msk調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)

1、<p>　　MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘要] 最小頻移鍵控（MSK）是恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，它具有相位連續(xù)、頻帶利用率高的特點(diǎn)，是在無(wú)線通信領(lǐng)域中很有吸引力的數(shù)字調(diào)制方式，目前在短波、微波和衛(wèi)星通信中均被采用。本文研究了最小頻移鍵控系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)的工作原理，并給出了基于MATLAB軟件環(huán)境下的程序仿真及simulink下系統(tǒng)的模塊搭建實(shí)現(xiàn)兩種方式的實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用m語(yǔ)言進(jìn)行仿真，主要是依照M

2、SK系統(tǒng)的工作原理繪制出流程圖，最后寫出程序進(jìn)行仿真，并給出每一步驟的仿真結(jié)果圖形。運(yùn)用simulink進(jìn)行系統(tǒng)的模塊搭建，是將系統(tǒng)分為調(diào)制與解調(diào)兩個(gè)子模塊，再將這兩個(gè)子模塊連接成整體的MSK系統(tǒng)模塊進(jìn)行仿真。最后給出全系統(tǒng)的仿真運(yùn)行結(jié)果及其分析研究結(jié)果。</p><p>　　[關(guān)鍵字]MSK； Matlab；Simulink；調(diào)制解調(diào)</p><p>　　Simulation of MS

3、K Modulation and Demodulation System</p><p>　　[Abstract] Minimum Shift Keying (MSK) is a constant envelope modulation techniques, it has a continuous phase, high bandwidth efficiency characteristics, is very

4、 attractive in the field of wireless communications, digital modulation, shortwave, microwave and satellite communicationsmedium were used. In this paper, the working principle of minimum shift keying modulation and demo

5、dulation, and gives the realization of program simulation and simulink system module in the MATLAB software environment</p><p>　　[Key words]MSK; Matlab ;Simulink; Modulation and Demodulation</p><p

6、><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1 方案的論證與選擇3</p><p>　　1.1 基于SystemView的設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.2 基于Matlab的設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.3 基

7、于FPGA的設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.4 方案選擇4</p><p>　　2 MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理5</p><p>　　2.1 MSK的特點(diǎn)5</p><p>　　2.2 MSK的調(diào)制原理5</p><p>　　2.3 MSK的解調(diào)原理10</p><p>　　2.4 MS

8、K的性能分析11</p><p>　　3 基于Matlab的MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1 Matlab中的m語(yǔ)言和Simulink簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.2 運(yùn)用m語(yǔ)言設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)14</p><p>　　3.2.1運(yùn)用m語(yǔ)言設(shè)計(jì)的流程圖14</p><p>　

9、　3.2.2測(cè)試結(jié)果及分析15</p><p>　　3.3運(yùn)用Simulink設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)18</p><p>　　3.3.1 Simulink MSK調(diào)制模塊設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.3.2 Simulink MSK解調(diào)模塊設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.3.3 測(cè)試波形分析21</p><

10、;p><b>　　結(jié)束語(yǔ)25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p>　　附錄A 英文文獻(xiàn)原文28</p><p>　　附錄B 英文文獻(xiàn)譯文38</p><p&g

11、t;　　附錄C m程序49</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)通信系統(tǒng)的需求越來(lái)越來(lái)高。通信系統(tǒng)也由原來(lái)的單一對(duì)點(diǎn)傳輸。逐漸發(fā)展成大容量高速的網(wǎng)絡(luò)通信體制。通信系統(tǒng)的增多，通信的頻率資源就顯得相對(duì)緊張，如何能在現(xiàn)有的頻率資源的條件下實(shí)現(xiàn)大容量的通信是現(xiàn)在通信考慮的主要問(wèn)題。根據(jù)通信系統(tǒng)的基點(diǎn)，人們?cè)趯?shí)踐中相繼研發(fā)出很

12、多種通信的調(diào)制方式，主要有：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)等。從頻譜的利用率上人們又研究出MSK、GMSK等頻譜利用率較高的調(diào)制方式。</p><p>　　在數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)、視頻和圖像處理領(lǐng)域，MSK已經(jīng)成為高性能數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。MSK是一種在無(wú)線移動(dòng)通信中很有吸引力的數(shù)字調(diào)制方式，它具有以下兩種主要的特點(diǎn)：</p><p>　　1．信號(hào)能量的99.

13、5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率的1.5倍的帶寬內(nèi)。譜密度隨頻率（遠(yuǎn)離信號(hào)帶寬中心）倒數(shù)的四次冪而下降，而通常的離散相位FSK信號(hào)的譜密度卻隨頻率倒數(shù)的平方下降。因此，MSK信號(hào)在帶外產(chǎn)生的干擾非常小。這正是限帶工作情況下所希望有的寶貴特點(diǎn)。</p><p>　　2．信號(hào)包絡(luò)是恒定的，系統(tǒng)可以使用廉價(jià)高效的非線性器件。</p><p>　　無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸效率和頻帶利用率

14、提出了更高的要求。選擇高效可行的調(diào)制解調(diào)手段,對(duì)提高信號(hào)的有效性和可靠性起著至關(guān)重要的作用。因此具有頻帶利用率高,在相同誤比特率下所需的信噪比比較低,電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)的MSK技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代通信領(lǐng)域。</p><p>　　調(diào)制是移動(dòng)通信系統(tǒng)中提高通信質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，調(diào)制是為了使信號(hào)特性與信道特性相匹配?，F(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)大多數(shù)使用的是數(shù)字調(diào)制技術(shù)，這主要是由于數(shù)字通信網(wǎng)建網(wǎng)靈活，并且數(shù)字加密技術(shù)便于集成化。

15、因此，通信系統(tǒng)都在由模擬方式向數(shù)字方式轉(zhuǎn)換，這也是移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)。但是，一般的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，如振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）等都無(wú)法滿足移動(dòng)通信的要求。因此，尋找性能優(yōu)越的高效調(diào)制方式以適應(yīng)現(xiàn)代移動(dòng)通信的要求，一直是重要的研究課題。MSK調(diào)制的出現(xiàn)，是為了獲取更好的通信質(zhì)量。</p><p>　　當(dāng)信道中存在非線性的問(wèn)題和帶寬限制時(shí)，幅度變化的數(shù)字信號(hào)通過(guò)信道會(huì)使己濾除的帶外頻率分

16、量恢復(fù)，發(fā)生頻譜擴(kuò)展現(xiàn)象，同時(shí)還要滿足頻率資源限制的要求。因此，對(duì)己調(diào)信號(hào)有兩點(diǎn)要求，一是要求包絡(luò)恒定；二是具有最小功率譜占用率。因此，現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展方向是最小功率譜占有率的恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性，從而減少頻率占用。近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的技術(shù)主要分兩大類：一是連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)（CPFSK），在碼元轉(zhuǎn)換期間無(wú)相位突變，如MSK，GMSK等；二是相關(guān)相移鍵控技術(shù)（COR－PSK），利用部分響應(yīng)技術(shù)

