一种跳频MSK信号检测算法及FPGA 实现
基于FPGA的MSK调制解调器设计与应用
邮局订阅号：82-946360元/年技术创新PLD CPLD FPGA 应用《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注基于FPGA 的MSK 调制解调器设计与应用Designing and Application of MSK Modulator and Demodulator basade on FPGA(常州工学院)肖闽进XIAO Min-jin摘要:提出了一种基于FPGA 的数字MSK 调制解调器设计方法,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。
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。
关键词:现场可编程逻辑阵列;最小频移键控;调制;时序仿真中图分类号:TN911.3;TP302.1文献标识码:A Abstract:A method for designing Minimum Frequency Shift Keying modulator and demodulate is developed.The VHDL Models aredesigned and simulated,the results show the MSK enjyos the characteristics of phase continuation and high band utilization.Key words:FPGA;MSK;Modulator;Simulation文章编号:1008-0570(2009)09-2-0139-02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。
mimo系统k-best检测算法的改进和fpga实现研究
K-Best检测算法的硬件描述语言实现
K-Best检测算法是一种用于多输入多输出 （MIMO）系统的检测算法，其基本思想是通 过穷举所有可能的信号组合来找到最佳的信号 解。
在FPGA上实现K-Best检测算法需要使用硬件描 述语言（如VHDL或Verilog）来描述算法的逻 辑和电路结构。
03
具体实现中，可以将K-Best检测算法中的每个候选解看作一个 个体，通过遗传算法进行选择、交叉、变异等操作，不断优化
解空间，最终得到最优解。
基于粒子群算法的优化
粒子群算法是一种模拟鸟群、鱼群等动物行为的优化算法，通过粒子间的相互协作 和信息共享，不断调整粒子的位置和速度，寻找最优解。
在K-Best检测算法中，引入粒子群算法可以有效地提高算法的搜索效率和精度，降 低误码率。
MIMO系统K-Best检测 算法的改进和FPGA实 现研究
目录
• MIMO系统概述 • K-Best检测算法原理 • K-Best检测算法的改进 • K-Best检测算法的FPGA实现 • 实验结果与分析 • 结论与展望
MIMO系统概述
01
MIMO系统的定义与特点
定义
MIMO系统是多输入多输出系统的 简称，它利用多个天线在发射端和接 收端进行信号传输，以提高无线通信 系统的性能。
03
性能评估
通过仿真和实验验证，改进后的算法 在MIMO系统中表现出优越的性能， 提高了系统容量和频谱效率。
未来研究方向
算法优化
硬件实现
进一步研究算法优化策略，降低计算复杂 度，提高MIMO系统的实时性能。
研究更高效的硬件实现方法，提高FPGA的 资源利用率和降低功耗。
基于FPGA的MSK调制器设计与实现
武汉 ４ ０ ３ ）２ 海 军 ９ ２ ９部 队 ３ ０ ３ （． １６ 湛江 ５４ ８ ） ２ ０ ８ （ ＿ 军 工 程 大学 电 子工 程 学 院 １海
摘
要
为了研究 ＭＳ Ｋ的调制器的数字实现方 法， 深入研究 了基 于 Ｃ ＯＲＤ Ｃ算法的 ＮＣ Ｉ Ｏ实现技 术； 建立了 ＭＳ 的数字 化实现方案 Ｋ
