專利名稱：基于修正型高斯脈沖成形的cpm調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到通信系統(tǒng)中的調(diào)制器，具體地說涉及一種采用修正型高 斯脈沖成形的CPM調(diào)制器。
背景技術(shù)：
連續(xù)相位調(diào)制(Continuous Phase Modulation, CPM)信號是一類恒包絡(luò)相 位連續(xù)的調(diào)制信號，具有較高的帶寬和功率利用率，可使用非線性丙類放大器 進(jìn)行射頻發(fā)射，并具有較強(qiáng)的抗鄰道干擾能力，因此在窄帶、低功耗的便攜式 通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
為了實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，需要在25kHz的窄帶信道上實(shí)現(xiàn)64kbps以上的 數(shù)據(jù)速率。為了在有限的帶寬中提高數(shù)據(jù)率，必須提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率， 這也是規(guī)劃和設(shè)計(jì)CPM通信系統(tǒng)時(shí)的關(guān)注焦點(diǎn)之一。為了提高頻譜利用率， 通常采用部分響應(yīng)CPM的信號形式?；趯鶐}沖信號進(jìn)行波形成形、頻 譜控制等預(yù)處理后再調(diào)制的原理，可形成各種不同形式的部分響應(yīng)CPM信號。 如在高斯最小頻移鍵控(Gaussian Minimum Shift Keying, GMSK)中，就采用 了高斯脈沖作為基帶成形脈沖。其他常用的基帶成形脈沖有矩形脈沖、升余 弦脈沖、頻譜升余弦脈沖等。
因?yàn)椴捎酶咚姑}沖作為基帶調(diào)頻脈沖時(shí)，具有脈沖參數(shù)可調(diào)，設(shè)計(jì)簡單靈 活等優(yōu)點(diǎn)，所以采用高斯脈沖作為基帶成形脈沖成為首選的考慮。對于高斯脈 沖的時(shí)寬帶寬積(BT)的選擇，需要兼顧C(jī)PM信號的功率譜及誤碼特性，還 需綜合考慮調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度及誤碼性能。若選擇較小的BT值，則功率 譜特性很容易滿足指標(biāo)的要求，但由于引入了嚴(yán)重的碼間干擾，在接收端需借 助復(fù)雜的解調(diào)算法，才能達(dá)到一定的誤碼率指標(biāo)。為了簡化接收機(jī)的設(shè)計(jì)，一 種選擇是選用適中的BT值，因引入的碼間干擾較小，接收機(jī)可使用鑒頻解調(diào) 配合簡單的均衡算法得到發(fā)送序列的估計(jì)，但此時(shí)的鄰道干擾并不能滿足指標(biāo)要求。為了滿足鄰道干擾指標(biāo)要求，通常的發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)方案均需在中頻設(shè)置限 帶濾波器。但在中頻進(jìn)行帶通濾波處理，硬件實(shí)現(xiàn)上較為復(fù)雜，且由此引起的 信號畸變較大，不利于后續(xù)的解調(diào)判決處理。

實(shí)用新型內(nèi)容
針對在中頻進(jìn)行限帶濾波的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種基于基帶 預(yù)處理的CPM調(diào)制器，即通過在基帶進(jìn)行修正型高斯脈沖成形來達(dá)到頻譜控 制的目的，該調(diào)制器設(shè)計(jì)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可滿足相應(yīng)的鄰道干擾及誤碼率指 標(biāo)。
本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提出一種基于修正 型高斯脈沖成形的CPM調(diào)制器，包括
修正型高斯濾波器，利用一修正型高斯脈沖對輸入碼元序列進(jìn)行成形以獲 得一幅度信號，其中該修正型高斯脈沖是由基本高斯脈沖經(jīng)過抑制旁瓣的低通 濾波獲得；