17、，對(duì)傳輸數(shù)據(jù)先進(jìn)行相位編碼，再進(jìn)行調(diào)相（或調(diào)頻）。</p><p>　　MSK是Doelz和Heald在他們的一項(xiàng)專利中提出的一種信號(hào)的調(diào)制方式。1972年，DeBuda認(rèn)為MSK就是一種特殊的CPFSK調(diào)制方式，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展，MSK被認(rèn)為是正弦加權(quán)的OQPSK的形式。1977年，Amoroso and Kivett通過(guò)一系列的變化把MSK簡(jiǎn)化成了SMSK。目前，MSK在實(shí)際的通信系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用

18、。例如，SMSK已應(yīng)用在美國(guó)航空和宇宙航行局的高級(jí)通信衛(wèi)星上，GMSK已經(jīng)應(yīng)用于歐洲GSM通信系統(tǒng)中。對(duì)MSK的功率譜進(jìn)行仿真,從結(jié)果看,MSK調(diào)制方式并不適用于數(shù)字移動(dòng)通信,需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn).由此,產(chǎn)生了高斯最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制方式,從仿真結(jié)果來(lái)看,其性能大大改善.目前,GMSK調(diào)制方式廣泛用于GSM,對(duì)不同參數(shù)的GMSK調(diào)制的功率譜進(jìn)行仿真,可得到一種較好的GMSK調(diào)制方式,對(duì)GMSK在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行了有益的理論指導(dǎo)。<

19、;/p><p>　　最小移頻鍵控(MSK)是移頻鍵控(FSK)的一種改進(jìn)型。在FSK方式中，相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個(gè)固定值。 在兩個(gè)相鄰的頻率跳變的碼元之間，其相位通常是不連續(xù)的。MSK是對(duì)FSK信號(hào)作某種改進(jìn)，使其相位始終保持連續(xù)不變的一種調(diào)制信號(hào)。MSK調(diào)制指數(shù)為0．5，包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、頻帶利用率高、功率譜緊湊，且頻譜滾降快，產(chǎn)生帶外干擾小．抗干擾性能好，因此在軍用和民用通信領(lǐng)域中均獲得了廣泛的應(yīng)用。用

20、數(shù)字基帶信號(hào)去控制可變分頻器的分頻比來(lái)改變輸出載波頻率，使輸出信號(hào)頻率發(fā)生變化的同時(shí)，相位保持連續(xù)，從而實(shí)現(xiàn)MSK調(diào)制。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用MATLB的函數(shù)編程和Simulink兩種方法對(duì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)測(cè)試分析MSK的調(diào)制解調(diào)原理以及MSK的基本特點(diǎn)。由于MSK為模擬信號(hào)，因此，需對(duì)正弦信號(hào)采樣再經(jīng)過(guò)數(shù)/模變換得到所需的MSK信號(hào)。通過(guò)利用數(shù)字基帶信號(hào)去控制可變分頻器的分頻比

21、來(lái)改變輸出載波頻率，使輸出信號(hào)頻率發(fā)生變化的同時(shí)，相位保持連續(xù)，從而實(shí)現(xiàn)MSK調(diào)制。</p><p>　　1 方案的論證與選擇</p><p>　　1.1 基于SystemView的設(shè)計(jì)</p><p>　　SystemView是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具。它界面友好，使用方便。使用它，用戶可以用圖符（Tok

22、en）去描述自己的系統(tǒng)，無(wú)需與復(fù)雜的程序語(yǔ)言打交道，不用寫代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。</p><p>　　利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從SystemView配置的圖符庫(kù)中調(diào)出有關(guān)圖符，進(jìn)行各個(gè)圖符的參數(shù)設(shè)置和相互間的連線，即可進(jìn)行仿真操作，給出分析結(jié)果。SystemView提供

23、功能強(qiáng)大的分析計(jì)算器，以根據(jù)用戶的需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行各種分析，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和修改十分有利。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析方面，SystemView還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形。另外，分析窗中還帶有一個(gè)功能強(qiáng)大的“接收計(jì)算器”，可以完成對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、頻譜分析、濾波。</p><p>　　1.2 基于Matlab的設(shè)計(jì)</p><p>　　Matlab是一種使用簡(jiǎn)便的、特別適

24、用于科學(xué)研究和工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比。它的特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔和智能化，具有極高的編程和調(diào)試效率。應(yīng)用Matlab語(yǔ)言開發(fā)通信信號(hào)源模擬系統(tǒng)是高效實(shí)用的?；贛atlab語(yǔ)言的多功能通信信號(hào)源仿真系統(tǒng)主要由信號(hào)的輸入模塊，調(diào)制模塊，源噪聲模塊，以及頻譜分析等模塊組成，不僅可以產(chǎn)生模擬調(diào)制數(shù)字載波調(diào)制兩大類通信信號(hào)，還可以計(jì)算信號(hào)的特征參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)域和頻域分析，并在給定信噪比的情況下仿真考慮噪聲后總信號(hào)的時(shí)頻信息。另外，亦從

25、宏觀上介紹了此通信信號(hào)源，給出了它的實(shí)際應(yīng)用。應(yīng)用Matlab語(yǔ)言開發(fā)的一個(gè)高效通信信號(hào)源模擬仿真系統(tǒng)在現(xiàn)代通信技術(shù)中是很有意義和實(shí)用價(jià)值的課題。</p><p>　　Matlab (Matrix Laboratory)為美國(guó)Mathworks公司1983年首次推出的一套高性能的數(shù)值分析和計(jì)算軟件，其功能不斷擴(kuò)充，版本不斷升級(jí)，1992年推出劃時(shí)代的4.0版，1993年推出了可以配合Microsoft Windo

26、us使用的微機(jī)版，95年4.2版，97年5.0版，99年5.3版，5.X版無(wú)論是界面還是內(nèi)容都有長(zhǎng)足的進(jìn)展，其幫助信息采用超文本格式和PDF格式，可以方便的瀏覽。至2001年6月推出6.1版，2002年6月推出6.5版，繼而推出6.5.1版, 2004年7月Matlab7和Simulink6.0被推出，目前的最新版本為7.1版。   Matlab將矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術(shù)結(jié)合在一起，為用戶提供了一個(gè)強(qiáng)

27、有力的科學(xué)及工程問(wèn)題的分析計(jì)算和程序設(shè)計(jì)工具，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能，是具有全部語(yǔ)言功能和特征的新一代軟件開發(fā)平臺(tái)。   Matlab 已發(fā)展成為適合眾多學(xué)科，多種工作平臺(tái)、功能強(qiáng)大的大型軟件。在歐美等國(guó)家的高校，Matlab已成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)</p><p>　　1.3 基于FPGA的設(shè)計(jì)</p&g

