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(diào)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(diào)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(diào)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(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)制實現(xiàn)。這種利用軟件無線電思想實現(xiàn)GMSK調(diào)制的方法具有調(diào)制參數(shù)可變的優(yōu)點，但由于軟件 設(shè)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(diào)制器參數(shù)更改困難、實現(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)計方案。與傳統(tǒng)實現(xiàn)方法比較具有實現(xiàn)簡單、調(diào)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。
1系統(tǒng)硬件設(shè)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(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。
1.1 高斯濾波器模塊設(shè)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(shè)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(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，系統(tǒng)BT值為O.5;當(dāng)設(shè)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(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，同時給Tx Enable置高電平，通過TxOut就可以接收到高斯濾波基帶信號。
1.2 調(diào)制指數(shù)為O.5的FM發(fā)射機設(shè)計
調(diào)頻發(fā)射機由FPGA配合A/D、D/A來實現(xiàn)。FPGA選用Cyclone系列EPlC6Q240C8，它是采用SRAM工藝制造的混合低電壓FPGA 芯片。A/D采用TI公司生產(chǎn)的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC5510，D/A則采用10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器THS5651A，用以完成高速率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。調(diào)頻發(fā)射機的系 統(tǒng)時鐘為20 MHz，同時提供給D/A THS565lA作為轉(zhuǎn)換時鐘。A/D轉(zhuǎn)換時鐘由FPGA提供，系統(tǒng)時鐘經(jīng)過分頻提供給A/D轉(zhuǎn)換器1 MHz的工作時鐘。同時單片機的P3口通過2 b的頻率控制位與1 b的“使能”控制位與FPGA相連來控制調(diào)制器的4種中心頻率，分別為20 kHz，200 kHz，2 MHz和20 MHz，中心頻率設(shè)置如表2所示。當(dāng)載波的中心頻率設(shè)置為20 MHz的時候，系統(tǒng)工作時鐘需要通過FPGA內(nèi)部的PLL倍頻實現(xiàn)。
1.3 單片機控制器設(shè)計
控制器采用AT89C51單片機，外擴LCD，4*4矩陣鍵盤，并通過接口與單片機的P0和P1相連，單片機的P2口與高斯濾波器的控制線相連，P3口與FPGA相連控制發(fā)射機的中心頻率。
鍵盤處理及LCD顯示模塊：利用鍵盤實現(xiàn)人機接口，該模塊包括鍵盤的掃描、去抖、連擊以及功能鍵的信號處理。用戶根據(jù)需要來調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，并通過與LCD顯示器的結(jié)合來顯示當(dāng)前調(diào)制信號的各種參數(shù)，從而使系統(tǒng)更具可操作性。
功能參數(shù)設(shè)置模塊：此模塊負(fù)責(zé)處理鍵盤的輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶指令選擇相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)(例如基帶信號的碼元速率、FM調(diào)制器的中心頻率等)。表3表示在高斯濾波器模塊工作時鐘為8.192 MHz時，單片機控制濾波器系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)的軟件編程主要包括兩部分：單片機控制模塊和FPGA實現(xiàn)調(diào)制指數(shù)為O.5的FM調(diào)制器模塊。系統(tǒng)的軟件流程圖如圖2所示。
2.1 單片機軟件設(shè)計
控制模塊主要包括擴展矩陣鍵盤、LCD液晶顯示、調(diào)制器參數(shù)控制。
單片機控制器的系統(tǒng)工作過程如下：
單片機初始化，LCD顯示開始菜單，包括“高斯濾波器參數(shù)設(shè)置”和“FM調(diào)制器參數(shù)設(shè)置”兩個選項;
進入“高斯濾波器參數(shù)設(shè)置”子菜單，包括“系統(tǒng)帶寬設(shè)置”和“基帶碼元速率設(shè)置”，分別可以設(shè)置2種不同的濾波器帶寬和8種基帶碼元速率，單片機根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置在P2端口輸出控制信息;
進入“調(diào)制器參數(shù)設(shè)置”的子菜單以設(shè)置“調(diào)制載波的中心頻率”，可以設(shè)定四種不同的載波中心頻率，并通過單片機P3口控制FPGA的調(diào)制載波的中心頻率。
