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1、MSK调制解调器的设计与实现 万方数据 第期 赵辉等：调制解调器的设计与实现 。 。 厂、八八、一 图 调制信号波形 为了表达的方便，往往将调制信号的“”保持不变，而将其中的“”映射成“一”，这时，信号的时域表达式为 眦（） 。景口。蝇】 （） 希口。石。（） 厶 ，（凡）瓦， 式中：为振幅，信号的功率与成正比；口。为输人数据，取值为；。为载波角频率；瓦为比特宽度；茗。为为保证在，时相位连续加入的相位常数相位携带了所有的信息，令 妒。（）。希口。戈。 （） 厶 从式（）可以看出，在一个码元周期内，其基带相位总是线性累积，因此码元终止相位与起 始相位之差也是胡如果一个码元是“”，那么 在该码元周
2、期内基带相位均匀增加；相反如果一个码元是“”，那么在该码元周期内，基带相位均匀减小叮，其相位路径如图所示 ?仇 一一 一伪 、 、。个一 一了 图 信号的相位路径 数字化调制仿真及实现 调制仿真 本文的数字化调制就是根据直接数字频 率合成（）技术的基本原理，利用编程实现电路的功能，在码元转换时刻频率控制字也转换，进而两个码元输出不同的频率，实现的 数字化调制口。 如图所示，是一种全数字化的频率合成 器，由相位累加器、波形、转换器和低通滤波器构成时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于的地址线位数，幅度量化噪声取决于的数据位字长和转换器位数它的
3、输出频率频率表达式为 参 （） 其中：疋为系统时钟频率；为相位累加器位数；为频率控制字量化后的数字波形经过转换， 再通过低通滤波器就得到频率为工的余弦信号 图直接数字频率合成的基本框图 系统仿真框图如图所示，参数设为：载波频率 正，码元速率工，采样频率， 根据输出频率公式可得私， 五私，可以计算出频率控制字。，局 只要在码元的转换时刻，进行和心之间的 变换，便可以实现输出信号频率在和五之间的变换 圈调制仿真框图 其中的查找公式设置为 。塑里；丑竹，模块中含有数模转换 、 ， 的功能，所以模型中没有再添加模块只要在码元转换时刻使频率控制字在，觞 之间转换即可实现调制，其波形如图 所示 万方数据
4、哈尔滨理工大学学报第卷 图调制波形 调制实现 系统代码编写 根据前面仿真确定的系统基本框图，采用语言分为以下几个模块进行系统代码编写怕：）频率控制字选择模块 模块根据信号两个不同的频率以，再根 五， 据输出频率公式赢，为系统 二 时钟，为累加器位数）计算出两个频率对应的频率控制字根据本设计中系统指标：载波频率位，码元速率，计算得出，以，所以，如当信源为“”时频率控制字为。，当信源为“”时频率控制字为墨 ）相位累加器模块，相位寄存器模块 这两个模块实现相位的累加并存储累加的结果，本设计采用的是位的累加器，它的高位输出作为表的输入地址 ）相位调制器模块 通过改变相位控制字可以控制输出信号的相位参数
5、，相位调制器模块产生量化的位相位输出偏移量，该偏移量会在后面与相位累加器的高位输出求和输入波形存储器，使波形存储器的幅度编码相位增加，从而使最后输出的信号产生相移，可以非常精确的控制信号相位，相移大小取决于加到累加器输出端的数目 ）波形存储器 用相位累加器输出的高位数据作为波形存储器的取样地址，进行波形的相位一幅值转换，即可在给定的时间上确定输出的波形的采样幅值该模块的输入被送到正余弦查找表，为了节省空间，查找表只存储周期即到，内的正弦曲线信息利用正弦函数的对称性得到其他区间的曲线，查找表的输出会与相位调制器输出一起被寄存在一个寄存器内，然后进行量化并且输出，这一步就完成了数模转换的功能，于是
6、输出了一系列连续的数作为输出曲线的幅度值 编译综合 在代码验证完成之后，利用对代码进行级综合首先设计一个顶层模块调用（实例引用）前面讲的个功能模块，综合后得到的级逻辑图如图；它的其输入输出端口说明如下；表是的综合报表选择系列的母片共计用了个逻辑单元，占总资源的不到使用了只管脚，占总管脚数的的 图综合后的系统级逻辑图 表综合报表 硬件资源综合结果 ：， ，（） 。（） ，（） 峥 （） ，（） （） ） 输入端口名称： ：输入的二进制信源，“”，“”对应不 同的频率控制字，输出波形的频率受其控制。万方数据 第期赵辉等：调制解调器的设计与实现 等； ：。：籍； ：系统参考时钟，也作为输出采样时钟；
7、 ：系统复位端 输出端口名称： 输出的正弦波幅度二进制代码，经转换后即可得到一定频率的模拟正弦波功能仿真 在对各个模块编码并编泽综合无误之后，开始对代码进行验证，确定设计是否完成了预期功能整个编码、编译和验证的过程在中完成设置的仿真激励及条件为：系统时钟频率为，仿真时间为在一斗时信源输出为“”对应的频率工；在肛时信源输出为“”对应的频率五前面已经计算出以对应的频率控制字分别为。，砭：频率分辨率为攀：当信源为“”，“”时系统输出波形分别如图、图： 图信源为“”时波形 图信源为“”时波形 由图中可以算出当信源为“”时对应的输出频率为；当信源为“”时对应的输出频率为，与以存在误差但基本符合，即逻辑功
