最小頻移鍵控msk的原理與應用

為了適應數字通信、光纖通信和衛星通信的傳輸特性，近年來提出了一種基于充分節省頻率和提高效率使用頻率帶的穩定包絡分布模式，最小頻率位移按鈕控制（msk）是一個典型方法。它主要特點是這類已調信號具有幅度不變的特性,其發射機功率放大器可以工作在非線性狀態,而不引起嚴重的頻譜擴散;接受機可用限幅器消除信號衰落的影響,從而提高抗干擾性能。因此,被廣泛應用于第二代數字移動通訊GSM體制之中。但傳統MSK多采用觸發電路來實現,實時性不甚理想,本文采用了全新的判決電路來彌補了這一不足。1msk信號產生機制1.1保kt+akttMSK是一種特殊的2FSK(二進制頻移鍵控)。2FSK信號通常是有兩個獨立的震蕩源產生,一般來說在頻率轉換處相位不連續,因此,會造成功率譜產生很大的旁瓣分量,若通過帶限系統后會產生信號包絡的起伏變化。為了克服以上缺點,需控制在頻率轉換處相位變化是連續性的,這種形式的數字頻率調制稱為相位連續的頻移鍵控(CPFSK),MSK屬于CPFSK,但因其調制指數最小,在每個碼元持續時間TS內,頻移恰好引起π/2相移變化,所以稱這種調制方式為最小頻移鍵控MSK。MSK信號可表示為SΜSΚ=cos(ω0t+πak2ΤSt+φk)kΤS≤t≤(k+1)ΤS(1)SMSK=cos(ω0t+πak2TSt+φk)kTS≤t≤(k+1)TS(1)下面討論第k個碼元相位變化情況(即除載波相位之外的附加相位)θk(t)=akπt2ΤS+φkkΤS≤t≤(k+1)ΤS(2)θk(t)=akπt2TS+φkkTS≤t≤(k+1)TS(2)根據相位連續的條件,要求在t=kTS時滿足θk-1(kTS)=φk(kTS)(3)即ak-1πkΤS2ΤS+φk-1=akπkΤS2ΤS+φk(4)ak?1πkTS2TS+φk?1=akπkTS2TS+φk(4)可得φk=φk-1+(ak-1-ak)πk2(5)φk=φk?1+(ak?1?ak)πk2(5)將式(2)代入式(1),得SMSK=cos[ω0t+θk(t)](6)式中,θk(t)=akπk2ΤS+φk?ak=±1?φk=0θk(t)=akπk2TS+φk?ak=±1?φk=0或π。利用三角函數將式(1～6)展開得SMSK=cosφk(t)cosω0t-sinθk(t)sinsω0t(7)式中:cosθk(t)=cos(πk2ΤSak+φk)=cos(πk2ΤSak)cosφk-sin(πk2ΤSak)sinφk=cos(πk2ΤS)cosφk(8)cosθk(t)=cos(πk2TSak+φk)=cos(πk2TSak)cosφk?sin(πk2TSak)sinφk=cos(πk2TS)cosφk(8)sinθk(t)=sin(πk2ΤSak+φk)=[sin(πk2ΤSak)cosφk+cos(πk2ΤSak)sinφk]=aksin(πk2ΤS)cosφk(9)將式(8)和式(9)代入式(7),有SΜSΚ=cosφkcos(πk2ΤS)cosω0t+akcosφksin(πk2ΤS)sinω0t=Ιkcos(πk2ΤS)cosω0t+Qksin(πk2ΤS)sinω0t式中:kTS<t<(k+1)TS、IK=cosφk,為同相分量;Qk=-akcosφk,為正交分量。具體調制參數狀態見表1。1.2msk信號的獲取根據以上的分析,可采用正交調幅方式產生MSK信號,如圖1所示。首先將輸入的二進制信號進行差分編碼。經串/并變換,將一路延遲TS,得到相互交錯一個碼元寬度的兩路信號Ik和Qk,然后用加權函數cos(πt/2TS)和sin(πt/2TS)分別對兩路數據信號Ik和Qk進行加權,加權后的兩路信號在分別對正交載波cosω0t和sinω0t進行調制,調制后的信號相加后通過帶通濾波器,就得到MSK信號。2新的msk調整器2.1ak、ik和qk之間的關系2.1.1計算參數的選取Ιk=cosφk=cos[φk-1+(ak-1-ak)πk2]Ιk=cos(φk-1±kπ)={cosφk-1=Ιk-1(ak=ak-1)cosφk-1=Ιk-1(ak=ak-1且k為偶數)-cosφk-1=-Ιk-1(ak=-ak-1且k為奇數)當k為偶數時φk=φk-1當k為奇數時φk={φk-1(ak=ak-1)-φk-1(ak=-ak-1)由于ak與Ik的取值范圍(±1)相同,則當Ik、ak的初始值相同即I0=a0時,Ik=ak。2.1.2qk及ak-1、ak-1的計算Qk=-akcosφk=-akcos[φk-1+(ak-1-ak)πk2]Qk={-ak-1cosφk-1=φk-1(ak=ak-1)-akcos(φk-1±kπ)={-ak-1cosφk-1=Qk-1(ak=-ak且k為奇數)ak-1cosφk-1=-Qk-1(ak=-ak且k為偶數)當k為奇數時φk=φk-1當k為偶數時φk={φk-1(ak=ak-1)-φk-1(ak=-ak-1)同樣由于ak與Qk的取值范圍(±1)相同,則當ak,Qk的初始值相同時即時a0=Q0,則ak=Qk。2.2msk調制信號在以上分析的基礎上,可以得出Ik與Qk只不過是ak的表現方式?？芍苯訌腗SK調制信號的表達式出發來構建原理框圖。選取I0=a0=1,此時,φ0=0,可由表1得到表2。又有下列關系式:當φk=0時:SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t當φk=π時:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t。]當ak-1=1、ak=1時:SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t當ak-1=1、ak=-1時:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]當ak-1=-1、ak=1時:SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t當ak-1=-1、ak=-1時:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]同樣選取I0=a0=-1,此時,φ0=π可由表1得到表3。同樣可得,ak-1=1,ak=-1時,SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t;當ak-1=1、ak=-1時:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]當ak-1=-1、ak=1時:SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t當ak-1=-1、ak=-1時:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]直接通過對ak的判決就可實現MSK調制信號。具體調制原理如圖2所示。首先將輸入的二進制信號ak分為兩路。一路輸入判決器判決:若a0=1,使ak(ak包括a0)保持不變;若a0=-1,令ak取反。具體判決電路如圖3所示。;另一路與加權函數sin(πt/2TS)和正交載頻信號sinω0t之積相乘后再與另一加權函數cos(πt/2TS)和正交載頻信號cosω0t之積相加,將相加得到的信號輸入帶通濾波器后與ak的判決信號相乘,就得到MSK調制信號。3多通道調制信號電路在我國目前還發展得不多,這對我國未來在半數與傳統的MSK調制電