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通用通信信號(hào)發(fā)生器中的MSK設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2009-03-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 引言
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“軟件無線電”中,硬件電路提供基本的信號(hào)通路,無線電系統(tǒng)的收發(fā)功能可通過軟件編程設(shè)置實(shí)現(xiàn),還可通過改動(dòng)部分的軟件和硬件電路擴(kuò)展系統(tǒng)功能。因此,借鑒“軟件無線電”的思想設(shè)計(jì)信號(hào)是“通用性”的關(guān)鍵。在發(fā)生器中,基本硬件電路產(chǎn)生的最小頻移鍵控(Minimun Shift Keying,簡稱)信號(hào),是產(chǎn)生后續(xù)高斯濾波最小移鍵控(Gaussiian Filtered MinimumShift Keying.簡稱G)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:

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/189014.htm


式中,幅度r(t)和相位θ(t)表征基帶信號(hào)特征。
將式(1)展開可得:


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)波在任一碼元內(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:


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:


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。

3 通信信號(hào)發(fā)生器的MSK調(diào)制信號(hào)設(shè)計(jì)
通用通信信號(hào)發(fā)生器中,借鑒了“軟件無線電”的設(shè)計(jì)思路,硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供信號(hào)通路。信號(hào)發(fā)生器軟件系統(tǒng)包括信號(hào)源庫和調(diào)制樣式庫。該軟件系統(tǒng)與硬件控制相結(jié)合,通過信號(hào)源和調(diào)制樣式的不同組合、更改定義不同的調(diào)制參數(shù)的調(diào)制信號(hào),產(chǎn)生真實(shí)調(diào)制信號(hào)。
根據(jù)這一設(shè)計(jì)思想,MSK調(diào)制硬件設(shè)計(jì)與其他窄帶通信信號(hào)設(shè)計(jì)是通用的。圖2為中頻調(diào)制電路。圖2中,選用雙通道發(fā)送D/A轉(zhuǎn)換器AD9761和正交調(diào)制器件AD8346共同產(chǎn)生MSK調(diào)制信號(hào)。其中,AD976l是一款lO bit,40 MS/s的D/A轉(zhuǎn)換器,精度和速度可滿足產(chǎn)生一般窄帶通信信號(hào)的要求。而AD8346是一款高性能的硅半導(dǎo)體射頻器件,可以用于0.8~2.5 GHz的射頻正交調(diào)制。AD8346可調(diào)制的基帶信號(hào)帶寬為DC~70 MHz。并由單端2.7~5.5 V供電。靜態(tài)工作狀態(tài)下電流值為45 mA;休眠狀態(tài)下電流僅為1μA。因此,AD8346具有高精度,在1.9 GHz時(shí),正交誤差l°rms,I/Q幅度平衡僅為0.2 dB。其具有的優(yōu)秀相位精度和幅度平衡特性可直接將信號(hào)調(diào)制到射頻。因此,利用AD9761和AD8346構(gòu)成了通用信號(hào)發(fā)生器的中頻調(diào)制的基本框架。
由軟件定義MSK信號(hào)的調(diào)制參數(shù)Tb,通過運(yùn)算產(chǎn)生式(4)中的ancos(πt/2Tb)和bnsin(πt/2Tb)兩項(xiàng)作為基帶I、Q串行數(shù)據(jù)。AD976l在控制數(shù)據(jù)的作用下接收計(jì)算機(jī)生成的基帶I、Q串行數(shù)據(jù),并在其內(nèi)部分離I、Q數(shù)據(jù),經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后分別產(chǎn)生I、Q的模擬信號(hào)。AD976l產(chǎn)生的I、Q的模擬信號(hào)經(jīng)由電阻和電容構(gòu)成的交流耦合電路后送入正交調(diào)制器AD8346,并與LOIP、LOIN饋送入的本振信號(hào)正交相乘,最后將正交相乘后的兩路信號(hào)合成為調(diào)制在本振頻率上的已調(diào)通信信號(hào),從VOUT端輸出MSK信號(hào)。


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