（） ８
优 序 列 为 最 长 线性 移
位寄存 器序列 的简称 ， 由 是
， ●Ｋ●●一 ● ●一● 。 Ⅱ 、 ●ｒ ●● Ⅱ ● Ｋ ● ● ●Ｋ ● 岛 一 ● ● ● ● ｌ
其 中， 由迭代次数 ｉ 定 ， ｉ Ｋ 决 当 确定 时 Ｋ 就是 一个 常数 。 当迭代次数足够多时 ， 一１ １ ≈１ ６ ７ Ｋ ／ ＋２ ．４ 。 设计一个 １ ９级流水 线结构 的 ＮＣ Ｏ模 块 ｗ ｖ— ｅｅ— ａｅ ｇ ｎ ｒ
设计一个 １ ６位的二 进制计数 器 ｃｕ ｔｒ １ ｂ 输 入为 ｏ ｎｅ一 ６ ，
时钟 ｃ ， 出为 ｑ １ ０ 。计数 器的输 出的第 位实现对 ｌ输 ｋ ［ ５： １ 输入时钟信号的 ２ 分 频。分频模 块为码 元产生 模块 、 串
并转换模块 、 Ｏ模块提供工作时钟 。 ＮＣ ３ １ ２ 基 带信号产生模块设计 ．．
一种跳频MSK信号检测算法及FPGA 实现
一种跳频MSK信号检测算法及FPGA 实现引言采用MSK 调制的跳频通信具有主瓣能量集中、旁瓣衰落滚降快、频谱利用率高和抗干扰能力强等优点，在军事通信中应用广泛。
如美军现役的联合战术信息分发系统采用的通信信号，工作带宽969~1 206 MHz，跳频速率为70000 多跳/ s，单个频点驻留时间约为13 s，信号持续时间* s，总共有51个间隔为3 MHz 的信道，码速率为5 MHz。
已知在该工作频段内主要还存在单频、窄带调幅和线性调频等信号。
为了准确截获并识别目标信号，针对此信号环境设计了一种MSK 信号检测识别方法，并使用FPGA 进行了设计实现。
1 算法设计1.1 宽带跳频信号实时检测算法用现代技术来实现宽带数字化接收的一个实用的方法是通过信道化技术，实现信道化通常的方法是采用快速傅里叶变换（FFT）。
利用FFT技术比用单个滤波器设计法更容易实现，因为FFT所需要的运算量更少。
某个由FFT运算输出的频率分量，可以看成输入信号与某个脉冲函数的卷积。
因此可以把FFT的每个输出看成滤波器的脉冲响应函数与输入信号的卷积。
为了处理一个连续的输入信号。
必须在不同时刻对各段数据进行FFT处理。
通常，起始点记为n = 0，数据段可以滑动M点，相应的FFT可以写成：M 的值必须随着输入信号连续变化，这种运算也叫作短时傅里叶变换（STFT）。
FFT的长度和重叠点数是非常重要的参数，这些参数与最小脉宽和频率分辨率有关，它们决定了接收机的灵敏度。
若FFT的长度为N，信号的采样频率为f s，那么经FFT计算后，信号的频率分辨率为：数据重叠点数决定了时间分辨率和处理的最短脉宽，数据重叠率越高，则时间分辨率越高。
本设计中使用STFT 的方法实现一个粗测频引导数字接收机，为覆盖整个跳频带宽，采用700 MHz采样率对目标信号进行采样，粗测频引导精度在1 MHz以内，因此FFT长度选择为1 024 点，数据重叠率50%，保证时间分辨率在1 s 之内。
一种跳频MSK信号检测算法及FPGA实现
,
( 1)
图 1 跳频 MSK 信号检测识别的实现框图
式中 , T b 为码元周期 ,
k
是第 k 个码元的相位常数 ,
取值为 n , Pk 为二进制双极性码元 , 取值为 1, 所 以 MSK 信号相位分段线性变化, 每个码元周期内相 对前一码元载波相位上升或下降 2 。 根据三角函数展开, 设
S ( t) = Ik cos(
图 3 数字正交 下变频实现框图
2 4
