趙飛燕

(寧夏師范學(xué)院物理與信息技術(shù)學(xué)院，寧夏固原 756000)

0 引言

GMSK(高斯濾波最小移頻鍵控)［1］調(diào)制作為一種連續(xù)相位的恒包絡(luò)調(diào)制，具有帶外輻射小、頻譜利用率高的特點(diǎn)，在通信中獲得了廣泛應(yīng)用，GSM系統(tǒng)中是BT=0.3的GMSK調(diào)制。在軍事通信中，GMSK調(diào)制與跳頻通信相結(jié)合，利用GMSK的恒包絡(luò)、頻譜利用率高的特性以及跳頻通信的抗干擾、抗截獲性，可以實(shí)現(xiàn)軍事通信中的高速、安全的數(shù)據(jù)傳輸，因此研究實(shí)現(xiàn)GMSK的調(diào)制是很有現(xiàn)實(shí)意義的。

本論文首先介紹了GMSK調(diào)制的相關(guān)理論知識(shí)，其次用matlab軟件對(duì)其進(jìn)行建模并且仿真，最后在FPGA上實(shí)現(xiàn)了GMSK調(diào)制的功能。

1 GMSK調(diào)制相關(guān)原理

1.1 框圖簡(jiǎn)介

在調(diào)制端首先將二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行雙極性變換;然后送進(jìn)高斯濾波器，對(duì)其相位進(jìn)行平滑;用相位累加值進(jìn)行查表得I、Q兩路;然后通過(guò)內(nèi)插濾波，將I、Q兩路的速率和載波的速率進(jìn)行匹配后采用正交調(diào)制的方法得到GMSK的數(shù)字信號(hào);最后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送到傳輸線上。

圖1 GMSK調(diào)制框圖

1.2 高斯濾波器原理

因此高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng)為:

又因?yàn)樵趯?shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，數(shù)據(jù)都是從t＞0開始發(fā)送的，所以g(t)將向t軸正向移動(dòng)

1.3 內(nèi)插濾波原理［2］［3］

在通信調(diào)制解調(diào)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是速率的變換。比較容易想到的方法是將數(shù)據(jù)直接抽取或者內(nèi)插，然后通過(guò)一個(gè)低通濾波器去除諧波分量。但是這種算法對(duì)硬件的資源要求很高。

在數(shù)字信號(hào)處理中有專門的抽樣率變換濾波器，它包括抽取濾波器和內(nèi)插濾波器。在本文的GMSK調(diào)制過(guò)程中主要用到了累積梳狀內(nèi)插濾波器(CIC)，這種結(jié)構(gòu)的濾波器的基礎(chǔ)是完美的極點(diǎn)零點(diǎn)抵消，算法適合硬件實(shí)現(xiàn)。

所謂累積梳狀濾波器，是指該濾波器的沖激響應(yīng)具有如下形式:

據(jù)Z變換的定義，單級(jí)CIC濾波器的Z變換為:

2 FPGA實(shí)現(xiàn)

為了適應(yīng)現(xiàn)代無(wú)線通信的快速發(fā)展，通信設(shè)備應(yīng)該具有廣泛的通用性能，即采用軟件無(wú)線電技術(shù)。因此本論文采用可編程器件來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的GMSK調(diào)制算法［5］。具體芯片為Altera公司的CycloneII系列的FPGA，開發(fā)平臺(tái)為Quartus II軟件，開發(fā)語(yǔ)言為硬件描述語(yǔ)言(VHDL)。

按照matlab仿真的算法和參數(shù)在Quartus中構(gòu)建如下模塊，并且采集在線調(diào)試的數(shù)據(jù):

3 結(jié)束語(yǔ)

本文首先對(duì)GMSK調(diào)制算法進(jìn)行了分析和仿真，整個(gè)仿真從原始的二進(jìn)制比特流到高斯濾波，再通過(guò)內(nèi)插，最后正交調(diào)制得到GMSK調(diào)制信號(hào)。為了驗(yàn)證該算法具有實(shí)用價(jià)值，在FPGA上對(duì)其進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，然后用數(shù)字示波器采集模擬線路上的輸出，結(jié)果和仿真相一致。

［1］周炯槃，龐沁華，續(xù)大我，等.通信原理［M］.北京:北京郵電出版社，2005.

［2］Uwe Meyer-Baese.數(shù)字信號(hào)處理的FPGA實(shí)現(xiàn)［M］.劉凌，譯.北京:清華大學(xué)出版社，2006.

［3］宋威，曾桂根，楊震，等.軟件感應(yīng)電臺(tái)中的內(nèi)插成形處理及其應(yīng)用分析［J］.南郵學(xué)報(bào)，2002(2):3-7，12.

［4］徐明遠(yuǎn)，邵玉斌.MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

［5］潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2007.