CN102014092B - 一种基于级联模式的四进制msk调制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于级联模式的四进制MSK调制方法及装置，所述调制器包括第一串并转换器、第二串并转换器，所述解调器包括2FSK调制模块、2MSK调制模块；第一串并装换器上支路依次经过异或运算器、差分编码器与第二串并转换器相连；第一串并转换器下支路依次经过2FSK调制模块、带通滤波器与2MSK调制模块输入端相连；第二串并转换器上支路经过延迟器与2MSK模块同向分量端相连；第二串并转换器下支路与2MSK调制模块正交分量端相连；2MSK模块输出端与带通滤波器相连；第一串并转换器下支路与异或运算器相连。本发明由于采用了上述方法和结构，能够提供包络恒定，相位连续，带宽最小且严格正交的四进制MSK信号。

Description

一种基于级联模式的四进制MSK调制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种调制方法及装置，尤其涉及到一种基于级联模式的四进制MSK调制方法及装置。

背景技术

信号调制格式的研究是当前通信领域的一大热点，新的调制格式对传输性能的改善引起了人们的关注。

调制技术是把基带信号变换成传输信号的技术。它将模拟信号抽样量化后，以二进制数字信号“1”或“0”对光载波进行通断调制，并进行脉冲编码(PCM)。数字调制的优点是抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。

调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；按照载波的形式分为连续波调制和脉冲调制两类。模拟调制有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。数字调制有振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)和差分移相键控(DPSK)等。脉冲调制有脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PDM)、脉频调制(PFM)、脉位调制(PPM)、脉码调制(PCM)和增量调制(ΔM)。

按照传输特性，调制方式又可分为线性调制和非线性调制。广义的线性调制，是指已调波中被调参数随调制信号成线性变化的调制过程。狭义的线性调制,是指把调制信号的频谱搬移到载波频率两侧而成为上、下边带的调制过程。此时只改变频谱中各分量的频率，但不改变各分量振幅的相对比例，使上边带的频谱结构与调制信号的频谱相同，下边带的频谱结构则是调制信号频谱的镜像。狭义的线性调制有调幅(AM)、抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带调制(SSB)。

一般指调制信号是离散的，而载波是连续波的调制方式。它有四种基本形式：振幅键控、移频键控、移相键控和差分移相键控。①振幅键控(ASK)：用数字调制信号控制载波的通断。如在二进制中,发0时不发送载波,发1时发送载波。有时也把代表多个符号的多电平振幅调制称为振幅键控。振幅键控实现简单，但抗干扰能力差。②移频键控(FSK)：用数字调制信号的正负控制载波的频率。当数字信号的振幅为正时载波频率为f1，当数字信号的振幅为负时载波频率为f2。有时也把代表两个以上符号的多进制频率调制称为移频键控。移频键控能区分通路，但抗干扰能力不如移相键控和差分移相键控。其中相位连续的频率调制技术是MSK调制。③移相键控(PSK)：用数字调制信号的正负控制载波的相位。当数字信号的振幅为正时，载波起始相位取0；当数字信号的振幅为负时,载波起始相位取180°。有时也把代表两个以上符号的多相制相位调制称为移相键控。移相键控抗干扰能力强，但在解调时需要有一个正确的参考相位，即需要相干解调。④差分移相键控(DPSK)：利用调制信号前后码元之间载波相对相位的变化来传递信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单的基于级联模式的四进制MSK调制方法及装置。

为解决上述技术问题，提供一种基于级联模式的四进制MSK调制装置，包括对四进制MSK信号的载波提取模块、第一串并转换器、第二串并转换器、2FSK调制模块及2MSK调制模块；第一串并转换器上支路依次经过异或运算器、差分编码器与第二串并转换器相连；第一串并转换器下支路依次经过2FSK调制模块、第一带通滤波器与2MSK调制模块输入端相连；第二串并转换器上支路经过延迟器与2MSK模块同向分量端相连；第二串并转换器下支路与2MSK调制模块正交分量端相连；2MSK模块输出端与第二带通滤波器相连；第一串并转换器下支路与所述异或运算器相连；所述2FSK调制模块包括余弦振荡器、乘法器、90度移相器、第一减法器，频率为f＝1/2Ts的第一余弦振荡器分别与第一乘法器的第一输入端和第一90度移相器输入端相连；常数1与第一乘法器的第二输入端相连；第一90度移相器的输出端和所述2FSK调制模块的输入端分别与第二乘法器的第一、第二输入端相连；频率为fc的第二余弦振荡器与第一乘法器的输出端分别与第三乘法器的第一、第二输入端相连；第二余弦振荡器与第二90度移相器输入端相连；第二90度移相器的输出端和第二乘法器的输出端分别与第四乘法器的第一、第二输入端相连；第三乘法器输出端和第四乘法器输出端与第一减法器的第一、第二输入端相连；第一减法器的输出端与第一带通滤波器相连；所述2MSK调制模块包括余弦振荡器、乘法器、90度移相器、第二减法器，2FSK调制模块的输出端通过所述第一带通滤波器与第五乘法器第一输入端相连，2MSK调制模块的同向分量端与第五乘法器第二输入端相连；2FSK调制模块的输出端通过所述第一带通滤波器与第三90度移相器相连；第三90度移相器和2MSK调制模块的正交分量端分别与第六乘法器的第一、第二输入端相连；频率为f＝1/4Ts的余弦振荡器和第五乘法器输出分别与第七乘法器第一、第二输入端相连；频率为f＝1/4Ts的余弦振荡器与第四90度移相器输入端相连；第四90度移相器输出端和第六乘法器输出端分别与第八乘法器第一、第二输入端相连；第七乘法器输出端和第八乘法器输出端分别与第二减法器的第一、第二输入端相连；第二减法器输出端与第二带通滤波器相连；

