基于FPGA的MSK调制解调器设计与应用

2011-01-11 21:22:25来源: 常州工学院电子信息与电气工程学院 关键字:现场可编程逻辑阵列  最小频移键控  调制  时序仿真

  数字调制解调器点对点的数据传输中得到广泛的应用。通常的二进制数调制解调器是建立在模拟载波上的,在电路实现时需要模拟信号源,这会给全数字应用场合带来不方便。本文分析了MSK(最小频移键控)数字调制信号特征,提出一种全数字固定数据速率MSK调制解调器的设计方法,应用VHDL 语言进行了模块设计和时序仿真。硬件部分在Altera公司 EP2C15AF256C8N FPGA 上实现了MSK 数字调制解调器,并在常州市科技攻关项目:粮库储粮安全网络智能监测系统嵌入式测控部分应用。实测表明,数字MSK 调制解调器具有包络恒定,相位连续,频带利用率高的优点。并且在FPGA 上实现时设计效率高,可与其他模块共用片上资源,对于全数字系统中的短距离数据通信是较好的解决方案。

1 数字MSK 调制的载波频率与相位常数

  最小频移键控MSK ( Minimum Frequency Shift Keying ) 是二进制连续相位FSK 的一种特殊形式。有时也称为快速频移键控(FFSK)。MSK 调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号, 同时MSK 比2PSK 的数据传输速率高,且在带外的频谱分量要比2PSK 衰减更快。

  MSK 是恒定包络连续相位频率调制,其信号的表示式为

 

基于FPGA的MSK调制解调器设计与应用

  MSK 调制必须同时满足调制指数0.5 和相位连续条件,由MSK 信号表示可知,为了使调制指数为0.5,MSK 信号的两个频率应分别为:

 

基于FPGA的MSK调制解调器设计与应用

  上式反映了MSK 信号前后码元区间的约束关系。MSK 信号在第k 个码元的相位常数不仅与当前码元的取值有关,而且还与前一个码元的取值及相位常数有关。在数字载波的情况下,上述条件等同于根据前一码元的相位,选择当前码元的相位是同相或反相,以保证数字MSK信号的相位连续。

2 数字MSK 调制解调器FPGA 模块实现

  用FPGA 实现的MSK 调制器模块如图1 所示。

 

基于FPGA的MSK调制解调器设计与应用

图1 MSK 调制器模块

  图中预分频器和“0”、“1”码分频器组成载波发生器,在输入码序列同步信号的控制下分别产生“0”码和“1”码的数字载波。为了方便设计与调整,预分频器设置2 级分频电路,分频系数分别为D1 和D2,从分频效率考虑,D1 和D2 的乘积应为总分频系数的最大公共因子。

  “0”码和“1”码分频器的分频系数C1、C2 的设置必须满足调制指数0.5 的条件。输入调制信号数字序列控制2 选1 多路选择器,选出对应输入码流中“0”、“1”码元的数字载波。相位检测模块与第二级2 选1 多路选择器、码长分频器和反相器组成连续相位形成电路。在前面确定“0”、“1”码元的数字载波时,每个码元的载波周期数也随之确定, 其中“0”、“1”数字载波相位差固定为180°,因此可以简单地用0、1 来表示2 个载波相位。在相位检测模块中,码长分频器作为1bit 延时时钟信号,输入数字信号延迟一码元信号D-1 与前次产生的2 选1 选择器控制信号S 比较,得到前一码元结束时的相位Q-1,其结果如表1 所示。

 

基于FPGA的MSK调制解调器设计与应用

图2 MSK 解调器模块

  

[1] [2]

关键字:现场可编程逻辑阵列  最小频移键控  调制  时序仿真

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/0111/article_3428.html
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