通用通信信號發(fā)生器中的MSK設計
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通信信號發(fā)生器是電磁環(huán)境仿真與模擬、通信系統設計中的重要環(huán)節，也是通信與通信對抗系統研究的基本要素。通信信號發(fā)生器通常是由硬件電路組合而成，存在硬件規模大、資金投入多、不易擴展等缺點(diǎn)。而“軟件無(wú)線(xiàn)電”中，硬件電路提供基本的信號通路，無(wú)線(xiàn)電系統的收發(fā)功能可通過(guò)軟件編程設置實(shí)現，還可通過(guò)改動(dòng)部分的軟件和硬件電路擴展系統功能。因此，借鑒“軟件無(wú)線(xiàn)電”的思想設計信號發(fā)生器是“通用性”的關(guān)鍵。在通信信號發(fā)生器中，基本硬件電路產(chǎn)生的最小頻移鍵控(Minimun Shift Keying，簡(jiǎn)稱(chēng)MSK)信號，是產(chǎn)生后續高斯濾波最小移鍵控(Gaussiian Filtered MinimumShift Keying．簡(jiǎn)稱(chēng)GMSK)等信號的基礎。因此，探討了基于正交調制法產(chǎn)生的MSK調制信號，可為通信信號發(fā)生器產(chǎn)生數字通信信號提供借鑒。
2 基于正交調制法產(chǎn)生的MSK信號
2．1 正交調制法原理
理想情況下，運用“軟件無(wú)線(xiàn)電”的思想，計算機運算產(chǎn)生任意通信信號的采樣值，該采樣值通過(guò)D／A轉換后生成所需的任意調制通信信號。但是，通信信號帶寬較大時(shí)，直接產(chǎn)生射頻信號不僅需要大量數據，而且對硬件性能要求較高。由于大量數據是來(lái)自于載頻信號的采樣，而基帶信號的采樣數據遠遠小于載頻信號采樣數據，通過(guò)軟件運算將表征基帶信號的一些特征生成為采樣值，再通過(guò)D／A轉換與載頻信號結合產(chǎn)生所需的已調制的通信信號，避免大量數據處理。
正交調制法是，對于任意調制的窄帶通信信號可表示為：
式中，幅度r(t)和相位θ(t)表征基帶信號特征。
將式(1)展開(kāi)可得：
令I(lǐng)(t)=r(t)cosθ(t)，Q(t)=r(t)sinθ(t)，由式(2)看出，只要傳遞I(t)和Q(t)兩項函數，就能以較低數據傳輸速率傳遞基帶信號。I(t)和Q(t)兩項與載頻信號正交相乘生成任意調制信號。
2．2 MSK概述閉
MSK是一種特殊的連續相位的頻移鍵控(Frequency―
Shift Keying，簡(jiǎn)稱(chēng)FSK)，其最大頻移為比特率的1／4。即就是，MSK是調制系數為0．5的連續相位的FSK。MSK已調波在任一碼元內發(fā)送的頻率由相鄰2個(gè)碼元共同決定。當相鄰2個(gè)碼元數據相同時(shí)發(fā)送f1，當2個(gè)碼元數據不同時(shí)發(fā)送f2，則：
式中，k為正整數，t0為碼元寬度。
因此，MSK信號功率譜密度相對集中，頻帶利用率高；頻帶較寬，信道有效性高，在跳頻擴頻通信中增加跳頻點(diǎn)；并具有恒包絡(luò )特性，經(jīng)過(guò)限幅后旁瓣電平仍然迅速滾降，適用于功率受限而非線(xiàn)性放大的應用；MSK調制的誤碼率與數字系統中最佳的PSK調相近，具有高可靠性；解調和同步電路簡(jiǎn)單?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，MSK可廣泛應用于移動(dòng)通信系統。
2．3 通用通信信號發(fā)生器中MSK信號發(fā)生原理
通用通信信號發(fā)生器利用正交調制法產(chǎn)生MSK調制信號，由式(2)可知，MSK信號采用正交調制方式：
式中，an和bn分別為輸入二進(jìn)制數據的奇、偶序列，Tb為數據比特持續時(shí)間，kTb≤t≤(k+1Tb)。
由式(4)可知，MSK信號的相位具有連續調制特性。利用正交調制法產(chǎn)生MSK信號，其原理框圖如圖1所示。
3 通信信號發(fā)生器的MSK調制信號設計
通用通信信號發(fā)生器中，借鑒了“軟件無(wú)線(xiàn)電”的設計思路，硬件電路設計系統提供信號通路。信號發(fā)生器軟件系統包括信號源庫和調制樣式庫。該軟件系統與硬件控制相結合，通過(guò)信號源和調制樣式的不同組合、更改定義不同的調制參數的調制信號，產(chǎn)生真實(shí)調制信號。
根據這一設計思想，MSK調制硬件設計與其他窄帶通信信號設計是通用的。圖2為中頻調制電路。圖2中，選用雙通道發(fā)送D／A轉換器AD9761和正交調制器件AD8346共同產(chǎn)生MSK調制信號。其中，AD976l是一款lO bit，40 MS／s的D／A轉換器，精度和速度可滿(mǎn)足產(chǎn)生一般窄帶通信信號的要求。而AD8346是一款高性能的硅半導體射頻器件，可以用于0．8～2．5 GHz的射頻正交調制。AD8346可調制的基帶信號帶寬為DC～70 MHz。并由單端2．7~5．5 V供電。靜態(tài)工作狀態(tài)下電流值為45 mA；休眠狀態(tài)下電流僅為1μA。因此，AD8346具有高精度，在1.9 GHz時(shí)，正交誤差l°rms，I／Q幅度平衡僅為0．2 dB。其具有的優(yōu)秀相位精度和幅度平衡特性可直接將信號調制到射頻。因此，利用AD9761和AD8346構成了通用信號發(fā)生器的中頻調制的基本框架。
由軟件定義MSK信號的調制參數Tb，通過(guò)運算產(chǎn)生式(4)中的ancos(πt／2Tb)和bnsin(πt/2Tb)兩項作為基帶I、Q串行數據。AD976l在控制數據的作用下接收計算機生成的基帶I、Q串行數據，并在其內部分離I、Q數據，經(jīng)D／A轉換后分別產(chǎn)生I、Q的模擬信號。AD976l產(chǎn)生的I、Q的模擬信號經(jīng)由電阻和電容構成的交流耦合電路后送入正交調制器AD8346，并與LOIP、LOIN饋送入的本振信號正交相乘，最后將正交相乘后的兩路信號合成為調制在本振頻率上的已調通信信號，從VOUT端輸出MSK信號。
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