帶判決反饋的GMSK差分解調算法研究與實現

衛洪春　姜凱

摘 要： 在超短波電臺通信中，由于GMSK調制算法前后碼元之間的相關性，碼元之間存在碼間串擾，傳統的GMSK 1比特差分解調算法性能不夠理想。在分析GMSK信號特性的基礎上，提出一種帶判決反饋的1比特差分檢測算法。在對兩種解調算法進行研究比較后對其進行了仿真，仿真結果表明帶判決反饋的1比特差分檢測算法在滿足解調性能時獲得了3 dB的解調增益。最后使用VHDL語言在FPGA芯片中實現了該算法，并已成功用于超短波電臺通信系統中。

關鍵詞： GMSK； 判決反饋； 差分解調； 信號特性分析

中圖分類號： TN924?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0001?04Abstract： In VHF radio communication， GMSK suffers from significant inter?symbol interference because of its symbols coherent. Since the traditional 1?bit differential demodulation algorithm of GMSK is not perfect， the 1?bit differential detection algorithm with decision feedback is presented based on the analysis of the GMSK signal characteristics. The two demodulation algorithms were simulated after comparing the two demodulation algorithms. Simulation results show that 1?bit differential detection algorithm with decision feedback obtains about 3 dB demodulation gain. This algorithm was implemented in FPGA by using VHDL language. It was applied to VHF radio communication succesfully.

Keywords： GMSK； decision feedback； differential demodulation； signal property analysis

0 引 言

MSK調制的突出優點是信號具有恒定的振幅及信號的功率譜在主瓣以外衰減較快。GMSK是在MSK調制器之前加入一個高斯低通濾波器[1]。GMSK信號功率譜特性好，在移動通信及衛星通信系統中得到廣泛應用[2]。

GMSK信號的解調分為相干解調和非相干解調。由于非相干解調結構簡單，不需要進行載波恢復，有助于硬件電路的簡化，特別適合GMSK信號的解調[3]。因此，針對GMSK信號的1比特差分解調，對帶判決反饋的1比特差分解調進行了研究，隨后進行了性能仿真比較，最后在FPGA芯片中實現了帶判決反饋的1比特差分解調算法。

1 MSK信號和GMSK信號的產生

3.3 判決反饋1比特差分解調的FPGA實現

在工程實踐中，考慮到數據計算量和FPGA實現的復雜性，在進行高斯濾波器設計時，選取[BtT=]0.5，以降低計算量。由前節所述當

在工程應用中，GMSK解調算法由FPGA實現時需要注意浮點轉定點I/Q量化問題，中頻采用限幅帶通采樣的方案，則可認為I/Q量化后幅度恒定，這樣可以簡化設計。

4 結 論

本文在分析GMSK信號特性的基礎上，針對傳統1比特差分解調的符號間干擾問題，提出了帶反饋的1比特差分解調方法，并對兩種解調方式進行了性能仿真，結果表明后者在滿足誤碼率要求下可以帶來3 dB的解調增益。最后在FPGA芯片上實現了該算法，并成功應用于VHF超短波電臺通信系統中，經測試數據靈敏度達到理想水平。

參考文獻

[1] 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，等.通信原理[M].5版.北京：國防工業出版社，2005.

[2] LINZ A， HENDRICKSON A. Efficient implementation of an IQ GMSK modulator [J].IEEE Transactions on Circuits and Syetems H： Analog and Digital Signal Processing， 1996， 43（1）： 14?23.

[3] 馮超，楊晨.一種基于GSM?R的GMSK信號調制解調方法的實現[J].計算機與電子工程，2011，39（9）：157?160.

[4] GUPTA Subhashini， BHATIA Vikas， MANGAL L C. An efficient FPGA implementation of GMSK （BT=0.3） transceiver with non coherent sequence detection for tactical V/UHF waveforms [C]// 2012 National Conference on Communications. [S.l.]： [s.n.]， 2012： 1?5.

[5] NITIN BABU K M， VINAYMURTHI K K.GMSK modulator for GSM system an economical implementation on FPGA [C]// Proceedings of 2011 International Conference on Communications and Signal Processing. Calicut： IEEE， 2011： 208?212.

[6] 趙彥惠.基于相位累加實現GMSK調制的技術分析[J].無線電工程，2013，43（3）：20?23.

[7] SIMON M K， WANG C C. Differential detection of Gaussian MSK in mobile radio environment [J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 1984， 33（4）： 307?320.

[8] 郭梯云，楊家瑋，李建東.數字移動通信[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[9] 王茂磊，張志恒，蔡凡.衛星通信中GMSK信號的解調算法研究[J].中國科學院上海天文臺年刊，2012（33）：114?120.