28、t;<p>　　Quartus Ⅱ是Altera公司提供的FPGA/CPLD開發(fā)集成環(huán)境，在Quartus Ⅱ上可以完成設(shè)計(jì)輸入、元件適配、時(shí)序仿真和功能仿真、編程下載整個(gè)流程，它提供了一種與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)境，是設(shè)計(jì)者能方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入、快速處理和器件編程。</p><p>　　其時(shí)序仿真就是接近真實(shí)器件運(yùn)行特性的仿真，仿真文件中已包含了器件硬件特性參數(shù)，因而，仿真精度高。但時(shí)序仿真的仿真文件必

29、須來(lái)自針對(duì)具體器件的綜合器和適配器。綜合后所得的EDIF等網(wǎng)表文件通常作為FPGA適配器的輸入文件，產(chǎn)生的仿真文件中包含了精確的硬件延遲信息。</p><p>　　基于Simulink的MSK模型的仿真</p><p>　　將模型文件轉(zhuǎn)化為VHDL語(yǔ)言文件</p><p><b>　　驗(yàn)證VHDL代碼</b></p><p&

30、gt;　　在FPGA器件中實(shí)現(xiàn)MSK信號(hào) </p><p><b>　　要解決的關(guān)鍵問(wèn)題：</b></p><p>　　在MATLAB/simulink中將模型文件轉(zhuǎn)化為VHDL語(yǔ)言文件</p><p>　　在Quartus II中如何測(cè)試，調(diào)整MSK信號(hào)</p><p>　　根據(jù)MSK信號(hào)的解調(diào)算法搭建模型并且仿真實(shí)現(xiàn)

31、</p><p><b>　　1.4 方案選擇</b></p><p>　?、俦疚幕谲浖抡鎸?shí)現(xiàn)MSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)，SystemView和Matlab這兩個(gè)軟件都能針對(duì)通信系統(tǒng)做出相應(yīng)的模型，而基于FPGA的仿真一些模塊需要通過(guò)編寫VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)一些模塊，故實(shí)現(xiàn)比較麻煩。</p><p>　?、赟ystemView是基于Windows環(huán)境下

32、運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它功能模塊使用(Token)描述程序。它軟件的界面比較友好，圖符和連續(xù)都是彩色的，視覺效果好，而且都可以根據(jù)個(gè)人喜好進(jìn)行調(diào)整，工具欄的快捷鍵布局合理，其中圖符庫(kù)與模塊版圖在同一窗口內(nèi)，這給操作帶來(lái)了便利。相比之下，Simulink的界面設(shè)計(jì)偏向簡(jiǎn)潔，模塊圖都是黑色框圖，連線也是單一黑色。Simulink的模塊瀏覽器是獨(dú)立的，但它的功能更強(qiáng)大。涉及額領(lǐng)域比SystemView廣。簡(jiǎn)潔風(fēng)格的好處在于：

33、當(dāng)仿真的系統(tǒng)偏大，模塊較多時(shí)，視覺上不會(huì)覺得繁雜，有利于整個(gè)仿真系統(tǒng)的檢查。</p><p>　　而且Simulink的幫助文檔的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論在哪個(gè)模塊哪個(gè)窗口點(diǎn)擊幫助。立即出現(xiàn)的是相關(guān)模塊、窗El的幫助。這對(duì)使用者，尤其足初學(xué)者是說(shuō)相當(dāng)方便的。因此，從幫助文檔的易用性角度來(lái)看，Simulink相當(dāng)出色。</p><p>　　Simulink是包含在Matlab之中的仿真工具，而Matlab

34、本身具有強(qiáng)大的編程仿真功能Simulink與Matlab、C／C++語(yǔ)青、DSP以及與硬件工作環(huán)境等都可以方便地實(shí)現(xiàn)。就此而言，SystemView與Simulink足無(wú)法比擬的。</p><p>　　所以為了能更清楚地了解MSK系統(tǒng)，本文采用Matlab語(yǔ)言編程和Simulink實(shí)現(xiàn)MSK系統(tǒng)。</p><p>　　2 MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理</p><p>　　

35、2.1 MSK的特點(diǎn)</p><p>　　MSK是數(shù)字調(diào)制技術(shù)的一種。數(shù)字調(diào)制是數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為與信道特性相匹配的波形的過(guò)程。調(diào)制過(guò)程就是輸入數(shù)據(jù)控制(鍵控)載波的幅度、頻率和相位。</p><p>　　MSK屬于恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究，主要是圍繞著充分的節(jié)省頻譜和高效率地利用可用頻帶這個(gè)中心而展開的。隨著通信容量的迅速增加，致使射頻頻譜非常擁擠，這就要求必須控制射頻輸出

36、信號(hào)的頻譜。但是由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)中非線性器件的存在，引入了頻譜擴(kuò)展，抵消了發(fā)送端中頻或基帶濾波器對(duì)減小帶外衰減所做的貢獻(xiàn)。這是因?yàn)槠骷姆蔷€性具有幅相轉(zhuǎn)換(AM/PM)效應(yīng)，會(huì)使己經(jīng)濾除的帶外份量幾乎又都被恢復(fù)出來(lái)了。為了適應(yīng)這類信道的特點(diǎn)，必須設(shè)法尋找一些新的調(diào)制方式，要求它所產(chǎn)生的己調(diào)信號(hào)，經(jīng)過(guò)發(fā)端帶限后，雖然仍舊通過(guò)非線性器件，但是，非線性器件輸出信號(hào)只產(chǎn)生很小的頻譜擴(kuò)展。</p><p>　　為了適應(yīng)這類

37、信道的特性，已調(diào)信號(hào)須有以下兩個(gè)特點(diǎn):</p><p>　　①包絡(luò)恒定或包絡(luò)起伏很小</p><p>　　由于信道中具有非線性的輸入輸出特性，所以已調(diào)波包絡(luò)不能起伏，即不能用包絡(luò)來(lái)攜帶信息，需要采用頻移鍵控(FSK)或相移鍵控(PSK)來(lái)傳遞信息。</p><p>　?、诰哂凶钚」β首V占用率</p><p>　　已調(diào)波要具有快速高頻滾降的頻譜

38、特性，要求旁瓣必須很小，這種信號(hào)經(jīng)過(guò)帶限濾波之后，只要讓主瓣無(wú)失真通過(guò)，由于旁瓣功率很小，所以濾波器的輸出信號(hào)(即非線性器件的輸入信號(hào))的包絡(luò)起伏就會(huì)很小，大大減小了AM/PM效應(yīng)，繼而頻譜擴(kuò)展的現(xiàn)象也會(huì)隨之而減小。由于已調(diào)波具有快速高頻滾降的頻譜特性，使信號(hào)能量大部分集中在一定的帶寬內(nèi)，因此提高了頻帶的利用率。 </p><p>　　根據(jù)這些要求，人們?cè)趯?shí)踐中創(chuàng)造了各式各樣的調(diào)制方式，我們稱之為現(xiàn)代恒包絡(luò)

