產(chǎn)生直擴msk信號的方法及轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種設(shè)及擴頻通信系統(tǒng)中的全數(shù)字調(diào)制器 設(shè)計，及一種產(chǎn)生直擴MSK信號裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 直擴MSK信號具有擴頻系統(tǒng)的低截獲性、多用戶隨機選址能力、抗干擾性能強等 優(yōu)點和最小頻移鍵控（Minimum Shift Keying, MSK)信號的包絡(luò)恒定、頻譜利用率高、能量 集中、旁瓣衰減快、帶外福射功率低、對非線性失真不敏感等優(yōu)點，在戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈、民用航空 地空數(shù)據(jù)鏈、導(dǎo)彈制導(dǎo)指令傳輸、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[000引直擴MSK信號通常采用正交并行雙通道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，比如文獻(xiàn)《化ip Timing Recovery in Digital Modems for Continuous-Phase CDMA Radio Communications》 (Filippo Giannetti, Marco Luise and Ruggero Reggiannini. Chip Timing Recovery in Digital Modems for Continuous-Phase CDMA Radio Communications[J]. IEEE Transactions On Communications, VOL. 43, NO 2/3/4, February/March/Aprill995:762 ~ 766.)就是用并行方式產(chǎn)生直擴MSK調(diào)制信號的，擴頻后的信號經(jīng)過串并變換分成兩路信 號，再分別進(jìn)行基帶成型和正交調(diào)制，兩路正交調(diào)制信號再合并成一路輸出，得到最終發(fā)送 的直擴MSK調(diào)制信號。在并行產(chǎn)生過程中，I、Q兩通道需保持嚴(yán)格的時間同步、幅度平衡及 相位正交，I、Q通道的不平衡會對擴頻通信系統(tǒng)的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，特別是在高數(shù)據(jù) 速率應(yīng)用場合，更難保證通信系統(tǒng)的誤碼率不受影響；另一方面，雙通道正交調(diào)制產(chǎn)生直擴 MSK信號，具有更大的硬件復(fù)雜度。所W，在高速率直擴系統(tǒng)中，采用并行方式產(chǎn)生直擴MSK 信號是較難實現(xiàn)的。
[0004] C. R. Ryan、A. R. Hambley等提出了 MSK信號的一種串行產(chǎn)生方法，將BPSK調(diào)制信 號通過轉(zhuǎn)換濾波器后，可W產(chǎn)生MSK調(diào)制信號，并在微波頻段設(shè)計出模擬轉(zhuǎn)換濾波器，實現(xiàn) 了 760Mbps傳輸速率的MSK調(diào)制解調(diào)器，但是，該種方式并不適合現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)。在現(xiàn) 代數(shù)字通信系統(tǒng)中，收發(fā)信機都是采用全數(shù)字調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，W適應(yīng)多速率、多業(yè)務(wù)、設(shè) 備高度集成化的需求，如何在數(shù)字域設(shè)計、實現(xiàn)轉(zhuǎn)換濾波器，成為直擴MSK信號串行產(chǎn)生方 法應(yīng)用于現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種新的、適用于全數(shù)字調(diào)制/解調(diào) 結(jié)構(gòu)的直擴MSK信號產(chǎn)生裝置，該裝置無需保持兩通道嚴(yán)格的時間同步、幅度平衡及相位 正交，系統(tǒng)的性能也得到很好的保持，避免了常規(guī)直擴MSK信號產(chǎn)生實現(xiàn)復(fù)雜、占用硬件資 源多、不適合高速數(shù)據(jù)傳輸要求等缺陷。
[0006] 本發(fā)明還提供一種產(chǎn)生直擴MSK信號的轉(zhuǎn)換濾波器的設(shè)計方法，使經(jīng)過BPSK調(diào)制 后的擴頻信號轉(zhuǎn)換為直擴MSK信號。
[0007] 一種產(chǎn)生直擴MSK信號的轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法，該轉(zhuǎn)換濾波器的輸入 信號為經(jīng)載波頻率為fi的BPSK調(diào)制器調(diào)制的擴頻信號，濾波器沖激響應(yīng)函數(shù)為
【主權(quán)項】
1. 一種產(chǎn)生直擴MSK信號的轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法，該轉(zhuǎn)換濾波器的輸入信號 為經(jīng)載波頻率為4的BPSK調(diào)制器調(diào)制的擴頻信號，轉(zhuǎn)換濾波器沖激響應(yīng)函數(shù)為
