MSK信号的产生.doc

直扩MSK信号的产生1 MSK信号的介绍MSK是数字调制技术的一种。数字调制是数字信号转换为与信道特性相匹配的波形的过程。调制过程就是输入数据控制载波的幅度、频率和相位。MSK属于恒包络数字调制技术。现代数字调制技术的研究，主要是围绕着充分的节省频谱和高效率地利用可用频带这个中心而展开的。随着通信容量的迅速增加，致使射频频谱非常拥挤，这就要求必须控制射频输出信号的频谱。但是由于现代通信系统中非线性器件的存在，引入了频谱扩展，抵消了发送端中频或基带滤波器对减小带外衰减所做的贡献。这是因为器件的非线性具有幅相转换(AM/PM)效应，会使己经滤除的带外份量几乎又都被恢复出来了。为了适应这类信道的特点，必须设法寻找一些新的调制方式，要求它所产生的己调信号，经过发端带限后，虽然仍旧通过非线性器件，但是，非线性器件输出信号只产生很小的频谱扩展。2 MSK信号产生原理 频移键控是数字通信中用得较广的一种形式，在衰落信道中传输数据时，它被广泛采用。FSK信号是0符号对应载频1，而1符号对应于载频2（与1不同的另一载频）的已调波形，而且1与2之间的改变是瞬间完成的。基本调制方法有模拟调频法和键控法。一般来说，键控法得到的得到的调制信号的相位是不连续的。是一种非线性调制，因此研究它的频谱特性比较困难。MSK叫最小移频键控，它是移频键控（FSK）的一种改进型。这里“最小”指的是能以最小的调制指数（即0.5）获得正交信号，它能比PSK传送更高的比特速率。二进制MSK信号的表达式可写为： 式中，k称为附加相位函数；c为载波角频率；T为第k个输入码元，s为码元宽度；a取值为1；k为第k个码元的相位常数，在时间kTst(k+1)Ts中保持不变，其作用是保证在t=kTs时刻信号相位连续。由上式可知：当1时，信号的频率为：当1时，信号的频率为：由此可得频率之差为：H=Ts=x Ts=0.5那么MSK信号波形如图示：图1 MSK信号波形从图中可以看出，正信号和负信号在一个码元期间恰好相差二分之一周，即相差为了保持相位的连续，在t=时间内应有下式成立：=（）（） 即：当时，=；当时，=（）；若令0，则0或，此式说明本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入有关，还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。由附加相位函数k(t)的表示式可以看出，k(t)是一直线方程。由于ak的取值为1，故是分段线性的相位函数。因此，MSK的整个相位路径是由间隔为Ts的一系列直线段所连成的折线。在任一个码元期间Ts，若ak=+1，则k(t)线性增加；若ak=-1， 则k(t)线性减小 。对于给定的输入信号序列ak，相应的附加相位函数k(t)的波形如图所示。对于各种可能的输入信号序列，k(t)的所有可能路径是一个从-2到+2的网格图。图2 附加相位函数k(t)的波形图图3 附加相位路径网格3 MSK信号的特点（1）MSK信号是恒定包络信号； （2）在码元转换时刻，信号的相位是连续的，以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内线性地变化/2 ； （3） 在一个码元期间内， 信号应包括四分之一载波周期的整数倍，信号的频率偏移等于，相应的调制指数h=0.5。 （4）信号频率偏移严格等于 。 4 MSK信号产生过程4.1 参数要求：4.1.1 数据速率:数据速率为20kbps.4.1.2 扩频码:码型：Gold序列；码长：1023bit；码速率：20.46Mchip/s。4.1.3 中频频率:中频频率为71.61MHz。4.1.4 采样频率:采样频率245.52MHz，即12倍扩频码速率。4.1.5 I/Q波形函数频率:5.115MHz。4.1.6 信号带宽:第1零点带宽为30.69MHz。4.2 Gold序列的产生由两个m序列有选对得到两个m序列后，进行模2加法，即可产生1023点的Gold序列。一对m序列的互相关值以及得到的Gold序列的自相关波形如下：图4 m序列图5 Gold序列4.3 MSK信号的相位变化取，脉冲函数为矩形脉冲，取L=1时，即波形函数频率为fchip=20.46MHz时，得到下面的相位变化波形：图6 L=1时放大后的相位变化仿真要求I/Q波形函数频率为5.115MHz，即使用部分响应波形且L=4，当L=4时，使用矩形脉冲波形得到的相位变化曲线如下：图7 L=4时信号的相位变化4.4 MSK信号波形产生上述相位后，加入中频，即可得到I/Q两路MSK已调信号，两路信号波形如图所示：图8 信号波形4.5 MSK信号的频谱将I与Q路合成后，得到产生的单边带信号，对产生的信号做FFT变