信号识别的实现 信号识别的主要模块是平方运算和信号的幅度 谱分析。为了体现 MSK 信号的特征 , 对经过正交下 变频得到的数据进行平方运算。如果直接对数据进 行常规的平方处理, 结果会产生零频分量, 对后续处 理造成不利影响。为了消除这种影响, 需要将正交 的复数据进行坐标变换, 转变成幅度和相位的表示 形式。这样再进行平方运算时 , 保持幅度值不变, 相 位值变成原来的 2 倍并经过相位解卷绕处理, 最后 再经过坐标反变换 , 得到经过平方 运算的复数据。 坐标变换可采用计算器 ( CORDIC) 运算 IP 核实现 , 有利于节省硬件资源 , 提高运算效率。 幅度谱分析模块通过粗测频引导确定 信号到 来, 对经过平方运算的零中频数据进行 FFT 处理, 得 到信号的幅度谱。进行谱分析时按照如下步骤: 提取过检测门限的谱峰点 ; 确定最大谱峰的位置 ; 确定距离最大谱峰位置左右 5 MHz 处是否 存在与最大谱峰值相差不大的谱峰 ; 检测 2 个谱峰连线的中点位 置是否是 2 倍 的有效信道载频频点。 经过以上步骤, 完成了 MSK 信号的识别。
参数如下: 信号形式: 脉冲; 信号时长: 6. 4 s; 信号间隔: 13 s; 脉内调制: MSK; 码元速率: 5 MHz; 信号 2 的参数如下 : 信号形式: 单频脉冲; 信号时长: 5 s; 信号间隔: 50 s; 信号 3 的参数如下 : 信号形式: 脉冲; 信号时长: 8 s; 信号间隔: 300 s; 脉内调制: 线性调频; 带宽: 1 MHz。 其中 MSK 信号设置为脉冲间频率跳变, 跳频点 3 个, 间隔 30 MHz, 单频脉冲信号跳频点 6 个 , 间隔 10 MHz, 线性调频信号载频固定。 在 FPGA 中经过相应处理得到 3 种信号的谱分 析结果, 应用 ChipScope 软件可在线获得 FPGA 内部 数据 , 将数据导入 MATLAB 处理后得到 3 种信号的 幅度谱图, 如图 4、 图 5 和图 6 所示。
基于FPGA的MSK调制器设计与实现
基于FPGA的MSK调制器设计与实现摘要：介绍了MSK 信号的优点，并分析了其实现原理，提出一种MSK 高性能数字调制器的FPGA 实现方案；采用自顶向下的设计思想，将系统分成串／并变换器、差分编码器、数控振荡器、移相器、乘法电路和加法电路等6 大模块，重点论述了串／并变换、差分编码、数控振荡器的实现，用原理图输入、VHDL 语言设计相结合的多种设计方法，分别实现了各模块的具体设计，并给出了其在QuartusII 环境下的仿真结果。
结果表明，基于FPGA 的MSK 调制器，设计简单，便于修改和调试，性能稳定。
关键词：MSK；FPGA；差分编码器；数控振荡器在QPSK 调制技术中，假定每个符号的包络都是矩形，已调信号的包络是恒定的，此时无论基带信号还是已调信号其频谱都是无限的。
但是实际的信道总是有一定的带宽的，因此在发送QIXSK 信号时通常要通过带通滤波器进行限带。
限带后的信号已经不能再保持包络恒定，相邻符号间发生相移时，限带后包络会明显变小，甚至出现包络为0 的现象。
这种现象在非线性信道中是不希望出现的，虽然经过非线性放大器能够减弱包络起伏，但是这样却使信号的频谱扩展，其旁瓣会干扰邻近频道的信号，造成限带时的带通滤波器失去作用。
正是为了解决这个问题，我们引入了在非线性限带信道中使用的恒包络调制方法最小移频键控(MSK)调制技术。
1 实现原理MSK 就是一种能产生恒定包络、连续相位信号的调制方式。
它是二进制连续相位移频键控(CPFSK)的一种特殊情况，即调制指数(移频系数)h=0．5，相位在码元转换时刻是连续的。
MSK 信号可表示为：式中，φk(t)为附加相位函数，假设初始相位为φk(0)；ωc 为载波角频率；Ts 为码元间隔；为频偏；φk 为第k 个码元中的相位常数；ak 为第k 个码元数据；ak 取值为±1。
OQPSK调制信号的FPGA实现
相加 S（t） 电路
言编程，需要具体实现三个部分：串并转换电路的实 现、双极性码变换电路的实现以及载波产生电路的 实现。
首先，串并转换电路可以看作将一个序列第一 个码元延迟半个码元周期赋值给 a，第二个码元延迟 半个码元周期赋值给 b，以此类推。其实现 verilog 关 键语句为程序（1）。
always@(posedge clk) begin
首先，A（t）为基带信号，经过串并转换分为两路 数字信号。a 路信号延迟 Tb /2 是为了使两个正交分