fo為直擴MSK信號的載波頻率，T。為擴頻 碼周期，其特征在于，以轉(zhuǎn)換濾波器功率譜密度函數(shù)為優(yōu)化對象，利用切比雪夫逼近的凸優(yōu) 化算法設(shè)計轉(zhuǎn)換濾波器，包括： 建立轉(zhuǎn)換濾波器的切比雪夫逼近的凸優(yōu)化模型； 確定頻率采樣點數(shù)，利用頻率采樣對轉(zhuǎn)換濾波器模型的半無界條件進(jìn)行估計； 解切比雪夫逼近的凸優(yōu)化模型，求解出功率譜密度函數(shù)； 選擇濾波器階數(shù)，計算轉(zhuǎn)換濾波器功率譜密度值，并根據(jù)均方誤差值判斷功率譜密度 值是否滿足設(shè)計要求； 若功率譜密度值滿足設(shè)計要求，對功率譜密度值采用譜因子分解法求得轉(zhuǎn)換濾波器的 系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生直擴MSK信號的轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法，其特征在于，轉(zhuǎn)換 濾波器設(shè)計的凸優(yōu)化模型
其中，sup為下確界；D(O)為給定的頻率響應(yīng)函數(shù)，R(O)為待優(yōu)化的功率譜密度函 數(shù)，ω為瞬時角頻率； 所述D(?)根據(jù)轉(zhuǎn)換濾波器的傳輸函 確定，其中 ω = ，f為直擴MSK信號的瞬時頻率，fs為采樣頻率，f ^為直擴MSK信號的載波頻率， T。為擴頻碼周期；
Γ 濾波器脈沖響應(yīng)系 數(shù)h(n)的自相關(guān)系數(shù)，Η(ω)為所設(shè)計的濾波器的頻率響應(yīng)，M為濾波器階數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生直擴MSK信號的轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法，其特征在于，利用 頻率采樣對轉(zhuǎn)化濾波器模型的半無界條件進(jìn)行估計，包括： 將角頻率ω = [〇，π ]進(jìn)彳丁米樣，得到一組頻率值O < ω # ω · · · < ω π， N為采樣點數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)生直擴MSK信號的轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法，其特征在于，采樣 點數(shù)N = 15M。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)生直擴MSK信號的轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法，其特征在于，設(shè)均 方誤差值ε
若ε <10-35,則R(?)滿足設(shè)計要求；否則重新選取濾波器階數(shù)M，直至均方誤差 ε < KT350
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生直擴MSK信號的轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法，其特征在于，對功 率譜密度值采用譜因子分解法求得轉(zhuǎn)換濾波器的系數(shù)，包括： 步驟1，設(shè)R(Z)的最小相位譜因子Z = eP，a(z)為實部，?φ)為 虛部，/ = #表示虛數(shù)單位，則
步驟2,公式（1)取實部得
步驟3，ak由公式（2)通過|l〇g/?(d的傅里葉系數(shù)求得，根據(jù)公式（3)重構(gòu)Smp(e>)
步驟4, Smp (e>)的傅里葉系數(shù)為所求濾波器脈沖響應(yīng)系數(shù)h (η)
7. -種基于權(quán)利要求1所設(shè)計的轉(zhuǎn)換濾波器產(chǎn)生直擴MSK信號的裝置，其特征在于，該 裝置采用串行單通道架構(gòu)產(chǎn)生直擴MSK信號，包括： 對原始信號進(jìn)行擴頻處理的擴頻器， 對擴頻后的信號進(jìn)行BPSK調(diào)制的BPSK調(diào)制器， 對調(diào)制后的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到離散域信號的轉(zhuǎn)換濾波器，及 對離散域信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生連續(xù)的直擴MSK信號的D/A轉(zhuǎn)換器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生直擴MSK信號的裝置，其特征在于，擴頻器對原始信號進(jìn) 行擴頻處理所選用的擴頻碼為偽隨機序列g(shù)old碼。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種產(chǎn)生直擴MSK信號的轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法，包括：建立轉(zhuǎn)換濾波器切比雪夫逼近的凸優(yōu)化模型；確定合適的頻率采樣點數(shù)，利用頻率采樣對轉(zhuǎn)換濾波器模型的半無界條件進(jìn)行估計；解切比雪夫逼近的凸優(yōu)化模型，求解出功率譜密度函數(shù)；選擇濾波器階數(shù)，計算轉(zhuǎn)換濾波器功率譜密度值，并根據(jù)均方誤差值判斷功率譜密度值是否滿足設(shè)計要求；若優(yōu)化出的功率譜密度函數(shù)滿足設(shè)計要求，對功率譜密度值采用譜因子分解法求得轉(zhuǎn)換濾波器的系數(shù)。本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)換濾波器設(shè)計方法具有更小的濾波器階數(shù)，轉(zhuǎn)換濾波器硬件實現(xiàn)占用資源更少。
【IPC分類】H03H17-02
【公開號】CN104639100
【申請?zhí)枴緾N201510075760
【發(fā)明人】朱唯唯, 劉杰, 張舒, 謝仁宏, 芮義斌, 李鵬, 郭山紅
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月12日