MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[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語言進(jìn)行仿真，主要是依照MSK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。[關(guān)鍵字]MSK;Matlab;Simulink；調(diào)制解調(diào)SimulationofMSKModulationandDemodulationSystem[Abstract]MinimumShiftKeying(MSK)isaconstantenvelopemodulationtechniques,ithasacontinuousphase,highbandwidthefficiencycharacteristics,isveryattractiveinthefieldofwirelesscommunications,digitalmodulation,shortwave,microwaveandsatellitecommunicationsmediumwereused.Inthispaper,theworkingprincipleofminimumshiftkeyingmodulationanddemodulation,andgivestherealizationofprogramsimulationandsimulinksystemmoduleintheMATLABsoftwareenvironmenttobuildintwoways.Mlanguagesimulation,themaindrawaflowchartinaccordancewiththeMSKsystemworks,andfinallywritetheprogramsimulation,andgiveseachstepofthesimulationresultsgraphics.Usesimulinkmoduleofthesystemconstruction,thetwosub-modulesofthesystemisdividedintomodulationanddemodulation,andthentwosub-modulesconnectedintotheoverallMSKsystemmoduleforsimulation.Finally,thesimulationrunofthesystem-wideresultsandtheiranalysisresults.[Keywords]MSK;Matlab;Simulink;ModulationandDemodulation目錄引言 TOC\o"1-5"\h\z1方案的論證與選擇 3基于SystemView的設(shè)計(jì) 31.2基于Matlab的設(shè)計(jì) 31.3基于FPGA的設(shè)計(jì) 31.4方案選擇 42MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理 5MSK的特點(diǎn) 5MSK的調(diào)制原理 5MSK的解調(diào)原理 10MSK的性能分析 113基于3基于Matlab的MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13Matlab中的m語言和Simulink簡介 13運(yùn)用m語言設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) 143.2.1運(yùn)用m語言設(shè)計(jì)的流程圖 143.2.2測試結(jié)果及分析 153.3運(yùn)用Simulink設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) 18SimulinkMSK調(diào)制模塊設(shè)計(jì) 18SimulinkMSK解調(diào)模塊設(shè)計(jì) 193.3.3測試波形分析 21結(jié)束語 致謝 參考文獻(xiàn) 附錄A英文文獻(xiàn)原文 28附錄B英文文獻(xiàn)譯文 3849附錄Cm程序49引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)通信系統(tǒng)的需求越來越來高。通信系統(tǒng)也由原來的單一對(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。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)：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)的四次幕而下降，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)。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。無線通信技術(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)比較簡的MSK技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代通信領(lǐng)域。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。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。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。當(dāng)信道中存在非線性的問題和帶寬限制時(shí)，幅度變化的數(shù)字信號(hào)通過信道會(huì)使己濾除的帶外頻率分量恢復(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。近年來新發(fā)展起來的技術(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)，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)。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，AmorosoandKivett通過一系列的變化把MSK簡化成了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。例如，SMSK已應(yīng)用在美國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)。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?。垢蓴_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。用數(shù)字基帶信號(hào)去控制可變分頻器的分頻比來改變輸出載波頻率，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。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)，并通過測試分析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)過數(shù)/模變換得到所需的MSK信號(hào)。通過利用數(shù)字基帶信號(hào)去控制可變分頻器的分頻比來改變輸出載波頻率，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。