MSK数字差分解调算法的改进及FPGA实现

MSK数字差分解调算法的改进及FPGA实现
作者：周明星俞春华
来源：《科技视界》2015年第33期
【摘要】本文根据对MSK信号差分解调算法的仿真结果讨论了采样点和判决方法对误码率性能的影响，在此基础上提出了一种改进的差分解调判决方法，最后，在FPGA上实现了优化后的差分解调算法。

【关键词】MSK；差分数字解调；误码率；FPGA
0 引言
MSK（最小频移键控）信号是一种相位连续、包络恒定并且占用带宽最小的二进制正交FSK信号[1]，这些特点使它比较适合在窄带信道中传输，因此被广泛应用于卫星通信和无线移动通信中的数据传输[2]。

研究出低误码率又便于实现的MSK数字解调技术对它的应用具有重要的意义[3]。

常用的MSK解调方法有相位相干解调法、频率相干解调法、非相干解调法、正交差分解调法等[4]，相比其他的解调方式，差分解调算法有着自身的很多优点。

本文通过仿真实验讨论了MSK差分解调算法中采样点数和判决方法对误码率性能的影响，在此基础上提出了一种改进的差分解调判决方法，该方法具有较好的误码率性能，并且更加易于实现。

最后，本文利用Xilinx公司的FPGA芯片实现了优化后的MSK差分解调算法。

图1为不同的采样点数下，误码率性能比较。

图中N为采样点数，可以看出，N越大，误码率性能越好，但同时占用的资源也越多，因此，在选择采样点数的时候要考虑性能和硬件资源的折中。

2.2 判决模块的改进
然而，本文经过仿真发现，将所有采样点的值进行积分后再判决的性能并不会比所有的单点判决（每个符号周期只取一个点进行解调）性能好。

图2 给出了积分判决时，不同的叠加点的性能比较。

进行仿真时，码元宽度T内总的采样点数为16点，图中“n=1：16”表示将一周期内所有16个采样点计算的Y（t）进行叠加后再判决，其它类推。

为了更好的比较叠加后判决的性能，该图也给出了最佳的单点判决（n=16）的性能与各种叠加方法得到的性能进行比较。

从图中可以看出，当把所有16个采样点计算的Y（t）值进行叠加后再判决，得到的性能是最差的，而且远低于最佳的单点判决性能；把所有采样点中后一半的采样点计算的Y（t）值进行叠加的性能与最佳的单点判决性能差不多；随着所叠加的采样点的位置后移，误码率性能逐渐提高，图中将每个码元周期内最后5个采样点叠加后取得最好的性能，而后，随着叠加点数的减少性能有所下降，但不明显，如图中叠加的采样点取14至16时，性能就比叠加第12至16个时有所下降。

因此，叠加判决时要选取适当的采样点进行叠加才能有效提高MSK 信号的解调性能。

本文根据仿真结果认为，在一个码元周期内选取最后几个采样点进行叠加判决能得到较好的误码率性能和较小的计算量。

3 MSK差分解调的FPGA实现
本文最后利用FPGA芯片实现了优化后的MSK差分解调算法，图3给出了输入数据与差分解调输出的结果对比，图中“clk”为时钟脉冲，“ranseq_out”是用FPGA产生的一个随机序列，作为输入数据源，“demo_out”为解调后的输出结果，“demo_valid”输出为“1”时输出结果有效。

结果显示，改进后的MSK差分解调算法更容易在FPGA里实现，并且性能良好。

图3 FPGA差分解调结果与输入数据的比较
4 结论
本文通过对MSK信号的数字差分解调算法的仿真，讨论了该算法中采样点数和判决方法对误码率性能的影响，通过仿真发现，误码率性能随着采样点数的增加而提高；在单点解调时，判决点选取越靠近最大采样点的位置误码率性能越好；在此基础上提出了一种改进的差分解调判决方法，选取适当的部分采样点进行叠加能有效提高解调性能，易于实现。

最后，在FPGA上实现了优化后的差分解调算法。

【参考文献】
[1]樊昌信，曹丽娜，通信原理[M].国防工业出版社，2011.
[2]楚克丽，邓平，佟力，等. “基带MSK调制解调及其Verilog实现”[C]//通信理论与技术新发展一第十四届全国青年通信学术会议论文集.2009.
[3]王红军.一种新型的基于块自适应滤波的MSK信号解调技术[J].信号处理， 2011，Vol.
27. No. 6.
[4]陆智超.全数字MSK调制解调器的设计与实现[D].哈尔滨工程大学.
[5]张幼明，贾建祥. MSK信号的差分数字解调方法[J].舰船电子工程，2008，Vol. 28. No.
11.
[责任编辑：杨玉洁]。