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
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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
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