Designing and Application of MSK Modulator and Demodulator basade on FPGA
（常州工学院电子信息与电气工程学院，江苏 常州 213002）肖闽进
(School of Electronic information & Electric Engineering,Changzhou Institute of
Technology,Changzhou 213003) Xiao Minjin
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
Abstract:A method for designing Minimum Frequency Shift Keying modulator and
demodulate is developed.The VHDL Models are designed and simulated，the results show
the MSK enjyos the characteristics of phase continuation and high band utilization.
Key words: FPGA,MSK,Modulator,Simulation
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。硬件部分在Altera
公司 EP2C15AF256C8N FPGA 上实现了MSK 数字调制解调器，并在常州市科技攻关项目：粮
库储粮安全网络智能监测系统的嵌入式测控部分应用。实测表明，数字MSK 调制解调器具有
包络恒定，相位连续，频带利用率高的优点。并且在FPGA 上实现时设计效率高，可与其他
模块共用片上资源，对于全数字系统中的短距离数据通信是较好的解决方案。
1 数字MSK 调制的载波频率与相位常数
最小频移键控MSK ( Minimum Frequency Shift Keying ) 是二进制连续相位FSK 的一
种特殊形式。有时也称为快速频移键控(FFSK)。MSK 调制方式能以最小的调制指数(0.5)获
得正交信号， 同时MSK 比2PSK 的数据传输速率高，且在带外的频谱分量要比2PSK 衰减更
快。
MSK 是恒定包络连续相位频率调制，其信号的表示式为
图2 MSK 解调器模块
数字MSK 信号的解调是由码元同步和码序列检测二部分实现的。预分频器、“1”码分频
器和同步检测模块组成码元同步电路，通过对输入信号中的“1”码检测建立码元同步。在
同步检测模块中，“1”码分频器的同相和反相码同时与输入信号比较，并由同步码长计数器
计数，当计数长度等于码元长度时输出同步信号。进入码元同步状态后，在码长分频器输出
的码元同步信号控制下，码序列检测器对输入信号中的“1”码（同相及反相码）进行检测
并输出解调数字序列。解调模块中的预分频器和“1”码分频器和在半双工通信方式中可与
调制模块合用以减少目标器件片上资源的占用。
MSK 调制/解调器的FPGA 模块中，计数器、分频器和多路选择器用VHDL 程序可以简单
实现，码元序列检测器的部分VHDL 结构描述如下：
architecture behav of codesdect is
signal m : integer range 0 to 3;
signal sdata : std_logic_vector(2 downto 0);
begin
cdata if datain = cdata (2) then m if datain = cdata (0) then m m <= 0;
end case;
end if;
end process;
process(m)
begin
if m=3 then outputt<='1';
else outputt<='0';
end if;
end process;
end behav;
数字MSK 调制/解调器模块在Altera 公司FPGA：EP2C15AF256C8N 上实现。EP2C15 是
Altera 公司基于90nm 工艺的第二代Cyclone 器件（CycloneⅡ），片内集成14，448 逻辑单
元（LE），240Kb 嵌入式RAM 块，26 个18×18 乘法器，4 个锁相环（PLL），具有高速差分I/O
能力，在音视频多媒体、汽车电子、通信及工业控制领域等有广泛的适用性，是一款高性能
低成本器件。图3 是MSK 调制/接解调器的时序仿真结果。
