最小頻移鍵控msk的原理與應(yīng)用

最小頻移鍵控msk的原理與應(yīng)用

為了適應(yīng)數(shù)字通信、光纖通信和衛(wèi)星通信的傳輸特性，近年來(lái)提出了一種基于充分節(jié)省頻率和提高效率使用頻率帶的穩(wěn)定包絡(luò)分布模式，最小頻率位移按鈕控制（msk）是一個(gè)典型方法。它主要特點(diǎn)是這類(lèi)已調(diào)信號(hào)具有幅度不變的特性,其發(fā)射機(jī)功率放大器可以工作在非線(xiàn)性狀態(tài),而不引起嚴(yán)重的頻譜擴(kuò)散;接受機(jī)可用限幅器消除信號(hào)衰落的影響,從而提高抗干擾性能。因此,被廣泛應(yīng)用于第二代數(shù)字移動(dòng)通訊GSM體制之中。但傳統(tǒng)MSK多采用觸發(fā)電路來(lái)實(shí)現(xiàn),實(shí)時(shí)性不甚理想,本文采用了全新的判決電路來(lái)彌補(bǔ)了這一不足。1msk信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制1.1保kt+akttMSK是一種特殊的2FSK(二進(jìn)制頻移鍵控)。2FSK信號(hào)通常是有兩個(gè)獨(dú)立的震蕩源產(chǎn)生,一般來(lái)說(shuō)在頻率轉(zhuǎn)換處相位不連續(xù),因此,會(huì)造成功率譜產(chǎn)生很大的旁瓣分量,若通過(guò)帶限系統(tǒng)后會(huì)產(chǎn)生信號(hào)包絡(luò)的起伏變化。為了克服以上缺點(diǎn),需控制在頻率轉(zhuǎn)換處相位變化是連續(xù)性的,這種形式的數(shù)字頻率調(diào)制稱(chēng)為相位連續(xù)的頻移鍵控(CPFSK),MSK屬于CPFSK,但因其調(diào)制指數(shù)最小,在每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間TS內(nèi),頻移恰好引起π/2相移變化,所以稱(chēng)這種調(diào)制方式為最小頻移鍵控MSK。MSK信號(hào)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(gè)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(jù)相位連續(xù)的條件,要求在t=kTS時(shí)滿(mǎn)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(shù)將式(1～6)展開(kāi)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(diào)制參數(shù)狀態(tài)見(jiàn)表1。1.2msk信號(hào)的獲取根據(jù)以上的分析,可采用正交調(diào)幅方式產(chǎn)生MSK信號(hào),如圖1所示。首先將輸入的二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行差分編碼。經(jīng)串/并變換,將一路延遲TS,得到相互交錯(cuò)一個(gè)碼元寬度的兩路信號(hào)Ik和Qk,然后用加權(quán)函數(shù)cos(πt/2TS)和sin(πt/2TS)分別對(duì)兩路數(shù)據(jù)信號(hào)Ik和Qk進(jìn)行加權(quán),加權(quán)后的兩路信號(hào)在分別對(duì)正交載波cosω0t和sinω0t進(jìn)行調(diào)制,調(diào)制后的信號(hào)相加后通過(guò)帶通濾波器,就得到MSK信號(hào)。2新的msk調(diào)整器2.1ak、ik和qk之間的關(guān)系2.1.1計(jì)算參數(shù)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(shù))-cosφk-1=-Ιk-1(ak=-ak-1且k為奇數(shù))當(dāng)k為偶數(shù)時(shí)φk=φk-1當(dāng)k為奇數(shù)時(shí)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(dāng)Ik、ak的初始值相同即I0=a0時(shí),Ik=ak。2.1.2qk及ak-1、ak-1的計(jì)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(shù))ak-1cosφk-1=-Qk-1(ak=-ak且k為偶數(shù))當(dāng)k為奇數(shù)時(shí)φk=φk-1當(dāng)k為偶數(shù)時(shí)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(dāng)ak,Qk的初始值相同時(shí)即時(shí)a0=Q0,則ak=Qk。2.2msk調(diào)制信號(hào)在以上分析的基礎(chǔ)上,可以得出Ik與Qk只不過(guò)是ak的表現(xiàn)方式?？芍苯訌腗SK調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式出發(fā)來(lái)構(gòu)建原理框圖。選取I0=a0=1,此時(shí),φ0=0,可由表1得到表2。又有下列關(guān)系式:當(dāng)φk=0時(shí):SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t當(dāng)φk=π時(shí):SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t。]當(dāng)ak-1=1、ak=1時(shí):SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t當(dāng)ak-1=1、ak=-1時(shí):SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]當(dāng)ak-1=-1、ak=1時(shí):SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t當(dāng)ak-1=-1、ak=-1時(shí):SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]同樣選取I0=a0=-1,此時(shí),φ0=π可由表1得到表3。同樣可得,ak-1=1,ak=-1時(shí),SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t;當(dāng)ak-1=1、ak=-1時(shí):SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]當(dāng)ak-1=-1、ak=1時(shí):SΜSΚ=cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t當(dāng)ak-1=-1、ak=-1時(shí):SΜSΚ=-[cos(πt2ΤS)cosω0t-aksin(πt2ΤS)sinω0t]直接通過(guò)對(duì)ak的判決就可實(shí)現(xiàn)MSK調(diào)制信號(hào)。具體調(diào)制原理如圖2所示。首先將輸入的二進(jìn)制信號(hào)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(quán)函數(shù)sin(πt/2TS)和正交載頻信號(hào)sinω0t之積相乘后再與另一加權(quán)函數(shù)cos(πt/2TS)和正交載頻信號(hào)cosω0t之積相加,將相加得到的信號(hào)輸入帶通濾波器后與ak的判決信號(hào)相乘,就得到MSK調(diào)制信號(hào)。3多通道調(diào)制信號(hào)電路在我國(guó)目前還發(fā)展得不多,這對(duì)我國(guó)未來(lái)在半數(shù)與傳統(tǒng)的MSK調(diào)制電