GSMK信號生成裝置及方法、信號檢測裝置及方法與流程
2023-10-23 01:55:17
本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種gsmk信號生成裝置及方法、信號檢測裝置及方法。
背景技術：
信號發生器的調製是通信系統中提高通信質量的一項關鍵技術，以使信號特性與信道特性相匹配。現代通信系統大多數使用的是數字調製技術，但是，一般的數字調製技術，如ask(amplitude-shiftkeying，振幅鍵控)、fsk(frequency-shiftkeying，頻移鍵控)、psk(phase-shiftkeying，相移鍵控)、qpsk(quadraturephaseshiftkeying，正交相移鍵控)和msk(minimum-shiftkeying，最小移頻鍵控)等都無法滿足移動通信的要求。
gmsk(gaussianfilteredminimum-shiftkeying，高斯最小頻移鍵控)是從msk發展起來的一種技術，gmsk調製方式能滿足移動通信環境下對鄰道幹擾的嚴格要求，它以其良好的性能而廣泛被gsm(globalsystemformobilecommunication，全球移動通信系統)所採用。圖1為不同調製方式的頻譜圖，由圖1可以看出，qpsk頻譜衰落緩慢，導致頻譜洩漏比較嚴重；msk頻譜洩露較小；gsmk頻譜阻帶衰落最快並且最陡峭，頻譜衰落最快，頻譜洩漏最小。所以gsmk信號最容易滿足頻譜模板要求，所以信號的穩定性最好。
gmsk信號發生器一般採用模擬濾波器和壓控振蕩器來實現，但是模擬濾波器中應用的模擬電路的實現方式靈活性低，參數配置需要通過改變片外硬體參數來實現，進而使得以模擬或模數混合的gmsk信號發生器已不能適應全數位化通信系統的發展。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種gsmk信號生成裝置及方法、信號檢測裝置及方法，用於實現gsmk信號生成的全數位化，以適應全數位化通信系統的發展。
為達到上述目的，本發明的第一方面提供一種gsmk信號生成方法，採用如下技術方案：
一種gsmk信號生成方法包括：
步驟s1、根據用戶數據產生隨機碼，並對隨機碼進行差分編碼；
步驟s2、對差分編碼後的信號進行過採樣，填充零值，並進行高斯濾波，高斯濾波時採用的總的內插倍數為l0，l0為大於0的正整數；
步驟s3、將經高斯濾波後的信號乘以π/2，進行逐個相位累加，並在每次累加時除以總的內插倍數l0，得到相位fei(t)；
步驟s4、使用正交調製模式或者餘弦相位疊加模式，對相位fei(t)進行處理，得到相位輸出數值；
步驟s5、根據相位輸出數值得到正交調製的gmsk信號；
步驟s6、將gmsk信號發射至數模轉換器。
進一步地，步驟s2中進行高斯濾波時，採用的總的內插倍數l0＝fs/fb，其中，fs為採樣速率，fb為基帶信號速率。
可選地，步驟s2中進行fir高斯濾波時，採用的3db帶寬bt為0.3、0.5或者0.7。
可選地，步驟s2中進行高斯濾波包括：依次進行fir高斯濾波和多級hb濾波，高斯濾波的總的內插倍數l0為fir高斯濾波的內插倍數和多級hb濾波的內插倍數的乘積。
示例性地，步驟s4中使用正交調製模式對相位fei(t)進行處理，得到gmsk信號的具體公式為：
ith(t)＝cos(fei(t))；
qth(t)＝sin(fei(t))；
gsmk(t)＝ith(t)*cos(2*π*fc/fs*t)-qth(t)*sin(2*π*fc/fs*t)；
其中，gsmk(t)為gmsk信號；ith(t)為i支路信號；qth(t)為q支路信號；fc為載波頻率；fs為採樣速率；t為時間。
示例性地，步驟s4中使用餘弦相位疊加模式對相位fei(t)進行處理，得到gmsk信號的具體公式為：
gsmk(t)＝cos(2*π*fc/fs*t)+fei(t)+θ(0)；