量的两个比特在时间上错开半个码元，这样安排可 以是相邻码元相位差的最大变化值为 90°，从而减 小振幅的起伏，因此称为偏移相移键控。a 路信号经 过延迟后得到 a* 与 cosω0 t 相乘，b 路信号与 - sinω0 t
最后，载波电路的实现采用 DDS 原理，通过查
[4]
找表的方法实现正交的两路正弦和余弦信号 。正弦 和余弦信号的产生可以利用 always 语句进行地址累 加，通过 case 语句选择相应地址对应的存储波形数 据。本试验中对一个周期的正弦波形进行 64 个采样 点，8bit 波形数据。
然后按照原理图中的流程，将 a 路信号与余弦 信号相乘，b 路信号同正弦信号相乘，最后将乘得的 两路信号相加，得到 OQPSK 调制信号。
余弦波形，使单路信号和产生的正弦余弦电路相乘， 速数字通信中，利用 FPGA 实现数字信号调制解调
在 Modelsim 中可以得到如图 3 所示仿真波形。
的方法在军事和民用方面都有很高的应用价值，值
可以看出，此时得到的 a 路信号和余弦信号相 得我们再深入细致的研究。
参考文献
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基于FPGA的MSK调制器设计与实现
第２ ０卷 第 ６期 Ｖｏ． ０ １２ Nhomakorabeaｏ６ ．
电子设计 工程
Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇｎ ｅ ｉ ｎ
２１ ０ ２年 ３月
Ｍ ａ＂ ０１ ｌ ．２ ２
基于 Ｆ Ｇ 的 ＭＳ 调制 器设计 与实现 Ｐ Ａ Ｋ
谢丽 君 。 立志 。 谭
了各模 块的具体 设计 ， 并给 出了其在 Ｑ ａｔｓ 环境 下的仿真结果。结果表 明， ｕｒ ｌ ｕＩ 基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的 Ｍ Ｋ调 制器 ， Ｓ 设计 简单 ，
便 于修 改和 调 试 。 能 稳 定 。 性
关键词 ： Ｓ Ｆ Ｇ Ｍ Ｋ； Ｐ Ａ；差分 编 码 器 ； 控 振 荡 器 数 中 图分 类号 ： Ｐ ９ Ｔ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ — ２ ６ ２ １ ） ６ ｏ ｌ — ３ ６ ４ ６ ３ １０ ２０ － ｏ ６ ０
ｓ ｏ ｅ ＭＳ ｍｏ ｕ ａｏ ａ ｅ ｎ Ｆ Ｇ ｓｍｐ ｅｉ ｅ ｉ ｎ ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｄ ｆ ｒ ｅ ｕ ， ｄ ｉ ｏ ｅａ ｅ ｔｂ ｅ ｈ ｗｓｔ Ｋ ｄ ｌｔｒｂ ｓ ｄ ｏ Ｐ Ａ，ｉ ｌ ｄ ｓｇ ， ｏ ｖ ｎ ｅ ｔ ｏｍｏ ｉ ｏ ｂ ｇ ａ ｐ ｒｔ ｓｓ ｌ． ｈ ｎ ｔ ｙ ｄ ｎ ｔ ａ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ＭＳ Ｋ；Ｆ ＧＡ；ｄ ｆ ｒ ｎｉｌｅ ｃ ｄ ｎ ；ＮＣ Ｐ ｉ ｅｅ ｔ ｎ ｏ ｉ ｇ ａ Ｏ
基于FPGA的MSK调制解调器设计与实现
基于FPGA的MSK调制解调器设计与实现近年来，随着通信技术的快速发展，基于FPGA（现场可编程门阵列）的数字通信系统在实际应用中越来越受到关注。
其中，MSK （Minimum Shift Keying）调制解调器作为一种常用的数字调制解调技术，在无线通信和卫星通信等领域具有广泛的应用。
本文将重点介绍基于FPGA的MSK调制解调器的设计与实现。
一、引言MSK调制解调器作为一种相干调制解调技术，在低功耗、频谱利用率高等方面具有优异的性能，并且对于多径衰落通道的抗干扰能力也较强。
因此，设计一种高效可靠的基于FPGA的MSK调制解调器对于实现可靠的数字通信至关重要。
二、MSK调制原理MSK调制是一种相位连续调制技术，在每个码元期间保持相位幅度不变。
