CN115426229B - 一种基于gmsk调制系统的快速高斯滤波的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，包括以下步骤：步骤1：将根序列比特信息做极化处理，得到双极性的不归零码；步骤2：对极化后的数据做内插处理；步骤3：将内插后的序列生成三组根向量；步骤4：将三组根向量分别进行卷积滤波，其系数为高斯滤波器系数；步骤5：将卷积滤波后的数据进行截断处理；步骤6：生成三组索引查找表；步骤7：将步骤6中得到的三组索引查找表分别进行滤波，并对三组滤波结果进行级联，得到最终的比特序列的高斯滤波结果。本发明能够快速获得码元的高斯滤波的结果，节省硬件处理时间。

Description

一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展，其在社会各个领域和部门的应用也越来越广泛和深入。时至今日，人类社会已经步入了信息时代。而构成这一切的基础则是数字通信技术。数字通信技术的核心内容是研究数字信号传输机理，它为建立可靠和高效的数字通信系统提供了坚实的物理基础，并推动着现代化社会的进步。

调制在通信系统中是不可或缺的技术，通过调制可以将信号转变为适合在信道中传输的形式。调制解调技术的性能好坏能够直接反映到通信系统中，且好的调制解调技术能提升通信质量与用户速率。在最小频移键控(Minimum Frequency Shift Keying，MSK)调制的基础上，通过在MSK调制之前添加一个预调制高斯低通滤波器，使得MSK调制的输入信号先经过预调制的高斯滤波器，然后进行MSK调制，此过程即为高斯滤波最小频移键控(Gaussian Filter Minimum Frequency Shift Keying,GMSK)调制，也就是说，GMSK调制是在MSK调制的基础上演变而来。GMSK调制的优点包含包络恒定、良好的频谱特性、高频谱利用率、极好的功率效率及频谱紧密等，因此高频谱利用率与功率效率的调制方式适合多场景的高速传输，并且能提高通信系统的容量以及性能。

GMSK调制的关键在于将数据码元经过一个高斯型滤波器进行预调制，以达到减小载波频率切换时的跳变能量、抑制信号带外辐射的目的。GMSK调制过程中的预调制高斯滤波器应具有的特性：带宽窄而带外截止尖锐，以抑制不需要的高频分量；脉冲响应的过冲量较小，防止调制器产生不必要的瞬时频偏；输出脉冲响应曲线的面积应对应于π/2的相移量，使调制指数为1/2。

传统的GMSK调制过程中，码元在经过预调制高斯滤波器时，在确定高斯滤波器系数后将码元与滤波器系数进行卷积运算(实际操作为乘、加运算)。该方案的不足之处在于：

在硬件实现时处理速度较慢，由于在高斯滤波时会进行大量的乘、加运算，计算量大，硬件运算复杂度高，会消耗大量硬件资源，增加了终端设备在信号处理时的时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，用以解决现有GMSK调制过程中存在计算量大、硬件运算复杂度高、终端设备在信号处理时间长以及硬件资源消耗大的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，包括以下步骤：

步骤1：将根序列比特信息做极化处理，得到双极性的不归零码；

步骤2：对极化后的数据做内插处理；

步骤3：将内插后的序列生成三组根向量；

步骤4：将三组根向量分别进行卷积滤波，其系数为高斯滤波器系数；

步骤5：将卷积滤波后的数据进行截断处理；

步骤6：生成三组索引查找表；

步骤7：将步骤6中得到的三组索引查找表分别进行滤波，并对三组滤波结果进行级联，得到最终的比特序列的高斯滤波结果。

进一步地，作为优选技术方案，所述步骤1过程具体为：

步骤1-1：将根序列比特记为s_n,n∈{0,1,2,3}，其向量表示为

步骤1-2：将s_n,n∈{1,2,3,4}极化后的信号表示为则该过程表示为：/>

步骤1-3：最终得到为双极性的不归零码。

进一步地，作为优选技术方案，所述步骤2的具体过程为：

将极化后根序列比特信息的内插过程表示为：

其中，表示为/>的第一行第一列元素，/>表示为/>的第二行第一列，ones(1,N)表示为1行N列的全1向量，N为内插倍数。

进一步地，作为优选技术方案，所述步骤3的具体过程为：

将内插后的序列组成三组向量，分别记为A、B、C，具体表示如下：

进一步地，作为优选技术方案，所述步骤4的具体过程为：

假设滤波器系数组成的向量为h，其长度为M，将新组成的三组向量A、B、C分别与向量h进行卷积滤波，得到卷积输出分别为其具体表示分别如下：

其中，conv(·)表示为离散卷积计算过程，卷积输出的长度分别为M+31、M+23、M+15。

进一步地，作为优选技术方案，所述步骤5的具体过程为：

对卷积输出分别做截断处理，分别得到：

其中，表示截断函数，若向量x的长度为L，其操作为将向量x的前a-1元素与末尾的L-b个元素舍弃，保留b-a+1个元素，截断处理得到的/> 的长度分别为/>8、/>

