衛(wèi)洪春　姜?jiǎng)P

摘 要： 在超短波電臺(tái)通信中，由于GMSK調(diào)制算法前后碼元之間的相關(guān)性，碼元之間存在碼間串?dāng)_，傳統(tǒng)的GMSK 1比特差分解調(diào)算法性能不夠理想。在分析GMSK信號(hào)特性的基礎(chǔ)上，提出一種帶判決反饋的1比特差分檢測(cè)算法。在對(duì)兩種解調(diào)算法進(jìn)行研究比較后對(duì)其進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明帶判決反饋的1比特差分檢測(cè)算法在滿足解調(diào)性能時(shí)獲得了3 dB的解調(diào)增益。最后使用VHDL語言在FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)了該算法，并已成功用于超短波電臺(tái)通信系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞： GMSK； 判決反饋； 差分解調(diào)； 信號(hào)特性分析

中圖分類號(hào)： TN924?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0001?04Abstract： In VHF radio communication， GMSK suffers from significant inter?symbol interference because of its symbols coherent. Since the traditional 1?bit differential demodulation algorithm of GMSK is not perfect， the 1?bit differential detection algorithm with decision feedback is presented based on the analysis of the GMSK signal characteristics. The two demodulation algorithms were simulated after comparing the two demodulation algorithms. Simulation results show that 1?bit differential detection algorithm with decision feedback obtains about 3 dB demodulation gain. This algorithm was implemented in FPGA by using VHDL language. It was applied to VHF radio communication succesfully.

Keywords： GMSK； decision feedback； differential demodulation； signal property analysis

0 引 言

MSK調(diào)制的突出優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)具有恒定的振幅及信號(hào)的功率譜在主瓣以外衰減較快。GMSK是在MSK調(diào)制器之前加入一個(gè)高斯低通濾波器[1]。GMSK信號(hào)功率譜特性好，在移動(dòng)通信及衛(wèi)星通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[2]。

GMSK信號(hào)的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)。由于非相干解調(diào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行載波恢復(fù)，有助于硬件電路的簡(jiǎn)化，特別適合GMSK信號(hào)的解調(diào)[3]。因此，針對(duì)GMSK信號(hào)的1比特差分解調(diào)，對(duì)帶判決反饋的1比特差分解調(diào)進(jìn)行了研究，隨后進(jìn)行了性能仿真比較，最后在FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)了帶判決反饋的1比特差分解調(diào)算法。

1 MSK信號(hào)和GMSK信號(hào)的產(chǎn)生

3.3 判決反饋1比特差分解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn)

在工程實(shí)踐中，考慮到數(shù)據(jù)計(jì)算量和FPGA實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，在進(jìn)行高斯濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，選取[BtT=]0.5，以降低計(jì)算量。由前節(jié)所述當(dāng)

在工程應(yīng)用中，GMSK解調(diào)算法由FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)需要注意浮點(diǎn)轉(zhuǎn)定點(diǎn)I/Q量化問題，中頻采用限幅帶通采樣的方案，則可認(rèn)為I/Q量化后幅度恒定，這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

本文在分析GMSK信號(hào)特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)1比特差分解調(diào)的符號(hào)間干擾問題，提出了帶反饋的1比特差分解調(diào)方法，并對(duì)兩種解調(diào)方式進(jìn)行了性能仿真，結(jié)果表明后者在滿足誤碼率要求下可以帶來3 dB的解調(diào)增益。最后在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了該算法，并成功應(yīng)用于VHF超短波電臺(tái)通信系統(tǒng)中，經(jīng)測(cè)試數(shù)據(jù)靈敏度達(dá)到理想水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，等.通信原理[M].5版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[2] LINZ A， HENDRICKSON A. Efficient implementation of an IQ GMSK modulator [J].IEEE Transactions on Circuits and Syetems H： Analog and Digital Signal Processing， 1996， 43（1）： 14?23.

[3] 馮超，楊晨.一種基于GSM?R的GMSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)方法的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與電子工程，2011，39（9）：157?160.