39、數(shù)字調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展方向是最小功率譜占有率的恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性。MSK(最小頻移鍵控)是移頻鍵控FSK的一種改進(jìn)形式。在二進(jìn)制FSK方式中載波頻率隨著調(diào)制信號(hào)“1”或“0”而變，其相位通常是不連續(xù)的。所謂MSK方式，就是FSK信號(hào)的相位始終保持連續(xù)變化的一種特殊方式。可以看成是調(diào)制指數(shù)為0. 5的一種CPFSK信號(hào)。</p><p>　　MSK是一種在無(wú)

40、線移動(dòng)通信中很有吸引力的數(shù)字調(diào)制方式，因?yàn)樗幸韵聝煞N主要的特點(diǎn):</p><p>　　①信號(hào)能量的99. 5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率的1. 5倍的帶寬內(nèi)。譜密度隨頻率(遠(yuǎn)離信號(hào)帶寬中心)倒數(shù)的四次冪而下降，而通常的離散相位FSK信號(hào)的譜密度卻隨頻率倒數(shù)的平方下降。因此，MSK信號(hào)在帶外產(chǎn)生的干擾非常小。這正是限帶工作情況下所希望有的寶貴特點(diǎn)。</p><p>　?、谛盘?hào)包絡(luò)是恒定的，系統(tǒng)可

41、以使用廉價(jià)高效的非線性器件。從相位路徑的角度來(lái)看，MSK屬于線性連續(xù)相位路徑數(shù)字調(diào)制，是連續(xù)相位頻移鍵控(CPFSK)的一種特殊情況，有時(shí)也叫做最小頻移鍵控(MSK )。MSK的“最小(Minimum )”二字指的是這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)(h=0.5 )獲得正交的調(diào)制信號(hào)。</p><p>　　2.2 MSK的調(diào)制原理</p><p>　　最小移頻鍵控又稱快速移頻鍵控(FFSK)。

42、這里“最小”指的是能以最小的調(diào)制指數(shù)(即0.5)獲得正交信號(hào);而“快速”指的是對(duì)于給定的頻帶，它能比PSK傳送更高的比特速率。</p><p>　?、俣M(jìn)制MSK信號(hào)的表達(dá)式可寫為</p><p>　　； （2-1)</p><p><b>　　或者</b></p><p>　　這里，

43、 （2-2)</p><p>　　式中-- 載波角頻率;　　-- 碼元寬度;（在程序中用Tb來(lái)表示）</p><p>　　-- 第k個(gè)碼元中的信息，其取值為;（在程序中對(duì)應(yīng)a[……]里面的內(nèi)容）　　-- 第k個(gè)碼元的相位常數(shù)，它在時(shí)間中保持不變。</p><p>　　由式①可見，當(dāng)時(shí)，信號(hào)的頻率為</p>&l

44、t;p><b>　?。?-3)</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，信號(hào)的頻率為</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p><b>　　由此可得頻率間隔為</b></p><p><b>　　(2-5)&

45、lt;/b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　MSK信號(hào)與普通2FSK信號(hào)的差別在于:選擇兩個(gè)傳信頻率與，使這兩個(gè)頻率的信號(hào)在一個(gè)碼元期間的相位積累嚴(yán)格的相差。由圖1.1MSK的波形可以看出，“+”信號(hào)與“-”信號(hào)在一個(gè)碼元期間恰好相差二分之一周期。下面來(lái)說(shuō)明MSK信號(hào)的頻率間隔是如何確定的。</p><p

46、>　　若初始相位為零，則取值為0或。由式(1)可推出其正交表達(dá)式為：</p><p>　?、贛SK信號(hào)的頻率間隔</p><p>　　對(duì)于一般移頻鍵控(2FSK),兩個(gè)信號(hào)波形具有以下的相關(guān)系數(shù) </p><p><b>　?。?-7)</b></p><p>　　式中，是載波頻率。　　MSK是一種正交調(diào)制，

47、其信號(hào)波形的相關(guān)系數(shù)等于零。因此，對(duì)于MSK信號(hào)來(lái)說(shuō)，式(2-7)應(yīng)為零，也就是上式右邊兩項(xiàng)均應(yīng)為零。第一項(xiàng)等于零的條件是( </p><p>　　令等于其最小值1,則</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　這正是MSK信號(hào)所要求的頻率間隔。第二項(xiàng)等于零的條件是 ，即</p><p><

48、;b>　　(2-9)</b></p><p>　　這說(shuō)明，MSK信號(hào)在每一碼元周期內(nèi)，必須包含四分之一載波周期的整倍數(shù)。由此可得</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p><b>　　相應(yīng)地</b></p><p><b>　　(2-11)<

49、/b></p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　圖2.1中的信號(hào)波形是，的特殊情況。</p><p>　　相位常數(shù)的選擇應(yīng)保證信號(hào)相位在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻是連續(xù)的。根據(jù)這一要求，由式(2-2)可以導(dǎo)出以下的相位遞歸條件，或者稱為相位約束條件，即</p><p><b>　　(2-1

50、3)</b></p><p>　　上式表明，MSK信號(hào)在第k個(gè)碼元的相位常數(shù)不僅與當(dāng)前的有關(guān)，而且與前面的及相位常數(shù)有關(guān)?；蛘哒f(shuō)，前后碼元之間存在相關(guān)性。對(duì)于相干解調(diào)來(lái)說(shuō)，的起始參考值可以假定為零，因此，從式(2-13)可以得到</p><p>　　式(2-2)中的稱為附加相位函數(shù)，它是MSK信號(hào)的總相位減去隨時(shí)間線性增長(zhǎng)的載波相位而得到的剩余相位。式(1-2)是一直線方程式，

51、其斜率為，截距是。另外，由于的取值為，故是分段線性的相位函數(shù)(以碼元寬度為段)。在任一個(gè)碼元期間內(nèi)，的變化量總是。當(dāng)時(shí)，增大;當(dāng)時(shí)，減小。</p><p>　　(a)附加相位函數(shù) (b)附加相位路徑網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　圖2.1 附加相位函數(shù)及附加相位路徑網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　圖2.1(a)是針對(duì)一特

