基於修正型高斯脈衝成形的cpm調製器的製作方法

2023-06-04 10:54:51

專利名稱：基於修正型高斯脈衝成形的cpm調製器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到通信系統中的調製器，具體地說涉及一種採用修正型高 斯脈衝成形的CPM調製器。
背景技術：
連續相位調製(Continuous Phase Modulation, CPM)信號是一類恆包絡相 位連續的調製信號，具有較高的帶寬和功率利用率，可使用非線性丙類放大器 進行射頻發射，並具有較強的抗鄰道幹擾能力，因此在窄帶、低功耗的可攜式 通信系統中得到了廣泛應用。
為了實現高速數據傳輸，需要在25kHz的窄帶信道上實現64kbps以上的 數據速率。為了在有限的帶寬中提高數據率，必須提高通信系統的頻譜利用率， 這也是規劃和設計CPM通信系統時的關注焦點之一。為了提高頻譜利用率， 通常採用部分響應CPM的信號形式。基於對基帶脈衝信號進行波形成形、頻 譜控制等預處理後再調製的原理，可形成各種不同形式的部分響應CPM信號。 如在高斯最小頻移鍵控(Gaussian Minimum Shift Keying, GMSK)中，就採用 了高斯脈衝作為基帶成形脈衝。其他常用的基帶成形脈衝有矩形脈衝、升餘 弦脈衝、頻譜升餘弦脈衝等。
因為採用高斯脈衝作為基帶調頻脈衝時，具有脈衝參數可調，設計簡單靈 活等優點，所以採用高斯脈衝作為基帶成形脈衝成為首選的考慮。對於高斯脈 衝的時寬帶寬積(BT)的選擇，需要兼顧CPM信號的功率譜及誤碼特性，還 需綜合考慮調製解調實現的複雜度及誤碼性能。若選擇較小的BT值，則功率 譜特性很容易滿足指標的要求，但由於引入了嚴重的碼間幹擾，在接收端需借 助複雜的解調算法，才能達到一定的誤碼率指標。為了簡化接收機的設計，一 種選擇是選用適中的BT值，因引入的碼間幹擾較小，接收機可使用鑑頻解調 配合簡單的均衡算法得到發送序列的估計，但此時的鄰道幹擾並不能滿足指標要求。為了滿足鄰道幹擾指標要求，通常的發射機設計方案均需在中頻設置限 帶濾波器。但在中頻進行帶通濾波處理，硬體實現上較為複雜，且由此引起的 信號畸變較大，不利於後續的解調判決處理。

實用新型內容
針對在中頻進行限帶濾波的缺點，本實用新型的目的是提供一種基於基帶 預處理的CPM調製器，即通過在基帶進行修正型高斯脈衝成形來達到頻譜控 制的目的，該調製器設計簡單，易於實現，可滿足相應的鄰道幹擾及誤碼率指 標。
本實用新型為解決上述技術問題而採用的技術方案是提出一種基於修正 型高斯脈衝成形的CPM調製器，包括
修正型高斯濾波器，利用一修正型高斯脈衝對輸入碼元序列進行成形以獲 得一幅度信號，其中該修正型高斯脈衝是由基本高斯脈衝經過抑制旁瓣的低通 濾波獲得；
幅度頻偏變換器，將該幅度信號轉換為按基帶採樣率變化的瞬時頻偏值； 加法器，連接該幅度頻偏變換器，以將該瞬時頻偏值與一載波頻率相加以 獲得CPM信號的瞬時頻率值；以及
DDS信號源，連接該加法器，根據該瞬時頻率值獲得CPM已調信號。 在上述的CPM調製器中，修正型高斯濾波器包括基本高斯濾波器，利
用基本高斯脈衝與輸入碼元序列進行巻積運算；以及低通濾波器，用以將所述
巻積運算的結果進行低通濾波。
在上述的CPM調製器中，所述低通濾波器是FIR濾波器。 在上述的CPM調製器中，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晶片中。
在上述的CPM調製器中，所述DDS信號源是由DDS晶片構成。 本實用新型由於採用以上技術方案，使之與現有技術相比，具有如下顯著 優點基於修正型高斯脈衝成形的CPM調製器，採用全數位化的方式實現CPM 射頻信號的產生，具有極大的靈活性和開放性。CPM調製器射頻輸出信號頻譜 性能優良，信號失真小。本實用新型具有較好的實用性和經濟性。

為讓本實用新型的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，
