基于FPGA和CMX589A的GMSK調(diào)制器設(shè)計(jì)與實(shí)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(diào)制的特點(diǎn)，提出亍一種以FPGA和CMX589A為硬件裁體的GMSK調(diào)制器的設(shè)計(jì)方案，并給出了方案的具體實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、利用CMX589A實(shí)現(xiàn)的高斯濾波器、FPGA實(shí)現(xiàn)的調(diào)制指數(shù)為O．5的FM調(diào)制器以及控制器。對系統(tǒng)功能和性能測試結(jié)果表明，指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，工作穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞：GMSK；DDS；FM調(diào)制器；FPGA

l 引 言
由于GMSK調(diào)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(yán)格要求，因此成為GSM、ETS HiperLANl以及GPRS等系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方式。
目前GMSK調(diào)制技術(shù)主要有兩種實(shí)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(shí)現(xiàn)GMSK調(diào)制。這種實(shí)現(xiàn)方法的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單、基帶信號速率可控，但調(diào)制載波頻率固定，沒有可擴(kuò)展性。另外一種方法是利用軟件無線電思想采用正交調(diào)制的方法在FPGA和DSP平臺上實(shí)現(xiàn)。其中又包括兩種實(shí)現(xiàn)手段，一種是采用直接分解將單個(gè)脈沖的高斯濾波器響應(yīng)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(shí)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(yīng)基本軌跡存入ROM作為查找表，然后通過FM調(diào)制實(shí)現(xiàn)。這種利用軟件無線電思想實(shí)現(xiàn)GMSK調(diào)制的方法具有調(diào)制參數(shù)可變的優(yōu)點(diǎn)，但由于軟件設(shè)計(jì)中涉及到高斯低通濾波、相位積分和三角函數(shù)運(yùn)算，所以調(diào)制器參數(shù)更改困難、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。綜上所述，本文提出一種基于CMX589A和FPGA的GMSK調(diào)制器設(shè)計(jì)方案。與傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法比較具有實(shí)現(xiàn)簡單、調(diào)制參數(shù)方便可控和軟件剪裁容易等特點(diǎn)，適合于CDPD、無中心站等多種通信系統(tǒng)，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的硬件主要包括三部分：單片機(jī)控制器及其外圍擴(kuò)展鍵盤和液晶顯示模塊、高斯濾波器模塊，以及FPGA調(diào)制器模塊，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)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(shí)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(diào)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(diào)制器模塊；FPGA調(diào)制器模塊根據(jù)接收到A／D轉(zhuǎn)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(diào)制。
2．1 高斯濾波器模塊設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)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(jī)的P2口相連來控制濾波器的參數(shù)，其中ClkDivA、ClkDivB與外部時(shí)鐘配合共同決定高斯濾波器的基帶碼元速率，設(shè)置如表1所示。BT引腳控制高斯濾波器的系統(tǒng)帶寬，當(dāng)設(shè)置為“l(fā)”時(shí)，系統(tǒng)BT值為O．5；當(dāng)設(shè)置為“O”時(shí)，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(shè)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(diào)制的基帶碼元信號，同時(shí)給Tx Enable置高電平，通過TxOut就可以接收到高斯濾波基帶信號。