所述载波提取模块包括90度移相器、乘法器、积分判决器、并串转换器，载波和4MSK信号分别与第九乘法器的第一、第二输入端相连；载波和第五90度移相器输入端相连；4MSK信号和第五90度移相器输出端分别与第十乘法器第一、第二输入端相连；第九乘法器输出端与第一积分判决器输入端相连；第十乘法器输出端与第二积分判决器输入端相连；第一、第二积分判决器输出端分别与并串转换器的第一、第二输入端相连；所述f_c为光载波的频率，T_s为码元持续时间。

本发明由于采用了上述方法和结构，能够提供包络恒定，相位连续，带宽最小且严格正交的四进制MSK信号。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为四进制MSK调制模块结构框图；

图2为2FSK模块的结构框图；

图3为2MSK模块的结构框图；

图4为载波提取模块的结构框图。

具体实施方式

如图1所示，待发送的当前码元码元a_k101通过串并转换分为上下两路b_k102和c_k103，b_k102和c_k103经过异或运算，得到d_k104：c_k103另一路经过2FSK模块110，得到频率间隔为1/T_s的2FSK信号，在经过带通滤波器108，与2MSK模块111相连。d_k104经过差分编码得到e_k105，e_k再通过串并转换，上支路经过延时器106得到q_k107与2MSK模块111的同向分量相连，下支路为p_k109与2MSK模块111的正交分量端相连。2MSK模块111的输出端与带通滤波器112相连输出得到4MSK信号。其中，2FSK系统是将载波频率进行一级分裂的过程，在第一级分裂的过程中，由于载波频率相差1/T_s，不同的载波经过一个码元持续时间后相差的相位正好是2π，表示这时用FSK进行一级调制后的信号本来就是连续的；在第二级频率分裂的过程中，由于相差是π，于是第二级频率分裂要用MSK的方式实现。

如图2所示，频率为f＝1/2Ts的第一余弦振荡器202分别与第一乘法器204的第一输入端和第一90度移相器205输入端相连；常数1(203)与第一乘法器204的第二输入端相连；第一90度移相器205的输出端和模块输入端201分别与第二乘法器206的第一、第二输入端相连；频率为fc的第二余弦振荡器207与第一乘法器204的输出端分别与第三乘法器208的第一、第二输入端相连；第二余弦振荡器207与第二90度移相器209输入端相连；第二90度移相器209的输出端和第二乘法器206的输出端分别与第四乘法器210的第一、第二输入端相连；第三乘法器208输出端和第四乘法器210输出端与减法器211的第一、第二输入端相连；减法器211的输出端与带通滤波器212相连。由于在进行FSK调制时，不需要进行任何码元持续时间的波形翻转，所以FSK系统的同相分量上的系数是常数1(203)，模块输入端201的原码c_k是双极性码，只影响到正交分量上的系数。在进行MSK调制前，要先对码元的两个比特序列进行异或之后再进行差分编码，原因是为了实现减少误比特率采用的格雷码映射方式。

如图3所示，2FSK调制模块输出端301和同向分量端303分别与第一乘法器304第一、第二输入端相连；2FSK调制模块输出端301与第一90度移相器302相连；第一90度移相器302和正交分量端305分别与第二乘法器306的第一、第二输入端相连；频率为f＝1/4Ts的余弦振荡器307和第一乘法器304输出端分别与第三乘法器309第一、第二输入端相连；频率为f＝1/4Ts的余弦振荡器307与第二90度移相器308输入端相连；第二90度移相器308输出端和第二乘法器306输出端分别于第四乘法器310第一、第二输入端相连；第三乘法器309输出端和第四乘法器310输出端分别与减法器311的第一、第二输入端相连；减法器311输出端与带通滤波器312相连。

如图4所示，所述载波提取模块包括90度移相输入端、乘法器、积分判决器、并串转换器，载波403和4MSK信号401分别与第一乘法器402的第一、第二输入端相连；载波403和90度移相器404输入端相连；4MSK信号401和90度移相器404输出端分别与第二乘法器405第一、第二输入端相连；第一乘法器402输出端与第一积分判决器406输入端相连；第二乘法器405输出端与第二判决器407输入端相连；第一积分判决器406、第二积分判决器407输出端分别与并串转换器408的第一、第二输入端相连。

