Mode5中調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方法

四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司　葛　露

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Mode5中調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方法

四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司葛露

Mode5是北約現(xiàn)役識別系統(tǒng)全新設(shè)計(jì)模式，采用了高數(shù)據(jù)率的MSK調(diào)制方式。本文從理論出發(fā)，結(jié)合工程實(shí)踐，針對Mode5調(diào)制解調(diào)提出簡化的實(shí)現(xiàn)方式，可簡化實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度并節(jié)約硬件資源。

Mode5；MSK；正交調(diào)制；差分解調(diào)

1　引言

Mode5是北約現(xiàn)役MarkⅫA雷達(dá)敵我識別系統(tǒng)中全新設(shè)計(jì)的模式，是對原MarkⅫ敵我識別系統(tǒng)的改進(jìn)。Mode5使用了現(xiàn)代的調(diào)制、編碼和加密技術(shù)，克服了MarkⅫ波形的性能和安全問題，可提供高可信度、精確、連續(xù)的友軍信息來防止誤傷。

與原MarkⅫ相比，Mode5改進(jìn)如下：采用MSK調(diào)制方式；詢問信道和應(yīng)答信道傳輸?shù)脑儐柡蛻?yīng)答數(shù)據(jù)采用了高數(shù)據(jù)率最小相移鍵控（MSK）調(diào)制方式，由于MSK調(diào)制頻譜占據(jù)帶寬更窄，減少了對L頻段其他系統(tǒng)的干擾，同時擴(kuò)頻技術(shù)的采用，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

下面對Mode5中MSK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行討論。

2　調(diào)制

Mode5中采用了16MHz碼速率的MSK調(diào)制方式。MSK調(diào)制方式的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中T為碼元周期，dk為輸入碼元序列。MSK調(diào)制常見的實(shí)現(xiàn)方法為基帶正交調(diào)制方式，基帶調(diào)制分為頻率和相位兩部分，其中基帶的余弦加權(quán)脈沖頻率為固定值，由碼片周期決定，對Mode5而言，加權(quán)頻率f=4MHz；而相位部分則由初始相位和輸入碼元序列決定。MSK基帶調(diào)制的相位完全由輸入碼元序列決定。當(dāng)輸入碼元為1時相位在當(dāng)前相位上增加90°，而輸入碼元為0時則相位在當(dāng)前相位基礎(chǔ)上減小90°，相鄰碼片實(shí)現(xiàn)正交。

工程上為實(shí)現(xiàn)調(diào)制方式，可考慮僅根據(jù)碼片周期生成相應(yīng)的載波，可采用ROM查找的方式代替原NCO，然后根據(jù)輸入碼元控制ROM地址實(shí)現(xiàn)MSK基帶調(diào)制?？紤]16位80MHz的時鐘速率對碼元進(jìn)行調(diào)制，首先計(jì)算得到所需的基帶載波信號，載波頻率為f=4MHz，并用16比特二進(jìn)制補(bǔ)碼對數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，將所得到量化數(shù)據(jù)的生成ROM查找表，這里我們記錄一個整周期的cos（2πft）余弦信號（20×16bit），如表1所示。

表1　整周期余弦表

圖1　MSK調(diào)制路徑示意圖

對應(yīng)的sin（2πft）函數(shù)與cos（2πft）相差為90°，對應(yīng)的基地址在表1中為15，則無需單獨(dú)進(jìn)行記錄。

當(dāng)輸入碼元為1時，相位增大90°，輸出對應(yīng)地址空間增大5個單位，即從addri到addri+4；當(dāng)輸入碼元為0時，相位減小90°，輸出對應(yīng)地址空間減少5個單位，從addri到addri-4。如調(diào)制碼元dk=［1， 1，1， 0］時，基帶輸出地址空間變化如圖1所示。

將I、Q數(shù)據(jù)序列按照時鐘節(jié)拍送D/A完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過上變頻到規(guī)定的頻率實(shí)現(xiàn)MSK射頻調(diào)制。

3　解調(diào)

MSK的解調(diào)有多種實(shí)現(xiàn)方式，工程上較為易于實(shí)現(xiàn)的為非相干差分解調(diào)的方式，實(shí)現(xiàn)原理如下：將射頻信號進(jìn)行抽取濾波后下變頻至基帶，I、Q兩路信號可分別用表達(dá)式cos（θt）和sin（θt）表示，其中θt為t時刻碼片的相位。將兩路信號分別延時一個碼片時間可得到上個碼片的表達(dá)式cos（θt-1）和sin（θt-1），用I路的延時乘以Q路的當(dāng)前值減去Q路的延時乘以I路的當(dāng)前值滿足

sin（θt）cos（θt-1）-cos（θt）sin（θt-1）=sin（θt-θt-1）=sin（Δθ）

當(dāng)調(diào)制bit為1時，當(dāng)前碼片相對前一碼片的相位增大90°，而調(diào)制bit為0時，當(dāng)前碼片相對前一碼片的相位減小90°，即可通過上式sin（Δθ）的符號判斷相鄰碼片相位的變化關(guān)系實(shí)現(xiàn)解調(diào)，即下式成立，流程如圖2所示。從圖2可以看出這里僅需要兩個乘法器和少量邏輯資源實(shí)現(xiàn)MSK的解調(diào)。

圖2　MSK非相干差分解調(diào)流程圖

通過HDL實(shí)現(xiàn)并在Modelsim中進(jìn)行仿真驗(yàn)證，得到的時序波形如圖3所示，其中data_org為編碼數(shù)據(jù)，data_dec為譯碼數(shù)據(jù)。

圖3　差分解調(diào)仿真時序圖

4　結(jié)論

本文從工程角度提出了一種Mode5調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方式，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證是一種可行的方式，可以簡化實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度、節(jié)約硬件資源，且滿足系統(tǒng)指標(biāo)的要求。

［1］DoD AIMS 03-1000A.

［2］仇佩亮，陳惠芳，謝磊.數(shù)字通信基礎(chǔ)［M］.電子工業(yè)出版社.