通用通信信號發(fā)生器中的MSK設計

2 基于正交調制法產生的MSK信號
2．1 正交調制法原理
理想情況下，運用“軟件無線電”的思想，計算機運算產生任意通信信號的采樣值，該采樣值通過D／A轉換后生成所需的任意調制通信信號。但是，通信信號帶寬較大時，直接產生射頻信號不僅需要大量數(shù)據(jù)，而且對硬件性能要求較高。由于大量數(shù)據(jù)是來自于載頻信號的采樣，而基帶信號的采樣數(shù)據(jù)遠遠小于載頻信號采樣數(shù)據(jù)，通過軟件運算將表征基帶信號的一些特征生成為采樣值，再通過D／A轉換與載頻信號結合產生所需的已調制的通信信號，避免大量數(shù)據(jù)處理。
正交調制法是，對于任意調制的窄帶通信信號可表示為：

式中，幅度r(t)和相位θ(t)表征基帶信號特征。
將式(1)展開可得：

令I(t)=r(t)cosθ(t)，Q(t)=r(t)sinθ(t)，由式(2)看出，只要傳遞I(t)和Q(t)兩項函數(shù)，就能以較低數(shù)據(jù)傳輸速率傳遞基帶信號。I(t)和Q(t)兩項與載頻信號正交相乘生成任意調制信號。
2．2 MSK概述閉
MSK是一種特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控(Frequency―
Shift Keying，簡稱FSK)，其最大頻移為比特率的1／4。即就是，MSK是調制系數(shù)為0．5的連續(xù)相位的FSK。MSK已調波在任一碼元內發(fā)送的頻率由相鄰2個碼元共同決定。當相鄰2個碼元數(shù)據(jù)相同時發(fā)送f1，當2個碼元數(shù)據(jù)不同時發(fā)送f2，則：

式中，k為正整數(shù)，t0為碼元寬度。
因此，MSK信號功率譜密度相對集中，頻帶利用率高；頻帶較寬，信道有效性高，在跳頻擴頻通信中增加跳頻點；并具有恒包絡特性，經過限幅后旁瓣電平仍然迅速滾降，適用于功率受限而非線性放大的應用；MSK調制的誤碼率與數(shù)字系統(tǒng)中最佳的PSK調相近，具有高可靠性；解調和同步電路簡單?；谏鲜鎏攸c，MSK可廣泛應用于移動通信系統(tǒng)。
2．3 通用通信信號發(fā)生器中MSK信號發(fā)生原理
通用通信信號發(fā)生器利用正交調制法產生MSK調制信號，由式(2)可知，MSK信號采用正交調制方式：

式中，an和bn分別為輸入二進制數(shù)據(jù)的奇、偶序列，Tb為數(shù)據(jù)比特持續(xù)時間，kTb≤t≤(k+1Tb)。
由式(4)可知，MSK信號的相位具有連續(xù)調制特性。利用正交調制法產生MSK信號，其原理框圖如圖1所示。

3 通信信號發(fā)生器的MSK調制信號設計
通用通信信號發(fā)生器中，借鑒了“軟件無線電”的設計思路，硬件電路設計系統(tǒng)提供信號通路。信號發(fā)生器軟件系統(tǒng)包括信號源庫和調制樣式庫。該軟件系統(tǒng)與硬件控制相結合，通過信號源和調制樣式的不同組合、更改定義不同的調制參數(shù)的調制信號，產生真實調制信號。
根據(jù)這一設計思想，MSK調制硬件設計與其他窄帶通信信號設計是通用的。圖2為中頻調制電路。圖2中，選用雙通道發(fā)送D／A轉換器AD9761和正交調制器件AD8346共同產生MSK調制信號。其中，AD976l是一款lO bit，40 MS／s的D／A轉換器，精度和速度可滿足產生一般窄帶通信信號的要求。而AD8346是一款高性能的硅半導體射頻器件，可以用于0．8～2．5 GHz的射頻正交調制。AD8346可調制的基帶信號帶寬為DC～70 MHz。并由單端2．7~5．5 V供電。靜態(tài)工作狀態(tài)下電流值為45 mA；休眠狀態(tài)下電流僅為1μA。因此，AD8346具有高精度，在1.9 GHz時，正交誤差l°rms，I／Q幅度平衡僅為0．2 dB。其具有的優(yōu)秀相位精度和幅度平衡特性可直接將信號調制到射頻。因此，利用AD9761和AD8346構成了通用信號發(fā)生器的中頻調制的基本框架。
由軟件定義MSK信號的調制參數(shù)Tb，通過運算產生式(4)中的ancos(πt／2Tb)和bnsin(πt/2Tb)兩項作為基帶I、Q串行數(shù)據(jù)。AD976l在控制數(shù)據(jù)的作用下接收計算機生成的基帶I、Q串行數(shù)據(jù)，并在其內部分離I、Q數(shù)據(jù)，經D／A轉換后分別產生I、Q的模擬信號。AD976l產生的I、Q的模擬信號經由電阻和電容構成的交流耦合電路后送入正交調制器AD8346，并與LOIP、LOIN饋送入的本振信號正交相乘，最后將正交相乘后的兩路信號合成為調制在本振頻率上的已調通信信號，從VOUT端輸出MSK信號。