以下結合附圖對 本實用新型的具體實施方式
作詳細說明，其中
圖1A示出本實用新型基於修正型高斯脈衝成形的CPM調製器結構框圖。
圖1B示出修正型高斯濾波器的結構框圖。
圖2示出修正型高斯脈衝波形。
圖3示出基本高斯脈衝波形。
圖4示出g (")為基帶調頻脈衝時的歸 一 化瞬時頻偏。 圖5示出p(")為基帶調頻脈衝時的歸一化瞬時頻偏。
圖6示出g(M)為基帶調頻脈衝時的信號功率譜。
圖7示出； (")為基帶調頻脈衝時的信號功率譜。
圖8示出依照本實用新型實施例的CPM調製器的結構框圖。
具體實施方式
本實用新型是提出一種基於基帶預處理的CPM調製器，即通過在基帶進
行修正型高斯脈衝成形來達到頻譜控制的目的。下面介紹這種CPM調製器的
設計及實現。
CPM的載波調製信號可表示為
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("門表示載波的時變相位，定義為
^，/) = 2;^/^("" (2)
式(2)中，h為調製指數，{^}是由符號表±1,±3,...,±(^-l)中選出的M元符
號序列，"0是某個歸一化波形。
波形^0—般可以表示為某個基帶調頻脈衝g(O的積分，即
《0〖g(一 (3)
CPM信號既可視為相位調製信號，也可視為頻率調製信號。本實用新型中將其視為頻率調製信號，已調CPM信號的瞬時頻偏A/的表達式如式(4)所示
△/(") = /^/"C (4)
通過基帶預處理技術改善CPM信號的頻譜性能，關鍵在於基帶調頻脈衝 g(0的設計。當以數字方式實現CPM調製時，設基帶採樣率為乂，也就是要
得到相應的採樣序列g("):g(O ,= ,/,。下面將給出g(")的具體設計方法。
基本高斯脈衝的數學表達式如式(5)所示，即 2
丄+
一2
其中'2(0= f^exp(-L)&， L為關聯長度。 (J 2;r 2
對於給定的碼元周期r及基帶採樣率/.，設計相應的FIR (Finite Impulse Response,有限脈衝響應)低通濾波器，滿足在+ Hz處衰減2dB，在,Hz處
衰減40dB(即保留基本高斯脈衝頻譜主瓣內的頻率成分，並抑制旁瓣內的頻率 成分)。令該濾波器的脈衝響應為/(")，則修正型高斯脈衝g(")即為該濾波器
的脈衝響應與高斯脈衝採樣序列的巻積，即
= / (")*/(") (6)
圖1A示出本發明的CPM調製器結構框圖。其中修正型高斯濾波器11等 效於圖1B所示結構，即一個基本高斯濾波器Ua和一個低通濾波器lib (如 FIR濾波器)的級聯。在修正型高斯濾波器11中將待發送符號序列V^與g(")
進行巻積運算，然後於幅度頻偏變換器12中將巻積運算結果乘以調製指數， 以得到以基帶採樣率//變化的瞬時頻偏值，運算過程可合併為如式(4)所示。該 頻偏值與載波頻率,經過加法器13相加即可得到CPM信號的瞬時頻率值。用 該瞬時頻率值驅動DDS (Direct Digital Synthesizer,直接數字式頻率合成器) 信號源14進行相應的頻率調整，即可輸出相應的CPM已調信號。在實際應用 中，式(4)所示的巻積運算可通過查表法實現。例如，對於碼元周期為r的4CPM
的調製方式，若選取基帶採樣率為y;，將基帶調頻脈衝g(")截斷為丄個碼元周
期，則可預先存儲一張^x(/J)的波形表作為頻率路徑表。當乂r二12時，將修正型高斯脈衝g(")截斷為3個碼元周期，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衝p(")的波形。選 取4CPM調製方式，分別採用g(")及/ (")作為式(4)中的基帶調頻脈衝，所得
的歸一化瞬時頻偏波形如圖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，採用修正型高斯脈衝g(")作為基帶調頻
