MSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的原理及應(yīng)用分析

1、MSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù)的原理及應(yīng)用分析姓名:莫波微班級(jí):05921001 學(xué)號(hào):1120101489MSK 是數(shù)字調(diào)制技術(shù)的一種。 數(shù)字調(diào)制是數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為與信道特性相匹配的波形的過(guò)程。調(diào)制過(guò)程就是輸入數(shù)據(jù)控制（鍵控）載波的幅度、頻率和相位。MSK1 于恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究，主要是圍繞著充分的節(jié)省頻譜和高效率地利用可用頻帶這個(gè)中心而展開(kāi)的。隨著通信容量的迅速增加，致使射頻頻譜非常擁擠，這就要求必須控制射頻輸出信號(hào)的頻譜。但是由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)中非線性器件的存在，引入了頻譜擴(kuò)展，抵消了發(fā)送端中頻或基帶濾波器對(duì)減小帶外衰減所做的貢獻(xiàn)o0 這是因?yàn)槠骷姆蔷€性具有幅相轉(zhuǎn)換（AM/P

2、M 效應(yīng)，會(huì)使己經(jīng)濾除的帶外份量幾乎又都被恢復(fù)出來(lái)了。為了適應(yīng)這類信道的特點(diǎn)，必須設(shè)法尋找一些新的調(diào)制方式，要求它所產(chǎn)生的己調(diào)信號(hào)，經(jīng)過(guò)發(fā)端帶限后，雖然仍舊通過(guò)非線性器件，但是，非線性器件輸出信號(hào)只產(chǎn)生很小的頻譜擴(kuò)展。因此 MSkg 一種特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控（CPFSK,其最大頻移為比特率的 1/4。換句話說(shuō)，MSkg 調(diào)制系數(shù)為 0.5 的連續(xù)相位的 FSKFSK 信號(hào)的調(diào)制系數(shù)類似于 FM 調(diào)制系數(shù)，定義為 kFSK=（2Af）/Rb,其中 AF 是最大射頻移，R 是比特率。調(diào)制系數(shù) 0.5 對(duì)應(yīng)著能夠容納兩路正交 FSK 信號(hào)的最小頻帶， 最小頻移鍵控的由來(lái)就是指這種調(diào)制方法的頻率間

3、隔（帶寬）是可以進(jìn)行正交檢測(cè)的最小帶寬。MSK1 一種高效的調(diào)制方法，特別適合在移動(dòng)無(wú)線通信系統(tǒng)中使用。它有很多好的特性，例如恒包絡(luò)、頻譜利用率高、誤比特率低和自同步性能。MSKW 號(hào)也可以看成是一類特殊形式的 OQPSK 在 MSKt,OQPS 的基帶矩形脈沖被半正弦脈沖取代。可以看出 MSK&號(hào)是二進(jìn)制信號(hào)頻率分別為 fc+1/4T 和 fc-1/4T 的 FSK號(hào)。 MSKW號(hào)的相位在每一個(gè)比特期間是線性的。MSK 信號(hào)的旁瓣比 QPSK?口 OQPSK 言號(hào)低。MSK 信號(hào) 99%勺功率位于帶寬B=1.2/T 之中。而對(duì)于 QPS 窿口 OQPSK1 號(hào)，包納 99 徹率的帶寬

4、 B=8/T。MSKW 號(hào)在頻譜上衰落快是由于其采用的脈沖函數(shù)更為平滑。 MSK信號(hào)的主瓣比QPSK和OQPS信號(hào)的寬，因此在 MSK 勺頻譜利用率比相移鍵控技術(shù)要低。由于 MSKJ 號(hào)在比特轉(zhuǎn)換時(shí)不存在相位的急劇變化，為了滿足帶寬要求而頻帶受限時(shí)，MSKt 號(hào)的包絡(luò)不會(huì)有過(guò)零的現(xiàn)象。即使頻帶受限，包絡(luò)仍然或多或少地保持其恒定性。 可以在接收機(jī)使用硬限幅消除包絡(luò)上的微小變化， 而不致引起帶外功率的上升。因?yàn)榉仁呛愣ǖ?MSK 言號(hào)可以使用非線性放大器進(jìn)行放大。除此之外，MS 處有很多優(yōu)點(diǎn)，如解調(diào)和同步電路簡(jiǎn)單等。因此最小頻移鍵控廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)。1.MSKM 理MSK2FSK 的一種特

