相位连续频移键控相干解调载波的提取.pdf

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第 24 卷第 12 期 电子技术学报-量化 2005 年 12 月 2005 年 12 月 郭宏 G 相位连续频移键控 相干解调 载波提取 闫立忠 张正华 (扬州大学信息工程学院，江苏扬州) 摘要：介绍了相位连续频移键控系统的相干解调原理，详细推导了解调所需同步载波的几种方法和电路结构，为提高通信系统的抗噪声性能提供了条件。GMSK 关键词：MSK 相位变化 相干解调 载波提取 GMSK (￡yo, Ugly. ￡￡, Chin8) —：—tion．，—uit．It ．，，： MSK，GMSK，． 0 引言与非相干解调。

非相干解调只需要使用普通的鉴频器，也就是经典的数字调制系统幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)等，简单易操作；而相干解调则可以获得更好的抗噪性。在数据变化的瞬间，接收机必须提供相干的同步载波，因此必须有复杂的载波同步电路。大多数通信原理教科书只使用比特突变的方法，但这些方法并不适用于相位连续调制系统。可以使用窄带滤波器去除PSK信号的旁瓣，而不影响信号。当偶尔有出版物讨论这种解调[3]时，经常使用软件仿真。由于信息的传输，滤波信号的包络会发生变化，它不再是现代数字调制载波同步方法的补充。本文从工程应用的角度推导了几种适合信息传输的方法。这种信号经过非线性信道（如丙类功率放大器）后，会产生包络失真，使滤波后的旁瓣得以恢复[2]，降低了信道频谱的利用率。相位连续频移键控（CPFSK）就是针对这种情况发展起来的一种新型数字调制技术。这里以MSK系统为例，研究它们的解调过程。典型的恒包络相位连续调制是最小频移键控和所需的同步信号。这些结果同样适用于GMSK系统（MSK）和高斯滤波MSK（GMSK）。

虽然它们的主瓣频谱效率介于BPSK（二进制相移键控）与QPSK（正交相移键控）之间，MSK信号可以写成[z3]3相移键控，但由于其旁瓣极小，如果考虑到~30dB信号带宽，要比BPSK、QPSK甚至64QAM（正交幅度调制）[1]的频谱效率好得多。其中，Ω为符号周期，λ为第一个符号的相位常数，λ为二进制双极性符号，取值为±1。因此，MSK信号的相位是分段线性变化的，每个符号周期的载波相位相对于前一个符号上升或下降1/2。因为∞为dp/dP，信号的瞬时频率为：∞=dp/dP，所以……

=sin(2cE, 1≠+口)(6) 在∞,周期内，鉴相器输出为 s(￡)=nj(￡)cos(警f)cos(cJ.￡=n.(￡)sin(警f)sin∞.￡=I(￡)cos.￡=Q(￡)sin(uf(3) u.,-s2(￡),·u.-sin(2叫.f+臼) 式中： ,(￡)=cos x, 为同相分量； y.(￡)=Ptcos 为+loss sin(4∞,￡+口)+loss sin口(7) 为正交分量； j(f)=J(￡)cos(∞6￡／4); Q(f)=nQ(￡)cos (∞。￡／4), 即是，可以把它看作是通话中两个正弦加权的数据。时间周期鉴相器的输出是经I(￡)Q(￡)调制的正交AM信号的合成。为此，还可以设计相位相干解调电路。这种解调方法需要一个同步的中心载频称为。。Sis[2(·一)升胡至于采用普通鉴频器或锁相鉴频器的解调方法，这里就不再讨论了。厶吐2移频载波提取{sin(base+) (8)对于频率相干解调模型，需要同步移频载波co。去掉载波频率以上的高频分量后，直流分量就只剩下和∞了。MSK信号本来可以看作是一个调制指数为o的调制指数。 5，其误差电压与si押臼成比例，该误差电压可用于控制压控振荡器的频移键控（FSK），其值为∞。