[4] GUPTA Subhashini， BHATIA Vikas， MANGAL L C. An efficient FPGA implementation of GMSK （BT=0.3） transceiver with non coherent sequence detection for tactical V/UHF waveforms [C]// 2012 National Conference on Communications. [S.l.]： [s.n.]， 2012： 1?5.

[5] NITIN BABU K M， VINAYMURTHI K K.GMSK modulator for GSM system an economical implementation on FPGA [C]// Proceedings of 2011 International Conference on Communications and Signal Processing. Calicut： IEEE， 2011： 208?212.

[6] 趙彥惠.基于相位累加實(shí)現(xiàn)GMSK調(diào)制的技術(shù)分析[J].無線電工程，2013，43（3）：20?23.

[7] SIMON M K， WANG C C. Differential detection of Gaussian MSK in mobile radio environment [J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 1984， 33（4）： 307?320.

[8] 郭梯云，楊家瑋，李建東.數(shù)字移動(dòng)通信[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[9] 王茂磊，張志恒，蔡凡.衛(wèi)星通信中GMSK信號(hào)的解調(diào)算法研究[J].中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)年刊，2012（33）：114?120.

[10] ABBS Y， DIMITRIOS M， KAMILO F. Differential detection of GMSK using decision feedback [J]. IEEE Transtations on Communications， 1988，36（6）： 641?649.

摘 要： 在超短波電臺(tái)通信中，由于GMSK調(diào)制算法前后碼元之間的相關(guān)性，碼元之間存在碼間串?dāng)_，傳統(tǒng)的GMSK 1比特差分解調(diào)算法性能不夠理想。在分析GMSK信號(hào)特性的基礎(chǔ)上，提出一種帶判決反饋的1比特差分檢測(cè)算法。在對(duì)兩種解調(diào)算法進(jìn)行研究比較后對(duì)其進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明帶判決反饋的1比特差分檢測(cè)算法在滿足解調(diào)性能時(shí)獲得了3 dB的解調(diào)增益。最后使用VHDL語言在FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)了該算法，并已成功用于超短波電臺(tái)通信系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞： GMSK； 判決反饋； 差分解調(diào)； 信號(hào)特性分析

中圖分類號(hào)： TN924?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0001?04Abstract： In VHF radio communication， GMSK suffers from significant inter?symbol interference because of its symbols coherent. Since the traditional 1?bit differential demodulation algorithm of GMSK is not perfect， the 1?bit differential detection algorithm with decision feedback is presented based on the analysis of the GMSK signal characteristics. The two demodulation algorithms were simulated after comparing the two demodulation algorithms. Simulation results show that 1?bit differential detection algorithm with decision feedback obtains about 3 dB demodulation gain. This algorithm was implemented in FPGA by using VHDL language. It was applied to VHF radio communication succesfully.

Keywords： GMSK； decision feedback； differential demodulation； signal property analysis

0 引 言

MSK調(diào)制的突出優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)具有恒定的振幅及信號(hào)的功率譜在主瓣以外衰減較快。GMSK是在MSK調(diào)制器之前加入一個(gè)高斯低通濾波器[1]。GMSK信號(hào)功率譜特性好，在移動(dòng)通信及衛(wèi)星通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[2]。

GMSK信號(hào)的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)。由于非相干解調(diào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行載波恢復(fù)，有助于硬件電路的簡(jiǎn)化，特別適合GMSK信號(hào)的解調(diào)[3]。因此，針對(duì)GMSK信號(hào)的1比特差分解調(diào)，對(duì)帶判決反饋的1比特差分解調(diào)進(jìn)行了研究，隨后進(jìn)行了性能仿真比較，最后在FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)了帶判決反饋的1比特差分解調(diào)算法。

1 MSK信號(hào)和GMSK信號(hào)的產(chǎn)生

3.3 判決反饋1比特差分解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn)

在工程實(shí)踐中，考慮到數(shù)據(jù)計(jì)算量和FPGA實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，在進(jìn)行高斯濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，選取[BtT=]0.5，以降低計(jì)算量。由前節(jié)所述當(dāng)