具体而言，MSK调制将数字信息通过一系列正弦波的连续相位变化来表示，相位的变化取决于数字信号的变化情况。
在MSK解调过程中，通过对接收信号进行相位判决和差分运算，恢复出数字信息。
三、FPGA的优势FPGA作为一种可编程器件，具有灵活性高、处理速度快、资源利用率高等优点。
在MSK调制解调器的设计中，使用FPGA可以实现各种调制解调算法的快速实现和实时性能的提升。
四、MSK调制解调器的设计与实现1. 系统架构设计设计基于FPGA的MSK调制解调器时，需要根据其功能需求和资源限制进行系统架构的设计。
主要包括调制模块、解调模块、时钟恢复模块、信道估计和均衡模块等。
2. 调制模块设计在调制模块中，需要根据MSK调制原理，通过对输入数字信息进行相位调制，生成调制信号。
这一过程可以通过差分编码和相位累积实现。
3. 解调模块设计解调模块主要是对接收信号进行相位判决和差分运算，恢复出原始的数字信息。
可以通过追踪移相锁相环（PLL）来提取载波相位，进而实现解调功能。
4. 其他功能模块设计时钟恢复模块主要用于恢复接收信号的时钟信息，保证解调的准确性。
信道估计和均衡模块可以通过最小均方差（MMSE）等算法来实现。
一种基于FPGA的MSK信号调制方法的设计与仿真
（ 一ｆＴ ： ． ， ２ ｂ ｏ ５ 这正是 ＭＳ ） Ｋ信号所要求的频率间隔。 第二项
ｃ ＿＋ ） ＋ （ 寺 击 Ｎ ｅ击 Ｎ ） 一 （ 寺 ＋
３ 这样 ， ｌ ｂ ￡ ０ ５ Ｔ ， ， ／ Ｔ 而 ＝ ．／ 就可得到 ＭＳ ２ Ｋ信号。
３ ．ＭＳ 调 制 方法 的设 计 Ｋ ＭＳ 信 号 调 制 方 框 图 ， 图 １ 示 。 Ｋ 如 所
（ ７ ） （ ８ ）
由 以上 ￡和 ￡关 系 ， 在 仿 真 的 过 程 中 ，取 Ｎ 为 Ｉ１ 为 ，１ １
利 用 三 角 恒 等 式 将 式 ｆ） 写 为 ： １改
Ｓｔ ｃｓ２ｒ －ｂｔ ）ｑｔ ｒ２ ＋ｂＴ］ （ ＝ ｏ［＇ ） ｒ ｌ ｆ ｉｔ （ Ｉ／Ｔ ￣（） （ｂ ）ｔ
由式 （） 得 ： ２可
个信号（ 频率分别为 ｆ９ ， 具有一下相关系数 ： ｆ
２
叮 ￡ ）ｂ Ｔ 一￡ Ｔ （
＋
４ｎ ￣ ＇ｆ ＇
亟ｂ Ｔ
（） ４
其 中 ｅ＝ １（＋ ） 载 波频 率 。 ￡是 ＭＳ 信 号是 一 种 正 交 调 制 信 号 ，其 信 号 波 形 的相 关 系 Ｋ
数等于零 ， 因此 ， ＭＳ 对 Ｋ信号而 言 ， 这个 公式后面 的两项必
（） ２
ｓ （ ０＝ｃｓ２ｒ＋ｂ（ｏ ｂ （】 ｔ Ｔ Ｉ ｏ ｛￣ ［ Ｉ ｑｔ叮／ ＋ （ ｝ Ｒ ｉ） ） ｒ２ ）
＝ｅｓ ￣ ＋ （］ ｔ Ｔ ｑ ｔ ｏ［ ｒ ａｔ＇／ ＋ｂ ） ２ ｆ ）ｔ ２ ｌ ｒ （］ （） ３
基于FPGA的MSK GMSK调制解调器设计与实现
基于FPGA的MSK GMSK调制解调器设计与实现随着无线通信技术的不断发展，调制解调器在无线通信系统中扮演了至关重要的角色。
本文将介绍基于FPGA的MSK（Minimum Shift Keying）和GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）调制解调器的设计与实现。
一、引言无线通信技术的快速发展对调制解调器的性能和效率提出了更高的要求。
MSK和GMSK调制技术因其低碎片劣性、高带内效率和抗多径传播能力强等优点得到了广泛应用。
本文将使用FPGA来设计和实现MSK和GMSK调制解调器。
二、系统框架基于FPGA的MSK GMSK调制解调器的系统框架如下所示：1. 输入信号采样模块：对接收到的信号进行采样处理，提取出数字信号。
2. 星座映射模块：将数字信号映射到星座图上，得到星座点序列。
3. 滤波器模块：利用滤波器对星座点序列进行滤波，获取调制信号。
4. 调制器模块：将滤波后的星座点序列进行调制，得到调制信号。
5. 发送模块：将调制信号发送至接收端。
6. 接收模块：接收来自发送端的调制信号。
