基于fpga的msk调制器设计与实现

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1、基于FPGA的MSK调制器设计与实现谢丽君1谭立志2（1.长沙职业技术学院湖南长沙410003；2.株洲职业技术学院湖南株洲412001）摘要：介绍了MSK信号的优点，并分析了其实现原理，提出一种MSK高性能数字调制器的FPGA实现方案；采用自顶向下的设计思想，将系统分成串/并变换器、差分编码器、数控振荡器、移相器、乘法电路和加法电路等六大模块，重点论述了串/并变换、差分编码、数控振荡器的实现，用原理图输入、VHDL语言设计相结合的多种设计方法，分别实现了各模块的具体设计，并给出了其在QuartusI

2、I环境下的仿真结果。结果表明，基于FPGA的MSK调制器，设计简单，便于修改和调试，性能稳定。关键词：MSK，FPGA，差分编码器，数控振荡器中图分类号：TP29文献标志码：A文章编号：DesignandRealizationofMSKModulationBasedonFPGATechniqueXIELijun1TANLizhi2（1.ChangshaProfessionalTechnologycollege,Changsha,410003,china;2.ZhuzhouProfessionalTec

3、hnologycollege,zhuzhou,412001,china;）Abstract:ThisarticleintroducedtheadvantageofMSK,andanalyzedtheimplementationprinciple.theproposedahigh-preformanceMSKdigitalmodulator’simplementationmethodbasedonFPGA;Thesystemisdiviedintoserial/parallelconversion、di

4、fferentialencoding、NCO、phaseshifter、multiplicationcircuitandadderusingTop-to-Downdesign;AndachievedthespecificdesignofeachmodulebyschematicandVHDL;ThesimulationandexperimentofFPGAdesignweregivenwithQuartusII.Resultshows,theMSKmodulatorbasedonFPGA,simple

5、indesign,convenienttomodifyordebug,anditoperatesstable.Keywords:MSK,FPGA,DifferentialEncoding.NCO0引言在QPSK调制技术中，假定每个符号的包络都是矩形，已调信号的包络是恒定的，此时无论基带信号还是已调信号其频谱都是无限的。但是实际的信道总是有一定的带宽的，因此在发送QPSK信号时通常要通过带通滤波器进行限带。限带后的信号已经不能再保持包络恒定，相邻符号间发生相移时，限带后包络会明显变小，甚至出现包络为0的

6、现象。这种现象在非线性信道中是不希望出现的，虽然经过非线性放大器能够减弱包络起伏，但是这样却使信号的频谱扩展，其旁瓣会干扰邻近频道的信号，造成限带时的带通滤波器失去作用。正是为了解决这个问题，我们引入了在非线性限带信道中使用的恒包络调制方法———最小移频键控（MSK）调制技术。[1]1实现原理[2]MSK就是一种能产生恒定包络、连续相位信号的调制方式。它是二进制连续相位移频键控(CPFSK)的一种特殊情况，即调制指数(移频系数)h=0.5，相位在码元转换时刻是连续的。MSK信号可表示为：（1）其中：（

7、2）式中，为附加相位函数，假设初始相位为；为载波角频率；为码元间隔；为频偏；为第k个码元中的相位常数；为第k个码元数据；取值为±1。这表明，MSK信号的相位是分段线性变化的，同时在码元转换时刻相位仍是连续的，所以有：（3）或者：（4）由式（1）和（4）可得：（5）由式（5）和MSK相位网格图可看出，为截矩，其值为π的整数倍，利用三角等式并注意到，有（6）根据以上分析，可以得出MSK调制器的框图如图1所示。图1MSK调制器方框图Fig.1TheMSKprinciple2主要模块的FPGA实现2.1串/并

8、转换的实现顺序输入的二进制信息经过串/并变换器，变换成速率减半的双比特序列，可采用两个D触发器来实现，其原理如图2所示。其中DFFinst和DFFinst3构成一个两位移位寄存器，将串行输入信号变成并行输出信号；DFFinst4和NOTinst8构成二分频器，实现速率减半；DFFinst1和DFFinst2为锁存器，使信号同步输出。图5为串/并变换器S_P的仿真结果，其中AB为变换后的双比特码元。由图可以看出，当输入DataAB为01010101时，在延