1方案的論證與選擇1.1基于SystemView的設(shè)計(jì)SystemView是美國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(Token)去描述自己的系統(tǒng)，無需與復(fù)雜的程序語言打交道，不用寫代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。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。1.2基于Matlab的設(shè)計(jì)Matlab是一種使用簡便的、特別適用于科學(xué)研究和工程計(jì)算的高級(jí)語言，與其他計(jì)算機(jī)語言相比。它的特點(diǎn)是簡潔和智能化，具有極高的編程和調(diào)試效率。應(yīng)用Matlab語言開發(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。Matlab(MatrixLaboratory)為美國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MicrosoftWindous使用的微機(jī)版，95年4.2版，97年5.0版，99年5.3版，5.X版無論是界面還是內(nèi)容都有長足的進(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)有力的科學(xué)及工程問題的分析計(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)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具。成為攻讀學(xué)位的本科、碩士、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)開發(fā)部門，Matlab被廣泛的應(yīng)用于研究和解決各種具體問題。在中國，Matlab也已日益受到重視，短時(shí)間內(nèi)就將盛行起來，因?yàn)闊o論哪個(gè)學(xué)科或工程領(lǐng)域都可以從Matlab中找到合適的功能。1.3基于FPGA的設(shè)計(jì)QuartusII是Altera公司提供的FPGA/CPLD開發(fā)集成環(huán)境，在QuartusII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。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須來自針對(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。基于Simulink的MSK模型的仿真將模型文件轉(zhuǎn)化為VHDL語言文件驗(yàn)證VHDL代碼d.在FPGA器件中實(shí)現(xiàn)MSK信號(hào)要解決的關(guān)鍵問題：在MATLAB/simulink中將模型文件轉(zhuǎn)化為VHDL語言文件在QuartusII中如何測試，調(diào)整MSK信號(hào)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)1.4方案選擇本文基于軟件仿真實(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編寫VHDL語言實(shí)現(xiàn)一些模塊，故實(shí)現(xiàn)比較麻煩。SystemView是基于Windows環(huán)境下運(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，其中圖符庫與模塊版圖在同一窗口內(nèi)，這給操作帶來了便利。相比之下，Simulink的界面設(shè)計(jì)偏向簡潔，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。簡潔風(fēng)格的好處在于：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。而且Simulink的幫助文檔的優(yōu)點(diǎn)是無論在哪個(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)者是說相當(dāng)方便的。因此，從幫助文檔的易用性角度來看，Simulink相當(dāng)出色。Simulink是包含在Matlab之中的仿真工具，而Matlab本身具有強(qiáng)大的編程仿真功能Simulink與Matlab、C/C++語青、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足無法比擬的。所以為了能更清楚地了解MSK系統(tǒng)，本文采用Matlab語言編程和Simulink實(shí)現(xiàn)MSK系統(tǒng)。2MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理MSK的特點(diǎn)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程。調(diào)制過程就是輸入數(shù)據(jù)控制(鍵控)載波的幅度、頻率和相位。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)過發(fā)端帶限后，雖然仍舊通過非線性器件，但是，非線性器件輸出信號(hào)只產(chǎn)生很小的頻譜擴(kuò)展。為了適應(yīng)這類信道的特性，已調(diào)信號(hào)須有以下兩個(gè)特點(diǎn):包絡(luò)恒定或包絡(luò)起伏很小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)來攜帶信息，需要采用頻移鍵控(FSK)或相移鍵控(PSK)來傳遞信息。具有最小功率譜占用率已調(diào)波要具有快速高頻滾降的頻譜特性，要求旁瓣必須很小，這種信號(hào)經(jīng)過帶限濾波之后，只要讓主瓣無失真通過，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。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)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。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。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?？梢钥闯墒钦{(diào)制指數(shù)為0.5的一種CPFSK信號(hào)。MSK是一種在無線移動(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)：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)的四次幕而下降，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)。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。從相位路徑的角度來看，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)。MSK的調(diào)制原理最小移頻鍵控又稱快速移頻鍵控(FFSK)。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。①二進(jìn)制MSK信號(hào)的表達(dá)式可寫為S(t)=cos(S(t)=cos(°t+