7. 解调器模块：对接收到的调制信号进行解调，得到解调信号。
8. 解映射模块：将解调信号解映射为数字信号。
9. 输出模块：输出解映射后的数字信号。
三、MSK调制解调器设计与实现1. MSK调制器设计与实现MSK调制器将数字信号转化为连续的调制信号。
其实现主要包括：（1）星座映射：将数字信号映射到星座图上，得到星座点序列。
（2）滤波器：利用滤波器对星座点序列进行滤波，获取调制信号。
（3）调制：将滤波后的星座点序列进行调制，得到调制信号。
2. MSK解调器设计与实现MSK解调器将接收到的调制信号转化为数字信号。
其实现主要包括：（1）解调：对接收到的调制信号进行解调，得到解调信号。
（2）解映射：将解调信号解映射为数字信号。
四、GMSK调制解调器设计与实现GMSK调制解调器在MSK调制解调器的基础上进行了改进，实现了更高的带内效率和更好的抗干扰能力。
msk调制 跳频
msk调制跳频
MSK（最小频移键控）调制是一种常用的数字调制技术，具有恒定包络和相位连续的优点。
在无线通信系统中，MSK调制常用于跳频通信，以实现频谱效率和抗干扰性能的提升。
一、MSK调制原理
MSK调制是一种二进制数字调制方法，其基本原理是将原始数据经过差分编码后，通过频率偏移键控（FSK）技术进行调制。
在MSK调制中，相位的改变是连续的，因此其具有恒定的包络线。
这种特性使得MSK在频谱效率和抗干扰性能方面表现优异。
二、跳频技术
跳频技术是一种用于无线通信的抗干扰技术，其基本原理是利用多个频率信道进行通信，并且不断地跳变发送频率。
通过跳频技术，可以将信号分散到多个频率信道上，从而降低单个信道上的干扰。
同时，跳频技术还可以提高频谱效率，增加通信的隐蔽性和多路径分集增益。
三、MSK调制与跳频技术的结合
将MSK调制与跳频技术相结合，可以进一步提高无线通信系统的性能。
在跳频通信中，MSK调制可以作为跳频序列的一部分，通过对多个频率信道进行调制，实现信号的跳频传输。
同时，MSK调制的恒定包络和相位连续的优点也可以提高跳频通信的抗干扰性能和频谱效率。
四、结论
将MSK调制与跳频技术相结合，可以进一步提高无线通信系统的性能。
通过将信号分散到多个频率信道上，降低单个信道上的干扰，同时提高频谱效率和多路径分集增益。
此外，MSK调制的恒定包络和相位连续的优点也可以提高跳频通信的抗干扰性能和频谱效率。
因此，在无线通信系统中，MSK调制和跳频技术的结合是一种有效的抗干扰和频谱效率提升策略。
一种基于FPGA的自适应跳频系统及自适应跳频方法[发明专利]
![一种基于FPGA的自适应跳频系统及自适应跳频方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c9482cc6453610661fd9f456.png)
专利名称：一种基于FPGA的自适应跳频系统及自适应跳频方法
专利类型：发明专利
发明人：赵洪林,倪坤臣,张佳岩,蒲一鸣
申请号：CN201811390638.5
申请日：20181121
公开号：CN109586764A
公开日：
20190405
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种基于FPGA的自适应跳频系统及自适应跳频方法，它用于通信技术领域。
本发明解决了目前的跳频通信系统无法规避开受到干扰的跳频点，导致系统传输信息能力下降的问题。
本发明的接收机部分能够对信道的质量进行评估，进而改变自适应跳频系统的跳频点来避开实际信道传输过程中较差的频率点，有效解决传输信息的能力下降的问题，从而提高跳频系统的抗干扰能力。
本发明可以应用于通信技术领域用。
申请人：哈尔滨工业大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：刘冰
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基于802.11g及MSK调制的跳频系统自动化优化设计