在工程應(yīng)用中，GMSK解調(diào)算法由FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)需要注意浮點(diǎn)轉(zhuǎn)定點(diǎn)I/Q量化問題，中頻采用限幅帶通采樣的方案，則可認(rèn)為I/Q量化后幅度恒定，這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

本文在分析GMSK信號(hào)特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)1比特差分解調(diào)的符號(hào)間干擾問題，提出了帶反饋的1比特差分解調(diào)方法，并對(duì)兩種解調(diào)方式進(jìn)行了性能仿真，結(jié)果表明后者在滿足誤碼率要求下可以帶來3 dB的解調(diào)增益。最后在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了該算法，并成功應(yīng)用于VHF超短波電臺(tái)通信系統(tǒng)中，經(jīng)測(cè)試數(shù)據(jù)靈敏度達(dá)到理想水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，等.通信原理[M].5版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[2] LINZ A， HENDRICKSON A. Efficient implementation of an IQ GMSK modulator [J].IEEE Transactions on Circuits and Syetems H： Analog and Digital Signal Processing， 1996， 43（1）： 14?23.

[3] 馮超，楊晨.一種基于GSM?R的GMSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)方法的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與電子工程，2011，39（9）：157?160.

[4] GUPTA Subhashini， BHATIA Vikas， MANGAL L C. An efficient FPGA implementation of GMSK （BT=0.3） transceiver with non coherent sequence detection for tactical V/UHF waveforms [C]// 2012 National Conference on Communications. [S.l.]： [s.n.]， 2012： 1?5.

[5] NITIN BABU K M， VINAYMURTHI K K.GMSK modulator for GSM system an economical implementation on FPGA [C]// Proceedings of 2011 International Conference on Communications and Signal Processing. Calicut： IEEE， 2011： 208?212.

[6] 趙彥惠.基于相位累加實(shí)現(xiàn)GMSK調(diào)制的技術(shù)分析[J].無線電工程，2013，43（3）：20?23.

[7] SIMON M K， WANG C C. Differential detection of Gaussian MSK in mobile radio environment [J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 1984， 33（4）： 307?320.

[8] 郭梯云，楊家瑋，李建東.數(shù)字移動(dòng)通信[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[9] 王茂磊，張志恒，蔡凡.衛(wèi)星通信中GMSK信號(hào)的解調(diào)算法研究[J].中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)年刊，2012（33）：114?120.

[10] ABBS Y， DIMITRIOS M， KAMILO F. Differential detection of GMSK using decision feedback [J]. IEEE Transtations on Communications， 1988，36（6）： 641?649.

摘 要： 在超短波電臺(tái)通信中，由于GMSK調(diào)制算法前后碼元之間的相關(guān)性，碼元之間存在碼間串?dāng)_，傳統(tǒng)的GMSK 1比特差分解調(diào)算法性能不夠理想。在分析GMSK信號(hào)特性的基礎(chǔ)上，提出一種帶判決反饋的1比特差分檢測(cè)算法。在對(duì)兩種解調(diào)算法進(jìn)行研究比較后對(duì)其進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明帶判決反饋的1比特差分檢測(cè)算法在滿足解調(diào)性能時(shí)獲得了3 dB的解調(diào)增益。最后使用VHDL語言在FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)了該算法，并已成功用于超短波電臺(tái)通信系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞： GMSK； 判決反饋； 差分解調(diào)； 信號(hào)特性分析

中圖分類號(hào)： TN924?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0001?04Abstract： In VHF radio communication， GMSK suffers from significant inter?symbol interference because of its symbols coherent. Since the traditional 1?bit differential demodulation algorithm of GMSK is not perfect， the 1?bit differential detection algorithm with decision feedback is presented based on the analysis of the GMSK signal characteristics. The two demodulation algorithms were simulated after comparing the two demodulation algorithms. Simulation results show that 1?bit differential detection algorithm with decision feedback obtains about 3 dB demodulation gain. This algorithm was implemented in FPGA by using VHDL language. It was applied to VHF radio communication succesfully.

