GMSK调制的硬件实现方法技术

本发明专利技术提出的一种GMSK调制的硬件实现方法，旨在提供一种硬件资源消耗较少，便于扩展，易于硬件实现的方法。本发明专利技术通过以下技术方案予以实现：根据Laurent展开计算的数据处理器将输入信息序列送入差分编码器进行差分预编码；串并转换器对差分后的序列进行串并转化，将串并转换之后的差分序列奇比特取反得到脉冲流对应的滤波成型前的IQ两路正交基带数据，内插器对符号内插所得的比特数据进行星座映射和成型滤波，从ROM表中读出事先准备好的高斯最小频移键控GMSK滤波系数之后，通过乘法器实现其与星座映射之后的数据的卷积，然后将ROM表中的载波数据和成型后的基带数据相乘，IQ两路调制数据相加得到最终的GMSK调制信号数据。

【技术实现步骤摘要】
GMSK调制的硬件实现方法
本专利技术属于信号处理
，涉及一种基于Laurent展开的GMSK硬件实现方法。
技术介绍
现代通信系统中，最小高斯频移键控GMSK是由最小频移键控MSK发展而来的，属于是二进制移频键控的一种改进形式。，高斯最小频移键控GMSK解决了最小频移键控MSK的不满足对带外辐射的高标准要求问题。GMSK信号功率谱较窄，尤其适合在窄带信道中传输,对邻近信道干扰小,具有较好的抗干扰性能。GMSK属于最小移频键控的一种，也是一种连续相位的恒包络调制，具有带外辐射小频谱利用率高的特点，在通信中获得了广泛应用。我们熟知的GSM系统，使用的是BT＝0.3的GMSK调制。在现代通信中，GMSK调制与跳频通信的结合，利用GMSK的恒包络频谱利用率高的特性以及跳频通信的抗干扰抗截获性，可以实现通信中的高速安全的数据传输。高斯滤波最小频移键控(GMSK)具有较好的旁瓣衰减性能和恒包络特性,尤其适用于航天通信领域,其通信信息速率可以任意设置无疑能够拓宽其应用范围。但因为GMSK调制采用的高斯滤波器的特性与信号的3dB带宽、符号的持续时间有关,所以信息速率的任意性增加了GMSK调制与解调的复杂性。深空通信是维系人类和深空探测器的纽带，是实现深空探测的基础和保证。深空通信技术要求信号传送距离远，传送信息量大，而且随着航天事业的发展深空通信频谱将会越来越拥挤，因此对调制技术提出了较多的要求，如调制后信号波形尽量满足恒包络特点，已调信号满足良好的频谱特性和高带宽效率的要求等。GMSK作为一种常用的调制技术,具有包络恒定、相位连续及频带利用率高等优点,但工程实现较复杂。SimonMK在其2003年出版的《带宽效率数字调制技术在深空通信中的应用》一书中，从相干接收机，载波同步，预编码GMSK，基于近似表示的GMSK单脉冲流等方面研究了适合于深空通信的GMSK调制器。2007年AbelloR,JamesN和MaddeR等人研究了适合于欧空局深空通信任务的高性能GMSK接收机，针对中频调制系统中深空通信接收机的实现要求和硬件限制等原因，在基于Laurent分解的基础上，通过进一步修改得到了一个基于软件无线电平台的接收机实施方案。2012年ShambayatiS和LeeDK针对深空通信中X波段频谱稀缺的现状，重点研究了预编码GMSK信号的最优和次优载波跟踪环路接收机，并以标准DSN中OQPSK接收机为比较对象，对其误码率和符号速率等性能进行了仿真比较。GMSK解调算法中，不管是相干解调还是非相干解调，要达到最优的解调性能都需要利用高复杂度的最大似然序列检测(MLSD)，最大似然序列检测器中由于参考信号的个数，随着GMSK信号相位脉冲的长度呈指数增长，所以匹配滤波器的数量会随之快速增长，同时基于改进的分组式Viterbi算法的解调方的状态数也呈指数增长，这使得接收机的运算量非常庞大，为此，低复杂度算法成为许多通信领域研究者们的研究方向。高斯最小移频键控(GMSK)是GSM蜂窝移动通信系统中使用的数字调制技术，其方法是将基带脉冲信号经过高斯低通滤波器成形为高斯脉冲后，对其进行MSK调制。脉冲成型滤波器是对GMSK进行Laurent分解获得的线性GMSK脉冲,且采用硬件电路实现。硬件实现Laurent分解及成型滤波存在电路成本高、灵活性差、精度低、结构复杂。其原理是在进行载波调制之前，用高斯冲激响应滤波器对MSK的矩形频率脉冲特性进行滤波。滤波器的设计往往是整个中频模块处理中最消耗资源的，同时对速度的要求也非常高，不同的滤波器结构对整个硬件平台以及中频算法有很大的影响。最常见的滤波器结构有串行结构、并行结构和分布式结构等。该形式滤波器的实现需要大量的乘累加器，会产生一定的时间延迟，影响滤波器处理速度。串行乘累加FIR滤波器只需要一个乘累加计算。是最简单的滤波形式。此种结构所用到的硬件资源很少，只是一个乘累加器件和一些寄存器的组合。但是完成整个滤波的运算需要的时间要长，滤波速度缓慢。GMSK调制的实现一般有两种方式，其一是直接数字调频方式，其二是积分相移键控方式。前者将经过高斯滤波的二进制数据直接调制VCO的频率，该方案原理简单，实现方式也比较简便，但由于器件的某些特性如精度，温度等，不适用于接收端连续的解调。另外，对于高载波频率，由于维持足够的采用速率需要相当高的工作频率，不可能用数字方法直接合成GMSK信号。积分相移键控方式实现方式如下：首先将高斯滤波后的二进制脉冲进行积分，然后将I、Q数据用波形存储起来，后通过查找该表实现GMSK的调制。相比于直接实现法，该方法能够保持准确的调制指数。但是，由于使用了ROM表来存储相应的相位信息，该方法存在相位截断、正弦余弦计算误差等问题，且在硬件实现时相位的存储占用大量硬件资源。