专利名称：基于修正型高斯脉冲成形的cpm调制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到通信系统中的调制器，具体地说涉及一种采用修正型高 斯脉冲成形的CPM调制器。
背景技术：
连续相位调制(Continuous Phase Modulation, CPM)信号是一类恒包络相 位连续的调制信号，具有较高的带宽和功率利用率，可使用非线性丙类放大器 进行射频发射，并具有较强的抗邻道干扰能力，因此在窄带、低功耗的便携式 通信系统中得到了广泛应用。
为了实现高速数据传输，需要在25kHz的窄带信道上实现64kbps以上的 数据速率。为了在有限的带宽中提高数据率，必须提高通信系统的频谱利用率， 这也是规划和设计CPM通信系统时的关注焦点之一。为了提高频谱利用率， 通常采用部分响应CPM的信号形式。基于对基带脉冲信号进行波形成形、频 谱控制等预处理后再调制的原理，可形成各种不同形式的部分响应CPM信号。 如在高斯最小频移键控(Gaussian Minimum Shift Keying, GMSK)中，就采用 了高斯脉冲作为基带成形脉冲。其他常用的基带成形脉冲有矩形脉冲、升余 弦脉冲、频谱升余弦脉冲等。
因为采用高斯脉冲作为基带调频脉冲时，具有脉冲参数可调，设计简单灵 活等优点，所以采用高斯脉冲作为基带成形脉冲成为首选的考虑。对于高斯脉 冲的时宽带宽积(BT)的选择，需要兼顾CPM信号的功率谱及误码特性，还 需综合考虑调制解调实现的复杂度及误码性能。若选择较小的BT值，则功率 谱特性很容易满足指标的要求，但由于引入了严重的码间干扰，在接收端需借 助复杂的解调算法，才能达到一定的误码率指标。为了简化接收机的设计，一 种选择是选用适中的BT值，因引入的码间干扰较小，接收机可使用鉴频解调 配合简单的均衡算法得到发送序列的估计，但此时的邻道干扰并不能满足指标要求。为了满足邻道干扰指标要求，通常的发射机设计方案均需在中频设置限 带滤波器。但在中频进行带通滤波处理，硬件实现上较为复杂，且由此引起的 信号畸变较大，不利于后续的解调判决处理。
实用新型内容
针对在中频进行限带滤波的缺点，本实用新型的目的是提供一种基于基带 预处理的CPM调制器，即通过在基带进行修正型高斯脉冲成形来达到频谱控 制的目的，该调制器设计简单，易于实现，可满足相应的邻道干扰及误码率指 标。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种基于修正 型高斯脉冲成形的CPM调制器，包括
修正型高斯滤波器，利用一修正型高斯脉冲对输入码元序列进行成形以获 得一幅度信号，其中该修正型高斯脉冲是由基本高斯脉冲经过抑制旁瓣的低通 滤波获得；
幅度频偏变换器，将该幅度信号转换为按基带采样率变化的瞬时频偏值； 加法器，连接该幅度频偏变换器，以将该瞬时频偏值与一载波频率相加以 获得CPM信号的瞬时频率值；以及
DDS信号源，连接该加法器，根据该瞬时频率值获得CPM已调信号。 在上述的CPM调制器中，修正型高斯滤波器包括基本高斯滤波器，利
用基本高斯脉冲与输入码元序列进行巻积运算；以及低通滤波器，用以将所述
巻积运算的结果进行低通滤波。
在上述的CPM调制器中，所述低通滤波器是FIR滤波器。 在上述的CPM调制器中，所述修正型高斯滤波器、幅度频偏变换器及所 述加法器是集成在一 FPGA芯片中。
在上述的CPM调制器中，所述DDS信号源是由DDS芯片构成。 本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著 优点基于修正型高斯脉冲成形的CPM调制器，采用全数字化的方式实现CPM 射频信号的产生，具有极大的灵活性和开放性。CPM调制器射频输出信号频谱 性能优良，信号失真小。本实用新型具有较好的实用性和经济性。
为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，