5、殊情況，即為相位連續(xù)的 2FSK 信號(hào)，但是其頻率 fi和 f2有一定的約束關(guān)系。設(shè)在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi) 2FSK 信號(hào)為1% （工） 7cg 州發(fā)0”信號(hào)時(shí)廣引叼發(fā)0信號(hào)時(shí)）定義兩個(gè)碼元波形的相關(guān)系數(shù)為1律陰s?曲（6.6-3）其中總是一個(gè)擔(dān)元的能量，即互.“必r二/或經(jīng)整理得”畫(huà)2不但一萬(wàn)求卜曲瓦伉+關(guān)近=閭2后力比十%4咬%66-4）其機(jī)在通信中，我們希望 Si（t）和 S2不相關(guān)（或稱為正交），即 p=0。這樣要求公式（6.6-4）中的兩項(xiàng)均為零。公式（6.6-4）中的第一項(xiàng)為零時(shí)的條件是*6-/1X=人既整數(shù)當(dāng)比1 眺/3-九有最小值此時(shí)2 勺二角一工二日 967）即正!&”若定

6、義頻移指數(shù)為(6.6-6)h=0.5 是 si（t）和 S2（t）滿足正交條件時(shí)頻差的最小值，所以稱為最小頻移。公式（6.6-4）中的第二項(xiàng)為零時(shí)的條件是A就注=力整數(shù)工J/(66-8)公式 （6.6-7） 說(shuō)明 MSKJ 號(hào)在每一個(gè)碼元周期內(nèi)， 必須包含四分之一載波周期 （1/fc）的整數(shù)倍。顯然，公式（6.6-8）可以整理為如下形式片夕 J=W 夕春 96-9）其中池整數(shù)；m-0,12,31根據(jù)公式（6.6-5）和公式（6.6-9）相應(yīng)有hF 十勺=小親三儂十號(hào)3搟1W2-11力*義-+）當(dāng) N=1,m=3 時(shí)，根據(jù)公式（6.6-10）、（6.6-11）有34114LA(6,6-12)3-

7、113力-0+166-功4n陽(yáng)此時(shí)的信號(hào)波形如圖 6.6-4 所示。若基帶二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)一個(gè)碼元的周期為 Ts,(667。)(66-11)顯然在每一個(gè)碼元周期內(nèi)包含 4 個(gè)半周的 f2信號(hào)，包含 3 個(gè)半周的 fi信號(hào)。圖 6.6-4MSKM 制信號(hào)波形(N=1,m=32、MSK 號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式二.必由.=“由篇，+4(6.6-12)2口其中附加相位函數(shù)即)-飛二什弧能-1次，就聯(lián)是第小網(wǎng)元的相位常數(shù).祇是第小朋元的數(shù)據(jù).根據(jù) MS。號(hào)的定義，要求 FSK 信號(hào)的相位連續(xù)，也就是說(shuō)在 t=(k-1)Ts 時(shí)滿足以下約束條件節(jié)/-蟆-限1=*匕1戊十皈Z占如=%_14gk1-練)-(-1)ii|