基于802.11g 及MSK 调制的跳频系统自动化优化设计Automatic optimization design of frequency hopping systembased on 802.11g and MSK modulation傅伟清FU Wei-qing（上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201600）摘 要：为在保证己方数据通信能力的基础上，屏蔽来自其他传输方的干扰性信息，在802.11g与MSK调制技术的支持下，对现有跳频系统进行自动化优化设计。
以滤波器电路作为核心通信电子输出设备，在联合FPGA核心板与d/A转换模块的同时，完成对系统硬件执行环境的优化与处理。
在此基础上，定义跳频周期与跳频速率，通过同步控制信号接收行为与信号发送行为的方式，实现对系统的软件执行环境优化，结合相关硬件设备元件，完成基于802.11g及MSK调制的自动化优化跳频系统设计。
对比实验结果表明，与优化前跳频系统相比，优化后系统的通信数据传输定频量始终低于5.8Hz，而单位时间内可屏蔽的干扰信息总量却超过了6.5×1013T，可有效保证己方数据通信的传输应用能力。
关键词：IEEE802.11g；MSK调制；跳频系统；自动化优化；滤波器电路；核心板；跳频周期；跳频速率中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2020)12-0152-04收稿日期：2019-11-16作者简介：傅伟清（1994 -），男，山东日照人，硕士研究生，研究方向为嵌入式、通信。
0 引言IEEE802.11g 是一种近年来最新定义的物理层传输标准，在既定数据信息应用条件下，具有如下几类特点：1）在2.4GHz 频段被单独占据的情况下，数据信息的调制必须依靠正交频分复用技术才能实现，当数据传输速率达到20Mbit/s 时，物理层应用信息的实际转码周期也会逐渐接近最小值。
2）满足IEEE802.11g 传输需求的数据信息能够直接与Wi-Fi 系统互通，且在同一共存AP 网络环境中，后者的存在直接保障了前者的传输兼容性[1]。
FPGA实现MPSK解调
N
码元同步反馈环路
码元的相位 检 测 是 在 图 1 的 定 时 同 步 单 元 完 成 的 " 在 此
之 前 " >8M 两 路 信 号 经 过 多 次 抽 取 " 其 速 率 已 降 到 两 倍 码 元 速率 " 其算法为 $
’# JA+ 角 度 旋 转 " 通 过 将 I 值 迭 代 收 敛 到 % " 使 得 相 量 最 后 落
图 0 是无噪声时 ($+, 解调数据星座图与加高斯白噪时解 调数据星座图 #
图.
’-( 通道基带采样跟踪误差示意图
图0
解调数据星座图
对 于 /$+, 的 码 元 同 步 ! 由 于 /$+, 的 码 元 幅 度 带 有 信 息 量 ! 将 码 元 幅 度 分 成 四 部 分 ! ’-( 两 路 只 有 在 对 称 部 分 之 间 发生变化时才有码元相位检测输出 & 码元同步反馈环路的环路滤波器除了不存在频率扫描 外! 与载波环路的滤波器基本相似! 都分捕获和跟踪两种 状态 ! 两种状态的改变由下属的锁定检测单元控制 &
式中 -. ’/+ "( ’/+ 分 别 为 环 路 低 通 滤 波 器 和 ()* 的 传 递 函数 ! 对锁相环的要求主要在于有非常小的相位抖动和大的 捕获带宽 ! 与模拟系统类似 " 它同样由固有频率 " 和阻尼 系 数#决 定 " 当 固 有 频 率"较 大 时 " 捕 获 带 宽 较 大 ! 当 固 有 频 率较小时" 系统比较稳定! 为了克服以上困难" 典型的方 法是设计 # 套 01 # 0# 系数 " 在环路的捕获过程中使用环路带 宽较宽的滤波器 " 环路 锁 定 后 切 换 到 环 路 带 宽 窄 的 滤 波 器 ! 这里设计了一个锁定检测器来控制 # 套系数的切换 !
