CN1153423C - 输入码流直接驱动表调制信号的产生方法及应用电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输入码流直接驱动表调制信号的产生方法，它包括的步骤有：a.用输入数据流的位集合直接产生地址指针；b.利用地址指针从存储器中检索对应于滤波器输出的预计算值；c.视调制方式的不同，此预计算值可能就是需要的调制信号或d.再由此预计算值采用计算或检索的方法得到需要的调制信号。本发明还公开了一种采用此方法的电路。此发明使得系统结构更加简单。

Description

输入码流直接驱动表调制信号的产生方法及应用电路

技术领域

本发明涉及一种输入码流直接驱动表调制信号的产生方法，尤其涉及输入码流直接驱动GMSK调制(Gaussian Minimum Shift Keying高斯最小移频键控)和8PSK调制(八进制相移键控)的表调制信号的产生方法。本发明还涉及一种采用输入码流直接驱动表调制信号的产生方法的电路。

背景技术

图1表示的是现有的采用表驱动的产生调制信号的原理图，它从输入数据流的位集合中产生状态变量，然后利用状态变量产生地址指针，再利用地址指针从存储器中检索对应于滤波器输出的预计算值以产生调制信号。中国专利CN99106329即是这样一种现有的采用表驱动产生调制信号的方法。此方案因为无法在输入码流和滤波器输出之间建立一种映射关系，因此需要先进行差分状态编码，间接产生检索表的地址。

在GMSK调制中，相同位数的输入码元与符号之间，进而与滤波器输出之间由于差分的关系，不存在映射关系。GMSK调制是由MSK调制衍生出来的调制方式，但由于引入高斯成型滤波器，信号的产生却比MSK复杂得多，其相位不仅决定于当前码元，而且与相邻多个码元(例如N个)有关，具体码元数取决于系统性能要求。首先要进行差分编码，将输入的二进制码流经过逐位差分，转换成用“+1”和“-1”表示的符号，再转换成调制的复数值输出流I+jQ，其中I是每个复数值的同相部分或实部，Q是每个复数值的正交部分或虚部。在信号处理器中由于数据是按8位、16位或32位存储的，因此不大适合处理逐位差分的问题，而采用硬件实现，则必须增加相应的差分处理单元，增加了系统复杂性也相应提高了成本；在数字设备中，从符号到复数值输出流的转换过程涉及到计算繁重的高斯类型的有限脉冲响应(FIR)滤波器响应，为了提高精度，对高斯滤波器往往还采取内插值的方法，如果需要实时处理往往受到信号处理器处理能力的限制，甚至无法达到处理速度，选用更高速的处理器则必然导致成本的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种输入码流直接驱动表调制信号的产生方法(例如GMSK调制)，可以进一步简化输入数据转换成调制信号中涉及的实时计算，解决一般信号处理器不大适合处理逐位差分且用硬件实现差分很复杂的问题，结构上也更为简单和紧凑。本发明的目的还在于提供一种采用输入码流直接驱动表调制信号的产生方法的电路。

为实现上述目的，本发明采用了如下方法：

a.用输入数据流的位集合直接产生地址指针；

b.利用地址指针从存储器中检索对应于滤波器输出的预计算值；

c.视调制方式的不同，此预计算值可能就是需要的调制信号或

d.再由此预计算值采用计算或检索的方法得到需要的调制信号。

本发明由于调制方法的不同产生的第一个实施例是这样的：在基于相位的调制方案中(例如GMSK调制)，从输入数据流直接产生地址指针，利用地址指针直接得到相位的变化，再通过相位变化值累加再变换后产生调制信号。

本发明由于调制方法的不同产生的另一个实施例是这样的：在基于相位的调制方案中(例如8PSK调制)，由于可以经过预计算建立从输入数据流经过符号映射、相位偏转和数字滤波得到调制信号的对应关系，因此可以以输入数据码流直接产生地址指针，利用地址指针检索得到调制信号。

