实现FPGA上实现GMSK通信系统使用分布式算法

Anupama B R¹,M C Chandrashekhar²博士和M Z库里³

PG学生[DE],部门一分为三,SSIT, Maralur Tumkur,卡纳塔克邦,印度
助理教授,部门建设、SSIT Maralur, Tumkur,卡纳塔克邦,印度
院长和煤斗、部门建设、SSIT Maralur Tumkur,卡纳塔克邦,印度

文摘

预先调制方法之一是最小移键控(MSK),但它可能造成显然,延长了很长一段路的载体,使干扰相邻通道和任何无线电通信链接,可以使用它们。为了避免干扰高斯最小移键控实现GMSK调制方案是使用在这个项目中,输入过滤之前使用高斯滤波器调制,需要大量的资源来实现FPGA。利用Xilinx FPGA查找表的架构、分布式算法(DA)是用于实现高斯滤波器,算法执行乘法与查表方法。低功耗,高光谱高效的通信系统。调制是使用离散频率合成器(DFS),少乘法器结构,利用更少的资源在FPGA上。

关键字

实现GMSK MSK, FPGA,哒,DFS

介绍

在无线通信系统中,它必须有系统设计,满足延迟减少,面积优化和功率效率,使用可用的资源和成本越少,所以可以使用FPGA来实现系统设计满足所有这些标准。调制和解调是通信中最重要的方面,所以必须选择一个有效的方法来实现。占用更少的带宽和功率的技术之一,高斯最小移键控调制方案(实现GMSK)[1]中使用的项目,它也有优点能够携带数字调制,同时有效地使用频谱和没有显然的向外扩展的主要载体,因此没有干扰到其他无线电通讯系统使用附近的通道。实现GMSK来源于连续相频移键控法(CPFSKM)通过选择最低可能的频率偏移和过滤的基带调制信号与高斯滤波器。所有这些都是要做以减少信号的频谱宽度。

实现所有这些标准通信系统需要大的FPGA资源,减少该地区在现场可编程门阵列(FPGA),分布式算法或分布式算术算法(DA)使用。达是一个执行乘法的计算算法与基于查找方案,这是灵感来自Xilinx FPGA查找表结构的潜力。DA专门针对产品的总和计算覆盖的许多重要的DSP过滤和频率转换功能。这样的优势实现GMSK调制方法可以利用无线通信的应用,如GSM和边缘技术等模块(发射机和接收机)是描述使用硬件描述语言(VHDL)和斯巴达3 e上的FPGA实现。

只有少数已知实现这种系统的FPGA [1] [2] [3] [4]。这个设计非常有用的未来发展,整个系统模块化开发的块相互连接的[1],使用输入和输出控制信号。图1.1显示了发射机框图,输入给高斯滤波器romoves声音和避免其他信号干扰。高斯滤波器的输出通过调制,离散Frequecny合成器(DFS)调节传入的二进制数据,生成两个不同的载波频率为„0 A¢和„1 A¢。生成的载波信号频率增加使用级联积分梳(CIC)过滤器,充当upsampler发射机部分,以避免混叠效应。最后tansmitter部分将信号发送给接收方。

图1.2显示了接收机的框图。CIC滤波器减少了接收信号的采样率。从民主党调频可以获得数字数据传输回到DFS比较输入信号与两种不同的载波频率和识别数字信号„0 A¢或„1 A¢。

分布式算法

分布式算法或分布式算术(DA)在嵌入DSP功能中扮演着重要的角色在Xilinx FPGA的4000系列设备。分布式算术,连同模运算,计算执行乘法的算法使用基于查表的方法。DA专门针对产品的总和(也称为向量点积)计算覆盖的许多重要的DSP过滤和频率转换功能。算术求和的产品定义响应的线性、时不变网络可以表示为

正义与发展党= k输入变量的权重因子对所有n是恒定的,因此它仍是定常。

Ak,滤波器系数,高斯系数被认为是和xk,,从之前的变量样本单一的数据源(例如,从模拟到数字转换器输出)。频率转换方法是否离散傅里叶快速傅里叶变换,常量是正弦或余弦基函数和变量的样本块单一数据源。可以找到多个数据源使用图像处理。从方程1可以观察到一个单一的输出响应需要K产品方面的积累。使用DA方法的总结产品条款被查表程序,很容易在Xilinx中实现可配置逻辑块(CLB)查表架构。

