通用通信信号发生器中的MSK设计

1 引言

　　通信信号发生器是电磁环境仿真与模拟、通信系统设计中的重要环节，也是通信与通信对抗系统研究的基本要素。通信信号发生器通常是由硬件电路组合而成，存在硬件规模大、资金投入多、不易扩展等缺点。而“软件无线电”中，硬件电路提供基本的信号通路，无线电系统的收发功能可通过软件编程设置实现，还可通过改动部分的软件和硬件电路扩展系统功能。因此，借鉴“软件无线电”的思想设计信号发生器是“通用性”的关键。在通信信号发生器中，基本硬件电路产生的最小频移键控(Minimun Shift Keying，简称MSK)信号，是产生后续高斯滤波最小移键控(Gaussiian Filtered MinimumShift Keying．简称GMSK)等信号的基础。因此，探讨了基于正交调制法产生的MSK调制信号，可为通信信号发生器产生数字通信信号提供借鉴。

　　2 基于正交调制法产生的MSK信号

　　2．1 正交调制法原理

　　理想情况下，运用“软件无线电”的思想，计算机运算产生任意通信信号的采样值，该采样值通过D／A转换后生成所需的任意调制通信信号。但是，通信信号带宽较大时，直接产生射频信号不仅需要大量数据，而且对硬件性能要求较高。由于大量数据是来自于载频信号的采样，而基带信号的采样数据远远小于载频信号采样数据，通过软件运算将表征基带信号的一些特征生成为采样值，再通过D／A转换与载频信号结合产生所需的已调制的通信信号，避免大量数据处理。

　　正交调制法是，对于任意调制的窄带通信信号可表示为：

 

 

 

　　式中，幅度r(t)和相位θ(t)表征基带信号特征。

　　将式(1)展开可得：

 

 

 

　　令I(t)=r(t)cosθ(t)，Q(t)=r(t)sinθ(t)，由式(2)看出，只要传递I(t)和Q(t)两项函数，就能以较低数据传输速率传递基带信号。I(t)和Q(t)两项与载频信号正交相乘生成任意调制信号。

　　2．2 MSK概述闭

　　MSK是一种特殊的连续相位的频移键控(Frequency—Shift Keying，简称FSK)，其最大频移为比特率的1／4。即就是，MSK是调制系数为0．5的连续相位的FSK。MSK已调波在任*元内发送的频率由相邻2个码元共同决定。当相邻2个码元数据相同时发送f1，当2个码元数据不同时发送f2，则：

 

 

 

　　式中，k为正整数，t0为码元宽度。

　　因此，MSK信号功率谱密度相对集中，频带利用率高；频带较宽，信道有效性高，在跳频扩频通信中增加跳频点；并具有恒包络特性，经过限幅后旁瓣电平仍然迅速滚降，适用于功率受限而非线性放大的应用；MSK调制的误码率与数字系统中最佳的PSK调相近，具有高可靠性；解调和同步电路简单。基于上述特点，MSK可广泛应用于移动通信系统。

　　2．3 通用通信信号发生器中MSK信号发生原理

　　通用通信信号发生器利用正交调制法产生MSK调制信号，由式(2)可知，MSK信号采用正交调制方式：

 

 

 

　　式中，an和bn分别为输入二进制数据的奇、偶序列，Tb为数据比特持续时间，kTb≤t≤(k+1Tb)。

　　由式(4)可知，MSK信号的相位具有连续调制特性。利用正交调制法产生MSK信号，其原理框图如图1所示。