在本发明的步骤(1)中，之所以能够从输入数据流直接产生地址指针，其方法是这样的：在GMSK调制中，采用输入码元比符号数多取一位编址的方法，从而在输入码元和符号并进而和滤波器输出之间建立起了映射关系；而在8PSK调制中，本身存在这种映射关系，也可以由输入码流直接产生地址，而无需按照图1的方案中那样需要通过样本来产生地址。本方法将包括差分编码在内的所有过程均放在预处理的表中。

在GMSK调制中，假如按系统要求，相位变化与相邻N个码元相关，由于存在着差分编码，输入的N个码元与N个符号不是一一对应的，虽然其后产生的N个符号可以和滤波器输出之间建立对应关系，但因此传统方法中无法直接利用输入的数据码流作为地址去检索滤波器的输出。注意到GMSK中采用了逐位差分，因此虽然N个码元无法确定N个符号，但是N+1个输入位集合可以唯一确定N个符号，从而确定滤波器输出，这就是利用输入码流直接产生地址的原理。用N+1个输入码流位集合作为地址，与之确定的N个符号所对应的滤波器输出经过预计算存入检索存储器中，就可以实现输入码流直接产生地址指针检索滤波器的输出。

在8PSK调制中，从输入数据流经过符号映射、相位偏转和数字滤波，可经过预计算得到对应于输入数据流的滤波器输出，因此可以以输入数据码流直接产生地址指针，利用地址指针检索得到调制信号。

本发明还包括一种采用输入码流直接驱动表调制信号的产生方法的电路，它由以下部分组成：

a.输入数据流的位集合直接作为地址指针；

b.地址指针连接到一个表存储器中，从存储器中检索对应于滤波器输出的预计算值输出；

c.视调制方式的不同，此预计算值可能就是需要的调制信号，将此信号直接输出或

d.再将此预计算值连接至一个调制信号产生器，采用计算或检索的方法得到需要的调制信号输出。

由于本发明用输入数据流的位集合直接产生地址指针，因此具有下列优点：

1.系统结构更加简单，提高了系统的可靠性；

2.从硬件实现的角度考虑，由于减少了分立的差分状态编码器，可以降低系统功耗；

3.从软件实现的角度考虑，降低了实时运算量。以上几点均有利于降低系统的成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步具体的说明：

图1表示现有的表调制的调制信号产生方法。

图2表示本发明的第一个实施例的GMSK调制方法方框图；

图3表示本发明的另一个实施例的8PSK调制方法方框图；

图4表示8PSK调制中符号群的星座图；

图5表示8PSK调制中的脉冲成型滤波器波形。

具体实施方式

图2表示本发明的第一个实施例GMSK调制器的方框图，它可以用在数字系统中调制信号，将经过编码后的数据流调制成同相和正交信号。调制器完成数字信号处理功能，它可以在一个适当的处理平台上用软件、硬件或其组合实现，例如，通用微处理机、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)，或专用集成电路(ASIC)。

调制器包括相位变化产生器和调制信号产生器。相位变化产生器直接利用输入码流作为地址，检索包含在相位变化产生器内部的存储器装置(例如，只读存储器或称ROM)中的由当前输入码流引起的相位变化，存储器中存储的数据是预处理的以下过程的结果：如前所述，GMSK调制的相位不仅决定于当前码元，而且与相邻多个码元有关，假设达到系统要求的相邻码元数为N，例如N＝5，则以输入码流的6位作为地址，因为在差分运算中6位二进制码流能够唯一确定5位的符号，这5位符号经过系数确定的高斯滤波，滤波器输出也是确定的，而滤波器的输出与相位的变化是对应的，于是可建立输入码流到相位变化之间的对应关系，也就是可以直接以输入码流作为地址得到相位的变化，存储器中存储的就是这样一个预处理后的结果，从而可以避免实时的差分编码，避免实时的高斯滤波计算，避免实时的相位计算。调制信号产生器内部包括相位累加器和存放与相位对应的同相和正交调制信号I、Q的寄存器，如前所述，GMSK调制是一种连续相位的恒包络调制，因此由当前输入码流得到的相位变化还必须经过相位累加得到当前相位，以当前相位除2π的余数作为地址检索与相位对应的同相和正交调制信号I、Q的寄存器得到调制信号。

