一、連續(xù)相位調(diào)制原理

　　1、CPM信號(hào)模型

　　CPMC信號(hào)的實(shí)數(shù)域數(shù)學(xué)表達(dá)式：

　　上式中，A表示符號(hào)能量，fc表示載波頻率，I為發(fā)送的碼元數(shù)據(jù)

　　T表示碼元周期，承載了待發(fā)送的碼元信息，表示CPM基帶信號(hào)的時(shí)變相位函數(shù)，為信號(hào)的初始相位。與PSK信號(hào)基帶相位取有限的離散值不同，CPM基帶信號(hào)的相位　是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。下面給出CPM信號(hào)的連續(xù)相位函數(shù)的表達(dá)式：

　　上式中，h為CPM信號(hào)的調(diào)制指數(shù)，它決定了每個(gè)符號(hào)周期內(nèi)CPM信號(hào)的相位變化量。調(diào)制指數(shù)h越大，一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)相位的變化越大，時(shí)域和頻域上越容易區(qū)分：q（t）稱(chēng)為相位成形脈沖函數(shù)，由一個(gè)持續(xù)時(shí)間有限的脈沖函數(shù)g（t）積分得到：

　　所以脈沖函數(shù)g（t）也稱(chēng)為頻率成形脈沖。

　　頻率脈沖函數(shù)g（t）僅在區(qū)間［0，LT］有非零值，其中L稱(chēng)為關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度，且頻率脈沖函數(shù)g（t）具有一下特點(diǎn)：

　　因此，相位成形脈沖函數(shù)q（t）滿(mǎn)足以下關(guān)系：

　　由上面各式可得，調(diào)制指數(shù)h、頻率成形脈沖函數(shù)g（t）、關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度L和基帶符號(hào)的進(jìn)制數(shù)M，共同決定了CPM基帶信號(hào)的相位隨時(shí)間變化的規(guī)律，選擇不同的調(diào)制指數(shù)可以得到不同的連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)，并且這一大類(lèi)CPM信號(hào)具有相似的性質(zhì)。從式（2.4）的積分形式可以看出，相位成形脈沖函數(shù)q（t）是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，這保證了CPM基帶信號(hào)相位函數(shù)

　　的連續(xù)性，而且頻率脈沖函數(shù)g（t）還決定了相位脈沖函數(shù)q（t）的波形；從式（2.8）可以看出，關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度L影響了相位脈沖函數(shù)的編碼特性，L越大引入的編碼效應(yīng)越明顯。

　　2、CPM連續(xù)相位形成

　　CPM信號(hào)本質(zhì)上仍是相位調(diào)制，CPM調(diào)制是將原始待發(fā)送二進(jìn)制信息映射為CPM基帶信號(hào)的連續(xù)相位，然后與載波進(jìn)行相位調(diào)制。CPM基帶信號(hào)相位形成過(guò)程是所有發(fā)送碼元符號(hào)對(duì)相位成形脈沖函數(shù)q（t）的線(xiàn)性加權(quán)和，從表達(dá)式（2.4）可以看出，的形成過(guò)程與卷積的過(guò)程類(lèi)似。因此，可以將形成過(guò)程看成是所有待發(fā)送碼元符號(hào)與相位成形脈沖函數(shù)q（t）的類(lèi)似卷積，即用相位成形脈沖函數(shù)q（t）對(duì)待發(fā)送的基帶碼元符號(hào)進(jìn)行成形濾波，使其帶限。下面對(duì)CPM信號(hào)的基帶相位進(jìn)行詳細(xì)分析。

　　將在第N個(gè)碼元符號(hào)周期內(nèi)進(jìn)行分析，N為整數(shù)，且，即當(dāng)前時(shí)刻。重寫(xiě)CPM基帶信號(hào)的連續(xù)相位表達(dá)式如下：

　　由式（2.8）可知，脈沖成形函數(shù)q（t）在t《=0時(shí)為0，在t》=LT時(shí)取固定值1/2，所以式（2.14）可以展開(kāi)乘如下形式：

　　其中，是CPM基帶信號(hào)的固定相位部分，稱(chēng)為固定相位，是區(qū)間（負(fù)無(wú)窮，N-L］內(nèi)所有碼元符號(hào)線(xiàn)性累加和對(duì)應(yīng)的相位，其值在一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)固定不變，為h*pi的整數(shù)倍；是CPM基帶信號(hào)連續(xù)變化的部分，稱(chēng)為關(guān)聯(lián)相位，是當(dāng)前L個(gè)碼元符號(hào)與相位脈沖的時(shí)變部分進(jìn)行類(lèi)卷積得到的。CPM基帶信號(hào)相位成形過(guò)程如圖所示，可以表示成：