以下结合附图对 本实用新型的具体实施方式
作详细说明，其中
图1A示出本实用新型基于修正型高斯脉冲成形的CPM调制器结构框图。
图1B示出修正型高斯滤波器的结构框图。
图2示出修正型高斯脉冲波形。
图3示出基本高斯脉冲波形。
图4示出g (")为基带调频脉冲时的归 一 化瞬时频偏。 图5示出p(")为基带调频脉冲时的归一化瞬时频偏。
图6示出g(M)为基带调频脉冲时的信号功率谱。
图7示出； (")为基带调频脉冲时的信号功率谱。
图8示出依照本实用新型实施例的CPM调制器的结构框图。
具体实施方式
本实用新型是提出一种基于基带预处理的CPM调制器，即通过在基带进
行修正型高斯脉冲成形来达到频谱控制的目的。下面介绍这种CPM调制器的
设计及实现。
CPM的载波调制信号可表示为
i^五 ， "0 = ^丁 cos [2;r,J + ^ (" W。 ] (1)
式(i)中，五为信号的单位码元能量，r为码元周期，y;为载波频率，A为 载波的初始相位，0("门表示载波的时变相位，定义为
^，/) = 2;^/^("" (2)
式(2)中，h为调制指数，{^}是由符号表±1,±3,...,±(^-l)中选出的M元符
号序列，"0是某个归一化波形。
波形^0—般可以表示为某个基带调频脉冲g(O的积分，即
《0〖g(一 (3)
CPM信号既可视为相位调制信号，也可视为频率调制信号。本实用新型中将其视为频率调制信号，已调CPM信号的瞬时频偏A/的表达式如式(4)所示
△/(") = /^/"C (4)
通过基带预处理技术改善CPM信号的频谱性能，关键在于基带调频脉冲 g(0的设计。当以数字方式实现CPM调制时，设基带采样率为乂，也就是要
得到相应的采样序列g("):g(O ,= ,/,。下面将给出g(")的具体设计方法。
基本高斯脉冲的数学表达式如式(5)所示，即 2
丄+
一2
其中'2(0= f^exp(-L)&， L为关联长度。 (J 2;r 2
对于给定的码元周期r及基带采样率/.，设计相应的FIR (Finite Impulse Response,有限脉冲响应)低通滤波器，满足在+ Hz处衰减2dB，在,Hz处
衰减40dB(即保留基本高斯脉冲频谱主瓣内的频率成分，并抑制旁瓣内的频率 成分)。令该滤波器的脉冲响应为/(")，则修正型高斯脉冲g(")即为该滤波器
的脉冲响应与高斯脉冲采样序列的巻积，即
= / (")*/(") (6)
图1A示出本发明的CPM调制器结构框图。其中修正型高斯滤波器11等 效于图1B所示结构，即一个基本高斯滤波器Ua和一个低通滤波器lib (如 FIR滤波器)的级联。在修正型高斯滤波器11中将待发送符号序列V^与g(")
进行巻积运算，然后于幅度频偏变换器12中将巻积运算结果乘以调制指数， 以得到以基带采样率//变化的瞬时频偏值，运算过程可合并为如式(4)所示。该 频偏值与载波频率,经过加法器13相加即可得到CPM信号的瞬时频率值。用 该瞬时频率值驱动DDS (Direct Digital Synthesizer,直接数字式频率合成器) 信号源14进行相应的频率调整，即可输出相应的CPM已调信号。在实际应用 中，式(4)所示的巻积运算可通过查表法实现。例如，对于码元周期为r的4CPM
的调制方式，若选取基带采样率为y;，将基带调频脉冲g(")截断为丄个码元周
期，则可预先存储一张^x(/J)的波形表作为频率路径表。当乂r二12时，将修正型高斯脉冲g(")截断为3个码元周期，其归一化波
形如图2所示。作为对比，图3给出了归一化的基本高斯脉冲p(")的波形。选 取4CPM调制方式，分别采用g(")及/ (")作为式(4)中的基带调频脉冲，所得
的归一化瞬时频偏波形如图4及图5所示，信号功率谱密度如图6及图7所示。 通过图4及图5之间的比较可见，采用修正型高斯脉冲g(")作为基带调频