相位变化产生器：

在GMSK调制中，首先要进行的是差分编码，即将输入二进制码流编码产生“+1”和“-1”的双极性符号，编码规则如下：

Temp_Variable[i]＝Input_Data[i]Input_Data[i-1]

                                                    (1)

Output_Data[i]＝1-2×Temp_Variable[i]

其中

Input_Data[i]∈{0，1}

                                                          (2)

Output_Data[i]∈{-1，1}

显然，由于差分的关系，每一个输入码元对应的符号是“+1”还是“-1”是不确定的。GMSK调制的相位不仅决定于当前符号，而且与相邻多个符号有关，假设要达到系统要求当前相位变化需要与相邻共N个符号相关，那么取N+1个输入二进制码元就能唯一的确定这N个符号，也就是在输入二进制码元和符号之间建立起了映射关系；

然后这N个符号进行高斯滤波，滤波器的冲激响应如下：

$h\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σT}}{e}^{-\frac{t^2}{2{\mathrm{\σ}}^2{T}^2}}-----\left(3\right)$

其中σ＝0.4416839，T＝3.6923×10^-6。

由于N个符号的组合是有限的，滤波器的冲激响应是固定的，从而使得滤波器的输出与N个符号建立起映射关系，经过滤波器输出后的每一个符号均对应于相位的变化值，即“+1”对应于π/2的相位变化，而“-1”对应于-π/2的相位变化，因此当前相位变化值即是由相关的若干位共同作用的结果，这样一来，相位的变化与滤波器的输出也是成映射关系的；

如此在输入二进制码元和相位变化之间可以建立起映射关系，这样就可以直接以输入二进制码元作为地址，与之相应的相位变化存入存储器中，就可以通过地址检索直接得到相位变化值。

调制信号产生器：

调制器信号产生器的作用是由相位变化值得到最终的调制信号，它由两部分构成，由于GMSK调制是一种连续相位的调制，因此相位变化值应当与当前相位进行累加得到实际相位，累加器即完成累加功能；然后以实际相位作为地址，检索寄存器后，可以得到同相和正交调制信号I、Q。

图3表示本发明的另一个实施例的8PSK调制方法方框图。虽然同样是相位调制，但GMSK属于连续相位调制，因此输入码流作为地址只能对应并检索当前相位变化量，再经相位累加再计算得到调制信号的复值数据流I+jQ；而8PSK无需经过相位累加，因此经预计算后可以由输入数据流作为地址直接映射到输出的调制信号的复值数据流I+jQ，因此图3就非常简单，其主要特征也是由输入数据流的位集合(例如15位)直接作为地址，检索得到的即是地址对应的滤波器输出的调制信号。8PSK调制产生器的输出即与输入地址对应的预计算的以下步骤的输出，为提高精度，允许对滤波器进行内插值的附加取样。

符号映射

符号值s_i为

s_i＝e^j2πl/8                                   (4)

由三个连续的信息比特(d_3i，d_3i+1，d_3i+2)按图1所示Gray规则映射，其中l的取值见表1。

            表1 符号参数取值表

调制信息比特(d3i，d3i+1，d3i+2)	符号参数l
		(1，1，1)	0
(0，1，1)	1
		(0，1，0)	2
(0，0，0)	3
		(0，0，1)	4
(1，0，1)	5
		(1，0，0)	6
(1，1，0)	7