脈衝時，所對應的瞬時頻偏波形與採用高斯脈衝MW作為基帶調頻脈衝時的波 形類似，波形失真很小，因此在接收端仍可通過鑑頻解調配合簡單的均衡處理 來恢復發送端的碼元序列。通過圖6及圖7之間的比較可見，採用修正型高斯 脈衝作為基帶調頻脈衝時，CPM已調信號的功率譜更為緊湊，在帶外的衰減更 為迅速，可以滿足相應的指標要求。
下面描述CPM調製器的一個具體實現的例子。
在本實用新型中，採用FPGA(Field-Programmable Gate Array,即現場可編 程門陣列)100和專用DDS晶片AD9951 200相結合的硬體方案來實現CPM射 頻信號的產生，具體實現框圖如圖8所示。
FPGA晶片100以查找頻率路徑表的方式進行基帶預處理，並產生射頻頻 率控制字。DDS晶片200以基帶採樣率刷新頻率控制寄存器，併合成出該射頻 頻率控制字所對應的波形。
以4CPM調製方式為例，將修正型高斯調頻脈衝截斷為3個碼元周期長度， 選取基帶採樣頻率為單個碼元周期內12次採樣，則需按前述的式(4)預先計算 出64種可能的頻率路徑，每種路徑包含12個採樣點所對應的瞬時頻偏值。在 FPGA晶片100的ROM(只讀存儲器)中將計算結果存儲為一張64xl2的頻率 路徑表。待發送的四元碼元序列依次進入具有三個存儲單元的移位寄存器，根 據存儲單元中的三個碼元的取值確定頻率路徑表的行數，通過採樣地址計數器 周期性地由0至11累加計數，得到該行中12列所對應的瞬時頻偏值A/ 。將查 表所得的瞬時頻偏值與載波頻率,相加，即得到當前採樣時刻的瞬時頻率值。 將該瞬時頻率值送入DDS晶片200，由DDS晶片生成CPM射頻信號。
綜上所述，基於修正型高斯脈衝成形的CPM調製器，採用全數位化的方 式實現CPM射頻信號的產生，具有極大的靈活性和開放性。CPM調製器射頻 輸出信號頻譜性能優良，信號失真小。本實用新型具有較好的實用性和經濟性。雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本實用新 型，任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作些許 的修改和完善，因此本實用新型的保護範圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求1.一種基於修正型高斯脈衝成形的CPM調製器，其特徵在於包括修正型高斯濾波器，利用一修正型高斯脈衝對輸入碼元序列進行成形以獲得一幅度信號，其中該修正型高斯脈衝是由基本高斯脈衝經過抑制旁瓣的低通濾波獲得；幅度頻偏變換器，將該幅度信號轉換為按基帶採樣率變化的瞬時頻偏值；加法器，連接該幅度頻偏變換器，以將該瞬時頻偏值與一載波頻率相加以獲得CPM信號的瞬時頻率值；以及DDS信號源，連接該加法器，根據該瞬時頻率值獲得CPM已調信號。
2. 如權利要求1所述的CPM調製器，其特徵在於，所述修正型高斯濾波 器包括基本高斯濾波器，利用基本高斯脈衝與輸入碼元序列進行巻積運算；以及 低通濾波器，用以將所述巻積運算的結果進行低通濾波。
3. 如權利要求2所述的CPM調製器，其特徵在於，所述低通濾波器是FIR 濾波器。
4. 如權利要求1所述的CPM調製器，其特徵在於，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晶片中。
5. 如權利要求1所述的CPM調製器，其特徵在於，所述DDS信號源是 由DDS晶片構成。
專利摘要本實用新型涉及一種基於修正型高斯脈衝成形的CPM調製器，通過在基帶進行修正型高斯脈衝成形來達到頻譜控制的目的。該CPM調製器的特點是包括一修正型高斯濾波器，利用一修正型高斯脈衝對輸入碼元序列進行成形以獲得一幅度信號，其中該修正型高斯脈衝是由基本高斯脈衝經過抑制旁瓣的低通濾波獲得。本實用新型的CPM調製器設計簡單，易於實現，可滿足相應的鄰道幹擾及誤碼率指標。
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 優先權日2008年12月25日
發明者偉 孫, 雯 馬 申請人:中國電子科技集團公司第五十研究所