GMSK正交調制基帶模塊的設計

2024年3月30日發(作者：澗的讀音)

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設計應　用Ｄｅｓｉｇｎ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　

Ｇ　Ｍ　Ｓ　Ｋ正交調制基帶模塊的設計　

Ｂａｓｅｂａｎｄ　Ｍｏｄｕｌｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｂｙ　ＧＭＳＫ　

Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　

■　成都電子科技大學空夭科學技術研究院湯小平秦開宇　

引言　

ＧＭＳＫ調制具有較好的功率頻譜特性與誤碼性能，　

最大優點就是帶外輻射小，較適用于工作在ＶＨＦ和ＵＨＦ　

頻段的移動通信系統，因此，ＧＭＳＫ調制在通信領域得　

高斯濾波后的積分輸出。　

對上式進行三角變換得到　

ｓ（ｔ）＝ｃｏｓ（ｗ￣ｔ）ｃｏｓ［Ｚａ　ｆｇ（ｔ）ｄｔ—ｓｉｎ（ｗ　ｔ）ｓｉｎ（Ｚａ　，　ｔ）ｄｔ］　

因此采用正交調制實現ＧＭＳＫ的基帶Ｉ，Ｑ信號分　

別為　

到了廣泛的應用，例如ＧＳＭ手機通信系統與ＡＩＳ系統　

就采用這種通信調制方式。目前，ＧＭＳＫ調制豐要有鎖　

Ｉ（ｔ）＝ｃｏｓ［Ｙａ　ｆｇ（ｔ）ｄｔ］　

Ｑ（ｔ）＝ｓｉｎ（ｗ　ｔ）ｓｉｎ［Ｚａ　ｔ）ｄｔ］　

由上向的表達式推導出ＧＭＳＫ　交凋制基帶信號　

相環與正交調制兩種實現方式，其中前者在早前得到　

很大應用，但隨著軟件無線電的提出，正交調制實現方　

式逐漸得到廣泛的研究與應用。同時，ＧＭＳＫ的硬件實　

現平臺也由ＤＳＰ發展到ＦＰＧＡ，本文就是針對ＦＰＧＡ平　

臺設計了‘種硬件可實現的ＧＭＳＫ正交調制基帶模塊。　

亡＝　

的實現框圖，如圖１所示。　

Ｉｆ．號　

高　波　相位積分　

Ｏ信弓　

ＧＭＳＫ正交調制基帶信號產生驟理　

ＧＭｓＫ是在ＭＳＫ的基礎上得到的，ＭＳＫ是連續相位恒　

包絡調制，對載波進行ＭｓＫ調制的時域表達式如下：　

（　）＝∞　（　Ｈ　

』ｂ　

）　

Ｉ￣ＩＰ＂圖｛ＧＭＳＫ基帶信號正交實現挺　

為載波的頻率，　為數據碼元的周期。由上式　

高斯濾波器設計　

ＧＭＳＫ調制中一個重要的部分就是高斯濾波器的　

設計，它的脈沖響應為：　

，一

看出，對輸入的二進制碼元，ＭＳＫ調制后的載波在一個　

碼元寬度內相位線性增加或減少　。實驗表明，如果　

載波的相位變化南線性變為更平滑的曲線時，則可以　

得到更好的頻譜特性。因此在ＭＳＫ調制前，對二進制　

）　

６＝　

產、　

碼元進行高斯濾波，使被調制載波的相位路徑更為平　

滑，然后再進行ＭＳＫ調制，這就是ＧＭＳＫ調制的基本思　上式中，Ｂ為濾波器截止頻率，Ｔ為碼元寬度，二ｒ＝程　

想。其載波調制表達式如下：　上常用ＢＴ來表征高斯濾波器的參數，例如ＧＳＭ系統　

中的高斯濾波器ＢＴ＝０．３。高斯濾波器可以采用ＦＩＲ算　

（　＝ｃ０　［ｗ　什Ｚａ　Ｊ‘Ａｔ）ｄｒ）］　

Ｒ濾波器具有線性相位響應、系統穩定　

ａｉ為非歸零二進制碼元，ｆ￣ｔ）ｄｔ表示二進制碼元經過　

法實現，因為ＦＩ

Ｌ………　……　

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等優點，利用Ｘｉｌｉｎｘ的ＦＩＲ濾波器核即可硬件實現高斯　

