通用通信信號(hào)發(fā)生器中的MSK設(shè)計(jì)

1 引言

　　通信信號(hào)發(fā)生器是電磁環(huán)境仿真與模擬、通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，也是通信與通信對(duì)抗系統(tǒng)研究的基本要素。通信信號(hào)發(fā)生器通常是由硬件電路組合而成，存在硬件規(guī)模大、資金投入多、不易擴(kuò)展等缺點(diǎn)。而“軟件無(wú)線電”中，硬件電路提供基本的信號(hào)通路，無(wú)線電系統(tǒng)的收發(fā)功能可通過(guò)軟件編程設(shè)置實(shí)現(xiàn)，還可通過(guò)改動(dòng)部分的軟件和硬件電路擴(kuò)展系統(tǒng)功能。因此，借鑒“軟件無(wú)線電”的思想設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器是“通用性”的關(guān)鍵。在通信信號(hào)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MSK)信號(hào)，是產(chǎn)生后續(xù)高斯濾波最小移鍵控(Gaussiian Filtered MinimumShift Keying．簡(jiǎn)稱GMSK)等信號(hào)的基礎(chǔ)。因此，探討了基于正交調(diào)制法產(chǎn)生的MSK調(diào)制信號(hào)，可為通信信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)字通信信號(hào)提供借鑒。

　　2 基于正交調(diào)制法產(chǎn)生的MSK信號(hào)

　　2．1 正交調(diào)制法原理

　　理想情況下，運(yùn)用“軟件無(wú)線電”的思想，計(jì)算機(jī)運(yùn)算產(chǎn)生任意通信信號(hào)的采樣值，該采樣值通過(guò)D／A轉(zhuǎn)換后生成所需的任意調(diào)制通信信號(hào)。但是，通信信號(hào)帶寬較大時(shí)，直接產(chǎn)生射頻信號(hào)不僅需要大量數(shù)據(jù)，而且對(duì)硬件性能要求較高。由于大量數(shù)據(jù)是來(lái)自于載頻信號(hào)的采樣，而基帶信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于載頻信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件運(yùn)算將表征基帶信號(hào)的一些特征生成為采樣值，再通過(guò)D／A轉(zhuǎn)換與載頻信號(hào)結(jié)合產(chǎn)生所需的已調(diào)制的通信信號(hào)，避免大量數(shù)據(jù)處理。

　　正交調(diào)制法是，對(duì)于任意調(diào)制的窄帶通信信號(hào)可表示為：

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　　式中，幅度r(t)和相位θ(t)表征基帶信號(hào)特征。

　　將式(1)展開(kāi)可得：

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　　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(xiàng)函數(shù)，就能以較低數(shù)據(jù)傳輸速率傳遞基帶信號(hào)。I(t)和Q(t)兩項(xiàng)與載頻信號(hào)正交相乘生成任意調(diào)制信號(hào)。

　　2．2 MSK概述閉

　　MSK是一種特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控(Frequency—Shift Keying，簡(jiǎn)稱FSK)，其最大頻移為比特率的1／4。即就是，MSK是調(diào)制系數(shù)為0．5的連續(xù)相位的FSK。MSK已調(diào)波在任*元內(nèi)發(fā)送的頻率由相鄰2個(gè)碼元共同決定。當(dāng)相鄰2個(gè)碼元數(shù)據(jù)相同時(shí)發(fā)送f1，當(dāng)2個(gè)碼元數(shù)據(jù)不同時(shí)發(fā)送f2，則：

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　　式中，k為正整數(shù)，t0為碼元寬度。

　　因此，MSK信號(hào)功率譜密度相對(duì)集中，頻帶利用率高；頻帶較寬，信道有效性高，在跳頻擴(kuò)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性放大的應(yīng)用；MSK調(diào)制的誤碼率與數(shù)字系統(tǒng)中最佳的PSK調(diào)相近，具有高可靠性；解調(diào)和同步電路簡(jiǎn)單。基于上述特點(diǎn)，MSK可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)。

　　2．3 通用通信信號(hào)發(fā)生器中MSK信號(hào)發(fā)生原理

　　通用通信信號(hào)發(fā)生器利用正交調(diào)制法產(chǎn)生MSK調(diào)制信號(hào)，由式(2)可知，MSK信號(hào)采用正交調(diào)制方式：

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　　式中，an和bn分別為輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)的奇、偶序列，Tb為數(shù)據(jù)比特持續(xù)時(shí)間，kTb≤t≤(k+1Tb)。

　　由式(4)可知，MSK信號(hào)的相位具有連續(xù)調(diào)制特性。利用正交調(diào)制法產(chǎn)生MSK信號(hào)，其原理框圖如圖1所示。

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