52、定數(shù)據(jù)序列畫出的附加相位軌跡;圖2.1(b)表示的是附加相位路徑的網(wǎng)格圖，它是附加相位函數(shù)由零開始可能經(jīng)歷的全部路徑。表2.1中給出了與之間關(guān)系的一個(gè)例子。</p><p>　　表2.1 相位常數(shù)與的關(guān)系</p><p>　　因?yàn)?，所以MSK信號(hào)也可以看作是由兩個(gè)彼此正交的載波與分別被函數(shù)與進(jìn)行振幅調(diào)制而合成的。已知，，,因而</p><p>　　(2-16)

53、 (2-17) </p><p>　　故MSK信號(hào)可表示為</p><p><b>　?。?-18)</b></p><p>　　式中，等號(hào)右邊的第一項(xiàng)是同相分量，也稱為I分量;第二項(xiàng)是正交分量，也稱為Q分量。 和稱為加權(quán)函數(shù)(或稱調(diào)制函數(shù))。是同相分量的等效數(shù)據(jù)，是正交分量的等效數(shù)據(jù)，它們都與原始

54、輸入數(shù)據(jù)有確定的關(guān)系。令，，代入式(2-18)可得</p><p><b>　　(2-19)</b></p><p>　　根據(jù)上式，可構(gòu)成一種MSK調(diào)制器，其方框圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 MSK調(diào)制器的方框圖</p><p>　　MSK信號(hào)的產(chǎn)生步驟：</p><p>　　

55、先對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼，這是收端相干載波解調(diào)的需要。 </p><p>　　把差分編碼器的輸出用串/并變換器合成兩路，并相互錯(cuò)開一個(gè)碼元寬度，得到和。 </p><p>　　用加權(quán)函數(shù)和分別對(duì)和進(jìn)行加權(quán)。 </p><p>　　最后，對(duì)加權(quán)數(shù)據(jù)用正交載波和分別進(jìn)行調(diào)制，并相加，相加之后的信號(hào)通過(guò)低通濾波器后即可得到MSK信號(hào)。 </p><p&

56、gt;　　2.3 MSK的解調(diào)原理</p><p>　　MSK信號(hào)的解調(diào)與FSK信號(hào)相似，可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)。圖2.3給出了一種采用延時(shí)判決的相干解調(diào)原理方框圖。關(guān)于相干解調(diào)的原理與2FSK信號(hào)時(shí)沒有什么區(qū)別。這里，重點(diǎn)討論延時(shí)判決法的原理。下面舉例說(shuō)明在時(shí)間內(nèi)判決出一個(gè)碼元信息的基本原理。</p><p>　　圖2.3 MSK信號(hào)相干解調(diào)原理方框圖</p>

57、<p>　　設(shè)時(shí)間內(nèi)，則MSK的的變化規(guī)律可用圖2.1表示，在時(shí)刻，的可能相位為0、?，F(xiàn)如果把這時(shí)的接收信號(hào)與相干載波相乘，則相乘輸出為</p><p><b>　　(2-20)</b></p><p><b>　　濾掉高頻分量，可得</b></p><p><b>　　(2-21)</b&g

58、t;</p><p>　　我們可知:如果經(jīng)抽樣判決后為正極性，則可斷定數(shù)字信息不是“11”就是“10”,于是可判定第一個(gè)比特為“1”，而第二個(gè)比特等下一次再作決定。這里，利用了第二個(gè)碼元提供的條件，所以判決的第一個(gè)碼元所含信息的的正確性就有所提高。這就是延時(shí)判決法的基本含義?！　≥斎隡SK信號(hào)同時(shí)與兩路的相應(yīng)相干載波相乘，并分別進(jìn)行積分判決。這里的積分判決是交替工作的，每次積分時(shí)間為。如果一積分在進(jìn)行，則另一積

59、分在進(jìn)行，兩者相差。</p><p>　　2.4 MSK的性能分析</p><p><b>　　①功率譜：</b></p><p>　　MSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式:</p><p>　?。?（2-22)</p><p>　　MSK信號(hào)的功率譜密度可表示為</p>

60、<p><b>　　(2-23)</b></p><p>　　其歸一化功率譜密度如圖2.5所示。與2PSK相比較可以看出:</p><p>　　MSK信號(hào)的功率譜更加緊湊，并且它的第一個(gè)零點(diǎn)是在處，而2PSK的第一個(gè)零點(diǎn)是在處。這表明MSK信號(hào)功率譜的主瓣所占的頻帶寬度比2PSK信號(hào)窄;在主瓣帶寬之外，功率譜旁瓣的下降也更迅速。即MSK信號(hào)的功率主要包含在

61、主瓣之內(nèi)。因此，MSK信號(hào)比較適合在窄帶信道中傳輸，對(duì)鄰道的干擾也較小。</p><p>　　由于MSK信號(hào)占用帶寬窄，故MSK信號(hào)的抗干擾性能要優(yōu)于2PSK。這就是目前廣泛采用MSK調(diào)制的原因。</p><p>　　圖2.5 MSK與2PSK信號(hào)的歸一化功率譜</p><p>　　然而，在某些通信場(chǎng)合，如移動(dòng)通信中，對(duì)信號(hào)帶外輻射功率的限制十分嚴(yán)格，要求對(duì)鄰近信道

62、的衰減達(dá)70dB～80dB以上。因此，近來(lái)對(duì)MSK信號(hào)作些改進(jìn)，如改進(jìn)兩正交支路的加權(quán)函數(shù)，稱為“高斯最小頻移鍵控”GMSK調(diào)制方法等。</p><p><b>　?、谡`碼率性能：</b></p><p>　　2PSK信號(hào)和QPSK信號(hào)的誤碼率性能相同，因?yàn)榭梢园裃PSK信號(hào)看作是兩路正交的2PSK信號(hào)，在作相干接收時(shí)這兩路信號(hào)是不相關(guān)的。OQPSK信號(hào)只是將這兩路信

63、號(hào)偏置了，所以其誤比特率也和前兩種信號(hào)的相同?，F(xiàn)在的MSK信號(hào)是用極性相反的半個(gè)正（余）弦波形去調(diào)制兩個(gè)正交的載波。因此，當(dāng)用匹配濾波器分別接受每個(gè)正交分量，MSK信號(hào)的誤比特率和2PSK,QPSK及OQPSK等的性能一樣。但是，若把它當(dāng)作FSK信號(hào)用相干解調(diào)法在每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間Ts內(nèi)解調(diào)，則其性能將比2PSK信號(hào)的性能差3dB。</p><p>　　3 MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Matlab仿真</p>

64、<p>　　3.1 Matlab中 Simulink及m語(yǔ)言的簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　在MATLAB通信工具箱中有SLMULINK仿真模塊和MATLAB函數(shù)，形成一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊的集合體，用來(lái)進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。通信工具箱中的模塊可供直接使用，并允許修改，使用起來(lái)十分方便，因而完全可以滿足使用者設(shè)計(jì)和運(yùn)算的需要。 MATLAB通信工具箱中的系統(tǒng)仿真，分為用SI