　　二、GMSK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)一

　　在MSK信號(hào)的基礎(chǔ)上，為了改善信號(hào)的旁瓣衰減性能，人們提出了在MSK調(diào)制器前端增加一個(gè)濾波器進(jìn)行預(yù)調(diào)制的設(shè)想，引出了最小高斯頻移鍵控（GMSK）的思想。雙極性脈沖序列在通過(guò)高斯低通濾波器后，其信號(hào)波形更加平滑，經(jīng)MSK調(diào)制器調(diào)制后，產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)的相位路徑更加平滑，功率譜的旁瓣衰減性能更好。下文主要講述GMSK調(diào)制的實(shí)現(xiàn)及Matlab仿真。

　　圖2.5 GMSK調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)

　　圖2.5給出了GMSK調(diào)制器的原理框圖。GMSK調(diào)制中的高斯濾波器通常是由濾波器的BT乘積、3db帶寬B和符號(hào)持續(xù)時(shí)間T決定的。高斯濾波器的脈沖響應(yīng)為

　　其中，

　　發(fā)送的信息比特bi（0/1）差分編碼后變化為符號(hào)ai = +/-1。這些符號(hào)然后經(jīng)過(guò)脈沖響應(yīng)為g（t）的濾波器濾波

　　其中，表示卷積，

　　調(diào)制信號(hào)的相位為：

　　GMSK調(diào)制中h=1/2。

　　從圖2.6中可以看出，盡管脈沖響應(yīng)函數(shù)g（t）的定義域?yàn)樨?fù)無(wú)窮到正無(wú)窮，但是在|t|》2T區(qū)間上可以忽略，所以

　　假定|t|》2T區(qū)間上g（t）=0。由公式（3）可知，g（t）是非因果，不可實(shí)現(xiàn)的。所以假定|t|》2T區(qū)間上g（t）=0，將g（t）延時(shí)2T使得g（t）變成因果的。

　　Mtlab代碼：

　　clc;

　　clear all;

　　close all;

　　burst = sign（randn（1 ， 1000））;

　　Tb = 1/19200;

　　OSR= 16;

　　BT = 0.3;

　　Ts = Tb/OSR;

　　PTV = -2*Tb:Ts:2*Tb;

　　RTV = -Tb/2:Ts:Tb/2;

　　sigma = sqrt（log（2））/（2*pi*BT）;

　　gauss = （1/（sqrt（2*pi）*sigma*Tb））*exp（-PTV.^2/（2*sigma^2*Tb^2））;

　　rect = 1/（2*Tb）*ones（size（RTV））;

　　G_TEMP = conv（gauss，rect）;

　　% TRUNCATING THE FUNCTION TO 3xTb

　　G = G_TEMP（OSR+1:4*OSR）;

　　% TRUNCATION IMPLIES THAT INTEGRATING THE FREQUENCY PULSE

　　% FUNCTION WILL NOT EQUAL 0.5， HENCE THE RE-NORMALIZATION

　　G_FUN = （G-G（1））。/（2*sum（G-G（1）））;

　　% CALCULATE RESULTING PHASE PULSE

　　Q_FUN = cumsum（G_FUN）;

　　三、GMSK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)二

　　用FX489實(shí)現(xiàn)GMSK信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)

　　FX489是CML公司一種用于GMSK調(diào)制解調(diào)的芯片，內(nèi)部包括一個(gè)高斯濾波器，整形電路及其它附屬電路。高斯濾波器的BT值為0.3或0.5兩檔可供選擇。傳輸速率為4bps～19.2kbps，能提供發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘。圖2是FX489的功能示意。

　　圖2FX489功能

　　利用FX489實(shí)現(xiàn)GMSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)見(jiàn)圖3。碼元傳輸速率是由FX489外接晶體震蕩器的內(nèi)部分頻系數(shù)（腳3和4的邏輯電平）決定（表1）。高斯濾波器BT值的選擇由FX489的腳15決定。當(dāng)15腳為“1”時(shí)，BT值為0.5；為“0”時(shí)，BT值為0.3。圖3中的、組成FX489內(nèi)部放大器的負(fù)反饋電路；組成的低通濾波器是增益調(diào)節(jié)電路，應(yīng)滿(mǎn)足：

　　表一