GMSK正交调制基带模块的设计

2024年3月30日发(作者：涧的读音)

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设计应　用Ｄｅｓｉｇｎ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　

Ｇ　Ｍ　Ｓ　Ｋ正交调制基带模块的设计　

Ｂａｓｅｂａｎｄ　Ｍｏｄｕｌｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｂｙ　ＧＭＳＫ　

Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　

■　成都电子科技大学空夭科学技术研究院汤小平秦开宇　

引言　

ＧＭＳＫ调制具有较好的功率频谱特性与误码性能，　

最大优点就是带外辐射小，较适用于工作在ＶＨＦ和ＵＨＦ　

频段的移动通信系统，因此，ＧＭＳＫ调制在通信领域得　

高斯滤波后的积分输出。　

对上式进行三角变换得到　

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

因此采用正交调制实现ＧＭＳＫ的基带Ｉ，Ｑ信号分　

别为　

到了广泛的应用，例如ＧＳＭ手机通信系统与ＡＩＳ系统　

就采用这种通信调制方式。目前，ＧＭＳＫ调制丰要有锁　

Ｉ（ｔ）＝ｃｏｓ［Ｙａ　ｆｇ（ｔ）ｄｔ］　

Ｑ（ｔ）＝ｓｉｎ（ｗ　ｔ）ｓｉｎ［Ｚａ　ｔ）ｄｔ］　

由上向的表达式推导出ＧＭＳＫ　交凋制基带信号　

相环与正交调制两种实现方式，其中前者在早前得到　

很大应用，但随着软件无线电的提出，正交调制实现方　

式逐渐得到广泛的研究与应用。同时，ＧＭＳＫ的硬件实　

现平台也由ＤＳＰ发展到ＦＰＧＡ，本文就是针对ＦＰＧＡ平　

台设计了‘种硬件可实现的ＧＭＳＫ正交调制基带模块。　

亡＝　

的实现框图，如图１所示。　

Ｉｆ．号　

高　波　相位积分　

Ｏ信弓　

ＧＭＳＫ正交调制基带信号产生骤理　

ＧＭｓＫ是在ＭＳＫ的基础上得到的，ＭＳＫ是连续相位恒　

包络调制，对载波进行ＭｓＫ调制的时域表达式如下：　

（　）＝∞　（　Ｈ　

』ｂ　

）　

Ｉ￣ＩＰ＂图｛ＧＭＳＫ基带信号正交实现挺　

为载波的频率，　为数据码元的周期。由上式　

高斯滤波器设计　

ＧＭＳＫ调制中一个重要的部分就是高斯滤波器的　

设计，它的脉冲响应为：　

，一

看出，对输入的二进制码元，ＭＳＫ调制后的载波在一个　

码元宽度内相位线性增加或减少　。实验表明，如果　

载波的相位变化南线性变为更平滑的曲线时，则可以　

得到更好的频谱特性。因此在ＭＳＫ调制前，对二进制　

）　

６＝　

产、　

码元进行高斯滤波，使被调制载波的相位路径更为平　

滑，然后再进行ＭＳＫ调制，这就是ＧＭＳＫ调制的基本思　上式中，Ｂ为滤波器截止频率，Ｔ为码元宽度，二ｒ＝程　

想。其载波调制表达式如下：　上常用ＢＴ来表征高斯滤波器的参数，例如ＧＳＭ系统　

中的高斯滤波器ＢＴ＝０．３。高斯滤波器可以采用ＦＩＲ算　

（　＝ｃ０　［ｗ　什Ｚａ　Ｊ‘Ａｔ）ｄｒ）］　

Ｒ滤波器具有线性相位响应、系统稳定　

ａｉ为非归零二进制码元，ｆ￣ｔ）ｄｔ表示二进制码元经过　

法实现，因为ＦＩ

Ｌ………　……　

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等优点，利用Ｘｉｌｉｎｘ的ＦＩＲ滤波器核即可硬件实现高斯　

的系数后，其幅值频率响应如图２。对采样频率归一　

化，可以看到３ｄＢ截止点为Ｏ．０７５，通带纹波小于３ｄＢ。　

２、高斯滤波与输出积分模块：将数据信息滤波后　

３、ＤＤＳ模块：将滤波器模块送来的数据进行相位　

累加与查表。　

滤波。设定参数ＢＴ＝０．３，由ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ计算出滤波器　

积分　

—～

～　

、＼　

＼　

、

＼

、

．　

、

、＼　

．Ｄ　

＼　

、　

删　＼　

＼　

＼

　一

ｌ棚　＼　

＼　

、　

＼　

Ｉ　

＂　Ｄ　＂

．　．．　埘

０　＿■：一　

图２高斯滤波器频率响应　

积分模块与波形输出设计　

码元经过高斯滤波后，接着进行输出积分，相位累　

加，然后查找表输出对应相位的正、余弦波形。高斯滤　

波器的输出积分利用梯形积分法，硬件实现时，使用一　

个加法器和～个延时即可完成。而相位累加与查表输　

出波形的过程实际上就是ＤＤＳ（直接数字频率合成），　

ＤＤＳ的ＩＰ核Ｘｉｌｉｎｘ已经提供，因此本文采用ＤＤＳ模块来　

代替相位累加与查表模块，简化了硬件代码编写。　

Ｓｉｍｕｌｉｎｋ与Ｓｙｓｔｅｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ算法建模　

在通信建模仿真中，Ｓｉｍｕｌｉｎｋ得到了广泛应用，它提　

供了许多子模块，可以快速对算法进行验证。而Ｓｙｓｔｅｍ　

Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ是Ｘｉｌｉｎｘ公司的系统级建模工具，它提供了适　

合硬件设计的数字信号处理建模环境，加速、简化了　

ＦＰＧＡ的ＤＳＰ系统级硬件设计。目前，基于ＳｙｓｔｅｍＧｅｎ—　

ｅｒａｔｏｒ和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的联合建模设计方法已经成为ＦＰＧＡ　

进行数字信号处理建模的新趋势。　

按照前述ＧＭＳＫ基带模块的实现流程，利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　

和Ｓｙｓｔｅｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ建模如图３。　

盏　

”　图３　ＧＭＳＫ基带模块建模　

ＧＭＳＫ基带主要由４个模块组成：　

１、ＮＲＺ码元模块：提供待调制的数据信息　

４、半带滤波模块：为了进～步改善带外特性，在　

ＤＤＳ后加半带滤波器可以得到更好的带外衰减。　

｛方真结果与分析　

ＧＭＳＫ正交调制基带Ｉ，Ｑ信号的时域波形如图４。　

图４　ＧＭＳＫ基带Ｉ，Ｑ时域波形　

”　图５　Ｉ路信号功率谱密度　

基带信号的功率谱密度如图５，以ｌ路为例。　

仿真的码速率为５Ｈｚ，由信号的功率谱密度可以看　

出，设计的基带信号具有很好的带外辐射特性，在２ｌ５　

倍码元速率倍频程以后最少达到８０ｄＢ的衰减，３倍码　

速率倍频程后可以达到９０ｄＢ到１００ｄＢ衰减。　

结论　

本文对ＧＭＳＫ正交调制的算法进行了研究，将算法　

转换成了硬件可实现模块，通过Ｓｉｍｕｌｉｎｋ￣Ｓｙｓｔｅｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　

的建模，对设计进行了仿真验证，效果较为理想。圃　

世界电子元器件２００８．９　ｇｅｃ．ｅｃｃｎ．ｃｏｍ