EDGE中8PSK調制的軟件實現

摘要：EDGE作為GSM增強數據速率演進系統，其關鍵技術之一是引入具有更高調制速率的8PSK調制。EDGE中8PSK調制不同于一般8PSK調制，它采用的脈沖成型濾波器是對GMSK進行Laurent分解獲得的線性GMSK脈沖，且采用硬件電路實現。硬件實現Laurent分解及成型濾波存在電路成本高、靈活性差、精度低、結構復雜等缺點。針對EDGE中硬件實現8PSK的這些缺點，提出一種易于軟件實現的數字信號處理算法。該算法利用正交調制實現方式與軟件無線電技術，可在通用編程硬件平臺上軟件實現8PSK調制，具有可移植性、易實現性、成本低等優點，可用于GSM增強數據速率演進系統中。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/ article/170159.htm

關鍵詞： EDGE；8PSK；軟件無線電；EVM

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.007

引言

在GSM（全球移動通信系統）蜂窩移動通信系統中，業務分語音業務與數據業務兩類。在無線傳輸中，不論語音業務還是數據業務都采用了GMSK（高斯最小頻移鍵控）的調制方式。GMSK調制具有恒包絡和帶外輻射小的優點，滿足了語音業務和一些低速數據業務的需求，但是它無法適應不斷發展的多媒體數據業務需求。EDGE（增強數據速率的GSM演進）是為了GSM向第三代移動通信系統過渡的通信標準，被稱為2.75G[1]。它的主要目的是提高數據的傳輸速率，實現2G到3G的平穩演進。因此，EDGE采用了比GMSK調制更高數據速率的8PSK調制，在符號速率保持不變的前提下，采用8PSK調制技術所能達到的數據傳輸速率是GMSK的4倍，可以充分滿足未來無線多媒體應用的數據業務需求[2]。

8PSK調制作為一種傳統的調制方式，被蜂窩移動通信采用還是第一次。現有的8PSK調制實現方法分為模擬實現和數字實現，如調相法和相位選擇法，一般都是硬件實現。這就造成靈活性差、成本高、調制精度不高、實現困難和結構復雜等問題，無法適應當前移動通信的要求。隨著現代工藝和器件的發展、特別是軟件無線電技術的發展，給8PSK調制的軟件實現創造了條件。利用軟件實現8PSK調制，體現了軟件無線電的靈活性和開放性。對于EDGE系統，8PSK調制的軟件實現只是修改和增加一些調制代碼，很容易實現，也可減低成本。本文重點研究一種適合EDGE系統8PSK調制的軟件實現方法。

8PSK調制原理

[3]。8PSK調制具有更高的數據速率和頻帶效率，圖1給出了3GPP協議實現的流程圖，其數據業務調制比特率為812.5kb/s，波特率為270.833kb/s[4]。di為輸入調制比特序列，x（t）為輸出調制后的8PSK射頻信號。di 進過符號映射輸出復數sk，再進過符號旋轉輸出復數rk，然后進過線性GMSK脈沖濾波輸出基帶信號y（t），再進過上變頻處理輸出8PSK的射頻調制信號x（t），其中下標i和k分別表示調制比特序號和調制波特序號。

8PSK調制比特是遵循Gray（格雷）碼的格式，其映射規律如下：

查表算法

EDGE系統的8PSK實現可采用查表算法，具體實現如圖3所示。實現算法前，要建立兩張數據表，幅度參數表與相位參數表。根據I、Q的遞推關系式中的參數k、i及當前的波特確定查表的地址，通過計算輸出I、Q數據。

圖中實現步驟說明如下：

a）初始化包括預先的的幅度參數表和相位參數表；

b）順序3個調制比特決定了調制參數，利用k與i決定符號旋轉參數，他們共同決定相位參數映射地址；

c）k與i可以確定幅度參數的起始位置及移位參數，可以決定幅度參數的映射地址；

d）參數遞推算法實現兩個功能，一是波特周期的5周期的移位疊加的參數控制；二是整個波特數的移位，即加1；

e）I、Q數據根據其遞推關系式生產。

性能分析

無論用DSP還是用FPGA實現8PSK調制的查表算法，都要對參數進行量化。這是由于c（i）為連續信號，以及cos（k）、sin（k）的取值精度不同。量化是實現8PSK調制性能指標的關鍵[7]。衡量信號調制的指標通常采用EVM（誤差矢量幅度）。EVM定義為誤差矢量平均功率與參考矢量平均功率比值的平方根。實際上，調制信號與參考信號在幅度、相位以及頻率上存在特定差異，這些差異在I/Q平面上表現為測量信號與參考信號星座點在幅度和相位上的差異。其中，相位、幅度差異是由發射機初始相位、頻率偏差、相位噪聲以及射頻通道增益變化造成的。因此去除頻偏和初始相位影響的測量信號與參考信號之間的誤差可以用I/Q平面上的誤差矢量來表示，如圖4所示。

圖4中，測量信號矢量與參考矢量之間的夾角即為相位誤差，它們之間的幅度差即為幅度誤差，它們之間的矢量差即為誤差矢量。EVM測量指標可以由下式計算產生：

本文分析了EDGE中8PSK實現原理，提出一種基于軟件無線電的實現方案。該方案在原EDGE系統中只需修改或增加一些軟件，沒有增加任何硬件和改變系統結構。因此，該方案具有高靈活性、易實現性、不增加成本等優點。在GSM的增強數據速率演進過程中，具很高的應用價值。