65、MULINK模塊框圖進(jìn)行仿真和用MATLAB函數(shù)進(jìn)行的仿真兩種。在用SIMULINK模塊框圖的仿真中，每個(gè)模塊，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上執(zhí)行一次，就是說(shuō)，所有的模塊在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上同時(shí)執(zhí)行。這種仿真被稱為時(shí)間流的仿真。而在用MATLAB函數(shù)的仿真中，函數(shù)按照數(shù)據(jù)流的順序依次執(zhí)行，意味著所處理的數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)算階段，然后再激活下一個(gè)階段，這種仿真被稱為數(shù)據(jù)流仿真。某些特定的應(yīng)用會(huì)要求采用兩種仿真方式中的一種，但無(wú)論是哪種，仿真的結(jié)果是相同

66、而且很方便。</p><p>　?、俳鼛啄陙?lái)，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域，Simulink已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的軟件之一。Simulink可以很方便地創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)完整地模塊，評(píng)估不同地算法和結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。由于Simulink是采用模塊組合方式來(lái)建模，從而可以使得用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，特別是對(duì)復(fù)雜的不確定非線性系統(tǒng)，更為方便。</p><p

67、>　　Simulink模型可以用來(lái)模擬線性和非線性、連續(xù)和離散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說(shuō)它可以用來(lái)模擬幾乎所有可能遇到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外Simulink還提供一套圖形動(dòng)畫的處理方法，使用戶可以方便的觀察到仿真的整個(gè)過(guò)程。</p><p>　　Simulink沒有單獨(dú)的語(yǔ)言，但是它提供了S函數(shù)規(guī)則。所謂的S函數(shù)可以是一個(gè)M函數(shù)文件、FORTRAN程序、C或C++語(yǔ)言程序等,通過(guò)特殊的語(yǔ)法規(guī)則使之能夠被Simul

68、ink模型或模塊調(diào)用。S函數(shù)使Simulink更加充實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力[6]。</p><p>　　同Matlab一樣，Simulink也不是封閉的,他允許用戶可以很方便的定制自己的模塊和模塊庫(kù)。同時(shí)Simulink也同樣有比較完整的幫助系統(tǒng)，使用戶可以隨時(shí)找到對(duì)應(yīng)模塊的說(shuō)明，便于應(yīng)用。</p><p>　　綜上所述，Simulink就是一種開放性的，用來(lái)模擬線性或非線性的以及連

69、續(xù)或離散的或者兩者混合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)有力的系統(tǒng)級(jí)仿真工具。</p><p>　　目前，隨著軟件的升級(jí)換代，在軟硬件的接口方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，使用Simulink可以很方便地進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)控制和處理、信息通信以及DSP的處理。世界上許多知名的大公司已經(jīng)使用Simulink作為他們產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的強(qiáng)有力工具。</p><p>　?、赟imulink是Matlab中的一種可視化仿真工具， 是一種

70、基于Matlab的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷

71、、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 </p><p>　　Simulink&reg是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。</p><p>　　構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了S

72、imulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與Matlab&reg; 緊密集成，可以直接訪問(wèn)Matlab大量的工具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。</p><p>　　3.2運(yùn)用m語(yǔ)言設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)</p><p>　　3.2.1運(yùn)用m語(yǔ)言設(shè)計(jì)的流程圖<

73、;/p><p>　　圖3.1軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　3.2.2測(cè)試結(jié)果及分析</p><p>　　Matlab強(qiáng)大之處在于它可以用編程語(yǔ)言繪制想要模擬的系統(tǒng)最終輸出的圖形，通過(guò)Matlab編程MSK系統(tǒng)，可以得到各環(huán)節(jié)的圖形，編寫MSK系統(tǒng)的Matlab語(yǔ)言見附錄，接下來(lái)就對(duì)程序運(yùn)行后的圖形進(jìn)行分析說(shuō)明。</p><p>　　如下圖所

74、示：原信號(hào)為{1 0 0 0 0 1 1 0 1 1}，其中高電平用“1”表示，低電平“0”表示。從圖3.1可以看出數(shù)字信號(hào)經(jīng)差分編碼后的波形，差分編碼的規(guī)則是:</p><p>　　可以看出參考位為1，利用上式，可以得到差分編碼信號(hào)為{0 0 0 0 0 1 0 0 1 0}。再經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換得到同相信號(hào)和正交信號(hào)，這兩路信號(hào)，每個(gè)碼元寬度是串并變換之前信號(hào)寬度的2倍。</p><p>&

75、lt;b>　　圖3.2</b></p><p>　　圖3.3 Icos(wct)cos(wt)和Qsin(wct)sin(wt)這兩路信號(hào)分別是同相分量和正交分量乘以載波后的波形，這兩個(gè)波形在信號(hào)幅值變換時(shí)都有明顯的波形相位變化，變動(dòng)相位。當(dāng)兩者相加后就構(gòu)成了相位連續(xù)的MSK信號(hào)。</p><p><b>　　即： </b></p>

76、<p>　　第三個(gè)圖就是MSK信號(hào)波形圖，可以看出其相位連續(xù)，波形疏密和FSK相似。其中密集的代表“1”，稀疏的代表“0”。由其波形圖可看出，它所攜帶的信號(hào)為{1 0 0 0 0 1 1 0 1 1}，和原信號(hào)一致。</p><p><b>　　圖3.3</b></p><p>　　下圖所示為：加噪對(duì)信號(hào)有一定的干擾，會(huì)影響信號(hào)的波形。即：MSK信號(hào)經(jīng)過(guò)信

77、道傳輸后，有噪聲的干擾。如下圖加噪后再通過(guò)帶通濾波器得到MSK信號(hào)dm，噪聲頻譜寬，信號(hào)只有一定的頻譜，進(jìn)過(guò)帶通濾波器后，帶外噪聲被濾除，只剩帶內(nèi)的噪聲對(duì)信號(hào)造成影響。同時(shí)為了改善信號(hào)傳輸可靠性，可以將信號(hào)乘以一高頻載波，這樣可以抵抗低頻干擾，在接受端再乘以該載波就可恢復(fù)原信號(hào)。ds1波形和ds2波形分別乘以載波，由于載波頻率比較高，可以通過(guò)低通濾波器濾除載波保留解調(diào)后的同相和正交分量。得到的是幅值不是嚴(yán)格一致的s11和s22波形。想得

78、到原波形，還需進(jìn)行抽樣判定。</p><p><b>　　圖3.4</b></p><p><b>　　圖3.5</b></p><p>　　下圖3.6可以看出程序編寫的帶通濾波器和低通濾波器，帶通參數(shù)為150~350和-150~-350。低通參數(shù)為0~200和-200~0。前兩圖為其的頻譜圖，可以看出，MSK具有最小功率

