CN102325111A - 一种产生gfsk基带信号的方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于数字调制技术领域,涉及一种产生GFSK基带信号的方法。
背景技术
(公式1)
(公式2)
目前,GFSK调制基带信号产生大都按照图1所示的流程进行实现,先将需调制的二进制数据在生成方波后,通过高斯低通滤波器,得到输出信号,然后对再进行积分,得到附加相位,最后去查sin、cos表格得到同相分量I,正交分量Q。由于在经过高斯滤波器、积分器时,都会引入量化误差、运算误差,而积分器还会将误差积累,同时按此方法实现的复杂度较高。
而Alfredo Linz和Alan Hendrickson 在《Efficient Implementation of an I-Q GMSK Modulator》中,推荐了一种GMSK(最小移频键控,它可以看作GFSK在调制指数为0.5时的特例)的实现方法,该方法不按GFSK调制基带信号产生的理论框图流程来调制二制序列a(n),而是由需要调制的二进制序列直接得到I,Q,其实现框图如图3所示。该方法的核心思想是从二进制码元输入直到最后生成同相分量I、正交分量Q的中间一系列计算过程都是在理论上进行,而实现时存入表格的是最后浮点模型计算得到I、Q在码元时间内的各采样点的量化值。文中设开始初相为0,且(在调制指数为0.5时得到),为码元传输速率。通过推导,发现码元内8种可能的相位曲线,(为码元时间长度),不仅相位变化部分(,为当前3比特码元信息的十进制数值)之间可以相互推导,而且初相也全为0或,则16条I、Q曲线(sin,cos各8条)全部可以由4条固定的sin曲线得到。《Efficient Implementation of an I-Q GMSK Modulator》中按采样率存储的是,,,的量化值,然后根据二进制序列的值去取某一条曲线的各个采样点,经过固定的变换,将变换后的曲线采样点输出,实现了GFSK调制基带信号的产生。该方法的好处在于,避免了数据在通过高斯滤波器,积分器等处理时带入的误差,同时也消除了附加相位量化带来的误差,而且,实现也很简单,代价小。然而,上文的方法仅适用于初相为0,且的情况,即只适用于GMSK,不具有一般性。对于一般的值,该种方法的最后的由16条曲线减为固定四条sin曲线的条件就不成立了。
发明内容
本发明方法包括以下步骤:
步骤(2)依据由十进制值所对应的地址,在设定的时宽带宽积所对应的采样量化值表格组中查寻所对应的采样量化值,其中为代表的方波信号在经过高斯低通滤波器之后,其输出在码元时间内的积分,为最大频偏,为采样周期。
所述的采样量化值表格可由码元相位关系映射表得到;
码元相位关系映射表
本发明相对于现有技术具有以下有益效果:第一,相比较于依照GFSK调制基带信号产生的理论框图(图1)流程的实现方法,由于本发明在存储的采样量化值时才开始引入量化误差,而避免了数据在经过前面一系列的处理过程(高斯滤波器、积分器)时所引入的量化和计算误差,具有较好的精度,同时实现复杂度也较低。
第二,而相较于Alfredo Linz和Alan Hendrickson推荐的实现方法(图3),由于本发明所采用的技术方案中的表格存储的不是在特定的条件下,计算得到的最终结果I、Q在码元时间内的采样点的量化值,而是计算过程的中间变量——,然后以此值去乘以,()得到各采样时刻的,然后将与相加得,最终查表得到I,Q。所以本发明能适应于不同的 ,且实现复杂度和图3所述方法相差不大;同时,由于本发明所采用的技术方案中,在存储不同所对应的曲线组的采样量化值时,表格没有存储每个下的各组曲线的采样量化值,而是选择了一个特定的下的那组曲线的采样值进行存储,而对于其它可选的,存的是它们的曲线组中各自曲线相对于那个特定值下曲线组中的4条曲线的差值,因而以较低的代价实现了对有限个可选的参数的支持。
附图说明
图1为GFSK的基带信号产生理论框图;
图2 为本发明GFSK的基带信号产生框图;
图3 为Alfredo Linz和Alan Hendrickson推荐方法实现框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
因为高斯滤波器的冲击响应在时域上是在()上的,所以一组方波经过高斯滤波器的响应会相互干扰,当>0.3时,实际中认为此干扰集中体现在相邻左右码元上,其它可以忽略不计。所以,所有的计算都以()为单位进行的。特别是当>0.4, 此时,在某一个码元时间内,高斯滤波器的输出可以表示为:
表2. 频率迹函数表