8、=/必iT當(dāng)辦-I=時(shí)1-1土體-%當(dāng)事 t*為時(shí)上式表明，MSK 信號(hào)的相位常數(shù)不僅與當(dāng)前的碼元 ak有關(guān)，而且與相鄰的前一碼元 ak-i及其相位常數(shù)小k-i有關(guān)。也就是說(shuō)前后碼元之間存在一定的相關(guān)性。若小k的起始參考值可以假設(shè)為零，這樣根據(jù)公式(6.6-13),有佻二。或武價(jià)莫2G(6.6-14)2.MSK 應(yīng)用基于以上關(guān)于 MSK（理的分析，使得 MS 冷短波，微波，衛(wèi)星通信有著廣泛的應(yīng)用例如，柯林斯無(wú)線公司為 Datran 系統(tǒng) 6GHz 數(shù)字微波線路研制的35E1-22MWe 備就選用了 MSKJ 式。貝爾電話實(shí)驗(yàn)室己研制出一種 274Mb/sMSK 調(diào)制器，并在 20/30GHZ

9、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)行了試驗(yàn)。盡管 MSKt 很多突出的特點(diǎn)，然而在一些通信場(chǎng)合，對(duì)信號(hào)帶外輻射功率的限制是十分嚴(yán)格的。比如，信號(hào)在鄰近信道所輻射的功率和所需信道的信號(hào)功率相比，必須衰減 70_80dB 以上。MSKJ 號(hào)不(6.6-13)能滿足這樣苛刻的要求，為此，人們除去探索頻譜特性更加優(yōu)越的調(diào)制方式外，也不斷想在 MSK 勺基礎(chǔ)上，采取一些措施，加以改進(jìn)，從而使己調(diào)信號(hào)既能保持包絡(luò)恒定的特性，又能減小帶外的輻射功率。數(shù)字 MSK 調(diào)制/解調(diào)器模塊在 Altera 公司 FPGAEP2c15AF256C8N:實(shí)現(xiàn)。EP2C15 是 Altera 公司基于 90nm 工藝的第二代 Cyclo

10、ne 器件（Cyclonen）,片內(nèi)集成14,448 邏輯單元（LE） ,240Kb 嵌入式 RAMtfe,26 個(gè) 18X18 乘法器， 4 個(gè)鎖相環(huán)（PLL）,具有高速差分 I/O 能力，在音視頻多媒體、汽車?yán)锿?、通信及工業(yè)控制領(lǐng)域等有廣泛的適用性，是一款高性能低成本器件。圖 3 是 MSK 調(diào)制/接解調(diào)器的時(shí)序仿真結(jié)果。由圖中可見(jiàn)，數(shù)字基帶調(diào)制信號(hào) MODDATA 過(guò) MSK 調(diào)制器被調(diào)制到高頻數(shù)字載波上，形成 MSK 已調(diào)信號(hào) MSKMO 展中“0”碼為 2.5 個(gè)載波周期，“1”碼為 2 個(gè)載波周期，調(diào)制指數(shù)為 0.5,同時(shí)載波相位連續(xù)。MSKDEMOD 接收端 MSK 解調(diào)后的信號(hào)，除了傳輸時(shí)延，解調(diào)信號(hào)完全恢復(fù)了發(fā)送端數(shù)字基帶調(diào)制信號(hào)。所以 MSK 調(diào)制具有載波相位連續(xù)，頻帶利用率高的優(yōu)點(diǎn)，在通常的應(yīng)用中需要專用集成電路構(gòu)成調(diào)制/解調(diào)電路?；谟布枋稣Z(yǔ)言用 FPGA 實(shí)現(xiàn)MSK 調(diào)制/解調(diào)器，可充分利用 FPGAt 內(nèi)資源，使數(shù)據(jù)采集測(cè)量控制與傳輸集中于單一芯片，有利于提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)在于提出了一種保證調(diào)制指數(shù)為 0.5 同時(shí)載波相位連續(xù)的數(shù)字 MSK 信號(hào)的設(shè)計(jì)方法， 用 VHDL 語(yǔ)言設(shè)計(jì)了調(diào)制/解調(diào)模塊并在 FPGA 器件上實(shí)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)：余曉剛徐輝