MSK调制解调技术的原理及应用分析

1、MSK 调制解调技术的原理及应用分析姓名:莫波微班级:05921001 学号:1120101489MSK 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（键控）载波的幅度、频率和相位。MSK1 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o0 这是因为器件的非线性具有幅相转换（AM/P

2、M 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。因此 MSkg 一种特殊的连续相位的频移键控（CPFSK,其最大频移为比特率的 1/4。换句话说，MSkg 调制系数为 0.5 的连续相位的 FSKFSK 信号的调制系数类似于 FM 调制系数，定义为 kFSK=（2Af）/Rb,其中 AF 是最大射频移，R 是比特率。调制系数 0.5 对应着能够容纳两路正交 FSK 信号的最小频带， 最小频移键控的由来就是指这种调制方法的频率间

3、隔（带宽）是可以进行正交检测的最小带宽。MSK1 一种高效的调制方法，特别适合在移动无线通信系统中使用。它有很多好的特性，例如恒包络、频谱利用率高、误比特率低和自同步性能。MSKW 号也可以看成是一类特殊形式的 OQPSK 在 MSKt,OQPS 的基带矩形脉冲被半正弦脉冲取代。可以看出 MSK&号是二进制信号频率分别为 fc+1/4T 和 fc-1/4T 的 FSK号。 MSKW号的相位在每一个比特期间是线性的。MSK 信号的旁瓣比 QPSK?口 OQPSK 言号低。MSK 信号 99%勺功率位于带宽B=1.2/T 之中。而对于 QPS 窿口 OQPSK1 号，包纳 99 彻率的带宽

4、 B=8/T。MSKW 号在频谱上衰落快是由于其采用的脉冲函数更为平滑。 MSK信号的主瓣比QPSK和OQPS信号的宽，因此在 MSK 勺频谱利用率比相移键控技术要低。由于 MSKJ 号在比特转换时不存在相位的急剧变化，为了满足带宽要求而频带受限时，MSKt 号的包络不会有过零的现象。即使频带受限，包络仍然或多或少地保持其恒定性。 可以在接收机使用硬限幅消除包络上的微小变化， 而不致引起带外功率的上升。因为幅度是恒定的,MSK 言号可以使用非线性放大器进行放大。除此之外，MS 处有很多优点，如解调和同步电路简单等。因此最小频移键控广泛应用于移动通信系统。1.MSKM 理MSK2FSK 的一种特

5、殊情况，即为相位连续的 2FSK 信号，但是其频率 fi和 f2有一定的约束关系。设在一个码元时间内 2FSK 信号为1% （工） 7cg 州发0”信号时广引叼发0信号时）定义两个码元波形的相关系数为1律阴s?曲（6.6-3）其中总是一个担元的能量，即互.“必r二/或经整理得”画2不但一万求卜曲瓦伉+关近=闾2后力比十%4咬%66-4）其机在通信中，我们希望 Si（t）和 S2不相关（或称为正交），即 p=0。这样要求公式（6.6-4）中的两项均为零。公式（6.6-4）中的第一项为零时的条件是*6-/1X=人既整数当比1 眺/3-九有最小值此时2 勺二角一工二日 967）即正!&”若定

6、义频移指数为(6.6-6)h=0.5 是 si（t）和 S2（t）满足正交条件时频差的最小值，所以称为最小频移。公式（6.6-4）中的第二项为零时的条件是A就注=力整数工J/(66-8)公式 （6.6-7） 说明 MSKJ 号在每一个码元周期内， 必须包含四分之一载波周期 （1/fc）的整数倍。显然，公式（6.6-8）可以整理为如下形式片夕 J=W 夕春 96-9）其中池整数；m-0,12,31根据公式（6.6-5）和公式（6.6-9）相应有hF 十勺=小亲三侬十号3擀1W2-11力*义-+）当 N=1,m=3 时，根据公式（6.6-10）、（6.6-11）有34114LA(6,6-12)3-

7、113力-0+166-功4n阳此时的信号波形如图 6.6-4 所示。若基带二进制数字信号一个码元的周期为 Ts,(667。)(66-11)显然在每一个码元周期内包含 4 个半周的 f2信号，包含 3 个半周的 fi信号。图 6.6-4MSKM 制信号波形(N=1,m=32、MSK 号的数学表达式二.必由.=“由篇，+4(6.6-12)2口其中附加相位函数即)-飞二什弧能-1次，就联是第小网元的相位常数.祇是第小朋元的数据.根据 MS。号的定义，要求 FSK 信号的相位连续，也就是说在 t=(k-1)Ts 时满足以下约束条件节/-蟆-限1=*匕1戊十皈Z占如=%_14gk1-练)-(-1)ii|

8、=/必iT当办-I=时1-1土体-%当事 t*为时上式表明，MSK 信号的相位常数不仅与当前的码元 ak有关，而且与相邻的前一码元 ak-i及其相位常数小k-i有关。也就是说前后码元之间存在一定的相关性。若小k的起始参考值可以假设为零，这样根据公式(6.6-13),有佻二。或武价莫2G(6.6-14)2.MSK 应用基于以上关于 MSK（理的分析，使得 MS 冷短波，微波，卫星通信有着广泛的应用例如，柯林斯无线公司为 Datran 系统 6GHz 数字微波线路研制的35E1-22MWe 备就选用了 MSKJ 式。贝尔电话实验室己研制出一种 274Mb/sMSK 调制器，并在 20/30GHZ

9、卫星转发器实验板上进行了试验。尽管 MSKt 很多突出的特点，然而在一些通信场合，对信号带外辐射功率的限制是十分严格的。比如，信号在邻近信道所辐射的功率和所需信道的信号功率相比，必须衰减 70_80dB 以上。MSKJ 号不(6.6-13)能满足这样苛刻的要求，为此，人们除去探索频谱特性更加优越的调制方式外，也不断想在 MSK 勺基础上，采取一些措施，加以改进，从而使己调信号既能保持包络恒定的特性，又能减小带外的辐射功率。数字 MSK 调制/解调器模块在 Altera 公司 FPGAEP2c15AF256C8N:实现。EP2C15 是 Altera 公司基于 90nm 工艺的第二代 Cyclo

10、ne 器件（Cyclonen）,片内集成14,448 逻辑单元（LE） ,240Kb 嵌入式 RAMtfe,26 个 18X18 乘法器， 4 个锁相环（PLL）,具有高速差分 I/O 能力，在音视频多媒体、汽车里土、通信及工业控制领域等有广泛的适用性，是一款高性能低成本器件。图 3 是 MSK 调制/接解调器的时序仿真结果。由图中可见，数字基带调制信号 MODDATA 过 MSK 调制器被调制到高频数字载波上，形成 MSK 已调信号 MSKMO 展中“0”码为 2.5 个载波周期，“1”码为 2 个载波周期，调制指数为 0.5,同时载波相位连续。MSKDEMOD 接收端 MSK 解调后的信号，除了传输时延，解调信号完全恢复了发送端数字基带调制信号。所以 MSK 调制具有载波相位连续，频带利用率高的优点，在通常的应用中需要专用集成电路构成调制/解调电路。基于硬件描述语言用 FPGA 实现MSK 调制/解调器，可充分利用 FPGAt 内资源，使数据采集测量控制与传输集中于单一芯片，有利于提高系统的经济性和可靠性，具有一定的应用价值。本文作者创新点在于提出了一种保证调制指数为 0.5 同时载波相位连续的数字 MSK 信号的设计方法， 用 VHDL 语言设计了调制/解调模块并在 FPGA 器件上实现。参考文献：余晓刚徐辉