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首页基于DSP和RFASIC芯片的GFSK调制解调器
本文介绍了一种基于DSP和RFASIC芯片的GFSK正交调制解调器的设计和研制方案。回顾了传统的GFSK调制器的硬件实现方法,分析了GFSK正交调制器的基带构成,讨论了在SYSTEMVIEW平台下GFSK调制解调器的系统仿真,并将仿真算法用于TIVC5402 DSP,在子系统级RFASIC芯片U2793B和AD6459的硬件环境中,较好地实现了GFSK正交调制解调功能。
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基于基于DSP和和RFASIC芯片的芯片的GFSK调制解调器调制解调器
本文介绍了一种基于DSP和RFASIC芯片的GFSK正交调制解调器的设计和研制方案。回顾了传统的GFSK调制
器的硬件实现方法,分析了GFSK正交调制器的基带构成,讨论了在SYSTEMVIEW平台下GFSK调制解调器的系统
仿真,并将仿真算法用于TIVC5402 DSP,在子系统级RFASIC芯片U2793B和AD6459的硬件环境中,较好地实现了
GFSK正交调制解调功能。
1 引言
随着软件无线电理论和高速数字信号处理技术的发展,用DSP/FPGA器件实现各种无线通信中的模拟和数字调制解调正在成为
相关产品研发的主流,并且有逐步取代专用芯片的趋势。毋庸置疑,数字器件较之模拟器件有其独特的优势。比如,在以往的
GFSK调制解调器中,要严格控制高斯滤波器的BT积和调频器的调制系数,并不是一件很简单的事,而在DSP/FPGA软件平台上,
则是轻而易举的。本文介绍了一种基于TIVC5402 DSP的GFSK基带信号处理器的设计,并在子系统级RFASIC芯片U2793B和
AD6459硬件支持下,实现了GFSK的调制解调功能和技术指标要求。
2 传统的GFSK调制解调器概述
从调制原理上来看,GFSK(高斯频移键控)调制是把输入数据经高斯低通滤波器预调制滤波后,再进行FSK调制的数字调制方式。
它在保持恒定幅度的同时,能够通过改变高斯低通滤波器的3dB带宽对已调信号的频谱进行控制,具有恒幅包络、功率谱集中、
频谱较窄等无线通信系统所希望的特性。因此,GFSK调制解调技术被广泛地应用在移动通信、航空与航海通信等诸多领域中。
从实现的方式上来看,GFSK调制可以分为直接调制和正交调制2种方式。直接调制是将数字信号经过高斯低通滤波后,直接对射
频载波进行模拟调频。当调频器的调制指数等于0.5,它就是熟知的GMSK(高斯最小频移键控)调制,因此GMSK调制可以看成是
GFSK调制的一个特例。而在有的文献中,称具有不同BT积和调制指数的GFSK调制方式为GMSK/FM,这实际上是注意到了当调
制指数不等于0.5时,该方式不能称为GMSK这一事实。
直接调制法虽然简单,但由于通常调制信号都是加在PLL频率合成器的VCO上,其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分
量受到损失。因此,为了得到较为理想的GFSK调制特性,提出了一种称为两点调制的直接调频技术。在这种技术中,调制信号被
分成2部分,一部分按常规的调频法加在PLL的VCO端,另一部分则加在PLL的主振荡器一端。由于主振荡器不在控制反馈环内,它
能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK信号具有可以扩展到直流的频谱特性,且调制灵敏度基本上为一常量,
不受环路带宽的影响。但是,两点调制增加了GFSK调制指数控制的难度。
正交调制则是一种间接调制的方法。该方法将数字信号进行高斯低通滤波并作适当的相位积分运算后,分成同相和正交两部分,
分别对载波的同相和正交分量相乘,再合成GFSK信号。相对而言,这种方法物理概念清晰,也避免了直接调制时信号频谱特性的
损害。另一方面,GFSK参数控制可以在一个带有标定因子的高斯滤波器中实现,而不受后续调频电路的影响,因而参数的控制要
简单一些。正因为如此,GFSK正交调制解调器的基带信号处理特别适合于用数字方法实现。
成熟的GFSK ASIC芯片早已问世。典型的产品有CML Microcircuits公司的FX589和FX019,前者是一个可由微处理器控制的全
双工数字同步高斯低通滤波器,而后者是一个可用于实现两点调制的数控正交放大器阵列。通常,合理地使用这两种芯片,可以研
制出满足一定要求的GFSK基带信号处理电路,但GFSK的参数不能随意设定。可用于正交调制解调的ASIC专用芯片有TEMIC
Semiconductors公司的U2793B和AD公司的AD6459,它们分别是频率高达300MHz的RF差分输入正交调制器和500MHz的RF
差分输入正交解调器子系统级芯片。通过适当地选择这些专用芯片,可以在较短的时间内,用较低的成本实现较高的GFSK调制
解调器产品性能要求。
考虑到上述因素,本文设计的GFSK调制解调器综合了数字技术和模拟技术的优点,通过DSP器件及其算法实现GFSK基带信号
处理,而用U2793B和AD6459实现正交调制和解调功能。
3 GFSK正交调制器的基带子系统构成
类似于文献7的表述,GFSK信号的数学表达式可以写为
式中,m为调制指数,当m=0.5时就是GMSK调制;αn为输入不归零的双极性数据信号码元,T为信号码元周期,h(t)为预调制高斯低
通滤波器的冲激响应:
式中,B为高斯低通滤波器的3dB带宽。















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