EDGE中8PSK调制的软件实现

摘要：EDGE作为GSM增强数据速率演进系统，其关键技术之一是引入具有更高调制速率的8PSK调制。EDGE中8PSK调制不同于一般8PSK调制，它采用的脉冲成型滤波器是对GMSK进行Laurent分解获得的线性GMSK脉冲，且采用硬件电路实现。硬件实现Laurent分解及成型滤波存在电路成本高、灵活性差、精度低、结构复杂等缺点。针对EDGE中硬件实现8PSK的这些缺点，提出一种易于软件实现的数字信号处理算法。该算法利用正交调制实现方式与软件无线电技术，可在通用编程硬件平台上软件实现8PSK调制，具有可移植性、易实现性、成本低等优点，可用于GSM增强数据速率演进系统中。

引言

在GSM(全球移动通信系统)蜂窝移动通信系统中，业务分语音业务与数据业务两类。在无线传输中，不论语音业务还是数据业务都采用了GMSK(高斯最小频移键控)的调制方式。GMSK调制具有恒包络和带外辐射小的优点，满足了语音业务和一些低速数据业务的需求，但是它无法适应不断发展的多媒体数据业务需求。EDGE(增强数据速率的GSM演进)是为了GSM向第三代移动通信系统过渡的通信标准，被称为2.75G^[1]。它的主要目的是提高数据的传输速率，实现2G到3G的平稳演进。因此，EDGE采用了比GMSK调制更高数据速率的8PSK调制，在符号速率保持不变的前提下，采用8PSK调制技术所能达到的数据传输速率是GMSK的4倍，可以充分满足未来无线多媒体应用的数据业务需求^[2]。

8PSK调制作为一种传统的调制方式，被蜂窝移动通信采用还是第一次。现有的8PSK调制实现方法分为模拟实现和数字实现，如调相法和相位选择法，一般都是硬件实现。这就造成灵活性差、成本高、调制精度不高、实现困难和结构复杂等问题，无法适应当前移动通信的要求。随着现代工艺和器件的发展、特别是软件无线电技术的发展，给8PSK调制的软件实现创造了条件。利用软件实现8PSK调制，体现了软件无线电的灵活性和开放性。对于EDGE系统，8PSK调制的软件实现只是修改和增加一些调制代码，很容易实现，也可减低成本。本文重点研究一种适合EDGE系统8PSK调制的软件实现方法。

8PSK调制原理

EDGE是一种有效地提高信道编码效率的高速移动数据标准，具有MCS-1~MCS-9等九调制编码方式，其中MCS-5~MCS-9采用了8PSK调制^[3]。8PSK调制具有更高的数据速率和频带效率，图1给出了3GPP协议实现的流程图，其数据业务调制比特率为812.5kb/s，波特率为270.833kb/s^[4]。di 为输入调制比特序列，x(t)为输出调制后的8PSK射频信号。di 进过符号映射输出复数sk，再进过符号旋转输出复数rk，然后进过线性GMSK脉冲滤波输出基带信号y(t)，再进过上变频处理输出8PSK的射频调制信号x(t)，其中下标i和k分别表示调制比特序号和调制波特序号。

8PSK调制比特是遵循Gray(格雷)码的格式，其映射规律如下：

其中l为符号映射参数，具体值如表1所示。

图2给出了8PSK映射后的星座图，其中I为sk的实部，Q为sk的虚部映射后的复数sk进行符号旋转后的信号为：

对rk调制比特执行线性脉冲成型滤波，该滤波器是线性GMSK脉冲，是GMSK调制脉冲的Laurent分解主瓣^[5-6]。它的冲激响应为

其中，

经过以上处理，实现了EDGE系统的8PSK调制。

软件实现

脉冲成型算法

调制的信号处理过程中，脉冲成型较为复杂，是软件实现8PSK调制的关键过程。由于线性GMSK脉冲的有效时间周期为0~5T，可以利用递推算法实现。该算法实现需要对时间进行分割。在时间轴上分成以波特时

从上式可以看出，某一时刻的基带调制信号不但取决于当期时刻的调制波特，还取决于其前后各两个调制波特; ri为符号映射后的符号旋转信号，只影响其相位;

为实数序列，只影响其幅度。对于固定k，y(t)是以个幅度相位矢量，其中k取值为-2、-1、0、1和2。也就是说，某时刻的8PSK基带调制信号时5个幅度相位矢量之和。

正交8PSK基带调制信号I和Q可表示为：

I和Q为5个幅度矢量的和，c(i)为幅度参数，cos(k)、sin(k)相位参数。对于幅度参数c(o)是固定期间的脉冲，c(i)为其不同移位后的连续信号;cos(k)、sin(k)为相位，与输入比特和旋转相位共同确定，但对于特定波特周期，是固定值。c(o)存储在一张数据表里，c(i)可以通过c(o)的移位获得，cos(k)、sin(k)存在一张数据表，相位的取值为16个离散为π/8倍数。可利用查表的方式实现I和Q 。

查表算法

EDGE系统的8PSK实现可采用查表算法，具体实现如图3所示。实现算法前，要建立两张数据表，幅度参数表与相位参数表。根据I、Q的递推关系式中的参数k、i及当前的波特确定查表的地址，通过计算输出I、Q数据。

图中实现步骤