其中，gsmk(t)為gmsk信號；fc為載波頻率；fs為採樣速率；θ(0)為初相角；t為時間。
本發明提供的gsmk信號生成方法包括以上所述的步驟，從而使得使用該gsmk信號生成方法生成gsmk信號的過程中，均實現了數位化，能夠很好地適應全數位化通信系統的發展。
本發明的第二方面提供一種gsmk信號生成裝置，採用如下技術方案：
gsmk信號生成裝置包括依次連接的差分模塊、濾波模塊、線性相位累加模塊、相位混合疊加模塊和coslut表模塊；其中，差分模塊用於根據用戶數據產生隨機碼，並對隨機碼進行差分編碼；濾波模塊用於對差分編碼後的信號進行過採樣，填充零值，並進行高斯濾波，高斯濾波時採用的總的內插倍數為l0，l0為大於0的正整數；線性相位累加模塊用於將經高斯濾波後的信號乘以π/2，進行逐個相位累加，並在每次累加時除以總的內插倍數l0，得到相位fei(t)；相位混合疊加模塊用於使用正交調製模式或者餘弦相位疊加模式，對相位fei(t)進行處理，得到相位輸出數值；coslut表模塊用於根據相位輸出數值得到正交調製的gmsk信號，並將gmsk信號發射至數模轉換器。
進一步地，濾波模塊包括fir高斯濾波器和多級hb濾波器。
本發明提供的gsmk信號生成裝置具有以上所述的結構，從而使得使用該gsmk信號生成裝置生成gsmk信號的過程中，均實現了數位化，能夠很好地適應全數位化通信系統的發展。
本發明的第三方面提供一種gsmk信號檢測方法，採用如下技術方案：
一種gsmk信號檢測方法包括：
步驟s1』、對從模數轉換器獲取的gmsk信號進行正交解調；
步驟s2』、對正交解調後得到的兩個信號分別進行多級hb濾波和抽取，以及高斯濾波，得到i支路信號和q支路信號，高斯濾波時採用的帶寬bt』與生成gsmk信號時採用的bt不同，bt』＝bt*(1+x)，其中，x為大於0的數值，x的大小根據頻偏大小決定；
步驟s3』、對i支路信號和q支路信號分別進行位同步調整，並完成抽取，獲得多個最佳採樣點；
步驟s4』、進行頻偏的測量和修正，以及相偏的測量和修正，得到i(k)和q(k)，其中，k為採樣點的序號，k為大於1的正整數；
步驟s5』、分別對i(k)和q(k)進行一比特差分檢測；
步驟s6』、對檢測結果進行差分解碼。
本發明提供的gsmk信號檢測方法包括以上所述的步驟，從而使得使用該gsmk信號檢測方法檢測gsmk信號的過程簡單，且可以達到很好的檢測效果。
本發明的第四方面提供一種gsmk信號檢測裝置，採用如下技術方案：
gsmk信號檢測裝置包括依次連接的正交解調模塊、濾波抽取模塊、同步調整模塊、修正模塊、差分檢測模塊和差分解碼模塊；其中，正交解調模塊用於對從模數轉換器獲取的gmsk信號進行正交解調；濾波抽取模塊用於對正交解調後得到的兩個信號分別進行多級hb濾波和抽取，以及高斯濾波，得到i支路信號和q支路信號，高斯濾波時採用的帶寬bt』與生成gsmk信號時採用的bt不同，bt』＝bt*(1+x)，其中，x為大於0的數值，x的大小根據頻偏大小決定；同步調整模塊用於對i支路信號和q支路信號分別進行位同步調整，並完成抽取，獲得多個最佳採樣點；修正模塊用於進行頻偏的測量和修正，以及相偏的測量和修正，得到i(k)和q(k)，其中，k為採樣點的序號，k為大於1的正整數；差分檢測模塊用於分別對i(k)和q(k)進行一比特差分檢測；差分解碼模塊用於對檢測結果進行差分解碼。
本發明提供的gsmk信號檢測裝置具有以上所述的結構，從而使得使用該gsmk信號檢測裝置檢測gsmk信號的過程簡單，且可以達到很好的檢測效果。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為不同調製方式的頻譜圖；
圖2為本發明實施例中gmsk信號的相位路徑圖；
圖3為本發明實施例中gsmk信號生成方法的流程圖；
圖4為本發明實施例中總的內插倍數l0等於8時的相位疊加示意圖；