8、能正确，误差主要来自幅度量化误差、相位截断误差，的转化误差将输出接到数模转换电路中即可输出模拟正弦波形 将前面设计的程序下载到开发板上，进行配置下载，调试后完成了设计的整个流程，最终实现了数字调制 基于原理的数字解调算法及仿真的作用就是把时域的点有限序列（）变换为频域的点有限序列（）它是广泛应用于信号处理的数学方法，在数字信号处理的算法和系统分析、设计和实现中都起着重要的作用矗 竺二。 （）亩八）帚，一 ”扛 （） 竺一。 厂（）乏（）厂，一 一 本文是在假设与接收信号已经建立比特同步的条件下进行的解调根据基本理论，信号在一个码元周期内可以看成是一定频率的余弦信且对应于“”码载波频率五和对应于
9、“”码载波频率为的信号波是正交的已调信号形式如下： 。 百吼，二进制数据“” （） 一【。百妒，二进制数据“” （）死（）具体的解调方案如下： 对信号的一个码元周期进行整周期采样，即采样速率为码元速率的整数倍，同样采样频率也应远远大于载波频率和厶，然后对每个码元周期内的采样值针对频率工和五进行两次运算，分别求出对应的幅值信息。和：然后判决幅值。和，的大小就可以恢复出数字基带信号了当。：时，判决码元为“”码；，：时判决码元为码 系统仿真框图如图所示，流程为：信源一调制一叠加噪声一带通滤波一对信号倍频一带通滤波一进行解调仿真时参数设置为五，即在一个码元周期 ， 内采样个点（整周期采样）其解调输 出
10、误码率曲线及正交解调误码率曲线如图万方数据 哈尔滨理工大学学报第卷 图 信号解调模型 保持传统电路优良性能的同时又对其内部的表进行了优化（查找表只存储周期即到 以内的正弦曲线信息，利用正弦函数的对称性得 到其他区间的曲线）节省了空间，减少了硬件复杂性，同时用实现调频信号电路比专用芯片更为灵活，只要改变内的数据和控制参数，就可以产生任意调制波形基于原理的信号数字化解调方法，与传统的正交解调方法相比，解调时不需要载波同步，只要求采样频 率是码元速率的整数倍而且对采样定时精度要求也不高，并且算法简单，计算量大大降低，基于的解调算法充分发挥了信号“正交性”的特点参考文献： 聃 ： ，： 图解调及正交解
11、调误码率曲线 陆志超，赵旦峰一种调制解调器的硬件实现方案 从图中可以看出，利用订原理进行的数字解 黑龙江科技信息，： 望兰垩李哿黧要烹篓墼隽翼同竺竺些翌！登素萎篓翼曩篙蒿。赫：舢弧删哈码率要大，抗噪声性能并不是很好，其原因就是在接磊；盂二；篙的；永嘉嘉键控调制器的设计与实现 收端把信号进行倍频的同时噪声也同样被放重庆文理学院学报，： 大了，但是相干解调必须从接收到的信号中提取出许少峰，申振宁信号的数字解调新算法现代电子技 相干载波，因此实现结构比较复杂，而且当本地载波术，（）： 不满足同频同相时解调输出误码率将会很大基于胡敏?数字化调制解凋技术研究?长沙冲南大学， 原理的算法在信噪比比较大的情
12、况下还是能得 ： 到较小的误茜率的，因此它适用于对抗噪声性能要 们嚣菩茹二暑嚣：器罢？字化解调新算法计算 求不是很严格的场合 结语 本文利用实现数字调制的方法在 （编辑：温泽宇） 万方数据 MSK调制解调器的设计与实现 作者：赵辉， 赵旦峰， 侯长波， 朱铁林， ZHAO Hui， ZHAO Dan-feng， HOU Chang-bo， ZHU Tie-lin 作者单位：哈尔滨工程大学,信息与通信工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001 刊名： 哈尔滨理工大学学报 英文刊名：JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期
13、)：2022,16(1) 参考文献(10条) 1.胡敏;肖大光一种MSK信号的数字化解调新算法 2022(10) 2.胡敏MSK数字化调制解调技术研究 2022 3.许少峰;申振宁MSK信号的数字解调新算法 2022(02) 4.杨守良基于FPGA的最小移频键控调制器的设计与实现 2022 5.王晓辉;姜德谭;姜华基于DDS技术的MSK调制 2022(06) 6.陆志超;赵旦峰一种MSK调制解调器的硬件实现方案 2022 7.晁冰;李东生;雍爱霞最小移频键控系统实现技术的仿真研究 2022(11) 8.李青鹏;王世练;张尔扬基于DDS和FPGA的DS/MSK信号发生器 2022 9.张萍基于Verilog语言的DDS设计与仿真 2022 10.SUBBARAYAN Pasupathy Minimum Shift Keying:A Spectrally Efficient Modulation 1979 本文链接： /Periodical_heblgdxxb202201021.aspx