的数字格式2中定义的变量是一个¢补充,部分——定点微处理器的一种标准实践以一定数量的增长在乘法。微处理器不断Ak的情况下,不需要限制,也不需要与单词长度的数据。的常数可能混合格式整数和分数。变量xk,可能写的部分格式如公式2所示。

括号中的每个词代表一个二进制和操作涉及的输入变量和所有的滤波器系数和迹象表示算术求和操作。指数项的贡献比例表示将对总额。构造查表,可以解决由同一比例的所有的输入变量,可以访问每一对括号内条件的总和。这样的表图2.1所示,因此称为分布式算术查表或DALUT。算术操作现在已经减少到只是一个加法,减法,和二进制扩展。

离散频率合成器

数字频率合成器用于生成正弦波采样在许多DSP任务。DFS的优势,其输出频率,相位和振幅可以精确、快速的控制。DFS也有能力与非常好的频率和相位分辨率和频率之间的快速“跳”。所有这些特点使这种技术在雷达、军事和通讯系统。有不同的方法可以产生正弦波,广受欢迎的技术之一是CORDIC算法[5],它使用一个迭代计算方法产生正弦波。但将生成电路复杂性和扭曲,当使用的内存压缩以及迦南¢t改变载波频率一旦itA¢s定义。

DFS的简化形式是图3.1所示由相位累加器和一个相位幅度转换器(通常一个正弦ROM) [14]。相位累加器产生一个线性增长阶段的价值。每个值相位累加器的输出转换为近似正弦振幅phase-to-sine幅度转换器,实现使用只读存储器(ROM)是一个查找表,将数字相位信息转换成一个正弦波的值。DFS的光谱纯度是通过正弦表的值存储在ROM。因此,可以增加ROM的决议。但随着罗存储增加了能耗较高,较低的速度和成本大大增加。

最基本的压缩存储技术只有π/ 2弧度的正弦波信息和生成罗样品2π的全面利用正弦函数的对称四分之一波长。查表容量减少了额外的逻辑,这是必要的生成累加器的补充和查表的输出。这两个最重要的比特用于解码象限,其余k-2比特用于解决一个象限正弦表查找。最重要的一点确定是否增加或减少振幅。蓄电池的输出”是“用于第一和第三象限。位必须补充这样的锯齿状的斜率是倒第二和第四象限。图3.1所示,在采样波形查找表的输出是一个全波整流的版本所需的正弦波。最终的输出正弦波然后生成的全波整流版本乘以1,当相位之间的π2π。

生成两个不同的载波频率调制的比特„0 A¢和„1 A¢。在接收机接收到的频率是一部分确定获取数字数据使用相同的DFS架构。

实现结果

高斯滤波器是使用分布式算法实现发射机部分,作为一个低通滤波器,以避免干扰到其他频道提供multiplierless结构,因此在FPGA占用更少的资源,通过使用Xilinx可配置逻辑块(CLB)查表架构。DFS架构是用于执行通信系统的调制与解调。表1显示了资源利用率和图4.1显示了整个通信系统的仿真结果。

优势

频谱效率,没有干扰的信号是由于高斯滤波器实现的。分布式算法& DFSA¢年代少乘法器结构架构给更少的代码复杂性、低功耗和面积效率可以达到。

结论

为了避免干扰信号的高斯滤波器实现使用DA调制之前,执行乘法使用基于查表的方法,使用更少的操作,因此减少了延迟,区域优化与高功率效率。

引用

胡安费利佩•梅迪纳李的学生。胡安Felipe Patarroyo黑山的学生。卡特琳娜穆尼奥斯Morales”,实现FPGA实现GMSK通信系统的“电路与系统(LASCAS), 2011年IEEE第二个拉丁美洲的研讨会。
伯灵顿,地下水面科普兰”,实现GMSK调制器使用discriminator-basedΔΣ频率合成器”,IEEE固态电路学报,36卷,第1227 - 1218页,2001年8月。
Vankka, J。,Honkanen, M., Halonen, K.A.I., “A multicarrier GMSK modulator”, IEEE journal of selected areas in communications, vol. 19, pp. 1070 - 1079, Jun 2001.
Jouko Vankka Jaakko Pyykonen,约翰Sommarek,毛里Honkanen, Kari ai哈洛宁,“一个多载波与芯片上的D / A转换器实现GMSK调制器基站,IEEE杂志固态电路,37卷,2002年10月10号。
r . Andraka”调查CORDIC算法的基于FPGA的计算机”,Andraka咨询集团公司,1998年,北金斯顿。