圖5為本發明實施例中gsmk信號生成裝置的結構示意圖；
圖6為本發明實施例中gsmk信號檢測方法的流程圖；
圖7為本發明實施例中gsmk信號檢測裝置的結構示意圖。
附圖標記說明：
1—差分模塊；2—濾波模塊；3—線性相位累加模塊；
4—相位混合疊加模塊；5—coslut表模塊；1』—正交解調模塊；
2』—濾波抽取模塊；3』—同步調整模塊；4』—修正模塊；
5』—差分檢測模塊；6』—差分解碼模塊。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
為了便於本領域技術人員理解本申請的技術方案，此處先對本申請的技術方案涉及的一些理論基礎進行詳細描述。
gmsk的模型如下：
其中，ec為每個符號的能量，t為符號持續時間，fc為載波頻率，t為時間，φ(t)為gmsk調製相位，θ為從保護頻帶的隨機相位，且在一突發期間為恆定的。
上述gmsk調製相位φ(t)為：
式中，g(x)為高斯預調製濾波器的脈衝響應；h為調製指數，通常為0.5；t為時間；t為符號持續時間；在時間i被調製的nrz(non-returntozero，不歸零碼)位元素表示為ai。
由以上所述可知，gmsk信號的相位路徑由脈衝的形狀決定，或者說在一個碼元內已調波相位的變化取決於其間脈衝的面積。由於高斯濾波後的脈衝無陡峭沿，也無拐點，因此，其相位路徑得到進一步平滑，如圖2所示。需要注意的是，由於相鄰脈衝間有重疊，因此，在決定一個碼元內的脈衝面積時，要考慮相鄰碼元的影響。這樣，在不同的碼流圖案下，會使一個碼元內脈衝面積不同，因而對應的相位路徑也不同。
實施例一
本發明實施例提供一種gsmk信號生成方法，具體地，如圖3所示，該gsmk信號生成方法包括：
步驟s1、根據用戶數據產生隨機碼，並對隨機碼進行差分編碼；
步驟s2、對差分編碼後的信號進行過採樣，填充零值，並進行高斯濾波，高斯濾波時採用的總的內插倍數為l0，l0為大於0的正整數；高斯濾波後輸出的信號實際為相位瞬時數值。
步驟s3、將經高斯濾波後的信號乘以π/2，進行逐個相位累加，並在每次累加時除以總的內插倍數l0，得到相位fei(t)；
步驟s4、使用正交調製模式或者餘弦相位疊加模式，對相位fei(t)進行處理，得到相位輸出數值；算法實現時通常選擇正交調製模式。
步驟s5、根據相位輸出數值得到正交調製的gmsk信號；
步驟s6、將gmsk信號發射至數模轉換器。
本發明提供的gsmk信號生成方法包括以上所述的步驟，從而使得使用該gsmk信號生成方法生成gsmk信號的過程中，均實現了數位化，能夠很好地適應全數位化通信系統的發展。
進一步地，步驟s2中進行高斯濾波時，採用的總的內插倍數l0的具體數值可以根據信號帶寬和信號的採樣速率確定，例如，信號帶寬是1mhz，信號速率是32msps，則需要總的內插倍數l0應小於或者等於32。由於信號帶寬和基帶信號速率具有對應的關係，因此，l0的具體數值也可以根據基帶信號速率和信號的採樣速率確定。示例性地，l0＝fs/fb，其中，fs為採樣速率，fb為基帶信號速率。
可選地，步驟s2中進行高斯濾波時，採用的3db帶寬bt為0.3、0.5或者0.7，優選為0.5。
可選地，步驟s2中進行高斯濾波包括：依次進行fir(finiteimpulseresponse，有限長單位衝激響應)高斯濾波和多級hb(half-band，半帶)濾波，高斯濾波的總的內插倍數l0為fir高斯濾波的內插倍數和多級hb濾波的內插倍數的乘積。以需要總的內插倍數l0為32為例，fir高斯濾波可以進行8倍內插，多級hb濾波可以進行4倍內插，分級處理。由以上所述可知，多級hb濾波的內插倍數是由總的內插倍數l0決定的。另外，由於上述多級hb濾波的內插倍數是由多級實現的，從而可以起到節省資源的同時保證性能的好處。
