基于FPGA的MSK調(diào)制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹了MSK信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，并分析了其實(shí)現(xiàn)原理，提出一種MSK高性能數(shù)字調(diào)制器的FPGA實(shí)現(xiàn)方案；采用自頂向下的設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)分成串／并變換器、差分編碼器、數(shù)控振蕩器、移相器、乘法電路和加法電路等6大模塊，重點(diǎn)論述了串／并變換、差分編碼、數(shù)控振蕩器的實(shí)現(xiàn)，用原理圖輸入、VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)相結(jié)合的多種設(shè)計(jì)方法，分別實(shí)現(xiàn)了各模塊的具體設(shè)計(jì)，并給出了其在QuartusII環(huán)境下的仿真結(jié)果。結(jié)果表明，基于FPGA的MSK調(diào)制器，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于修改和調(diào)試，性能穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：MSK；FPGA；差分編碼器；數(shù)控振蕩器

在QPSK調(diào)制技術(shù)中，假定每個(gè)符號(hào)的包絡(luò)都是矩形，已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)是恒定的，此時(shí)無(wú)論基帶信號(hào)還是已調(diào)信號(hào)其頻譜都是無(wú)限的。但是實(shí)際的信道總是有一定的帶寬的，因此在發(fā)送QIXSK信號(hào)時(shí)通常要通過(guò)帶通濾波器進(jìn)行限帶。限帶后的信號(hào)已經(jīng)不能再保持包絡(luò)恒定，相鄰符號(hào)間發(fā)生相移時(shí)，限帶后包絡(luò)會(huì)明顯變小，甚至出現(xiàn)包絡(luò)為0的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在非線性信道中是不希望出現(xiàn)的，雖然經(jīng)過(guò)非線性放大器能夠減弱包絡(luò)起伏，但是這樣卻使信號(hào)的頻譜擴(kuò)展，其旁瓣會(huì)干擾鄰近頻道的信號(hào)，造成限帶時(shí)的帶通濾波器失去作用。
正是為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們引入了在非線性限帶信道中使用的恒包絡(luò)調(diào)制方法——最小移頻鍵控(MSK)調(diào)制技術(shù)。

1 實(shí)現(xiàn)原理
MSK就是一種能產(chǎn)生恒定包絡(luò)、連續(xù)相位信號(hào)的調(diào)制方式。它是二進(jìn)制連續(xù)相位移頻鍵控(CPFSK)的一種特殊情況，即調(diào)制指數(shù)(移頻系數(shù))h=0．5，相位在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻是連續(xù)的。MSK信號(hào)可表示為：

式中，φk(t)為附加相位函數(shù)，假設(shè)初始相位為φk(0)；ωc為載波角頻率；Ts為碼元間隔；為頻偏；φk為第k個(gè)碼元中的相位常數(shù)；ak為第k個(gè)碼元數(shù)據(jù)；ak取值為±1。這表明，MSK信號(hào)的相位是分段線性變化的，同時(shí)在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻相位仍是連續(xù)的，所以有：

由式(5)和MSK相位網(wǎng)格圖可看出，φk為截矩，其值為π的整數(shù)倍，利用三角等式并注意到sinφk=0，有：

根據(jù)以上分析，可以得出MSK調(diào)制器的框圖如圖1所示。