最小频移键控msk的原理与应用

最小频移键控msk的原理与应用

为了适应数字通信、光纤通信和卫星通信的传输特性，近年来提出了一种基于充分节省频率和提高效率使用频率带的稳定包络分布模式，最小频率位移按钮控制（msk）是一个典型方法。它主要特点是这类已调信号具有幅度不变的特性,其发射机功率放大器可以工作在非线性状态,而不引起严重的频谱扩散;接受机可用限幅器消除信号衰落的影响,从而提高抗干扰性能。因此,被广泛应用于第二代数字移动通讯GSM体制之中。但传统MSK多采用触发电路来实现,实时性不甚理想,本文采用了全新的判决电路来弥补了这一不足。1msk信号产生机制1.1保kt+akttMSK是一种特殊的2FSK(二进制频移键控)。2FSK信号通常是有两个独立的震荡源产生,一般来说在频率转换处相位不连续,因此,会造成功率谱产生很大的旁瓣分量,若通过带限系统后会产生信号包络的起伏变化。为了克服以上缺点,需控制在频率转换处相位变化是连续性的,这种形式的数字频率调制称为相位连续的频移键控(CPFSK),MSK属于CPFSK,但因其调制指数最小,在每个码元持续时间TS内,频移恰好引起π/2相移变化,所以称这种调制方式为最小频移键控MSK。MSK信号可表示为SΜSΚ=cos(ω0t+πak2ΤSt+φk)kΤS≤t≤(k+1)ΤS(1)SMSK=cos(ω0t+πak2TSt+φk)kTS≤t≤(k+1)TS(1)下面讨论第k个码元相位变化情况(即除载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)根据相位连续的条件,要求在t=kTS时满足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)将式(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。利用三角函数将式(1～6)展开得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)将式(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,为同相分量;Qk=-akcosφk,为正交分量。具体调制参数状态见表1。1.2msk信号的获取根据以上的分析,可采用正交调幅方式产生MSK信号,如图1所示。首先将输入的二进制信号进行差分编码。经串/并变换,将一路延迟TS,得到相互交错一个码元宽度的两路信号Ik和Qk,然后用加权函数cos(πt/2TS)和sin(πt/2TS)分别对两路数据信号Ik和Qk进行加权,加权后的两路信号在分别对正交载波cosω0t和sinω0t进行调制,调制后的信号相加后通过带通滤波器,就得到MSK信号。2新的msk调整器2.1ak、ik和qk之间的关系2.1.1计算参数的选取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为偶数)-cosφk-1=-Ιk-1(ak=-ak-1且k为奇数)当k为偶数时φk=φk-1当k为奇数时φk={φk-1(ak=ak-1)-φk-1(ak=-ak-1)由于ak与Ik的取值范围(±1)相同,则当Ik、ak的初始值相同即I0=a0时,Ik=ak。2.1.2qk及ak-1、ak-1的计算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为奇数)ak-1cosφk-1=-Qk-1(ak=-ak且k为偶数)当k为奇数时φk=φk-1当k为偶数时φk={φk-1(ak=ak-1)-φk-1(ak=-ak-1)同样由于ak与Qk的取值范围(±1)相同,则当ak,Qk的初始值相同时即时a0=Q0,则ak=Qk。2.2msk调制信号在以上分析的基础上,可以得出Ik与Qk只不过是ak的表现方式。可直接从MSK调制信号的表达式出发来构建原理框图。选取I0=a0=1,此时,φ0=0,可由表1得到表2。又有下列关系式:当φk=0时:SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t当φk=π时:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t。]当ak-1=1、ak=1时:SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t当ak-1=1、ak=-1时:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]当ak-1=-1、ak=1时:SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t当ak-1=-1、ak=-1时:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]同样选取I0=a0=-1,此时,φ0=π可由表1得到表3。同样可得,ak-1=1,ak=-1时,SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t;当ak-1=1、ak=-1时:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]当ak-1=-1、ak=1时:SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t当ak-1=-1、ak=-1时:SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]直接通过对ak的判决就可实现MSK调制信号。具体调制原理如图2所示。首先将输入的二进制信号ak分为两路。一路输入判决器判决:若a0=1,使ak(ak包括a0)保持不变;若a0=-1,令ak取反。具体判决电路如图3所示。;另一路与加权函数sin(πt/2TS)和正交载频信号sinω0t之积相乘后再与另一加权函数cos(πt/2TS)和正交载频信号cosω0t之积相加,将相加得到的信号输入带通滤波器后与ak的判决信号相乘,就得到MSK调制信号。3多通道调制信号电路在我国目前还发展得不多,这对我国未来在半数与传统的MSK调制电