进一步地，作为优选技术方案，所述步骤6的具体过程为：

将卷积滤波最后结果制成三个表格，分别为表1：T₁{n1,n2,n3,n4,m}、表2：T2{n1,n2,n3,m}、表3：T3{n1,n2,m}，元素的对应关系分别为：

进一步地，作为优选技术方案，所述步骤7的具体过程为：

步骤7-1：设输入的二进制比特序列的个数为偶数个(当为奇数个时末尾插零)，记为P＝[p₁ p₂...p_K]，K为总的比特个数，P(k)＝p_k,1≤k≤K,p_k∈{0,1}；将二进制比特序列P的每两位转化为十进制数后为：

其中，由于p_k∈{0,1}，因此g_k∈{0,1,2,3}；

步骤7-2：利用的前四个数据查找表T₁{n1,n2,n3,n4,m}得到二进制比特序列P高斯滤波后的前M/2+15个数据，记为向量G₁：

G₁(m)＝T₁{g₁,g₂,g₃,g₄,m},m＝{1,2,...,M/2+15}；

步骤7-3：从的第三个数据开始，至所有数据结束，查找表T₂{n1,n2,n3,m}，表示为：

其中为维度/>的矩阵，将其每一列首尾拼接转化为向量为G₂(m),m＝1,2,...,/>

步骤7-4：将的倒数第二个数据与最后一个数据查找T₃{n1,n2,m}得到G₃：

G₃(m)＝T₃{g₁,g₂,m},m＝{1,2,...,17-M/2}；

步骤7-5：最后将G₁、G₂、G₃级联后组成最后的高斯滤波结果G：

G＝[G₁ G₂ G₃]。

本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：

本发明通过采用根序列比特信息做极化处理、内插处理，将内插后的序列生成三组根向量，再利用卷积滤波以及截断处理，生成三组索引查找表，利用查找表法，快速获得码元的高斯滤波的结果，节省硬件处理时间，很好地解决了现有GMSK调制时高斯滤波过程计算量大，硬件实现时处理速度较慢、复杂度高的问题。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的高斯滤波的查找表框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例所示的一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，包括以下步骤：

步骤1：将根序列比特信息做极化处理，得到双极性的不归零码；

步骤2：对极化后的数据做内插处理；

步骤3：将内插后的序列生成三组根向量；

步骤4：将三组根向量分别进行卷积滤波，其系数为高斯滤波器系数；

步骤5：将卷积滤波后的数据进行截断处理；

步骤6：生成三组索引查找表；

步骤7：将步骤6中得到的三组索引查找表分别进行滤波，并对三组滤波结果进行级联，得到最终的比特序列的高斯滤波结果。

具体地，根序列比特信息的极化过程为：

步骤1-1：本发明申请的根序列比特有四种，记为s_n,n∈{0,1,2,3}，其向量表示为

步骤1-2：将s_n,n∈{1,2,3,4}极化后的信号表示为则该过程表示为：/>

步骤1-3：最终得到为双极性的不归零码。

本实施例将极化后根序列比特信息的内插过程表示为：

其中，表示为/>的第一行第一列元素，/>表示为

的第二行第一列，ones(1,N)表示为1行N列的全1向量，N为内插倍数。

本实施例的根向量的生成过程为：

将内插后的序列组成三组向量，分别记为A、B、C，具体表示如下：

本实施例的卷积滤波的具体过程为：

假设滤波器系数组成的向量为h，其长度为M，将新组成的三组向量A、B、C分别与向量h进行卷积滤波，得到卷积输出分别为其具体表示分别如下：

其中，conv(·)表示为离散卷积计算过程，卷积输出的长度分别为M+31、M+23、M+15。

本实施例的对卷积滤波结果进行截断处理的具体过程为：

对卷积输出分别做截断处理，分别得到：

其中，表示截断函数，若向量x的长度为L，其操作为将向量x的前a-1元素与末尾的L-b个元素舍弃，保留b-a+1个元素，截断处理得到的/> 的长度分别为/>

本实施例生成三组索引表的具体过程为：

将卷积滤波最后结果制成三个表格，分别为表1：T₁{n1,n2,n3,n4,m}、表2：T2{n1,n2,n3,m}、表3：T3{n1,n2,m}，元素的对应关系分别为：

如图2所示，本实施例得到最终的比特序列的高斯滤波结果的具体过程为：

步骤7-1：设输入的二进制比特序列的个数为偶数个(当为奇数个时末尾插零)，记为P＝[p₁ p₂...p_K]，K为总的比特个数，P(k)＝p_k,1≤k≤K,p_k∈{0,1}；将二进制比特序列P的每两位转化为十进制数后为：