相位调节

每一个映射得到的符号被连续的偏转相位3π/8，偏转后的符号为

${\hat{s}}_i=s_i\·e^{\mathrm{ji}3\mathrm{\π}/8}-------\left(5\right)$

脉冲成型

偏转后的符号 经过一线性脉冲成形滤波器得到基带信号

$y\left(t\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\hat{s}}_i\·C_0(t-\mathrm{iT}+\frac{5}{2}T)-----\left(6\right)$

这里T为符号周期，约3.69μs，由于采用数字设备，这里得到的实际上是数字形式表示的复值调制信号I+jQ；

C₀(t)是成型滤波器，表示如下：

这里

$g\left(t\right)=\frac{1}{2T}(Q(2\mathrm{\π}.0.3\frac{t-5T/2}{T\sqrt{{\log }_e^2}})-Q(2\mathrm{\π}.0.3\frac{t-3T/2}{T\sqrt{{\log }_e^2}}))-----\left(9\right)$

$Q\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}\underset{t}{\overset{\∞}{\∫}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\τ}}^2}{2}\mathrm{d\τ}}-----\left(10\right)$

用于8PSK的成型滤波器的波形图见图5。

Claims (7)

1.一种输入码流直接驱动表调制信号的产生方法，包括的步骤有：

a.用N+1个输入码流位集合作为地址，与之确定的N个符号所对应的滤波器输出经过预计算存入检索存储器中；用输入数据流的位集合直接产生地址指针；

b.利用地址指针从存储器中检索对应于滤波器输出的预计算值；

c.对于非连续相位调制方式，此预计算值就是需要的调制信号，否则

d.再由此预计算值采用计算或检索的方法得到需要的调制信号。

2.根据权利要求1所述的输入码流直接驱动表调制信号的产生方法，其特征

在于：在步骤a中，以输入数据码流直接产生地址指针，而以该指针在检索存储器中检索到的是输入数据流经过符号映射、相位偏转和数字滤波得到的滤波器输出值。

3.根据权利要求1所述的输入码流直接驱动表调制信号的产生方法，其特征

在于：其步骤b是通过一个相位变化产生器实现的，该相位变化产生器包括存放与输入码流对应的相位变化值的寄存器，由输入码流作为地址访问寄存器直接得到相位变化。

4.根据权利要求1所述的输入码流直接驱动表调制信号的产生方法，其特征

在于：其步骤b是通过一个集成的调制信号检索器实现的，该检索器包括存放与输入码流对应的调制信号的寄存器，以输入码流的位集合直接产生地址，检索寄存器得到输出的调制信号。

5.根据权利要求1所述的输入码流直接驱动表调制信号的产生方法，其特征

在于：其步骤d是通过一个调制信号产生器实现的，该调制信号产生器包括相位累加器和存放与相位对应的同相和正交调制信号I、Q的寄存器，累加器完成将输入的相位变化值与当前相位进行累加得到实际相位的功能；然后以实际相位作为地址，检索寄存器后，可以得到同相和正交调制信号I、Q。

6.一种采用输入码流直接驱动表调制信号的产生方法的电路，由以下部分组成：

a.输入数据流的位集合直接作为地址指针；

b.地址指针连接到一个表存储器中，从存储器中检索对应于滤波器输出的预计算值输出，所述表存储器中保存所有输入符号对应的滤波器输出值；

c.对于非连续相位调制方式，此预计算值就是需要的调制信号，将此信号直接输出，否则

d.再将此预计算值连接至一个调制信号产生器，采用计算或检索的方法得到需要的调制信号输出。

7.根据权利要求6所述的采用输入码流直接驱动表调制信号的产生方法的电路，其特征在于：其采用的调制信号产生器，包括相位累加器和存放与相位对应的同相和正交调制信号I、Q的寄存器，累加器完成将输入的相位变化值与当前相位进行累加得到实际相位的功能；然后以实际相位作为地址，检索寄存器后，可以得到同相和正交调制信号I、Q。

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