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????? 基于MATLAB与FPGA的GMSK数字解调技术研究# 纪雪莲,胡青**|1|纪雪莲|JI Xuelian|大连海事大学信息科学技术学院,大连 116026|Dalian Maritime University,Dalian 116026|纪雪莲(1988-),女,学生,主要研究方向:FPGA嵌入式以及AIS技术|大连海事大学科学会馆419室|116026|jxl_annie@126.

com|0411-84723118|15842477252*|2|胡青|Hu Qing|大连海事大学信息科学技术学院,大连 116026|Dalian Maritime University,Dalian 116026|胡青(1978-),男,副教授,卫星导航信号处理、水上安全信息系统、电子信息处理|大连海事大学科学会馆423室|116026|hq0518@dlmu.edu.cn|0411-84723118|13500799115基于MATLAB与FPGA的GMSK数字解调技术研究|Based on the MATLAB GMSK with FPGA digital demodulation technology research|国家自然科学基金(60972091) (大连海事大学信息科学技术学院,大连 116026) 摘要:本设计基于GMSK调制解调相关原理,利用MATLAB/Simulink验证自主设计的GMSK解调电路,并与系统自带解调模块进行比较.在以上基础上,进一步利用FPGA实现了基带GMSK信号的1比特差分非相干解调和相干解调.自主设计实现了GMSK解调技术的延迟模块、乘法模块、减法模块和抽样判决模块等,通过信号输出比较分析,验证了GMSK解调算法,达到了系统设计要求,取得了良好效果. 关键词: GMSK,MATLAB,FPGA,非相干差分解调,相干解调 中图分类号:TN919.6 Based on the MATLAB GMSK with FPGA digital demodulation technology research JI Xuelian, Hu Qing (Dalian Maritime University,Dalian 116026) Abstract: This design is based on the relevant principle of the GMSK modulation and demodulation. Using MATLAB/Simulink design independentlt verifies GMSK demodulation circuit and demodulation modules and system to compare own. Based on the above, further use of FPGA implements the baseband GMSK signal of

1 bit differential non-coherent demodulation and coherent demodulation. Independently designed and implemented a GMSK demodulation delay module, the module multiplication, substraction module and a sample sentence module, signal output by a comparative analysis of GMSK demodulation algorithm is verified to achieve the system design requirements, and achieved good results. Key words: GMSK, MATLAB, FPGA, non-coherent differential demodulation , coherent demodulation 引言 随着FPGA技术的发展,FGPA的灵活性及性价比都很高.如何将FPGA应用到AIS系统[1]中,为此达到系统具有灵活性的目的,是摆在人们面前的重要课题.进一步研究GMSK信号在FGPA芯片上的实现不仅具有一定的理论意义,同时具有重要的现实意义. 通过对GMSK基本理论知识的学习,分析基带GMSK调制解调器的基本构成,完成了基于MATLAB平台下的GMSK调制解调器的系统仿真,尤其对GMSK解调部分做了具体的自主研究与设计实现,并将仿真算法用于FPGA中进行实践设计,使用软硬件结合的方式来设计研究GMSK基带信号的解调,为以后通信系统的研究奠定了一定的基础. GMSK解调原理及设计方案 GMSK与MSK的主要区别在于GMSK在MSK基础上加了个高斯滤波器,是基带数字信号经过高斯低通滤波器处理的MSK调制,为了减少已调信号的频谱宽度,可以减少高斯低通滤波器的归一化带宽BTb(Tb是比特带宽),BTb常取0.

2、0.

25、0.

3、0.

4、0.5…等值,若BTb=1,则GMSK=MSK.GMSK产生一个几乎恒定的包络,具有比较集中地功率频谱,比MSK的带外辐射及占用带宽均大为减小. GMSK的相干解调 根据GMSK的调制原理,GMSK解调器的原理框图如下(见图1-1).[2] 图1-1 GMSK解调器的原理框图 1.2 GMSK的1比特差分非相干解调 在接收端,调制后的GMSK信号经过数字下变频后恢复成I、Q两路信号后,可以运用1比特差分检测进行解调[3].根据1比特差分检测算法找出在1比特周期内接收到的信号在相位的改变量.这种相位方面的改变量可以用式(1.1). (1.1) 通过式(1.1)我们可以知道的值没有超过Tb,所以在1比特周期内相位可能改变的最大值=π/2. 如果 (1.2) 式(1.2)中的Ai是接收到信号矢量的幅值,信号相位的改变量 (1.3) D(t)表示解调的波形.对接收到的I路和Q路分量的基带信号通过A/D转换器后,可以先使用matlab来实现对其采用1比特差分检测算法. 通过1比特差分检测算法,我们可以找出传输的码元,在1比特周期时间内的相位改变量.这种相位的改变量可以表示为: (1.4) 式(1.4)可以用图(1-2)所示的原理来实现: 图1-2 1比特差分检测 当的值大于或等于零时,接收到的数据是