圖4為總的內插倍數l0等於8時不同時刻體現的相位疊加示意圖。圖4中縱軸y體現的是高斯濾波後信號相位疊加的相位瞬時數值，橫軸x體現的是輸入信號的時刻，x的數值就是時刻t除以採樣周期tb，體現的就是採樣點。圖4中總的內插倍數為8，幅度震蕩周期也就是8，由圖4可知，在gmsk調製方式下，輸入的信號通過gmsk濾波後輸入信號波紋起伏呈現平滑，在msk調製方式下，由於沒有濾波，曲線平直。
示例性地，步驟s4中使用正交調製模式對相位fei(t)進行處理，得到gmsk信號的具體公式為：
ith(t)＝cos(fei(t))；
qth(t)＝sin(fei(t))；
gsmk(t)＝ith(t)*cos(2*π*fc/fs*t)-qth(t)*sin(2*π*fc/fs*t)；
其中，gsmk(t)為gmsk信號；ith(t)為i支路信號；qth(t)為q支路信號；fc為載波頻率；fs為採樣速率；t為時間。
示例性地，步驟s4中使用餘弦相位疊加模式對相位fei(t)進行處理，得到gmsk信號的具體公式為：
gsmk(t)＝cos(2*π*fc/fs*t)+fei(t)+θ(0)；
其中，gsmk(t)為gmsk信號；fc為載波頻率；fs為採樣速率；θ(0)為初相角，為了便於計算，可將θ(0)的取值選為0；t為時間。
與上述gsmk信號生成方法相對應的，本發明實施例還提供一種gsmk信號生成裝置，具體地，如圖5所示，該gsmk信號生成裝置包括依次連接的差分模塊1、濾波模塊2、線性相位累加模塊3、相位混合疊加模塊4和coslut表模塊5；其中，差分模塊1用於根據用戶數據產生隨機碼，並對隨機碼進行差分編碼；濾波模塊2用於對差分編碼後的信號進行過採樣，填充零值，並進行高斯濾波，高斯濾波時採用的總的內插倍數為l0，l0為大於0的正整數；線性相位累加模塊3用於將經高斯濾波後的信號乘以π/2，進行逐個相位累加，並在每次累加時除以總的內插倍數l0，得到相位fei(t)；相位混合疊加模塊4用於使用正交調製模式或者餘弦相位疊加模式，對相位fei(t)進行處理，得到相位輸出數值；coslut表模塊5用於根據相位輸出數值得到正交調製的gmsk信號，並將gmsk信號發射至數模轉換器。
具體地，濾波模塊2輸出的信號為相位瞬時數值，該相位瞬時數值經線性相位累加模塊3處理後，輸出至相位混合疊加模塊4，在相位混合疊加模塊4中與頻率控制字疊加的相位混合疊加，並作為最終的相位輸出數值給coslut表模塊5，coslut表模塊5進行cos-rom查表，得到最終的正交調製的gmsk信號。
需要說明的是，上述gsmk信號生成方法中各步驟的具體細節均適用於此處提及的gsmk信號生成裝置，此處不再進行贅述。
為了便於本領域技術人員理解和實施，下面本發明實施例對上述濾波模塊2、相位混合疊加模塊4和coslut表模塊5進行進一步的描述。
為了保證濾波模塊2具有很好的效果，本發明實施例中選擇濾波模塊2包括fir高斯濾波器和多級hb濾波器，其中，fir高斯濾波器負責典型的高斯濾波成型作用，多級hb濾波器不僅具有擴展性，同時可以實施實時計算高斯濾波器係數後實施動態配置高斯濾波器係數，這樣比存儲方式更加靈活和精確。fir高斯濾波器的係數不宜過長。濾波模塊2的總的內插倍數l0為fir高斯濾波器的內插倍數和多級hb濾波器的內插倍數的乘積。以需要總的內插倍數l0為32為例，fir高斯濾波器可以進行8倍內插，多級hb濾波器可以進行4倍內插，分級處理。由以上所述可知，多級hb濾波器的內插倍數是由總的內插倍數l0決定的。另外，由於上述多級hb濾波器的內插倍數是由多級實現的，從而可以起到節省資源的同時保證性能的好處。
本發明提供的gsmk信號生成裝置具有以上所述的結構，從而使得使用該gsmk信號生成裝置生成gsmk信號的過程中，均實現了數位化，能夠很好地適應全數位化通信系統的發展。
實施例二
為了便於對使用實施例一中的gsmk信號生成方法和/或裝置生成的gsmk信號進行檢測，本發明實施例提供一種gsmk信號檢測方法(即接收方法)，如圖6所示，該gsmk信號檢測方法包括：
步驟s1』、對從模數轉換器獲取的gmsk信號進行正交解調；