Keywords： GMSK； decision feedback； differential demodulation； signal property analysis

0 引 言

MSK調(diào)制的突出優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)具有恒定的振幅及信號(hào)的功率譜在主瓣以外衰減較快。GMSK是在MSK調(diào)制器之前加入一個(gè)高斯低通濾波器[1]。GMSK信號(hào)功率譜特性好，在移動(dòng)通信及衛(wèi)星通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[2]。

GMSK信號(hào)的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)。由于非相干解調(diào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行載波恢復(fù)，有助于硬件電路的簡(jiǎn)化，特別適合GMSK信號(hào)的解調(diào)[3]。因此，針對(duì)GMSK信號(hào)的1比特差分解調(diào)，對(duì)帶判決反饋的1比特差分解調(diào)進(jìn)行了研究，隨后進(jìn)行了性能仿真比較，最后在FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)了帶判決反饋的1比特差分解調(diào)算法。

1 MSK信號(hào)和GMSK信號(hào)的產(chǎn)生

3.3 判決反饋1比特差分解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn)

在工程實(shí)踐中，考慮到數(shù)據(jù)計(jì)算量和FPGA實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，在進(jìn)行高斯濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，選取[BtT=]0.5，以降低計(jì)算量。由前節(jié)所述當(dāng)

在工程應(yīng)用中，GMSK解調(diào)算法由FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)需要注意浮點(diǎn)轉(zhuǎn)定點(diǎn)I/Q量化問題，中頻采用限幅帶通采樣的方案，則可認(rèn)為I/Q量化后幅度恒定，這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

本文在分析GMSK信號(hào)特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)1比特差分解調(diào)的符號(hào)間干擾問題，提出了帶反饋的1比特差分解調(diào)方法，并對(duì)兩種解調(diào)方式進(jìn)行了性能仿真，結(jié)果表明后者在滿足誤碼率要求下可以帶來3 dB的解調(diào)增益。最后在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了該算法，并成功應(yīng)用于VHF超短波電臺(tái)通信系統(tǒng)中，經(jīng)測(cè)試數(shù)據(jù)靈敏度達(dá)到理想水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，等.通信原理[M].5版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[2] LINZ A， HENDRICKSON A. Efficient implementation of an IQ GMSK modulator [J].IEEE Transactions on Circuits and Syetems H： Analog and Digital Signal Processing， 1996， 43（1）： 14?23.

[3] 馮超，楊晨.一種基于GSM?R的GMSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)方法的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與電子工程，2011，39（9）：157?160.

[4] GUPTA Subhashini， BHATIA Vikas， MANGAL L C. An efficient FPGA implementation of GMSK （BT=0.3） transceiver with non coherent sequence detection for tactical V/UHF waveforms [C]// 2012 National Conference on Communications. [S.l.]： [s.n.]， 2012： 1?5.

[5] NITIN BABU K M， VINAYMURTHI K K.GMSK modulator for GSM system an economical implementation on FPGA [C]// Proceedings of 2011 International Conference on Communications and Signal Processing. Calicut： IEEE， 2011： 208?212.

[6] 趙彥惠.基于相位累加實(shí)現(xiàn)GMSK調(diào)制的技術(shù)分析[J].無線電工程，2013，43（3）：20?23.

[7] SIMON M K， WANG C C. Differential detection of Gaussian MSK in mobile radio environment [J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 1984， 33（4）： 307?320.

[8] 郭梯云，楊家瑋，李建東.數(shù)字移動(dòng)通信[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[9] 王茂磊，張志恒，蔡凡.衛(wèi)星通信中GMSK信號(hào)的解調(diào)算法研究[J].中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)年刊，2012（33）：114?120.

[10] ABBS Y， DIMITRIOS M， KAMILO F. Differential detection of GMSK using decision feedback [J]. IEEE Transtations on Communications， 1988，36（6）： 641?649.