[10] ABBS Y， DIMITRIOS M， KAMILO F. Differential detection of GMSK using decision feedback [J]. IEEE Transtations on Communications， 1988，36（6）： 641?649.

摘 要： 在超短波電臺通信中，由于GMSK調制算法前后碼元之間的相關性，碼元之間存在碼間串擾，傳統的GMSK 1比特差分解調算法性能不夠理想。在分析GMSK信號特性的基礎上，提出一種帶判決反饋的1比特差分檢測算法。在對兩種解調算法進行研究比較后對其進行了仿真，仿真結果表明帶判決反饋的1比特差分檢測算法在滿足解調性能時獲得了3 dB的解調增益。最后使用VHDL語言在FPGA芯片中實現了該算法，并已成功用于超短波電臺通信系統中。

關鍵詞： GMSK； 判決反饋； 差分解調； 信號特性分析

中圖分類號： TN924?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0001?04Abstract： In VHF radio communication， GMSK suffers from significant inter?symbol interference because of its symbols coherent. Since the traditional 1?bit differential demodulation algorithm of GMSK is not perfect， the 1?bit differential detection algorithm with decision feedback is presented based on the analysis of the GMSK signal characteristics. The two demodulation algorithms were simulated after comparing the two demodulation algorithms. Simulation results show that 1?bit differential detection algorithm with decision feedback obtains about 3 dB demodulation gain. This algorithm was implemented in FPGA by using VHDL language. It was applied to VHF radio communication succesfully.

Keywords： GMSK； decision feedback； differential demodulation； signal property analysis

0 引 言

MSK調制的突出優點是信號具有恒定的振幅及信號的功率譜在主瓣以外衰減較快。GMSK是在MSK調制器之前加入一個高斯低通濾波器[1]。GMSK信號功率譜特性好，在移動通信及衛星通信系統中得到廣泛應用[2]。

GMSK信號的解調分為相干解調和非相干解調。由于非相干解調結構簡單，不需要進行載波恢復，有助于硬件電路的簡化，特別適合GMSK信號的解調[3]。因此，針對GMSK信號的1比特差分解調，對帶判決反饋的1比特差分解調進行了研究，隨后進行了性能仿真比較，最后在FPGA芯片中實現了帶判決反饋的1比特差分解調算法。

1 MSK信號和GMSK信號的產生

3.3 判決反饋1比特差分解調的FPGA實現

在工程實踐中，考慮到數據計算量和FPGA實現的復雜性，在進行高斯濾波器設計時，選取[BtT=]0.5，以降低計算量。由前節所述當

在工程應用中，GMSK解調算法由FPGA實現時需要注意浮點轉定點I/Q量化問題，中頻采用限幅帶通采樣的方案，則可認為I/Q量化后幅度恒定，這樣可以簡化設計。

4 結 論

本文在分析GMSK信號特性的基礎上，針對傳統1比特差分解調的符號間干擾問題，提出了帶反饋的1比特差分解調方法，并對兩種解調方式進行了性能仿真，結果表明后者在滿足誤碼率要求下可以帶來3 dB的解調增益。最后在FPGA芯片上實現了該算法，并成功應用于VHF超短波電臺通信系統中，經測試數據靈敏度達到理想水平。

參考文獻

[1] 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，等.通信原理[M].5版.北京：國防工業出版社，2005.

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[3] 馮超，楊晨.一種基于GSM?R的GMSK信號調制解調方法的實現[J].計算機與電子工程，2011，39（9）：157?160.

[4] GUPTA Subhashini， BHATIA Vikas， MANGAL L C. An efficient FPGA implementation of GMSK （BT=0.3） transceiver with non coherent sequence detection for tactical V/UHF waveforms [C]// 2012 National Conference on Communications. [S.l.]： [s.n.]， 2012： 1?5.

[5] NITIN BABU K M， VINAYMURTHI K K.GMSK modulator for GSM system an economical implementation on FPGA [C]// Proceedings of 2011 International Conference on Communications and Signal Processing. Calicut： IEEE， 2011： 208?212.

[6] 趙彥惠.基于相位累加實現GMSK調制的技術分析[J].無線電工程，2013，43（3）：20?23.

[7] SIMON M K， WANG C C. Differential detection of Gaussian MSK in mobile radio environment [J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 1984， 33（4）： 307?320.

[8] 郭梯云，楊家瑋，李建東.數字移動通信[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[9] 王茂磊，張志恒，蔡凡.衛星通信中GMSK信號的解調算法研究[J].中國科學院上海天文臺年刊，2012（33）：114?120.

[10] ABBS Y， DIMITRIOS M， KAMILO F. Differential detection of GMSK using decision feedback [J]. IEEE Transtations on Communications， 1988，36（6）： 641?649.