,则总的时间轴上,积分曲线为,其中称为相位迹,。为一个码元的初始相位,为相位迹的相位变化部分。又,其中Q为过采样率,即为码元内的采样点数,,因此有。在设定的下,有8条:~。至此,得到了,为码元内的相位迹除以的商,以为根据,查找cos和sin表,即得I和Q,从而完成基带信号的产生。由于,由表2可以计算得到,相对于~,记为~ ,其表达式如表1。如式,不同对应不同的和Q,将在码元时间内等间隔采样Q点,将量化值进行存储,其中对应于表1中的t,采样的过程为: K为整数,取值0~N-1。又因频率迹间有相互关系:、、、,可推导得;;;,那么在一个下只需存曲线组、、,,其它几条通过幅度取负得到。
而对于支持有限个可选的输入参数(要求大于0.4),一种直接的方法是对不同的, 保存每个曲线组采样量化值表格,这必然增加系统的开销。其实不必将每一个值下的曲线组的采样量化值一一存储下来。参考表3可知,对于相同的,(表中=2,对于其它值,情况相同),即相同的(),不同的参数下所对应的曲线各自之间的差值相对于曲线本身数值是较小的。特别是当>1.5时,不同的的值所对应的曲线非常接近,它们之间的差相比较于曲线值非常小。因此,本发明只存了一个=1.75值下的四条曲线,而对于其它可选的,存的是它们的曲线组中各自曲线相对于=1.75值下曲线组中的4条曲线的差值,这有效减小了表格的大小。如前所说,当>1.5时,曲线组间非常接近,故选取=1.75作为完整曲线存储对于减小表格存储是比较合适的。另外,由前文可知,该表格得查出的值再乘以后,加上,即得,而表格本身和,即没有关系,所以对于任意的,该办法都是有效的。依据表3,可以分析一下,该措施实际上所取得的效果。对不同的,将曲线各自之间的差值比上曲线本身,比值最大不超过50%,特别是当>1.5时,比值大都小于10%。因此,在本发明存储=1.75下的曲线组的采样值作为完整曲线的情况下,若量化时用的位宽为12比特,则对于<1.5,按最大的比值50%计算,存差值的比特相对于存曲线值可以减少1比特,即用11比特来表示差值。则在该下,可以节省1×4×os,os为码元内采样点数。而对于>1.5,用9比特来表示这此差值足够了,那在该下,可以节省3×4×os。可以看到,当可选的参数越多,os越大,>1.5的个数越多,表格的面积节省得越多。
图1为GFSK的基带信号产生理论框图,目前GFSK调制基带信号产生大都按照图1所示的流程进行实现。如图所示,先将需调制的二进制序列经过方波发生器后,生成双极性不归零的方波。接下来,将通过高斯低通滤波器,得到输出信号,然后对再进行积分,得到附加相位,最后去查sin、cos表格得到同相分量I,正交分量Q。
图3 为Alfredo Linz和Alan Hendrickson推荐方法实现框图。其实现方法如下,将所需调制的二进制序列输入至三比特的移位寄存器,得到三比特信息,后依据的十进制值和采样计数器产生查寻既定四条sin曲线、、、采样值表格的地址,以此地址去查寻、、、采样值的表格,得到码元内I和Q。其中,对于8个可能的值,在生成查表地址和最后所需的I和Q,依据的条件为:;;;;;; ; ; ;。
图2 为本发明GFSK的基带信号产生框图。如图,所需调制的二进制序列先经过一个3比特的移位寄存器(图2中(1)),得到3比特信息,其十进制的值即为的,依据所对应的地址,分别查寻设定所对应的曲线组相对于参考=1.75曲线的差值表格和=1.75的曲线组的采样量化表格,两个查表结果相加后,对进行判断,如果判断当前的为2,3,6,7,则查表相加后的值不需要取反,即为在输入下的,十进制值所对应的采样量化值;如果不是,则要将查表得到的值符号取反,才能得到输入下的,十进制值所对应的采样量化值。接下来,这些采样量化值乘以,得到,即各采样时刻的相位变化部分除以的结果。然后,与相加,即得,其中为当前码元n的初始相位值,为当前码元各采样时刻的相位值。最后,根据采样时刻的查sin表和cos表得到同相分量I,正交分量Q,而在码元周期结束时,更新位于锁存器的。这即是本发明产生GFSK的基带信号的过程。
Claims (1)
1.一种产生GFSK基带信号的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤(2)依据由十进制值所对应的地址,在设定的时宽带宽积所对应的采样量化值表格组中查寻所对应的采样量化值,其中为代表的方波信号在经过高斯低通滤波器之后,其输出在码元时间内的积分,为最大频偏,为采样周期;
所述的采样量化值表格可由码元相位关系映射表得到;
码元相位关系映射表
其中表中的函数定义如下:
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