一种msk信号数字中频解调算法设计与实现
参考褥
匿６数字程关器琢壤巨。
３算法的ＭＡＴＬＡＢ仿真结果
判擞输出
图７为ｍａｆｌａｂ仿真得到的不同载噪Ｈ：下误鹤率盏线圈。
盘爨珂觅当载噪毙夫子ｌｄｂ
时，误码率《ｌＸｌ０一。
４算法的ＦＰＧＡ实现
毒．１位长
萋７不弱鼗嗓琵下懿误羁蠢缝
经道ｍａｔｌａｂ仿真结果，输入采样数据的位长定秀８位鄹可满足精度要求，其中部分运算避程还可以截断处理。
４．２ＦＰＧＡ实现
模块鲢ＦＰＧＡ实理翔爨８：栗嘲酣强圆圆｜ｌ｛解ｑ哥固堪嘲；
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ｌ骞蓑
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ｌ输出
塑８模块豹ＦＰＧＡ实现
康框表示ＦＦＧＡ的实臻内容，其中用较粗边框表示的部分为运算和资源密熊的部分。
毽括获褥弱榴程王交分量豹低邋滤波器，裙德查找表，裙位多相滤波器，峻慕检测器，相关器组。
其中以获得冠棚翻正交分量豹低通滤波嚣为典型，３２除８健的低逶滤波器需要潢耗约５０００个典型门。
．
摆位查找表以８往量化一圹÷嚣熬角度范匿，需要２５６＊８ｂｉｔｓ存储奎阕。
由于相位滤波位于内插之后，可以用多摆戆方式来实现，将内擂移至挞头糍乘之囊，其结梅翔圈９所示。
圈９榴位滤波结构
燕爵每个乘法器瓣王箨羰率蠹１６Ｍ，这
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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；FPGA0 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。
MSK数字差分解调算法的改进及FPGA实现
偏越不敏感。
图1采样点数对误码率性能的影响性能与各种叠加方法得到的性能进行比较。
图2不同叠加点性能比较
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
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
,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。
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
作者简介:周明星,南京熊猫汉达科技有限公司通信技术研究所,工程师俞春华,南京熊猫汉达科技有限公司通信技术研究所,高级工程师。
分解调算法更容易在FPGA里实现,并且性能良好。
图3FPGA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选取适当的部分采样点进行叠加能有效提高解调性。
but at the
answer”.。
一种基于FPGA的MSK信号调制方法的设计与仿真
一种基于FPGA的MSK信号调制方法的设计与仿真
侯银涛;罗永健;姜平
【期刊名称】《电脑与电信》
【年(卷),期】2010(000)011
【摘要】研究了MSK(最小频移键控调制)的基本理论,结合MSK信号调制原理,给出了一种基于FPGA的MSK信号调制方法,并在MAX+PLUS Ⅱ采用VHDL语言编程实现了MSK信号调制方法的仿真.根据仿真结果,证明了MSK信号调制方法的正确性.
【总页数】3页(P62-63,69)
【作者】侯银涛;罗永健;姜平
【作者单位】西安通信学院,陕西,西安,710106;西安通信学院,陕西,西安,710106;西安通信学院,陕西,西安,710106
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种基于改进平方环的MSK解调方法的FPGA实现 [J], 王正磊;周新力;宋斌斌
2.基于FPGA/DDS原理的MSK信号调制与解调的设计与实现 [J], 贾志强;郭莉
3.一种MSK信号调制识别方法研究 [J], 孟凡玮;滕振宇;周帆
4.一种基于GSM-R的GMSK信号调制解调方法的实现 [J], 冯超;杨晨
5.基于FPGA/DDS技术的MSK信号调制与解调 [J], 贾志强;郭莉;陈文志
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一种跳频MSK信号检测算法及FPGA 实现
引言
采用MSK 调制的跳频通信具有主瓣能量集中、旁瓣衰落滚降快、频谱利用率高和抗干扰能力强等优点，在军事通信中应用广泛。
如美军现役的联合战术信息分发系统采用的通信信号，工作带宽969~1 206 MHz，跳频速率为70000 多跳/ s，单个频点驻留时间约为13 s，信号持续时间* s，总共有51个间隔为3 MHz 的信道，码速率为5 MHz。
已知在该工作频段内主要还存在单频、窄带调幅和线性调频等信号。
为了准确截获并识别目标信号，针对此信号环境设计了一种MSK 信号检测识别方法，并使用FPGA 进行了设计实现。
1 算法设计
1.1 宽带跳频信号实时检测算法
用现代技术来实现宽带数字化接收的一个实用的方法是通过信道化技术，实现信道化通常的方法是采用快速傅里叶变换（FFT）。
利用FFT技术比用单个滤波器设计法更容易实现，因为FFT所需要的运算量更少。
某个由FFT运算输出的频率分量，可以看成输入信号与某个脉冲函数的卷积。
因此可以把FFT的每个输出看成滤波器的脉冲响应函数与输入信号的卷积。
为了处理一个连续的输入信号。
必须在不同时刻对各段数据进行FFT处。