幅度頻偏變換器，將該幅度信號轉(zhuǎn)換為按基帶采樣率變化的瞬時(shí)頻偏值； 加法器，連接該幅度頻偏變換器，以將該瞬時(shí)頻偏值與一載波頻率相加以 獲得CPM信號的瞬時(shí)頻率值；以及
DDS信號源，連接該加法器，根據(jù)該瞬時(shí)頻率值獲得CPM已調(diào)信號。 在上述的CPM調(diào)制器中，修正型高斯濾波器包括基本高斯濾波器，利
用基本高斯脈沖與輸入碼元序列進(jìn)行巻積運(yùn)算；以及低通濾波器，用以將所述
巻積運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行低通濾波。
在上述的CPM調(diào)制器中，所述低通濾波器是FIR濾波器。 在上述的CPM調(diào)制器中，所述修正型高斯濾波器、幅度頻偏變換器及所 述加法器是集成在一 FPGA芯片中。
在上述的CPM調(diào)制器中，所述DDS信號源是由DDS芯片構(gòu)成。 本實(shí)用新型由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著 優(yōu)點(diǎn)基于修正型高斯脈沖成形的CPM調(diào)制器，采用全數(shù)字化的方式實(shí)現(xiàn)CPM 射頻信號的產(chǎn)生，具有極大的靈活性和開放性。CPM調(diào)制器射頻輸出信號頻譜 性能優(yōu)良，信號失真小。本實(shí)用新型具有較好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

為讓本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對 本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明，其中
圖1A示出本實(shí)用新型基于修正型高斯脈沖成形的CPM調(diào)制器結(jié)構(gòu)框圖。
圖1B示出修正型高斯濾波器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2示出修正型高斯脈沖波形。
圖3示出基本高斯脈沖波形。
圖4示出g (")為基帶調(diào)頻脈沖時(shí)的歸 一 化瞬時(shí)頻偏。 圖5示出p(")為基帶調(diào)頻脈沖時(shí)的歸一化瞬時(shí)頻偏。
圖6示出g(M)為基帶調(diào)頻脈沖時(shí)的信號功率譜。
圖7示出； (")為基帶調(diào)頻脈沖時(shí)的信號功率譜。
圖8示出依照本實(shí)用新型實(shí)施例的CPM調(diào)制器的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型是提出一種基于基帶預(yù)處理的CPM調(diào)制器，即通過在基帶進(jìn)
行修正型高斯脈沖成形來達(dá)到頻譜控制的目的。下面介紹這種CPM調(diào)制器的
設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。
CPM的載波調(diào)制信號可表示為
i^五 ， "0 = ^丁 cos [2;r,J + ^ (" W。 ] (1)
式(i)中，五為信號的單位碼元能量，r為碼元周期，y;為載波頻率，A為 載波的初始相位，0("門表示載波的時(shí)變相位，定義為
^，/) = 2;^/^("" (2)
式(2)中，h為調(diào)制指數(shù)，{^}是由符號表±1,±3,...,±(^-l)中選出的M元符
號序列，"0是某個(gè)歸一化波形。
波形^0—般可以表示為某個(gè)基帶調(diào)頻脈沖g(O的積分，即
《0〖g(一 (3)
CPM信號既可視為相位調(diào)制信號，也可視為頻率調(diào)制信號。本實(shí)用新型中將其視為頻率調(diào)制信號，已調(diào)CPM信號的瞬時(shí)頻偏A/的表達(dá)式如式(4)所示
△/(") = /^/"C (4)
通過基帶預(yù)處理技術(shù)改善CPM信號的頻譜性能，關(guān)鍵在于基帶調(diào)頻脈沖 g(0的設(shè)計(jì)。當(dāng)以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)CPM調(diào)制時(shí)，設(shè)基帶采樣率為乂，也就是要