摘 要： 在超短波電臺通信中，由于GMSK調制算法前后碼元之間的相關性，碼元之間存在碼間串擾，傳統的GMSK 1比特差分解調算法性能不夠理想。在分析GMSK信號特性的基礎上，提出一種帶判決反饋的1比特差分檢測算法。在對兩種解調算法進行研究比較后對其進行了仿真，仿真結果表明帶判決反饋的1比特差分檢測算法在滿足解調性能時獲得了3 dB的解調增益。最后使用VHDL語言在FPGA芯片中實現了該算法，并已成功用于超短波電臺通信系統中。

關鍵詞： GMSK； 判決反饋； 差分解調； 信號特性分析

中圖分類號： TN924?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0001?04Abstract： In VHF radio communication， GMSK suffers from significant inter?symbol interference because of its symbols coherent. Since the traditional 1?bit differential demodulation algorithm of GMSK is not perfect， the 1?bit differential detection algorithm with decision feedback is presented based on the analysis of the GMSK signal characteristics. The two demodulation algorithms were simulated after comparing the two demodulation algorithms. Simulation results show that 1?bit differential detection algorithm with decision feedback obtains about 3 dB demodulation gain. This algorithm was implemented in FPGA by using VHDL language. It was applied to VHF radio communication succesfully.

Keywords： GMSK； decision feedback； differential demodulation； signal property analysis

0 引 言

MSK調制的突出優點是信號具有恒定的振幅及信號的功率譜在主瓣以外衰減較快。GMSK是在MSK調制器之前加入一個高斯低通濾波器[1]。GMSK信號功率譜特性好，在移動通信及衛星通信系統中得到廣泛應用[2]。

GMSK信號的解調分為相干解調和非相干解調。由于非相干解調結構簡單，不需要進行載波恢復，有助于硬件電路的簡化，特別適合GMSK信號的解調[3]。因此，針對GMSK信號的1比特差分解調，對帶判決反饋的1比特差分解調進行了研究，隨后進行了性能仿真比較，最后在FPGA芯片中實現了帶判決反饋的1比特差分解調算法。

1 MSK信號和GMSK信號的產生

3.3 判決反饋1比特差分解調的FPGA實現

在工程實踐中，考慮到數據計算量和FPGA實現的復雜性，在進行高斯濾波器設計時，選取[BtT=]0.5，以降低計算量。由前節所述當

在工程應用中，GMSK解調算法由FPGA實現時需要注意浮點轉定點I/Q量化問題，中頻采用限幅帶通采樣的方案，則可認為I/Q量化后幅度恒定，這樣可以簡化設計。

4 結 論

本文在分析GMSK信號特性的基礎上，針對傳統1比特差分解調的符號間干擾問題，提出了帶反饋的1比特差分解調方法，并對兩種解調方式進行了性能仿真，結果表明后者在滿足誤碼率要求下可以帶來3 dB的解調增益。最后在FPGA芯片上實現了該算法，并成功應用于VHF超短波電臺通信系統中，經測試數據靈敏度達到理想水平。

參考文獻

[1] 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，等.通信原理[M].5版.北京：國防工業出版社，2005.

[2] LINZ A， HENDRICKSON A. Efficient implementation of an IQ GMSK modulator [J].IEEE Transactions on Circuits and Syetems H： Analog and Digital Signal Processing， 1996， 43（1）： 14?23.

[3] 馮超，楊晨.一種基于GSM?R的GMSK信號調制解調方法的實現[J].計算機與電子工程，2011，39（9）：157?160.

[4] GUPTA Subhashini， BHATIA Vikas， MANGAL L C. An efficient FPGA implementation of GMSK （BT=0.3） transceiver with non coherent sequence detection for tactical V/UHF waveforms [C]// 2012 National Conference on Communications. [S.l.]： [s.n.]， 2012： 1?5.

[5] NITIN BABU K M， VINAYMURTHI K K.GMSK modulator for GSM system an economical implementation on FPGA [C]// Proceedings of 2011 International Conference on Communications and Signal Processing. Calicut： IEEE， 2011： 208?212.

[6] 趙彥惠.基于相位累加實現GMSK調制的技術分析[J].無線電工程，2013，43（3）：20?23.

[7] SIMON M K， WANG C C. Differential detection of Gaussian MSK in mobile radio environment [J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 1984， 33（4）： 307?320.

[8] 郭梯云，楊家瑋，李建東.數字移動通信[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[9] 王茂磊，張志恒，蔡凡.衛星通信中GMSK信號的解調算法研究[J].中國科學院上海天文臺年刊，2012（33）：114?120.

[10] ABBS Y， DIMITRIOS M， KAMILO F. Differential detection of GMSK using decision feedback [J]. IEEE Transtations on Communications， 1988，36（6）： 641?649.