对于GMSK调制，值对其有着重要影响。值越小，其频谱就越紧凑，但同时引入的符号间串扰也就越严重，因此导致差错概率性能的下降。换句话说，GMSK调制的优良频谱特性是以牺牲误码性能为代价的。因此，实际应用中，值的选择要在频谱效率和误比特率性能之间进行平衡。由于高斯Q函数双边无限扩展，相比于其他调制方式，如QPSK，8PSK，16QAM等，GMSK出现的较晚。事实上，GMSK首次出现于1979年，由日本国际电报电话公司提出。由于其优良的频谱特性，随后各国学者对其展开了各种各样的研究，目前国内外对GMSK信号的相关解调技术的研究已经比较成熟，但实际应用的研究却相对比较滞后。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有GMSK调制信号的硬件实现方法存在的相关问题，提供一种具有良好解调性能、运算量较低，可扩展性良好，实现并行度高，便于硬件实现的、基于Laurent展开的GMSK调制方法。本专利技术的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种GMSK调制的硬件实现方法，其特征在于包括如下步骤：根据Laurent展开计算的数据处理器将输入信息序列送入差分编码器进行差分，对传输比特流进行比特差分预编码；串并转换器对差分后的序列进行串并转化，对串并转换后的差分数据奇比特取反得到滤波成型前的I、Q两路正交基带数据；基于相位字计算的内插模块和星座映射模块根据不同的码速率和输出数模DA频率，对I、Q两路正交数据进行符号内插，并对符号内插所得的比特数据进行星座映射，分别将I、Q两路对应的两个比特映数据射为一个星座点，基于Laurent分解计算出GMSK信号对应的相移调幅脉冲(AMP)的第一脉冲流，将AMP第一脉冲流和载波数据存储于ROM表中，用于基带数据的成型滤波；星座映射后，乘法器对I、Q两路数据进分别进行成型滤波，基于ROM表存储的AMP脉冲流，根据不同的BT值，从ROM表中读出事先准备好的高斯最小频移键控GMSK滤波系数，利用乘法器和星座映射之后的数据进行卷积；载波读取模块减采样ROM表中数据，得到载波数据，然后根据码速率和数模DA采样频率变化读出ROM表中正交载波数据，对成型滤波后的IQ两路数据添加载波，通过计算得到实际采样率，将ROM表中的载波数据和成型后的基带数据相乘，分别得到对应的IQ两路的载波调制信号数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GMSK调制的硬件实现方法，其特征在于包括如下步骤：根据Laurent展开计算的数据处理器将输入信息序列送入差分编码器进行差分，对传输比特流进行比特差分预编码；/n串并转换器对差分后的序列进行串并转化，将串并转换之后的差分序列奇比特取反得到脉冲流对应的滤波成型前的IQ两路正交基带数据；基于相位字计算的内插模块和星座映射模块根据不同的输出数模DA频率以及码速率，对I、Q两路数据进行符号内插，并对符号内插所得的比特数据进行星座映射，分别将I、Q两路对应的两个比特映数据射为一个星座点，基于Laurent分解计算出GMSK信号对应的相移调幅脉冲(AMP)的第一脉冲流，将AMP第一脉冲流和载波数据存储于ROM表中，用于基带数据的成型滤波；星座映射后，乘法器对I、Q两路数据进分别进成型滤波，基于ROM表存储的AMP脉冲流，根据不同的BT值，从ROM表中读出事先准备好的高斯最小频移键控GMSK滤波系数和星座映射之后的数据进行卷积；载波读取模块减采样ROM表中数据，得到载波数据，然后根据码速率和数模DA采样频率变化读出ROM表中正交载波数据，对成型滤波后的IQ两路数据添加载波，计算得到数据比特率实际采样率，将ROM表中的载波数据和成型后的基带数据相乘，分别得到对应的IQ两路的载波调制信号数据，IQ两路调制数据相加得到最终的GMSK调制信号数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种GMSK调制的硬件实现方法，其特征在于包括如下步骤：根据Laurent展开计算的数据处理器将输入信息序列送入差分编码器进行差分，对传输比特流进行比特差分预编码；
串并转换器对差分后的序列进行串并转化，将串并转换之后的差分序列奇比特取反得到脉冲流对应的滤波成型前的IQ两路正交基带数据；基于相位字计算的内插模块和星座映射模块根据不同的输出数模DA频率以及码速率，对I、Q两路数据进行符号内插，并对符号内插所得的比特数据进行星座映射，分别将I、Q两路对应的两个比特映数据射为一个星座点，基于Laurent分解计算出GMSK信号对应的相移调幅脉冲(AMP)的第一脉冲流，将AMP第一脉冲流和载波数据存储于ROM表中，用于基带数据的成型滤波；星座映射后，乘法器对I、Q两路数据进分别进成型滤波，基于ROM表存储的AMP脉冲流，根据不同的BT值，从ROM表中读出事先准备好的高斯最小频移键控GMSK滤波系数和星座映射之后的数据进行卷积；载波读取模块减采样ROM表中数据，得到载波数据，然后根据码速率和数模DA采样频率变化读出ROM表中正交载波数据，对成型滤波后的IQ两路数据添加载波，计算得到数据比特率实际采样率，将ROM表中的载波数据和成型后的基带数据相乘，分别得到对应的IQ两路的载波调制信号数据，IQ两路调制数据相加得到最终的GMSK调制信号数据。