79、譜占用率。sa和sb為還原出的同相分量和正交分量，由于存在噪聲，與原來(lái)的有一定差別。從圖3.7可以看出，調(diào)制和解調(diào)信號(hào)大致相當(dāng)，由于程序中MSK信號(hào)是加了噪聲的，故存在一定的錯(cuò)誤，統(tǒng)過(guò)計(jì)算MSK錯(cuò)誤概率為:2.0202%。</p><p><b>　　圖3.6</b></p><p><b>　　圖3.7</b></p><p

80、>　　圖3.8看出MSK信號(hào)與FSK信號(hào)十分相似。但有其獨(dú)特的特點(diǎn)，即：信號(hào)能量的99. 5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率的1. 5倍的帶寬內(nèi)。信號(hào)包絡(luò)是恒定的，系統(tǒng)可以使用廉價(jià)高效的非線性器件。其相位始終保持連續(xù)不變的一種調(diào)制信號(hào)。</p><p><b>　　圖3.8</b></p><p>　　3.3 運(yùn)用Simulink設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)</p>

81、<p>　　3.3.1 Simulink MSK調(diào)制模塊</p><p>　　在調(diào)制模塊中運(yùn)用隨機(jī)序列產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，通過(guò)增益變化，改變?cè)夹盘?hào)的極性，由單極性變化為雙極性。串并變換采用采樣保持方法實(shí)現(xiàn)，后級(jí)電路采用正交調(diào)制法。最后將同相分量和正交疊加構(gòu)成MSK信號(hào)。</p><p>　　圖3.9 產(chǎn)生MSK信號(hào)的Simulink模型</p><p>　

82、　3.3.2 Simulink MSK解調(diào)模塊</p><p>　　解調(diào)模塊先利用相干載波解調(diào)方法再通過(guò)低通濾波器得出兩路信號(hào)，然后通過(guò)抽樣判決電路得出信號(hào)</p><p>　　圖3.10 MSK信號(hào)過(guò)零比較解調(diào)的Simulink模型</p><p>　　抽樣判決類似過(guò)零比較電路。等效框圖如下。</p><p>　　圖3.11 抽樣判決解調(diào)&

83、lt;/p><p>　　但通過(guò)仿真得出結(jié)果，是在波形上有一定的延遲，但解調(diào)信號(hào)值沒錯(cuò)，可見過(guò)零比較可以作為一種可選的解調(diào)方式。</p><p>　　Simulink MSK模型參數(shù)設(shè)置（圖號(hào)依據(jù)模型圖中圖號(hào)為準(zhǔn)）</p><p>　　Random Integer Generor 為隨機(jī)序列產(chǎn)生模塊，用來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)序列調(diào)制信號(hào)。采用二進(jìn)制信號(hào)，采用頻率為1ms。</p

84、><p>　　Gain 為增益模塊，改變?cè)夹盘?hào)的極性，由單極性變化為雙極性。采用頻率為1ms。</p><p>　　Constant 為生成一個(gè)常量值的模塊。</p><p>　　Pulse Generator 為生成有規(guī)則的脈沖模塊。</p><p>　　Sum 為加法器模塊。</p><p>　　Sample &am

85、p; Hold 為采樣模塊。</p><p>　　Transport Delay 為定值的延遲模塊。</p><p>　　Sine Wave 為波形產(chǎn)生模塊。</p><p>　　Product 為乘法器模塊。</p><p>　　Analog Filter Design 為濾波器設(shè)計(jì)模塊。</p><p>　　Swi

86、tch 為輸入選擇模塊。</p><p>　　Scope 為示波器模塊。</p><p>　　MSK的仿真模型用I-Q正交形式實(shí)現(xiàn)了MSK信號(hào)的調(diào)制。受限由隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)的{0，1}序列，然后進(jìn)行差分編碼，并轉(zhuǎn)換為{-1，+1}的序列，接著經(jīng)過(guò)串/并轉(zhuǎn)換為I、Q兩路信號(hào)，其中Q路信號(hào)要經(jīng)過(guò)額外的Tb時(shí)間的延遲。然后I、Q兩路分別經(jīng)行正交幅度調(diào)制，最后兩路信號(hào)相加，即得到MSK信號(hào)。

87、仿真中隨機(jī){0、1}序列的發(fā)生周期為1ms。</p><p>　　差分編碼由一個(gè)異或模塊和一個(gè)延遲模塊組成。</p><p>　　串/并轉(zhuǎn)換由四個(gè)模塊組成，其中緩存器模塊（Buffer）將串行單比特?cái)?shù)據(jù)流緩沖成兩個(gè)比特一組，緩存器模塊的輸出是基于幀的數(shù)據(jù)流。接著通過(guò)一個(gè)幀狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊將基于幀的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為采樣的數(shù)據(jù)流，取消每一組的兩個(gè)比特分別分配到I、Q兩路。</p><

88、;p>　　調(diào)制模塊的最后部分是正交幅度調(diào)制部分，對(duì)于I路，前一個(gè)正弦波模塊產(chǎn)生余弦波，而對(duì)于Q路，前一個(gè)正弦波模塊產(chǎn)生正弦波，比仿真中的信號(hào)延遲了3Tb，所以在這兩個(gè)正弦波模塊中要各自增加3π/2的相位延遲，I、Q兩路的后一個(gè)正弦波模塊產(chǎn)生載波信號(hào)，仿真中設(shè)定載波頻率為2kHz。最后將兩路信號(hào)相加得已調(diào)MSK信號(hào)。</p><p>　　3.3.3 測(cè)試波形分析</p><p>　　圖

89、3.12是經(jīng)過(guò)串并變換之后形成的波形。即：同相信號(hào)和正交信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)疊加一起的時(shí)候就形成了MSK信號(hào)。</p><p><b>　　圖3.12</b></p><p>　　圖3.13為加載波后的同相分量與正交分量。呈現(xiàn)一定的規(guī)律，但有一個(gè)特點(diǎn)就是相位存在突變。</p><p><b>　　圖3.13</b></p

90、><p>　　圖3.14為調(diào)制信號(hào)與MSK信號(hào)，可以看出經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后的MSK信號(hào)，在頻率變換上與FSK相似，但相位連續(xù)。這就是MSK的特點(diǎn)。</p><p><b>　　圖3.14</b></p><p>　　圖3.15為解調(diào)同相分量與解調(diào)正交分量，可以看出解調(diào)后波形經(jīng)過(guò)低通濾波器呈現(xiàn)模擬狀態(tài)，且幅值連續(xù)變換，故后級(jí)模塊需要進(jìn)行抽樣判決，并且進(jìn)行