步驟s2』、對正交解調後得到的兩個信號分別進行多級hb濾波和抽取，以及高斯濾波，得到i支路信號和q支路信號，高斯濾波時採用的帶寬bt』與生成gsmk信號時採用的bt不同，bt』＝bt*(1+x)，其中，x為大於0的數值，x的大小根據頻偏大小決定，頻偏越大則x越大，例如頻偏為20khz時，x＝0.5，則頻偏為10khz時，x＝0.25，以此類推；示例性地，x為0.5，即bt』＝bt*1.5，bt』為0.99時具有較佳的效果。
步驟s3』、對i支路信號和q支路信號分別進行位同步調整，並完成抽取，獲得多個最佳採樣點；
步驟s4』、進行頻偏的測量和修正，以及相偏的測量和修正，得到i(k)和q(k)，其中，k為採樣點的序號，k為大於1的正整數；
步驟s5』、分別對i(k)和q(k)進行一比特差分檢測；
步驟s6』、對檢測結果進行差分解碼。
本發明提供的gsmk信號檢測方法包括以上所述的步驟，從而使得使用該gsmk信號檢測方法檢測gsmk信號的過程簡單，且可以達到很好的檢測效果。此外，使用一比特差分檢測還具有算法簡單易於實現的優點。
由以上所述可知，在gmsk信號檢測過程中，調製後的gmsk信號經過數字下變頻後恢復成i(k)和q(k)兩支路信號後，運用一比特差分檢測進行解調。
運用一比特差分檢測可以找出在一比特周期內接收到的信號在相位方面的改變量。這種相位方面的改變量可以用下式表示：
其中，t為時間，tb為一個碼元時間；d(t)為輸入的數據；h(t)為高斯濾波器的衝擊響應，bt為高斯濾波器的3db帶寬；
通過上式可知，的值沒有超過tb，所以在一比特周期內相位可能改變的最大值
通過一比特差分檢測還可以找出傳輸的碼元在一比特周期時間內的相位改變量。這種相位的改變量可以表示為：當q(k)支路信號數據的值大於或等於零時，接收到的數據是「1」；當i(k)支路信號數據的值小於零時，接收到的數據是「1」。
類似地，與上述gsmk信號檢測方法相對應的，本發明實施例還提供一種gsmk信號檢測裝置，具體地，如圖7所示，該gsmk信號檢測裝置包括依次連接的正交解調模塊1』、濾波抽取模塊2』、同步調整模塊3』、修正模塊4』、差分檢測模塊5』和差分解碼模塊6』；其中，正交解調模塊1』用於對從模數轉換器獲取的gmsk信號進行正交解調；濾波抽取模塊2』用於對正交解調後得到的兩個信號分別進行多級hb濾波和抽取，以及高斯濾波，得到i支路信號和q支路信號，高斯濾波時採用的帶寬bt』與生成gsmk信號時採用的bt不同，bt』＝bt*(1+x)，其中，x為大於0的數值，x的大小根據頻偏大小決定；同步調整模塊3』用於對i支路信號和q支路信號分別進行位同步調整，並完成抽取，獲得多個最佳採樣點；修正模塊4』用於進行頻偏的測量和修正，以及相偏的測量和修正，得到i(k)和q(k)，其中，k為採樣點的序號，k為大於1的正整數；差分檢測模塊5』用於分別對i(k)和q(k)進行一比特差分檢測；差分解碼模塊6』用於對檢測結果進行差分解碼。
需要說明的是，上述gsmk信號檢測方法中各步驟的具體細節均適用於此處提及的gsmk信號檢測裝置，此處不再進行贅述。
本發明提供的gsmk信號檢測裝置具有以上所述的結構，從而使得使用該gsmk信號檢測裝置檢測gsmk信號的過程簡單，且可以達到很好的檢測效果。
通過以上的實施方式的描述，所屬領域的技術人員可以清楚地了解到本發明可藉助軟體加必需的通用硬體的方式來實現，當然也可以通過硬體，但很多情況下前者是更佳的實施方式。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在可讀取的存儲介質中，如計算機的軟盤，硬碟或光碟等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述的方法。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。