2.如权利要求1所述的GMSK调制的硬件实现方法，其特征在于：内插时，内插模块根据DA时钟频率和数据码速率确定每一个时钟节拍的相位累加字，判断其是否超出当前比特，若不是，则继续抽取当前比特，若不然，则抽取下一个比特，通过不断计算累加相位字及对应的抽取完成数据内插。


3.如权利要求1所述的GMSK调制的硬件实现方法，其特征在于：GMSK频率脉冲g(t)是经两个时间t错开一个码元周期Tb的高斯概率积分之差，即：
即：



Q函数
其中，x表示积分的下界，x,y表示函数的变量，B是低通高斯滤波器的3dB带宽，它和该滤波器的噪声带宽BN的关系如下：





4.如权利要求3所述的GMSK调制的硬件实现方法，其特征在于：实际的GMSK的实施方案中，为了减少符号间干扰，对GMSK频率脉冲进行截短，当BTb为0.25时，将频率脉冲截断到四个比特间隔比，得到GMSK频率脉冲g(t)近似值如下所示：



其中，L表示成型函数持续的信息位数，L根据BTb值计算得到，二者大概互为倒数。


5.如权利要求1所述的GMSK调制的硬件实现方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱胜利，王宇舟，张庭兰，张波，唐婷，方科，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51