一種基于DDS的GMSK信號產生方法

2024年3月30日發(作者：牛字拼音)

信息通信　包可佳等：一種基于ＤＤＳ的ＱＭＳＫ信號產生方法　

‰（Ｉ）－￣ｏ　Ｏ　Ｓ　ｔ＜

．　

ＧＭＳＫ信號的產生分為模擬和數字兩種方式。模擬方式　

（３）　

采用模擬高斯濾波器和鎖相環電路來實現，其優點是電路簡　

單、功耗低，缺點是數據率及ＢＴｈ值固定，且電路容易受高低　

溫影響。數字方式其數據率可以在很寬的范圍內調整，且受　

高低溫影響小。數字方式產生一般又分為數字基帶調制電路＋　

正交上變頻電路和直接中頻信號調制電路，前者可產生頻率　

由于頻率是相位的導數，可令ｇ（ｔ）表示其頻率脈沖響應為：　

∞＝　＝　㈤　

可見，ＭＳＫ是一種矩形頻率脈沖的調制，其信號表達式　

為：　

較高的中頻信號，但電路結構復雜，對信號同步要求高，本論　

文主要研究直接中頻信號調制電路。　

中頻信號調制電路采用ＦＰＧＡ＋高速ＤＡ芯片或者高速　

ＤＤＳ芯片產生。高速ＤＡ芯片產生是基于軟件無線電思想，　

待調制的基帶信號通過高斯濾波器、ＭＳＫ調制器分解為Ｉ、Ｏ　

∞＝　僦（２　￡＋彘　ｌ嚷，‰Ｉ（ｆ）　，ｎｒｂ　ｓｔ＜（．＋Ｉ）Ｔ｝　

（５）　

ＧＭＳＫ信號是在ＭＳＫ調制信號之前加入一個高斯濾波　

器，這里要注意的是，高斯濾波器實際是對基帶信號進行高斯　

兩路正交信號，通過數字上變頻生成中頻信號的ＧＭＳＫ調制。　

在載波頻率較低條件下實現較為簡單。而當載波頻率較高時，　

為維持足夠高的采樣速率，基帶信號數據處理速度的提高，對　

ＦＰＧＡ的性能要求較高，對系統穩定性設計、印制板布線及芯　

片安裝工藝等都提出了很高的要求。　

ＤＤＳ芯片產生的信號穩定性較強，信號的模式較固定，一　

般用于產生點頻或者線性調頻信號，對于復雜信號的產生有　

定局限性。但近年來，專用的ＤＤＳ芯片的工作頻率越來越　

高，調制方式呈多樣化，技術成熟度較高，控制相對簡單且性　

一

濾波，即在調制到載波之前進行的，它并不會破壞調制信號的　

恒包絡特性，而非對ＭＳＫ信號在射頻上的高斯濾波，這種濾　

波會影響信號的恒包絡特性　。可以計算得出矩形頻率脈沖　

輸入高斯濾波器的頻率響應為：　

∞＝　∞?　去【口　一，））一口　．　墨ｔｓ∞　

（６）　

這里，Ｂ為低通濾波器的帶寬，Ｔ　為二進制碼元寬度，ｈ（Ｏ　

為高斯函數，Ｑ（ｘ）為高斯概率積分函數，即　

能穩定，系統設計成熟度和穩定度高，對于復雜調制信號來說，　

選用ＤＤＳ來實現也并非不可能。本論文中，利用了ＤＤＳ芯　

片的特定模式，產生中心頻率為２００ＭＨｚ，碼速率為１０Ｍｂ７　的　

ＧＭＳＫ調制信號。　

用ＤＤＳ芯片產生ＧＭＳＫ信號，難點在于高斯濾波器的　

ｈ（ｃ）拳　ｉｅ印（一　．　一－　ｌａ　２　

。　

（７）　

（８）　去唧（一　ｄｙ　

設計：普通二進制碼流經過高斯濾波器后生成頻率脈沖信號　

ｇ。　（ｔ）是雙邊無限擴展的，若以ＤＤＳ芯片寫控制字到指定寄　

經仿真，ｇ　（ｔ）的脈沖波形如圖１所示，采樣率為符號寬　

度的１００倍，分別取了ＢＴ　＝０．２５與ＢＴｂ＝Ｏ．５兩種波形，可以　

存器來定時更新頻率的點頻工作方式，受限于寫時鐘速率和　

看出，ＢＴｂ值越小，脈沖波形展開的就越寬，符號間干擾就越嚴　

重，但ｉ３Ｔ　值越大，頻譜所占用的寬度也越大，因此，選取合適　

的ＢＴ　值是很重要的，本論文選擇常用的ＢＴｂ＝Ｏ．５。　

寄存器的字長要求，更新速率最高只能達到ＭＨｚ量級，如需　

要產生１０Ｍｂ／ｓ碼率的信號，根據耐奎斯特采樣定理，至少需　

要２倍以上頻率更新率，顯然無法完成調制。由圖１可知，　

ＧＭＳＫ調制信號當ＢＴ　＝Ｏ．５時，對于單個符號的干擾僅來自　

于相鄰比特“　，就是說當前符號的頻率脈沖響應只取決于當前　

符號及其前后兩個符號，這三個比特決定了當前符號的頻率　

脈沖響應。總共８種波形即可表示出所有的情況。對于該類　

調制信號，ＤＤＳ芯片提供了一種ＲＡＭ方式的調制，可以把調　

制的波形信息事先存入ＲＡＭ中，通過查找表的方式對信號進　

行調頻，非常高效。　．　

２．２　ＧＭＳＫ信號實現　

圖ｌ　ＧＭＳＫ矩形頻率脈沖響應　

本論文中采用了ＡＤ公司的ＤＤＳ專用芯片ＡＤ９９ｔ０來實　

現該方法。ＡＤ９９１０集成了１４ｂｉｔ的＂ＤＡＣ，輸出信號最高達　

４００ＭＨｚ，頻率分辨率達０．２３Ｈｚ，并且擁有出色的ＳＦＤＲ（無雜　

．　

散動態范圍）和相位噪聲性能。其內部集成了１０２４ｘ　３２ｂｉｔ的　

ＲＡＭ用來存儲頻率、幅度和相位的控制字　。ＲＡＭ按照不同　

的地址區間可分成８個ｐｒｏｆｉｌｅ，每個ｐｒｏｆｉｌｅ可以分別配置起　

始和結束地址，調制模式以及地址步進的時間間隔△ｔ。在工作　

過程中，在系統時鐘ｆｓｙｓ的作用下，按照預定的配置參數自動　

２　ＧＭＳＫ調制方法及實現　

２．１　ＧＭＳＫ信號調制方法　

將式（１—６）代入式（１—５）即可得到ＧＭＳＫ調制信號的表達　

式，得出ＧＭＳＫ信號的調制原理圖如圖２所示，調制過程主要　

包括高斯濾波及載波頻率調制兩部分。　

完成地址步進，尋址對應的地址單位讀取相應的控制字并送　

入ＤＤＳ內核中。　　。

利用軟件Ｓｉｍｕｌｉｎｋ完成二進制碼高斯濾波過程，如圖　

３所示，并且通過仿真可得二進制數據經過高斯濾波器后產　

生的８種波形數據，如圖４所示，“０００”、“００１”……“１１１”分　

圖２　ＧＭＳＫ信號調制　

別表示這３位二進制數據經過高斯濾波后產生的波形。將