得到相應(yīng)的采樣序列g(shù)("):g(O ,= ,/,。下面將給出g(")的具體設(shè)計(jì)方法。
基本高斯脈沖的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(5)所示，即 2
丄+
一2
其中'2(0= f^exp(-L)&， L為關(guān)聯(lián)長度。 (J 2;r 2
對于給定的碼元周期r及基帶采樣率/.，設(shè)計(jì)相應(yīng)的FIR (Finite Impulse Response,有限脈沖響應(yīng))低通濾波器，滿足在+ Hz處衰減2dB，在,Hz處
衰減40dB(即保留基本高斯脈沖頻譜主瓣內(nèi)的頻率成分，并抑制旁瓣內(nèi)的頻率 成分)。令該濾波器的脈沖響應(yīng)為/(")，則修正型高斯脈沖g(")即為該濾波器
的脈沖響應(yīng)與高斯脈沖采樣序列的巻積，即
= / (")*/(") (6)
圖1A示出本發(fā)明的CPM調(diào)制器結(jié)構(gòu)框圖。其中修正型高斯濾波器11等 效于圖1B所示結(jié)構(gòu)，即一個(gè)基本高斯濾波器Ua和一個(gè)低通濾波器lib (如 FIR濾波器)的級聯(lián)。在修正型高斯濾波器11中將待發(fā)送符號序列V^與g(")
進(jìn)行巻積運(yùn)算，然后于幅度頻偏變換器12中將巻積運(yùn)算結(jié)果乘以調(diào)制指數(shù)， 以得到以基帶采樣率//變化的瞬時(shí)頻偏值，運(yùn)算過程可合并為如式(4)所示。該 頻偏值與載波頻率,經(jīng)過加法器13相加即可得到CPM信號的瞬時(shí)頻率值。用 該瞬時(shí)頻率值驅(qū)動(dòng)DDS (Direct Digital Synthesizer,直接數(shù)字式頻率合成器) 信號源14進(jìn)行相應(yīng)的頻率調(diào)整，即可輸出相應(yīng)的CPM已調(diào)信號。在實(shí)際應(yīng)用 中，式(4)所示的巻積運(yùn)算可通過查表法實(shí)現(xiàn)。例如，對于碼元周期為r的4CPM
的調(diào)制方式，若選取基帶采樣率為y;，將基帶調(diào)頻脈沖g(")截?cái)酁閬A個(gè)碼元周
期，則可預(yù)先存儲(chǔ)一張^x(/J)的波形表作為頻率路徑表。當(dāng)乂r二12時(shí)，將修正型高斯脈沖g(")截?cái)酁?個(gè)碼元周期，其歸一化波
形如圖2所示。作為對比，圖3給出了歸一化的基本高斯脈沖p(")的波形。選 取4CPM調(diào)制方式，分別采用g(")及/ (")作為式(4)中的基帶調(diào)頻脈沖，所得
的歸一化瞬時(shí)頻偏波形如圖4及圖5所示，信號功率譜密度如圖6及圖7所示。 通過圖4及圖5之間的比較可見，采用修正型高斯脈沖g(")作為基帶調(diào)頻
脈沖時(shí)，所對應(yīng)的瞬時(shí)頻偏波形與采用高斯脈沖MW作為基帶調(diào)頻脈沖時(shí)的波 形類似，波形失真很小，因此在接收端仍可通過鑒頻解調(diào)配合簡單的均衡處理 來恢復(fù)發(fā)送端的碼元序列。通過圖6及圖7之間的比較可見，采用修正型高斯 脈沖作為基帶調(diào)頻脈沖時(shí)，CPM已調(diào)信號的功率譜更為緊湊，在帶外的衰減更 為迅速，可以滿足相應(yīng)的指標(biāo)要求。
下面描述CPM調(diào)制器的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)的例子。
在本實(shí)用新型中，采用FPGA(Field-Programmable Gate Array,即現(xiàn)場可編 程門陣列)100和專用DDS芯片AD9951 200相結(jié)合的硬件方案來實(shí)現(xiàn)CPM射 頻信號的產(chǎn)生，具體實(shí)現(xiàn)框圖如圖8所示。
FPGA芯片100以查找頻率路徑表的方式進(jìn)行基帶預(yù)處理，并產(chǎn)生射頻頻 率控制字。DDS芯片200以基帶采樣率刷新頻率控制寄存器，并合成出該射頻 頻率控制字所對應(yīng)的波形。
