采用如图3所示的数字通信系统完成上述功能。整个系统由发送端与接收端两部分组成。其中，发送端包括视频编码与调制两个模块;接收端实现发送端的逆过程，包含解调与视频解码两个模块。其工作流程为:在发送端，由摄像头输入的PAL制视频信号首先经过视频编码得到字节序列，再经过调制器形成调制信号并送入信道;在接收端，首先对接收信号进行解调恢复出字节序列，再进行视频解码还原出原21(),()20,bTNgttTgtelse()bgtdtT始的PAL制视频信号输出至显示器。图3无线视频传愉系统总体框图该视频传输系统也可按功能划分为调制解调与视频编解码两个层次(如图3中虚框所示)。中，调制解调层位于物理信道之上，包括调制与解调模块;视频编解码层位于调制解调层之上，包括视频编码与视频解码模块。调制解调层将是本章的主要研究对象，它的作用是为上层的视频编解码屏蔽物理信道，并提供通信服务，即在视频编解码模块之间建立虚连接，从而实现对等层的通信。而视频编解码层则完成音视频信源的编解码，以及音频与视频信号的复用与解复用等功能。2.视频编码与解码在综合考虑视频图像质量和软硬件实现复杂度等诸多因素的基础上，本视频传输系统决定采用目前己经较为成熟的MPEG-2标准完成视频信号的编解码。视频编码模块输入PAL制的视频信号，输出MPEG-2视频帧;视频解码模块则在接收端帧同步信号的控制下，输入MPEG-2视频帧，输出PAL制视频信号。3.调制与解调高斯最小相移键控由于其良好的频谱特性以及误码性能，目前己广泛的应用于包括GSM在内的众多无线通信系统中。本无线视频传输系统的调制解调模块就采用了高斯滤波最小相移键控技术，其总体框图如图4所示。图4GMSK调制解调器总体框图发送端主要由并串转换、差分编码和GMSK调制三个子模块组成。它首先将输入的字节序列经过并串转换变为比特序列，再经过差分编码以及GMSK调制，形成GMSK调制信号。接收端主要由GMSK解调、差分解码和串并转换以及帧同步三个子模块组成。它们分别实现发送端GMSK调制和并串转换的逆过程，即:首先对接收到的信号进行GMSK解调，恢复出比特序列，然后进行差分解码和串并转换以及帧同步转变为字节序列输出。GMSK调制解调器的主要设计参数如下:通信距离:5千米至15千米(LOS)双工方式:单工系统采样率尺:20Msps数据比特率凡:5Mbps基带信号带宽:小于10MHzGMSK信号BT值:0.5参考文献：[1]庞沁华，李卫东，黄宇红.数字移动通信高斯最小移频键控调制器..北京邮电大学学报，1994.1[2]陈亮，张超，沈兵.GMSK调制器在电力线通信中的实现.海军工程大学，2012.9[3]肖世尧.GMSK高速数传机的设计、实现与应用.电子科技大学.2007.6[4]南利平，李学华，张晨燕，王亚飞.通信原理简明教程.北京清华大学出版社，2007.8