基于FPGA的MSK调制解调器设计与应用

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计和时序仿真,硬件部分在Altera 公司 EP2C15AF256C8N FPGA 上实现。结果表明,数字MSK调制解调器具有相位连续,频带利用率高的优点。

数字调制解调器在点对点的数据传输中得到了广泛的应用。通常的二进制数字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的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

 

 

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:

 

 

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。

 

 

图1 MSK 调制器模块

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基于FPGA的MSK调制解调器设计与应用

计和时序仿真,硬件部分在Altera 公司 EP2C15AF256C8N FPGA 上实现。结果表明,数字MSK调制解调器具有相位连续,频带利用率高的优点。 数字调制解调器在点对点的数据传输中得到了