91、過(guò)零比較，如下圖模塊所示。</p><p>　　圖3.15 經(jīng)過(guò)濾波器的信號(hào)</p><p>　　圖3.16為抽樣判決模塊，脈沖信號(hào)由模塊Pulse generator2產(chǎn)生，去對(duì)輸入信號(hào)通過(guò)Sample and Hold4進(jìn)行采樣，然后由開關(guān)電路模塊Switch3，完成判決。這里說(shuō)明一下，這里判決有點(diǎn)類似過(guò)零比較法，意思就是當(dāng)采樣輸入大于等于零是判為1，其余判為0。根據(jù)實(shí)驗(yàn)仿真，這種判定

92、結(jié)果錯(cuò)誤碼率最少。下面兩圖為采樣（圖3.17）和判決后的圖（圖3.18）。</p><p>　　圖3.16 抽樣判決模塊</p><p>　　由于現(xiàn)實(shí)中加了噪聲干擾，所以要進(jìn)行抽樣判決，才能得到原來(lái)的波形，如下圖所示抽樣信號(hào)圖3.17和判決信號(hào)圖3.18</p><p>　　圖3.17 抽樣信號(hào)</p><p>　　圖3.18 判決信號(hào)<

93、;/p><p>　　下圖為調(diào)制與解調(diào)信號(hào)，在比較的過(guò)程中由于整個(gè)系統(tǒng)存在延遲，故為了便于比較觀察期間，在Scope前加一延遲模塊，得到同步的波形，一目了然。有圖可以看到調(diào)制和解調(diào)信號(hào)大致相當(dāng)，由于模塊中加了噪聲，因此存在一定的錯(cuò)誤。 </p><p>　　圖3.19 調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)的對(duì)比</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p&

94、gt;<p>　　2012年3月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，到目前位置論文基本完成。從開始的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕。[1]</p><p>　　在實(shí)現(xiàn)MSK調(diào)制時(shí)，采用正交調(diào)制，其主要的難點(diǎn)在于串并變換模型的設(shè)計(jì)，在Simulink中采用采樣電路，采樣脈沖時(shí)間取決于隨機(jī)序列的碼元寬度。其中，

95、隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)不同，后級(jí)電路作相應(yīng)的變化，例如Simulink隨機(jī)序列產(chǎn)生的是單極性信號(hào)，后級(jí)電路就采用增益放大疊加常量的方法構(gòu)建雙極性信號(hào)。后面的調(diào)制方式兩個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的模型方式基本相同。</p><p>　　在MSK解調(diào)時(shí)，難點(diǎn)有三個(gè)：</p><p>　　①對(duì)于信號(hào)的濾波，本次設(shè)計(jì)都是信號(hào)乘以載波和同相分量及正交分量的加權(quán)函數(shù)，然后再利用低通濾波器，濾除高頻分量，就會(huì)得到一個(gè)在幅值范

96、圍和調(diào)制同相分量和解調(diào)分量類似的波形，是一曲線。因此合理的設(shè)計(jì)濾波器的性能，就關(guān)系到信號(hào)的解調(diào)性能，由于矩形函數(shù)的頻率范圍廣，但其有一個(gè)特點(diǎn)就是，頻率越高，其幅值越小對(duì)信號(hào)影響小，故主要的是載波的二倍頻，設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，其最大應(yīng)低于載波的二倍頻，最小大于信號(hào)碼元寬度的倒數(shù)。[16]</p><p>　　②采樣保持和判決電路，在Simulink中實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，順便說(shuō)明一下，Simulink的解調(diào)方式可以稱為過(guò)零檢測(cè)法

97、。[3]</p><p>　?、弁瑯拥淖詈笠粋€(gè)難點(diǎn)和調(diào)制時(shí)相對(duì)應(yīng)，并串變換也是解調(diào)的一個(gè)難點(diǎn)，其解決方法類似于調(diào)制，這里就不再贅述。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師XX老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，XX老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在論文的選題、

98、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了XX老師悉心細(xì)致的教誨和無(wú)私的幫助，特別是她廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我很受感動(dòng)，在此對(duì)XX老師表示我深深的謝意。在這期間我學(xué)習(xí)和掌握了使用MATLAB的工具箱Simulink對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真?；叵肫疬@期間的經(jīng)歷，感慨萬(wàn)千。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)的一次總結(jié)、一次檢驗(yàn)。同時(shí)也是鍛煉和進(jìn)一步提高自己自學(xué)能力的一次寶貴機(jī)會(huì)。

99、</p><p>　　在論文的寫作過(guò)程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，同時(shí)還得到許多在設(shè)計(jì)過(guò)程中許多同學(xué)的支持和幫助，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。</p><p>　　感謝所有關(guān)心、支持、幫助過(guò)我的良師益友。</p><p>　　致謝人： </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

100、t;</p><p>　　[1]郭梯云,楊家瑋,李建東編著. 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)[M].人民郵電出版社,2006,40-100. </p><p>　　[2]黃葆華,楊曉靜,牟華坤編著. 通信原理[M].西安電子科技大學(xué)出版社. 2004,100-156. </p><p>　　[3]樊昌信,詹道庸編著. 通信原理[M].國(guó)防工業(yè)出版社. 2007,120-210.

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105、惠.一種新的數(shù)字調(diào)制方法--最小移頻鍵控調(diào)制(MSK)[J]-大眾科技2004(4).</p><p>　　[16]魏瑞.基于Matlab的MSK仿真與實(shí)現(xiàn)[J]-科技信息（學(xué)術(shù)版）2008(32).</p><p>　　[17]談欣.基于DSP的基帶MSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)[C]2009</p><p>　　[18]叢海林.基于DSP的全數(shù)字MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)[C]2

106、001.</p><p>　　附錄A 英文文獻(xiàn)原文</p><p>　　Transmission Wideband FM Modulator msk 1200 MX589 GMSK 0.3 GMSK</p><p>　　Fred Kostedt, Engineer for MX-COM.</p><p>　　James C. Kemerlin

107、g, Engineer for MX-COM.</p><p>　　Introduction</p><p>　　The proliferation of computers in today's society has increased the demand for transmission of data over wireless links. Binary data, c

108、omposed of sharp "one to zero" and "zero to one" transitions, results in a spectrum rich in harmonic content that is not well suited to RF transmission. Hence, the field of digital modulation has been

109、 flourishing. Recent standards such as Cellular Digital Packet Data (CDPD) and Mobitex*specify Gaussian filtered Minimum Shift Keying (GMSK) for their modulation met</p><p>　　GMSK is a simple yet effective a

110、pproach to digital modulation for wireless data transmission. To provide a good understanding of GMSK, we will review the basics of MSK and GMSK, as well as how GMSK is implemented in CDPD and Mobitex systems.</p>

111、<p>　　GMSK modems reduce system complexity, and in turn lower system cost. There are, however, some important implementation details to be considered. This paper will cover some of these details, focusing on interf