及co：两个频率合波，（VCO），而U。。U中可能造成干扰的低频分量。似乎可以利用锁相环（PLL）的窄带滤波特性去掉，但符号频率∞。，必须以整数周期出现，且积分值为o。由于MSK每位的相移为±π/2，不同时间段的相移不影响环路锁定。所以环路可以锁定在2π上，两个相同频率分量e。可能有π的相位差。对于PLL环路，分频后就是相干载波∞。也可以证明，环路也可以锁定在电路的鉴相器上，会有完全相反的误差信号输出。参考锁定在2π上。这种锁定方法在文献[4]中已经提出过PSK载波​​同步法，采用幂律技术，用平方环路来消除和，但从上面的推导可以发现，这个环路的输出频率有这种反转效应，使相位差从π变为2π。环路组成会有不确定性，其实际输出取决于VCO的自由度如图1所示。环路滤波器的振荡频率和初始储能元件（电容）可用于平方和相位检测等非线性元件的工作过程。由于MSK有一个“最小频移”，所以称之为，和∞。数值上不使用时域波形分割进行研究，平方的MSK信号非常接近。基于此计算出的环路参数几乎相同，因此除了由两部分拼接而成外，为∞。图1中两个环路除了需要精确设计电路参数外，还应将它们的VCO频率从两个不同的方向拉到载波s{(￡)一coS2(州+警)一生掣 (4) ，比如将一个环路的滤波电容接地，另一个环路的电容类似地接法，得到∞：时间周期输出电压的电容接电源。

尽管如此，该电路在万方数据2005年第12期闫立忠：相位连续频移键控相干解调载波提取中仍然有效，在噪声干扰下，可能造成两个环路锁定到同一输出频率，两个方程中第一项为解调输出，第二项含有载波，使得解调失败。为此，图中设计了一个检测电路，该电路将两个相位误差信息经硅转换，但不能滤除。必须将前面的跨路载波相乘才能正常得到位同步信号：将可变系数（n,,n.,sweet.等）变为常数（DC）。直接用幂1律技术（平方法）进行变换是不合适的，这样会把误差信号U.=sin2∞1￡·sin2∞2￡一一÷（cos4叫。￡一cos（u6￡）（9）信息变为sin2口，变为高阶无穷小，解调项变为强公式。第一项为中心载波的四倍频，第二项刚好提供干扰项。为了去除数据交变分量，两信号互相，使码流的位信息同步，若发生错误，则两者相乘，得（￡J2），有Ux一工（f）·Q（f）u.一sinz2甜，生成引擎式（10）其中含有直流分量，用来触发复位脉冲使回路复位（15）sin口+口mQsin警（1+sin2咿）]滤波器电容电压复位为初始值，重新捕获并锁定。分频器的180。滤波时，通过匹配公式中两个±1符号函数的平方差取绝对值，可以消除相位模糊问题。

值为0，不能使用；第三项要么与误差无关，要么是误差的高阶无穷小量；只有第二项需要去掉交变加权函数3，即中心载波的提取数。为此，引入位同步信号频率∞，经分频后将一对正交的中心载波相乘，可得到控制电压U。。。图1中的电路已证明位同步信息流U。u。一ux·cos警￡包含4∞个分量，因此可以串联一个两级分频器，得到单。，第二级分频器分别由前沿和后沿触发，可以方便准确地得到一对正交载波。至于分频器的相位模糊问题，在MSK传输中已采用差分编码来解决该问题[2]，不会造成误差；但第二组分频器sin、sin2(16)和cos的相序不能颠倒，所以后沿触发器应该由D触发。只有第二项含有直流，其余部分可以滤除。平均值控制器，D信号输入由前沿触发器的输出提供，以保证sin电压函数滞后而不是超前cos函数。一种更简单的方法是，通过取(17)sin信号，直接从相位相干解调输出中获得载波同步的误差信息。如前所述，至于位同步的MsK可以从Ux中提取出来，只要Ux是由两路数据正交调制信号经正弦包络加权后加上平方（绝对值）运算后构成的，在这个非线性处理过程中，幅度变成，当解调的参考载波有相位误差e时，I通道解调出最大项，nQ的电压就是经PLL环路或窄带滤波后提取出位同步信号Uw，完整的电路结构如图2所示。

