基于FPGA和CMX589A的GMSK調制器設計與實現(xiàn)

摘 要：GMSK信號具有很好的頻譜和功率特性，特別適用于功率受限和信道存在非線性、衰落以及多普勒頻移的移動突發(fā)通信系統(tǒng)。根據(jù)GMSK調制的特點，提出亍一種以FPGA和CMX589A為硬件裁體的GMSK調制器的設計方案，并給出了方案的具體實現(xiàn)，包括系統(tǒng)結構、利用CMX589A實現(xiàn)的高斯濾波器、FPGA實現(xiàn)的調制指數(shù)為O．5的FM調制器以及控制器。對系統(tǒng)功能和性能測試結果表明，指標符合設計要求，工作穩(wěn)定可靠。
關鍵詞：GMSK；DDS；FM調制器；FPGA

l 引 言
由于GMSK調制方式具有很好的功率頻譜特性，較優(yōu)的誤碼性能，能夠滿足移動通信環(huán)境下對鄰道干擾的嚴格要求，因此成為GSM、ETS HiperLANl以及GPRS等系統(tǒng)的標準調制方式。
目前GMSK調制技術主要有兩種實現(xiàn)方法，一種是利用GMSK ASIC專用芯片來完成，典型的產(chǎn)品如FX589或CMX909配合MC2833或FX019來實現(xiàn)GMSK調制。這種實現(xiàn)方法的特點是實現(xiàn)簡單、基帶信號速率可控，但調制載波頻率固定，沒有可擴展性。另外一種方法是利用軟件無線電思想采用正交調制的方法在FPGA和DSP平臺上實現(xiàn)。其中又包括兩種實現(xiàn)手段，一種是采用直接分解將單個脈沖的高斯濾波器響應積分分成暫態(tài)部分和穩(wěn)態(tài)部分，通過累加相位信息來實現(xiàn)；另一種采用頻率軌跡合成，通過采樣把高斯濾波器矩形脈沖響應基本軌跡存入ROM作為查找表，然后通過FM調制實現(xiàn)。這種利用軟件無線電思想實現(xiàn)GMSK調制的方法具有調制參數(shù)可變的優(yōu)點，但由于軟件設計中涉及到高斯低通濾波、相位積分和三角函數(shù)運算，所以調制器參數(shù)更改困難、實現(xiàn)復雜。綜上所述，本文提出一種基于CMX589A和FPGA的GMSK調制器設計方案。與傳統(tǒng)實現(xiàn)方法比較具有實現(xiàn)簡單、調制參數(shù)方便可控和軟件剪裁容易等特點，適合于CDPD、無中心站等多種通信系統(tǒng)，具有重要現(xiàn)實意義。

2 系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)的硬件主要包括三部分：單片機控制器及其外圍擴展鍵盤和液晶顯示模塊、高斯濾波器模塊，以及FPGA調制器模塊，系統(tǒng)硬件結構圖如圖1所示。

系統(tǒng)工作過程如下：系統(tǒng)加電后，F(xiàn)PGA完成初始化，LCD界面提示用戶輸入控制信息，同時系統(tǒng)輸出固定頻率的正弦載波，表明系統(tǒng)正常工作；用戶通過控制菜單的提示，從鍵盤輸入控制信息(例如基帶信號的碼元速率，高斯濾波器的系統(tǒng)參數(shù)，BT值以及調制器的載波頻率等)；控制信息通過主控制器發(fā)送給高斯濾波模塊及調制器模塊；FPGA調制器模塊根據(jù)接收到A／D轉換器的輸入信號的幅度值控制頻率字從而完成對于基帶信號的調制。
2．1 高斯濾波器模塊設計
高斯濾波器模塊采用CML公司生產(chǎn)的CMX589A專用集成芯片，具有較寬的基帶信號接收速率。在本設計中，為CMX589A提供兩種頻率的外部晶振，分別為25．576 MHz和8．192 MHz，通過跳線控制。CMX589A的控制引腳與單片機的P2口相連來控制濾波器的參數(shù)，其中ClkDivA、ClkDivB與外部時鐘配合共同決定高斯濾波器的基帶碼元速率，設置如表1所示。BT引腳控制高斯濾波器的系統(tǒng)帶寬，當設置為“l(fā)”時，系統(tǒng)BT值為O．5；當設置為“O”時，BT值為O．3。高斯濾波器的工作過程為：首先根據(jù)不同系統(tǒng)的需要來設置濾波器的基帶碼元速率和帶寬BT值，然后在Tx Data引腳接入需要調制的基帶碼元信號，同時給Tx Enable置高電平，通過TxOut就可以接收到高斯濾波基帶信號。