的系數后，其幅值頻率響應如圖２。對采樣頻率歸一　

化，可以看到３ｄＢ截止點為Ｏ．０７５，通帶紋波小于３ｄＢ。　

２、高斯濾波與輸出積分模塊：將數據信息濾波后　

３、ＤＤＳ模塊：將濾波器模塊送來的數據進行相位　

累加與查表。　

濾波。設定參數ＢＴ＝０．３，由ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ計算出濾波器　

積分　

—～

～　

、＼　

＼　

、

＼

、

．　

、

、＼　

．Ｄ　

＼　

、　

刪　＼　

＼　

＼

　一

ｌ棚　＼　

＼　

、　

＼　

Ｉ　

＂　Ｄ　＂

．　．．　塒

０　＿■：一　

圖２高斯濾波器頻率響應　

積分模塊與波形輸出設計　

碼元經過高斯濾波后，接著進行輸出積分，相位累　

加，然后查找表輸出對應相位的正、余弦波形。高斯濾　

波器的輸出積分利用梯形積分法，硬件實現時，使用一　

個加法器和～個延時即可完成。而相位累加與查表輸　

出波形的過程實際上就是ＤＤＳ（直接數字頻率合成），　

ＤＤＳ的ＩＰ核Ｘｉｌｉｎｘ已經提供，因此本文采用ＤＤＳ模塊來　

代替相位累加與查表模塊，簡化了硬件代碼編寫。　

Ｓｉｍｕｌｉｎｋ與Ｓｙｓｔｅｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ算法建模　

在通信建模仿真中，Ｓｉｍｕｌｉｎｋ得到了廣泛應用，它提　

供了許多子模塊，可以快速對算法進行驗證。而Ｓｙｓｔｅｍ　

Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ是Ｘｉｌｉｎｘ公司的系統級建模工具，它提供了適　

合硬件設計的數字信號處理建模環境，加速、簡化了　

ＦＰＧＡ的ＤＳＰ系統級硬件設計。目前，基于ＳｙｓｔｅｍＧｅｎ—　

ｅｒａｔｏｒ和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的聯合建模設計方法已經成為ＦＰＧＡ　

進行數字信號處理建模的新趨勢。　

按照前述ＧＭＳＫ基帶模塊的實現流程，利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　

和Ｓｙｓｔｅｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ建模如圖３。　

盞　

”　圖３　ＧＭＳＫ基帶模塊建模　

ＧＭＳＫ基帶主要由４個模塊組成：　

１、ＮＲＺ碼元模塊：提供待調制的數據信息　

４、半帶濾波模塊：為了進～步改善帶外特性，在　

ＤＤＳ后加半帶濾波器可以得到更好的帶外衰減。　

｛方真結果與分析　

ＧＭＳＫ正交調制基帶Ｉ，Ｑ信號的時域波形如圖４。　

圖４　ＧＭＳＫ基帶Ｉ，Ｑ時域波形　

”　圖５　Ｉ路信號功率譜密度　

基帶信號的功率譜密度如圖５，以ｌ路為例。　

仿真的碼速率為５Ｈｚ，由信號的功率譜密度可以看　

出，設計的基帶信號具有很好的帶外輻射特性，在２ｌ５　

倍碼元速率倍頻程以后最少達到８０ｄＢ的衰減，３倍碼　

速率倍頻程后可以達到９０ｄＢ到１００ｄＢ衰減。　

結論　

本文對ＧＭＳＫ正交調制的算法進行了研究，將算法　

轉換成了硬件可實現模塊，通過Ｓｉｍｕｌｉｎｋ￣Ｓｙｓｔｅｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　

的建模，對設計進行了仿真驗證，效果較為理想。圃　

世界電子元器件２００８．９　ｇｅｃ．ｅｃｃｎ．ｃｏｍ