产生直扩msk信号的方法及转换滤波器设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及数字通信技术领域，特别是一种设及扩频通信系统中的全数字调制器 设计，及一种产生直扩MSK信号装置。
【背景技术】
[0002] 直扩MSK信号具有扩频系统的低截获性、多用户随机选址能力、抗干扰性能强等 优点和最小频移键控（Minimum Shift Keying, MSK)信号的包络恒定、频谱利用率高、能量 集中、旁瓣衰减快、带外福射功率低、对非线性失真不敏感等优点，在战术数据链、民用航空 地空数据链、导弹制导指令传输、卫星通信等领域得到了广泛应用。
[000引直扩MSK信号通常采用正交并行双通道结构产生，比如文献《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.)就是用并行方式产生直扩MSK调制信号的，扩频后的信号经过串并变换分成两路信 号，再分别进行基带成型和正交调制，两路正交调制信号再合并成一路输出，得到最终发送 的直扩MSK调制信号。在并行产生过程中，I、Q两通道需保持严格的时间同步、幅度平衡及 相位正交，I、Q通道的不平衡会对扩频通信系统的性能产生严重的影响，特别是在高数据 速率应用场合，更难保证通信系统的误码率不受影响；另一方面，双通道正交调制产生直扩 MSK信号，具有更大的硬件复杂度。所W，在高速率直扩系统中，采用并行方式产生直扩MSK 信号是较难实现的。
[0004] C. R. Ryan、A. R. Hambley等提出了 MSK信号的一种串行产生方法，将BPSK调制信 号通过转换滤波器后，可W产生MSK调制信号，并在微波频段设计出模拟转换滤波器，实现 了 760Mbps传输速率的MSK调制解调器，但是，该种方式并不适合现代数字通信系统。在现 代数字通信系统中，收发信机都是采用全数字调制/解调技术，W适应多速率、多业务、设 备高度集成化的需求，如何在数字域设计、实现转换滤波器，成为直扩MSK信号串行产生方 法应用于现代数字通信系统的关键技术。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种新的、适用于全数字调制/解调 结构的直扩MSK信号产生装置，该装置无需保持两通道严格的时间同步、幅度平衡及相位 正交，系统的性能也得到很好的保持，避免了常规直扩MSK信号产生实现复杂、占用硬件资 源多、不适合高速数据传输要求等缺陷。
[0006] 本发明还提供一种产生直扩MSK信号的转换滤波器的设计方法，使经过BPSK调制 后的扩频信号转换为直扩MSK信号。
[0007] 一种产生直扩MSK信号的转换滤波器设计方法，该转换滤波器的输入 信号为经载波频率为fi的BPSK调制器调制的扩频信号，滤波器冲激响应函数为
【主权项】
1. 一种产生直扩MSK信号的转换滤波器设计方法，该转换滤波器的输入信号 为经载波频率为4的BPSK调制器调制的扩频信号，转换滤波器冲激响应函数为
fo为直扩MSK信号的载波频率，T。为扩频 码周期，其特征在于，以转换滤波器功率谱密度函数为优化对象，利用切比雪夫逼近的凸优 化算法设计转换滤波器，包括： 建立转换滤波器的切比雪夫逼近的凸优化模型； 确定频率采样点数，利用频率采样对转换滤波器模型的半无界条件进行估计； 解切比雪夫逼近的凸优化模型，求解出功率谱密度函数； 选择滤波器阶数，计算转换滤波器功率谱密度值，并根据均方误差值判断功率谱密度 值是否满足设计要求； 若功率谱密度值满足设计要求，对功率谱密度值采用谱因子分解法求得转换滤波器的 系数。
2. 根据权利要求1所述的产生直扩MSK信号的转换滤波器设计方法，其特征在于，转换 滤波器设计的凸优化模型
其中，sup为下确界；D(O)为给定的频率响应函数，R(O)为待优化的功率谱密度函 数，ω为瞬时角频率； 所述D(?)根据转换滤波器的传输函 确定，其中 ω = ，f为直扩MSK信号的瞬时频率，fs为采样频率，f ^为直扩MSK信号的载波频率， T。为扩频码周期；
Γ 滤波器脉冲响应系 数h(n)的自相关系数，Η(ω)为所设计的滤波器的频率响应，M为滤波器阶数。
3. 根据权利要求2所述的产生直扩MSK信号的转换滤波器设计方法，其特征在于，利用 频率采样对转化滤波器模型的半无界条件进行估计，包括： 将角频率ω = [〇，π ]进彳丁米样，得到一组频率值O < ω # ω · · · < ω π， N为采样点数。
4. 根据权利要求3所述的产生直扩MSK信号的转换滤波器设计方法，其特征在于，采样 点数N = 15M。
5. 根据权利要求3所述的产生直扩MSK信号的转换滤波器设计方法，其特征在于，设均 方误差值ε
若ε <10-35,则R(?)满足设计要求；否则重新选取滤波器阶数M，直至均方误差 ε < KT350
6. 根据权利要求1所述的产生直扩MSK信号的转换滤波器设计方法，其特征在于，对功 率谱密度值采用谱因子分解法求得转换滤波器的系数，包括： 步骤1，设R(Z)的最小相位谱因子Z = eP，a(z)为实部，?φ)为 虚部，/ = #表示虚数单位，则
步骤2,公式（1)取实部得
步骤3，ak由公式（2)通过|l〇g/?(d的傅里叶系数求得，根据公式（3)重构Smp(e>)
步骤4, Smp (e>)的傅里叶系数为所求滤波器脉冲响应系数h (η)
7. -种基于权利要求1所设计的转换滤波器产生直扩MSK信号的装置，其特征在于，该 装置采用串行单通道架构产生直扩MSK信号，包括： 对原始信号进行扩频处理的扩频器， 对扩频后的信号进行BPSK调制的BPSK调制器， 对调制后的信号进行转换得到离散域信号的转换滤波器，及 对离散域信号进行数模转换产生连续的直扩MSK信号的D/A转换器。
8. 根据权利要求1所述的产生直扩MSK信号的装置，其特征在于，扩频器对原始信号进 行扩频处理所选用的扩频码为伪随机序列gold码。
【专利摘要】本发明提供一种产生直扩MSK信号的转换滤波器设计方法，包括：建立转换滤波器切比雪夫逼近的凸优化模型；确定合适的频率采样点数，利用频率采样对转换滤波器模型的半无界条件进行估计；解切比雪夫逼近的凸优化模型，求解出功率谱密度函数；选择滤波器阶数，计算转换滤波器功率谱密度值，并根据均方误差值判断功率谱密度值是否满足设计要求；若优化出的功率谱密度函数满足设计要求，对功率谱密度值采用谱因子分解法求得转换滤波器的系数。本发明提供的转换滤波器设计方法具有更小的滤波器阶数，转换滤波器硬件实现占用资源更少。
【IPC分类】H03H17-02
【公开号】CN104639100
【申请号】CN201510075760
【发明人】朱唯唯, 刘杰, 张舒, 谢仁宏, 芮义斌, 李鹏, 郭山红
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月12日