对4MSK信号的解调，采用相干解调法。由于每个四进制码元携带了两个比特的信息，因此在解调时需要用到两个相干载波cos(2πf_ct+π/2)和cos(2πf_ct)与此信号相乘，这两个相干载波分别为。则得到

cos[2πf_ct+θ_k(t)]cos(2πf_ct+π/2)＝1/2cos[θ_k(t)-π/2]+1/2cos[4πf_ct+θ_k(t)+π/2]

cos[2πf_ct+θ_k(t)]cos(2πf_ct)＝1/2cosθ_k(t)+1/2cos[4πf_ct+θ_k(t)]

式中右端第二项的频率为2f_c。将它用低通滤波器滤除，并是省略常数1/2后，得到输出电压

v_c＝cos[θ_k(t)-π/2]＝sinθ_k(t)

v_b＝cosθ_k(t)

若输入的码元为“+1，+1”或“+1，-1”，则在0<t≤2/3T_s内，v_c的值始终为正。若输入的码元为“-1，-1”或“-1，+1”，则在0<t≤2/3T_s内，v_c的值始终为负。在此2/3T_s期间对式v_c＝sinθ_k(t)积分406，积分结果为正值时，说明码元的第一个接收比特为“+1”；若积分结果为负值，则说明码元的第一个接收比特为“-1”。同理，若输入的码元为“+1，+1”或“-1，+1”，则在1/3T_s<t≤T_s内，v_b的值始终为正。若输入码元为“+1，-1”或“-1，-1”，则在1/3T_s<t≤T_s内，v_b的值始终为负。在此2/3T_s期间对式v_b＝cosθ_k(t)积分407，积分结果为正值时，说明码元的第二个接收比特为“+1”；若积分结果为负值，则说明码元的第二个接收比特为“-1”。按照此法，对第二个接收到的码元的输出电压值分别在T_s<t≤5/3T_s和4/3T_s<t≤2T_s期间积分，就能判断第二个接收码元的值，依次类推。在解调后面的码元时，需要记忆上一码元结束时刻的相位值，并将此值用于载波的相移，否则就不一定与第一个接收到的码元的结果相同。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种基于级联模式的四进制MSK调制装置，其特征在于，包括对四进制MSK信号的载波提取模块、第一串并转换器、第二串并转换器、2FSK调制模块及2MSK调制模块；第一串并转换器上支路依次经过异或运算器、差分编码器与第二串并转换器相连；第一串并转换器下支路依次经过2FSK调制模块、第一带通滤波器与2MSK调制模块输入端相连；第二串并转换器上支路经过延迟器与2MSK模块同向分量端相连；第二串并转换器下支路与2MSK调制模块正交分量端相连；2MSK模块输出端与第二带通滤波器相连；第一串并转换器下支路与所述异或运算器相连；所述2FSK调制模块包括余弦振荡器、乘法器、90度移相器、第一减法器，频率为f＝1/2Ts的第一余弦振荡器分别与第一乘法器的第一输入端和第一90度移相器输入端相连；常数1与第一乘法器的第二输入端相连；第一90度移相器的输出端和所述2FSK调制模块的输入端分别与第二乘法器的第一、第二输入端相连；频率为f_c的第二余弦振荡器与第一乘法器的输出端分别与第三乘法器的第一、第二输入端相连；第二余弦振荡器与第二90度移相器输入端相连；第二90度移相器的输出端和第二乘法器的输出端分别与第四乘法器的第一、第二输入端相连；第三乘法器输出端和第四乘法器输出端与第一减法器的第一、第二输入端相连；第一减法器的输出端与第一带通滤波器相连；所述2MSK调制模块包括余弦振荡器、乘法器、90度移相器、第二减法器，2FSK调制模块的输出端通过所述第一带通滤波器与第五乘法器第一输入端相连，2MSK调制模块的同向分量端与第五乘法器第二输入端相连；2FSK调制模块的输出端通过所述第一带通滤波器与第三90度移相器相连；第三90度移相器和2MSK调制模块的正交分量端分别与第六乘法器的第一、第二输入端相连；频率为f＝1/4Ts的余弦振荡器和第五乘法器输出分别与第七乘法器第一、第二输入端相连；频率为f＝1/4Ts的余弦振荡器与第四90度移相器输入端相连；第四90度移相器输出端和第六乘法器输出端分别与第八乘法器第一、第二输入端相连；第七乘法器输出端和第八乘法器输出端分别与第二减法器的第一、第二输入端相连；第二减法器输出端与第二带通滤波器相连；

所述载波提取模块包括90度移相器、乘法器、积分判决器、并串转换器，载波和4MSK信号分别与第九乘法器的第一、第二输入端相连；载波和第五90度移相器输入端相连；4MSK信号和第五90度移相器输出端分别与第十乘法器第一、第二输入端相连；第九乘法器输出端与第一积分判决器输入端相连；第十乘法器输出端与第二积分判决器输入端相连；第一、第二积分判决器输出端分别与并串转换器的第一、第二输入端相连；所述f_c为光载波的频率，T_s为码元持续时间。