脉冲时，所对应的瞬时频偏波形与采用高斯脉冲MW作为基带调频脉冲时的波 形类似，波形失真很小，因此在接收端仍可通过鉴频解调配合简单的均衡处理 来恢复发送端的码元序列。通过图6及图7之间的比较可见，采用修正型高斯 脉冲作为基带调频脉冲时，CPM已调信号的功率谱更为紧凑，在带外的衰减更 为迅速，可以满足相应的指标要求。
下面描述CPM调制器的一个具体实现的例子。
在本实用新型中，采用FPGA(Field-Programmable Gate Array,即现场可编 程门阵列)100和专用DDS芯片AD9951 200相结合的硬件方案来实现CPM射 频信号的产生，具体实现框图如图8所示。
FPGA芯片100以查找频率路径表的方式进行基带预处理，并产生射频频 率控制字。DDS芯片200以基带采样率刷新频率控制寄存器，并合成出该射频 频率控制字所对应的波形。
以4CPM调制方式为例，将修正型高斯调频脉冲截断为3个码元周期长度， 选取基带采样频率为单个码元周期内12次采样，则需按前述的式(4)预先计算 出64种可能的频率路径，每种路径包含12个采样点所对应的瞬时频偏值。在 FPGA芯片100的ROM(只读存储器)中将计算结果存储为一张64xl2的频率 路径表。待发送的四元码元序列依次进入具有三个存储单元的移位寄存器，根 据存储单元中的三个码元的取值确定频率路径表的行数，通过采样地址计数器 周期性地由0至11累加计数，得到该行中12列所对应的瞬时频偏值A/ 。将查 表所得的瞬时频偏值与载波频率,相加，即得到当前采样时刻的瞬时频率值。 将该瞬时频率值送入DDS芯片200，由DDS芯片生成CPM射频信号。
综上所述，基于修正型高斯脉冲成形的CPM调制器，采用全数字化的方 式实现CPM射频信号的产生，具有极大的灵活性和开放性。CPM调制器射频 输出信号频谱性能优良，信号失真小。本实用新型具有较好的实用性和经济性。虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新 型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许 的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求1.一种基于修正型高斯脉冲成形的CPM调制器，其特征在于包括修正型高斯滤波器，利用一修正型高斯脉冲对输入码元序列进行成形以获得一幅度信号，其中该修正型高斯脉冲是由基本高斯脉冲经过抑制旁瓣的低通滤波获得；幅度频偏变换器，将该幅度信号转换为按基带采样率变化的瞬时频偏值；加法器，连接该幅度频偏变换器，以将该瞬时频偏值与一载波频率相加以获得CPM信号的瞬时频率值；以及DDS信号源，连接该加法器，根据该瞬时频率值获得CPM已调信号。
2. 如权利要求1所述的CPM调制器，其特征在于，所述修正型高斯滤波 器包括基本高斯滤波器，利用基本高斯脉冲与输入码元序列进行巻积运算；以及 低通滤波器，用以将所述巻积运算的结果进行低通滤波。
3. 如权利要求2所述的CPM调制器，其特征在于，所述低通滤波器是FIR 滤波器。
4. 如权利要求1所述的CPM调制器，其特征在于，所述修正型高斯滤波 器、所述幅度频偏变换器及所述加法器是集成在一 FPGA芯片中。
5. 如权利要求1所述的CPM调制器，其特征在于，所述DDS信号源是 由DDS芯片构成。
专利摘要本实用新型涉及一种基于修正型高斯脉冲成形的CPM调制器，通过在基带进行修正型高斯脉冲成形来达到频谱控制的目的。该CPM调制器的特点是包括一修正型高斯滤波器，利用一修正型高斯脉冲对输入码元序列进行成形以获得一幅度信号，其中该修正型高斯脉冲是由基本高斯脉冲经过抑制旁瓣的低通滤波获得。本实用新型的CPM调制器设计简单，易于实现，可满足相应的邻道干扰及误码率指标。
文档编号H04L25/03GK201352797SQ20082015786
公开日2009年11月25日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者伟 孙, 雯 马 申请人:中国电子科技集团公司第五十研究所