基于FPGA的MSK調制器設計與實(shí)現

摘要：介紹了MSK信號的優(yōu)點(diǎn)，并分析了其實(shí)現原理，提出一種MSK高性能數字調制器的FPGA實(shí)現方案；采用自頂向下的設計思想，將系統分成串／并變換器、差分編碼器、數控振蕩器、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、數控振蕩器的實(shí)現，用原理圖輸入、VHDL語(yǔ)言設計相結合的多種設計方法，分別實(shí)現了各模塊的具體設計，并給出了其在QuartusII環(huán)境下的仿真結果。結果表明，基于FPGA的MSK調制器，設計簡(jiǎn)單，便于修改和調試，性能穩定。
關(guān)鍵詞：MSK；FPGA；差分編碼器；數控振蕩器

在QPSK調制技術(shù)中，假定每個(gè)符號的包絡(luò )都是矩形，已調信號的包絡(luò )是恒定的，此時(shí)無(wú)論基帶信號還是已調信號其頻譜都是無(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信號時(shí)通常要通過(guò)帶通濾波器進(jìn)行限帶。限帶后的信號已經(jīng)不能再保持包絡(luò )恒定，相鄰符號間發(fā)生相移時(shí)，限帶后包絡(luò )會(huì )明顯變小，甚至出現包絡(luò )為0的現象。這種現象在非線(xiàn)性信道中是不希望出現的，雖然經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性放大器能夠減弱包絡(luò )起伏，但是這樣卻使信號的頻譜擴展，其旁瓣會(huì )干擾鄰近頻道的信號，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(xiàn)性限帶信道中使用的恒包絡(luò )調制方法——最小移頻鍵控(MSK)調制技術(shù)。

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

式中，φk(t)為附加相位函數，假設初始相位為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；ak為第k個(gè)碼元數據；ak取值為±1。這表明，MSK信號的相位是分段線(xiàn)性變化的，同時(shí)在碼元轉換時(shí)刻相位仍是連續的，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的整數倍，利用三角等式并注意到sinφk=0，有：

根據以上分析，可以得出MSK調制器的框圖如圖1所示。