基于FPGA的MSK调制器设计与实现

摘要：介绍了MSK信号的优点，并分析了其实现原理，提出一种MSK高性能数字调制器的FPGA实现方案；采用自顶向下的设计思想，将系统分成串／并变换器、差分编码器、数控振荡器、移相器、乘法电路和加法电路等6大模块，重点论述了串／并变换、差分编码、数控振荡器的实现，用原理图输入、VHDL语言设计相结合的多种设计方法，分别实现了各模块的具体设计，并给出了其在QuartusII环境下的仿真结果。结果表明，基于FPGA的MSK调制器，设计简单，便于修改和调试，性能稳定。关键词：MSK；FPGA；差分编码器；数控振荡器 在QPSK调制技术中，假定每个符号的包络都是矩形，已调信号的包络是恒定的，此时无论基带信号还是已调信号其频谱都是无限的。但是实际的信道总是有一定的带宽的，因此在发送QIXSK信号时通常要通过带通滤波器进行限带。限带后的信号已经不能再保持包络恒定，相邻符号间发生相移时，限带后包络会明显变小，甚至出现包络为0的现象。这种现象在非线性信道中是不希望出现的，虽然经过非线性放大器能够减弱包络起伏，但是这样却使信号的频谱扩展，其旁瓣会干扰邻近频道的信号，造成限带时的带通滤波器失去作用。 正是为了解决这个问题，我们引入了在非线性限带信道中使用的恒包络调制方法——最小移频键控(MSK)调制技术。1 实现原理 MSK就是一种能产生恒定包络、连续相位信号的调制方式。它是二进制连续相位移频键控(CPFSK)的一种特殊情况，即调制指数(移频系数)h=0．5，相位在码元转换时刻是连续的。MSK信号可表示为： 式中，φk(t)为附加相位函数，假设初始相位为φk(0)；ωc为载波角频率；Ts为码元间隔；为频偏；φk为第k个码元中的相位常数；ak为第k个码元数据；ak取值为±1。这表明，MSK信号的相位是分段线性变化的，同时在码元转换时刻相位仍是连续的，所以有： 由式(5)和MSK相位网格图可看出，φk为截矩，其值为π的整数倍，利用三角等式并注意到sinφk=0，有： 根据以上分析，可以得出MSK调制器的框图如图1所示。

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