3.5  相位成型与中频调制模块20

3.6 Matlab 环境下直扩 GMSK 性能分析„21

3.7     小结„29

4 直扩   GMSK  调制器的硬件环境建模与仿真30

4.1  组帧模块„30

4.2 直序扩频模块„31

4.3 差分编码模块„33

4.4  量化模块„34

4.5  内插模块„35

4.6 高斯滤波模块„36

4.7 相位成型和中频调制模块38

4.8 直扩 GMSK 调制器的仿真41

4.9   小结„42

结论43

致谢45

参考文献47

1 引言

1.1 直扩 GMSK 调制的研究背景

直扩 GMSK 调制技术是将现阶段两个成熟而优越的技术结合在一起的一种技术手 段，它们分别是扩频通信和 GMSK 调制技术。

卫星通信、光纤通信、扩频通信被人们誉为进入信息时代的三大高技术通信传输 方式[1]，扩频通信的优越性能尤其它的强抗干扰特性时它为人们所重视而利用，近年 来在民用移动通信中的普及更使得它已进入发展的繁盛时期。从通过回波证明电离层 存在时初具扩频通信系统特征的雏形阶段到香农《通信中的数学理论》为扩频技术提 供理论依据，从麻省理工研制出 NOMAC（Noise Modulation and Correlation）这个 成熟的扩频系统到随着集成电路和信号处理器的相继诞生而使扩频通信取得巨大的 发展和突破，扩频技术的强抗干扰性、低截获性、码分多址以及良好的距离分辨力这 些特点逐步为人们成功利用[2,3]，在通信技术的长期发展下，扩频技术不但没有凋零之 势，反而随着第三代、第四代移动通信技术，定位技术，无线局域网技术，蓝牙技术 等的出现而更显生机。

GMSK 调制方式由日本的国际电报电话公司于 20 世纪 70 年代率先提出，它是一 种将一个可以提高调制信号性能的高斯低通预调制滤波器安置在 MSK(最小频移键控) 调制系统前端构成新系统的调制方法[4]。故先介绍一下 MSK 技术，MSK 是 FSK（频移 键控）的一种，称之为“最小”频移键控的原因是此时调频指数 h = 0.5，为最小。 MSK 因其包络恒定、自同步性能好、频带利用率高等优点而被列入高效的调制方法的 行列。MSK 信号在码元转换时其相位能够保持连续，但是在码元内部，它的相位会有 π/2 的变化，而且 MSK 信号的相位是以折线趋势变化的，这就使得码元在转换时相位 产生尖角，在频谱上的表现就是其旁瓣滚降显得缓慢，产生了相对较大的带外辐射。 而 GMSK 由于将信号通过了高斯低通滤波器完成了预调制，使得输出的信号在交越零 点处实现了平滑过渡，不再具有尖角；并且减小了切换载波时能量的跳变量，使频道 间距紧密；功率谱中的高频分量也因此滚降速度加快。所以利用 GMSK 调制方式使得 输出信号的误码性能与频谱利用率比 MSK 调制输出信号的相应性能更加优良，带外辐 射较 MSK 调制信号也有较大改善。GMSK 调制技术的这些优异性能使其成为欧洲新一代 移动通信的标准调制方式，并被广泛用于 GSM、GPRS 以及 DECT 等系统中。论文网

本课题主要进行直接序列扩频的高斯最小频移键控调制器的设计，在掌握直序扩

频及 GMSK 调制的工作原理的基础上，设计、仿真调制系统，仿真方面主要用到 Matlab 编程技术及其常用工具，时序验证方面主要在 Quartus II 开发环境下通过 Verilog 语言进行模块与系统的编写，完成在 FPGA 平台中直序扩频 GMSK 调制器的设计。 通过对系统的设计、仿真与时序验证，可以深入理解直扩 GMSK 调制技术与直扩 GMSK 调制信号良好的频谱性能与抗干扰特性等优异特点。系统中涉及到的 gold 序列 生成、差分编码、组帧等模块的设计较为基础，直序扩频、高斯滤波等属于稍有难度 的关键模块，通过 Matlab 信号处理工具箱和 Quartus II 的 IP 核功能[13,14]，可以为设 计提供强有力的帮助，降低设计难度。合理利用这些，可以得到正确、精准的设计， 便于观察、验证直扩 GMSK 调制信号的良好性能。本课题的设计是对本科所学知识的 巩固与实践延伸，有利于熟悉常用的 Matlab 仿真工具，掌握 Matlab 与 Verilog 编程 语言；有利于熟悉、掌握 FPGA 系统设计、开发的基本思路及方法，对于以后的工作