其中，由于p_k∈{0,1}，因此g_k∈{0,1,2,3}；

步骤7-2：利用的前四个数据查找表T₁{n1,n2,n3,n4,m}得到二进制比特序列P高斯滤波后的前M/2+15个数据，记为向量G₁：

G₁(m)＝T₁{g₁,g₂,g₃,g₄,m},m＝{1,2,...,M/2+15}；

步骤7-3：从的第三个数据开始，至所有数据结束，查找表T₂{n1,n2,n3,m}，表示为：

其中为维度/>的矩阵，将其每一列首尾拼接转化为向量为G₂(m),m＝1,2,...,/>

步骤7-4：将的倒数第二个数据与最后一个数据查找T₃{n1,n2,m}得到G₃：

G₃(m)＝T₃{g₁,g₂,m},m＝{1,2,...,17-M/2}；

步骤7-5：最后将G₁、G₂、G₃级联后组成最后的高斯滤波结果G：

G＝[G₁ G₂ G₃]。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将根序列比特信息做极化处理，得到双极性的不归零码；

步骤2：对极化后的数据做内插处理；

步骤3：将内插后的序列生成三组根向量；

步骤4：将三组根向量分别与高斯滤波器系数进行卷积滤波；

步骤5：将卷积滤波后的数据进行截断处理；

步骤6：生成三组索引查找表；

步骤7：将步骤6中得到的三组索引查找表分别进行滤波，并对三组滤波结果进行级联，得到最终的比特序列的高斯滤波结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，其特征在于，所述步骤1过程具体为：

步骤1-1：将根序列比特记为s_n,n∈{0,1,2,3}，其向量表示为

步骤1-2：将s_n,n∈{1,2,3,4}极化后的信号表示为则该过程表示为：

步骤1-3：最终得到为双极性的不归零码。

3.根据权利要求2所述的一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：

将极化后根序列比特信息的内插过程表示为：

其中，表示为/>的第一行第一列元素，/>表示为/>的第二行第一列，ones(1,N)表示为1行N列的全1向量，N为内插倍数。

4.根据权利要求3所述的一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：

将内插后的序列组成三组向量，分别记为A、B、C，具体表示如下：

5.根据权利要求4所述的一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：

假设滤波器系数组成的向量为h，其长度为M，将新组成的三组向量A、B、C分别与向量h进行卷积滤波，得到卷积输出分别为其具体表示分别如下：

其中，conv(·)表示为离散卷积计算过程，卷积输出的长度分别为M+31、M+23、M+15。

6.根据权利要求5所述的一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，其特征在于，所述步骤5的具体过程为：

对卷积输出分别做截断处理，分别得到：

其中，表示截断函数，若向量x的长度为L，其操作为将向量x的前a-1元素与末尾的L-b个元素舍弃，保留b-a+1个元素，截断处理得到的/> 的长度分别为

7.根据权利要求6所述的一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，其特征在于，所述步骤6的具体过程为：

将卷积滤波最后结果制成三个表格，分别为表1：T₁{n1,n2,n3,n4,m}、表2：T2{n1,n2,n3,m}、表3：T3{n1,n2,m}，元素的对应关系分别为：

8.根据权利要求7所述的一种基于GMSK调制系统的快速高斯滤波的方法，其特征在于，所述步骤7的具体过程为：

步骤7-1：设输入的二进制比特序列的个数为偶数个，当为奇数个时末尾插零，记为P＝[p₁ p₂ ... p_K]，K为总的比特个数，P(k)＝p_k,1≤k≤K,p_k∈{0,1}；将二进制比特序列P的每两位转化为十进制数后为：

其中，由于p_k∈{0,1}，因此g_k∈{0,1,2,3}；

步骤7-2：利用的前四个数据查找表T₁{n1,n2,n3,n4,m}得到二进制比特序列P高斯滤波后的前M/2+15个数据，记为向量G₁：

G₁(m)＝T₁{g₁,g₂,g₃,g₄,m},m＝{1,2,...,M/2+15}；

步骤7-3：从的第三个数据开始，至所有数据结束，查找表T₂{n1,n2,n3,m}，表示为：

其中为维度/>的矩阵，将其每一列首尾拼接转化为向量为/>

步骤7-4：将的倒数第二个数据与最后一个数据查找T₃{n1,n2,m}得到G₃：

G₃(m)＝T₃{g₁,g₂,m},m＝{1,2,...,17-M/2}；

步骤7-5：最后将G₁、G₂、G₃级联后组成最后的高斯滤波结果G：

G＝[G₁ G₂ G₃]。