一种基于FPGA的MSK信号调制方法的设计与仿真.pdf

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1、F惑蕊z渺”五雨罴磊薪一种基于FPGA的MSK信号调制方法的设计与仿真侯银涛罗永健姜平(西安通信学院，陕西西安710106)[摘要]研究了MSK(最小频移键控调制)的基本理论，结合MSK信号调制原理，给出了一种基于FPGA的MSK信号调制方法，并在MAX+PLUS11采用VHDL语言编程实现了MSK信号调制方法的仿真。根据仿真结果，证明了MSK信号调制方法的正确性。[关键词]MSK；调制；FPGA；分频器1．引言当今社会已步入信息时代，在各种信息技术中信息的传输和通信起到支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已成

2、为重要手段。因此信号的调制方式也由模拟方式持续、广泛地向数字方式转化。最小频移键控调带tJ(MSK)具有恒定包络、连续相位的特点，其功率谱特性主瓣窄，带外辐射小，对邻近频道干扰小，抗干扰能力强，广泛应用于无线移动通信中的数据传输。当前MSK的调制有很多方法。如基于集成芯片(CMX469A)的调制方法，可以以CMX469A芯片为调制解调芯片，以AT90S2313为控制器来设计MSK的调制电路。这种设计结构简单，稳定性好，便于与收发信机互连，属于中低速数据传输。还有基于DDS器件AD9845和FPGA的MSK调制方

3、法。这种设计方法易于实现且精度高。本文依据MSK信号基本原理，给出了一种基于FPGA的MSK的调制方法。2．基本理论MSK(MmimumShiftKeying)是指频移指数为0．5的二元频移键控。用基带数字信号控制载波频率，称为数字调频，又称频移键控。传出l码时，发送1个频率f1，传出0码时发送另一个频率亿，称为二元频移键控。频移指数h为0．5，相位连续的二元频移键控称为最小频移键控，这是因为它的二个频移差是最小的正交频移差。MSK信号的表达式为：S(t)=bi(t)cos,a-t／2Tcos2,rfl+bq(

4、t)sinm／2Tsin2-丌fl(1)利用三角恒等式将式(1)改写为：S(t)=cos[2qrfl--bit(t)bq(t)wt／2T+qb(T)】(2)由式(2)可得：s(t)=cos{21rfl+[bi(t)@bq(t)】讥，2T+巾(t)}=cos[2qrfl+a(t)]'nt／2T+qb(t)】(3)式中甜t_卜一是输入的二元码序列。令H(t)=a(t)'rrt／2T+*(T)为附加相位函数，S(t)的特性：(1)包络是恒定的；(2)在一个比特宽度T内，频移指数为0．5；(3)在两个二元码的交接处，相

5、位是连续的；(4)在一个比特宽度内，a(t)取+l或．1。MSK信号和普通2FSK信号传信频率fl和￡，在一个码元周期间的相位累加严格地相差180。即在一个码元宽度内，“0’信号和“l’信号恰好相差二分之一周。一般频移键控的两个信号(频率分别为fI￡)具有一下相关系数：p2絮器器Tb+等孥∽721T(fl一￡)41T￡．Tb、⋯其中￡=i1(fl+￡)是载波频率。MSK信号是一种正交调制信号，其信号波形的相关系数等于零，因此，对MSK信号而言，这个公式后面的两项必须等于零。第一项等于零的条件就是2*r(fl--

6、f2)Tb-KTt(K=I，2，3--．)，令k等于其最小值l，则这时候fl一垆1／2Tb，h=(fl—DTb=o．5，这正是MSK信号所要求的频率间隔。第二项等于零的条件是4TT盯’b--mr(n=l，2，3-")即Tb2寿(5)式(5)说明MSK信号在每一个码元周期内，必须包含四分之一载波周期的整倍数。由此可得：e2击2畔Tm’百1(6)式中11为整数，m=l，2，3，4。相应地，￡，￡分别为f2=p击2m半)寺(7)￡=e一击5∽孚)寺(8)由以上fl和￡关系，在仿真的过程中，取N为l，m为3，这样，铲l

7、／2Tb而fl=o．5／Tb，就可得到MSK信号。3．MSK调制方法的设计MSK信号调制方框图，如图l所示。作者简介：侯银涛。男。河南虞城人，硕士，助教，研究方向：通信与信息系统。一62一圈IMSK信号调制方框图由MSK信号调制方框图可知：调制的核心部分包括分频器，二选一选通开关等。图l的两个分频器分别产生两路数字载波信号；二选一选通开关的作用是：以基带信号为控制信号，当基带信号为“0”时，选通载波fl：当基带信号为“l”时，选通载波包。从选通开关输出的信号就是MSK信号。图中没有包含模拟部分，调制信号为数字信

8、号。由于MSK的调制需要仿真，用VHDL语言编程实现，这就需要首先对MSK调制方框图进行抽象建模。下面就是MSK调制电路的VHDL建模符号：clkstartY置图2MSK信号调制VHDL建模符号由VHDL建模符号可看出：调制输入信号有：时钟信号，start信号，基带信号，输出为：MSK信号，这使得MSK信号为矩形波调制，因为在FPGA中实现的所有信号均为数字信号。4．MSK调制仿真的实