以4CPM調(diào)制方式為例，將修正型高斯調(diào)頻脈沖截?cái)酁?個(gè)碼元周期長度， 選取基帶采樣頻率為單個(gè)碼元周期內(nèi)12次采樣，則需按前述的式(4)預(yù)先計(jì)算 出64種可能的頻率路徑，每種路徑包含12個(gè)采樣點(diǎn)所對應(yīng)的瞬時(shí)頻偏值。在 FPGA芯片100的ROM(只讀存儲(chǔ)器)中將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)為一張64xl2的頻率 路徑表。待發(fā)送的四元碼元序列依次進(jìn)入具有三個(gè)存儲(chǔ)單元的移位寄存器，根 據(jù)存儲(chǔ)單元中的三個(gè)碼元的取值確定頻率路徑表的行數(shù)，通過采樣地址計(jì)數(shù)器 周期性地由0至11累加計(jì)數(shù)，得到該行中12列所對應(yīng)的瞬時(shí)頻偏值A(chǔ)/ 。將查 表所得的瞬時(shí)頻偏值與載波頻率,相加，即得到當(dāng)前采樣時(shí)刻的瞬時(shí)頻率值。 將該瞬時(shí)頻率值送入DDS芯片200，由DDS芯片生成CPM射頻信號。
綜上所述，基于修正型高斯脈沖成形的CPM調(diào)制器，采用全數(shù)字化的方 式實(shí)現(xiàn)CPM射頻信號的產(chǎn)生，具有極大的靈活性和開放性。CPM調(diào)制器射頻 輸出信號頻譜性能優(yōu)良，信號失真小。本實(shí)用新型具有較好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本實(shí)用新 型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許 的修改和完善，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種基于修正型高斯脈沖成形的CPM調(diào)制器，其特征在于包括修正型高斯濾波器，利用一修正型高斯脈沖對輸入碼元序列進(jìn)行成形以獲得一幅度信號，其中該修正型高斯脈沖是由基本高斯脈沖經(jīng)過抑制旁瓣的低通濾波獲得；幅度頻偏變換器，將該幅度信號轉(zhuǎn)換為按基帶采樣率變化的瞬時(shí)頻偏值；加法器，連接該幅度頻偏變換器，以將該瞬時(shí)頻偏值與一載波頻率相加以獲得CPM信號的瞬時(shí)頻率值；以及DDS信號源，連接該加法器，根據(jù)該瞬時(shí)頻率值獲得CPM已調(diào)信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的CPM調(diào)制器，其特征在于，所述修正型高斯濾波 器包括基本高斯濾波器，利用基本高斯脈沖與輸入碼元序列進(jìn)行巻積運(yùn)算；以及 低通濾波器，用以將所述巻積運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行低通濾波。
3. 如權(quán)利要求2所述的CPM調(diào)制器，其特征在于，所述低通濾波器是FIR 濾波器。
4. 如權(quán)利要求1所述的CPM調(diào)制器，其特征在于，所述修正型高斯濾波 器、所述幅度頻偏變換器及所述加法器是集成在一 FPGA芯片中。
5. 如權(quán)利要求1所述的CPM調(diào)制器，其特征在于，所述DDS信號源是 由DDS芯片構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于修正型高斯脈沖成形的CPM調(diào)制器，通過在基帶進(jìn)行修正型高斯脈沖成形來達(dá)到頻譜控制的目的。該CPM調(diào)制器的特點(diǎn)是包括一修正型高斯濾波器，利用一修正型高斯脈沖對輸入碼元序列進(jìn)行成形以獲得一幅度信號，其中該修正型高斯脈沖是由基本高斯脈沖經(jīng)過抑制旁瓣的低通濾波獲得。本實(shí)用新型的CPM調(diào)制器設(shè)計(jì)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可滿足相應(yīng)的鄰道干擾及誤碼率指標(biāo)。
文檔編號H04L25/03GK201352797SQ20082015786
公開日2009年11月25日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者偉 孫, 雯 馬 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十研究所