相位同步分频器带来的相位模糊问题，可能会造成环路锁定相位反转，从而导致解调输出极性反转。同样，因为是差分编码，所以不会出现错误。 sin(2(u,f+)-sin滤波器 （12） J(f)-特，c.sf.cs-特nQsin f·sin滤波器 当误差角不大时，cos≈1，简化为 I(￡)≈特n，coS滤波器 ￡-特QSin滤波器 ￡'sin滤波器 （13） 同理，Q通道解调输出图2 相位相干解调与载波提取 Sin滤波器（14） Q(f)≈特滤波器 sin滤波器z+特rcos滤波器p 万方数据8国外电子测量技术第24卷 同时，还产生位同步信息，为后续的匹配滤波、 4 结语 差分译码等电路提供了便利。 相位连续频移键控只有通过相干解调才能获得良好的抗噪声性能[1]。频率相干解调检测的是相位变化过程（d/df-±/2瓦），而相位相干解调检测变化结果(gong+，-gong±/2)，可避免接收信号信噪比较小时相位绕过矢量图原点的情况。[1]Leonw.Couch，II.数字与模拟通信系统[M](罗新民，任品懿，田晨等译)。北京：电子工业出版社，2002：294-299，282-288，405-407。[2]陈国同.数字通信[M]。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002：285-288。实现BPSK的最佳抗噪水平，[3]余志坚，邱培良.一种基于软件无线电的GMSK信号QPSK相干解调[5]。

这是在相同输入信噪比下得出的结论，其实质是由于MSK的功率谱集中在主瓣，占用带宽较窄，在相同发射功率下，可以获得更高的输入信噪比，抗噪性能优于BPSK和QPSK[6]。[4]郭体云，杨嘉炜，李建东.数字移动通信[M].北京：人民邮电出版社，2001：133-137。Skla因此这种高频谱效率、高抗噪性能的调制解调方法在当今信道特别拥挤的无线数据通信技术中得到了广泛的应用。本文所做的工作之一是从工程角度补充各种载波提取的电路结构，消除移频载波[6]范长信，张福义，徐秉祥等.通信原理[M]。北京:国防工业出版社,2001:175-181。一是防止误锁定问题;二是使负载搜索引擎在提取过程中形成的几个循环进入专业化时代-搜易网-仪器仪表搜索引擎现在网络搜索市场又面临新一轮的竞争,竞争的焦点不在于市场的大小,而在于新的搜索技术和强大的功能,帮助用户更直观地了解产品信息。目前互联网的搜索引擎技术经历了两个发展时期:Yahoo!凭借其网站索引技术,为网站信息提供网站资源搜索。

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(晶晶)基于相位连续频移键控的GMSK信号相干解调载波提取作者：闫立忠，张正华，闫章作者单位：扬州大学信息工程学院，江苏扬州期刊名：国外电子测量技术英文期刊名：年、卷（期）：2005,24(12)引用次数：6次参考文献（6）1.Leon W Couch;罗新民;任品懿;田晨Ⅱ.数字与模拟通信系统 2002 2.陈国通数字通信 2002 3.余志坚;邱培良一种基于软件无线电的GMSK信号相干解调方法[期刊论文]-无线电通信技术 2003(03)4.郭体云;杨嘉伟;李建东数字移动通信 2001 5. Sklar;徐萍萍;宋铁成;叶志辉，数字通信基础与应用2002 6．范长信；张福义;徐秉祥 通信原理 2001 本文读者还阅读了（7 篇） 1. 胡兰宇.高振明.朱卫红.张灿.孙巧云 基于PN码导频的FMT信道估计方法 [期刊文章] - 山东大学学报（理学版）2006,41(1) 2. 王志文.蔡其贤.刘美珍.王志文