当今社会已步入信息时代，在各种信息技术中信息的传 输和通信起到支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已成 为重要手段。因此信号的调制方式也由模拟方式持续、广泛 地向数字方式转化。最小频移键控调ffU(MSK)具有恒定包 络、连续相位的特点，其功率谱特性主瓣窄，带外辐射小，对 邻近频道干扰小，抗干扰能力强，广泛应用于无线移动通信 中的数据传输。当前MSK的调制有很多方法。如基于集成芯 片(CMX469A)~调制方法，可以以CMX469A芯片为调制解 调芯片，以AT90S2313为控制器来设计MSK的调制电路。 这种设计结构简单，稳定性好，便于与收发信机互连，属于中 低速数据传输。还有基于DDS器件AD9845和FPGA的 MSK调制方法。这种设计方法易于实现且精度高。本文依据 MSK信号基本原理，给出了一种基于FPGA的MSK的调制 方法。 2．基本理论 MSK(Minimum Shift Keying)是指频移指数为0．5的二 元频移键控。用基带数字信号控制载波频率，称为数字调频， 又称频移键控。传出l码时，发送1个频率n，传出0码时发 送另一个频率 ，称为二元频移键控。频移指数h为0．5，相 位连续的二元频移键控称为最小频移键控，这是因为它的二 个频移差是最小的正交频移差。 MSK信号的表达式为： S(t)=bi(t)cos'n't／2T c0s2仃n+bq(I)sin订t，2T sin2~fl (1) 利用三角恒等式将式f1)改写为： S(t)=cos[2'rrfl--bit(t)bq(t)Irt／2T+~b(T)] (2) 由式(2)可得： s(0=cos{2~rR+[bi(I)obq(t)】叮rt／2T+ (I)} =eos[2~rfl+a(t)]'trt／2T+qb(t)] (3) 式中a(t卜_是输入的二元码序列。 令H(1)_a(t)吼／2T+ (T)为附加相位函数，s(0的特性：(1) 包络是恒定的；(2)在一个比特宽度T内，频移指数为0．5；(3) 在两个二元码的交接处，相位是连续的；(4)在一个比特宽度 内，a(t)取+1或一1。 仿真 FPGA的MSK信号调 明了MSK信号调制方 频率￡和￡，在一个码 即在一个码元宽度内， “0，，f言号和“1，信号恰好相差二分之一周。一般频移键控的两 个信号(频率分别为f,f9具有一下相关系数： + 4'n'f亟~Tb (4) 2叮T(￡一￡)Tb 其中e= 1( +￡)是载波频率。 MSK信号是一种正交调制信号，其信号波形的相关系 数等于零，因此，对MSK信号而言，这个公式后面的两项必 须等于零。第一项等于零的条件就是2~(f,-fi)Tb=KTr(K=I， 2，3…)，令k等于其最小值1，则这时候 一 1／2 Tb，h= ( 一f2)Tb：o．5，这正是MSK信号所要求的频率间隔。第二项 等于零的条件是4TT cT --n~r(n=l，2，3…)即 T 者 (5) 式(5)说明MSK信号在每一个码元周期内，必须包含四 分之一载波周期的整倍数。由此可得： e 者 m Tb1 (6) 式中n为整数，m=l，2，3，4。 相应地，￡，f2分别为 c+击_(N+ )寺 (7) e一击 (N+ )寺 (8) 由以上￡和￡关系，在仿真的过程中，取N为I，111为 3，这样， l／2 Tb而￡=0．5／T ，就可得到MSK信号。 3．MSK调制方法的设计 MSK信号调制方框图，如图1所示。 匡二 ]_叫 ～ 作者简介：侯银涛，男，河南虞城人，硕士，助教，研究方向：通信与信息系统。 一62一 图1 MSK信号调制方框图 

由MSK信号调制方框图可知：调制的核心部分包括分 频器，二选一选通开关等。图1的两个分频器分别产生两路 数字载波信号：二选一选通开关的作用是：以基带信号为控 制信号，当基带信号为“0”时，选通载波fl；当基带信号为“1” 时，选通载波t2。从选通开关输出的信号就是MSK信号。图 中没有包含模拟部分，调制信号为数字信号。 由于MSK的调制需要仿真，用VHDL语言编程实现， 这就需要首先对MSK调制方框图进行抽象建模。下面就是 MSK调制电路的VHDL建模符号： c耋1【 slart Y x 图2 MSK信号调制VHDL建模符号 由VHDL建模符号可看出：调制输入信号有：时钟信号， start信号，基带信号，输出为：MSK信号，这使得MSK信号为 矩形波调制，因为在FPGA中实现的所有信号均为数字信号。 4．MSK调制仿真的实现 根据上述设计方法可实现MSK调制，但是，由于数字调 制是高频的正弦波。且要求相位连续，这就要求对MSK的调 制方法稍作改变。就是在MSK的输出的矩形波，经过一个近 似的数模转换，将矩形波转化为类正弦波。 实现这种转换的方法是：对输出的MSK信号进行抽样， 取多个离散的点，然后赋给它们相应的幅值，将这些幅值存 入ROM内，ROM的地址为抽样点的数值，当给出一个抽样 点，就能在I M读出一个幅值，若取更多值，输出的MSK 信号就会是正弦波，也就实现了最后的数模转换。在仿真过 程中，对FSK信号的每一个码元取8个点，就可以实现数模 转换了。 首先对各个器件VHDL语言进行编程，包括：PL MSK 模块，ROM模块和ROM地址产生模块fms)等三部分；然后， 对程序进行编译得到相应的图形文件。第三步就是，由第二 步已经实现了三个器件的图形文件(．gdf文件)，接下来先建 立一个新的图形文件并将它设为顶层文件，即(project)。调用 这三个模块，并将这三个图形文件用线进行连接，如图3所 不。 第四步，对上面的图形文件进行再次编译，要先选择一 个器件，并对各个引脚进行定义，这时需要注意时钟引脚的 定义。定义时钟引脚，就要对环境设置进行调整，选中 “Assign”中“Global Project Logic Synthesis．．．”，就会弹出 一个对话框。在该窗口里，将“Clock”前面方框中的“勾”去 掉，就可以让编译器不将时钟自动定义为全局时钟变量。 start，X，clk进行赋值，在赋值完成后，保存该波形文件。 第六步，选中“Simulation”，进行仿真，仿真结果如图4 所示。 R ! I圈固Time~I塑 j Inle~l I 图4 MSK调制信号仿真结果 图4中Y是MSK信号，r_out为进行数模转换后的数字 输出；图5为MSK调制仿真结果(放大图)。由图5可清楚看 出，rout为最终的MSK调制信号。 图5 MSK调制仿真结果 5．结束语 本文在分析了依据MSK信号基本特征的基础上，结合 MSK调制原理，给出了一种基于FPGA的MSK信号调制方 法，并在MAX+PLUS II采用VHDL语言编程实现了MSK 信号调制方法的仿真，根据仿真结果，证明了MSK信号调制 方法的正确性。在数据传输中采用MSK调制方式，对提高 信道频带利用率，减小对邻近频道的干扰十分(下转第69页) 一63— 

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