MSK c兀DIT<t<kTss2-1)或者S(t)=cos(°t+0(t))2-2)MSK c2-2)，(k-1)T<t<kT

式中W--載波角頻率;cT--碼元寬度；(在程序中用Tb來表示)s]里面的內(nèi)容)D—第k個(gè)碼元中的信息，其取值為±1;(在程序中對(duì)應(yīng)]里面的內(nèi)容)k9—第k個(gè)碼元的相位常數(shù)，它在時(shí)間(k-1)T<t<kT中保持不變。k s s由式①可見，當(dāng)Dk=+1時(shí)，信號(hào)的頻率為(2-3)(2-3)當(dāng)當(dāng)D=-1時(shí)，信號(hào)的頻率為k(2-4)由此可得頻率間隔為12T(2-5)2=0-5(2-6)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f1與(2-4)由此可得頻率間隔為12T(2-5)2=0-5(2-6)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f1與f0，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180o。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。下面來說明MSK信號(hào)的頻率間隔是如何確定的。若初始相位為零，則9取值為o或兀。由式(1)可推出其正交表達(dá)式為:k②MSK信號(hào)的頻率間隔對(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)sin2兀 Tsin4兀fTP= 1 0s+2兀(J-J)T10(2-7)2(T+c2 0MSK是一種正交調(diào)制，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)來說，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(2兀(f-f)T=k兀10s式中,)是載波頻率。1(k=1,2,3,……)令等于其最小值1,則(2-8)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4兀fT—n兀s(n=1,2,3, )，即(2-9)T(1)1(2-9)1=n-()一s4fc這說明，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)。由此可得相應(yīng)地1n4T(N+m嚴(yán)為正整數(shù)；m=0丄2'3')s(2-10)1 /“這說明，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)。由此可得相應(yīng)地1n4T(N+m嚴(yán)為正整數(shù)；m=0丄2'3')s(2-10)1 /“m+1, 1+TT=(N+4)Tss(2-11)(2-12)1c圖2.1中的信號(hào)波形是N=1,m=3的特殊情況。相位常數(shù)申的選擇應(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,k導(dǎo)出以下的相位遞歸條件，或者稱為相位約束條件，即由式(2-2)可以99 兀 9 ，當(dāng)a—a時(shí)k k-1 k-1 ?2、 9 土(k-1)兀,當(dāng)a豐a時(shí)k-1 k k-1(2-13)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D有關(guān)，而且與前面的D及相k k-1位常數(shù)9有關(guān)?；蛘哒f，前后碼元之間存在相關(guān)性。對(duì)于相干解調(diào)來說，申的起始參考值可以k-1假定為零，因此，從式(2-13)可以得到9 =0或兀(模2兀)k式(2-2)中的9(t)稱為附加相位函數(shù)，它是MSK信號(hào)的總相位減去隨時(shí)間線性增長的載波相位而得到的剩余相位。式(1-2)是一直線方程式，其斜率為，截距是9。另外，由于D的取k k2tks是分段線性的相位函數(shù)(以碼元寬度1為段)。在任一個(gè)碼元期間內(nèi)，9(t)的變srkts兀 兀 ?；靠偸恰?。當(dāng)D=+1時(shí)，增大—；當(dāng)D=-1時(shí)，減小—。2 k 2 k 2圖2.1附加相位函數(shù)°C)及附加相位路徑網(wǎng)絡(luò)圖2.1(a)是針對(duì)一特定數(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中給出了申與D之間關(guān)系的一個(gè)例kk子。表2.1相位常數(shù)9與D的關(guān)系kkK1234561-1-11110-2兀-2兀-2兀9濮2兀)0000k因?yàn)閏os?t+°Q=cos°C)cos?t-sin°(t)sin?t，所以mSK信號(hào)也可以看作是由兩個(gè)彼此正交的載波cos?t與sin?t分別被函數(shù)cos°C)與sin°C)進(jìn)行振幅調(diào)制而合成的。已知,r-kt+Dk=±1「k=0或兀(模,r-kt+Dk=±1「k=0或兀(模2"因而cos°C)=cos(- -)cos少2T(2-16)故MSK信號(hào)可表示為-sin°(t)=-Dsin(-)cos少k2T(2-17)S (t)=cos9cos(T)cos(?t)-Dcos9sin(T)sin(?t)(k-1)T<t<kTMSK k2T c kk2T cs2-18)cos(2T

s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。耐稱為加權(quán)函數(shù)(或稱調(diào)制函數(shù))。cos申是同相分量的等效數(shù)據(jù),丿 k兀t)和sin(T2T-Dcos9 是正交分量的等效數(shù)據(jù)，它們都與原始輸入數(shù)據(jù)有確定的關(guān)系。令 cos9 =kkk-Dcos申=Q，代入式(2-18)可得S(t)=MSKIcos(t)cos(Lt)+Qsin(t)sin(Lt) (k-1)T<t<kTk 2T c k 2T c s ss s(2-19)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。圖2.2MSK調(diào)制器的方框圖MSK信號(hào)的產(chǎn)生步驟:?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。?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T，得到I和S kQ。k用加權(quán)函數(shù)cos和sin分別對(duì)用加權(quán)函數(shù)cos和sin分別對(duì)I和Q進(jìn)行加權(quán)。最后，對(duì)加權(quán)數(shù)據(jù)用正交載波cos最后，對(duì)加權(quán)數(shù)據(jù)用正交載波cos?t和sin?ct分別進(jìn)行調(diào)制，并相加，相加之后的信c號(hào)通過低通濾波器后即可得到MSK信號(hào)。MSK的解調(diào)原理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。下面舉例說明在（氏2氏）時(shí)間內(nèi)判決出一個(gè)碼元信息的基本原理。圖2.3MSK信號(hào)相干解調(diào)原理方框圖TOC\o"1-5"\h\z設(shè)（0,2T）時(shí)間內(nèi)0，則MSK的eC）的變化規(guī)律可用圖2.1表示，在t=2T時(shí)刻，eC），s S的可能相位為o、土?！，F(xiàn)如果把這時(shí)的接收信號(hào)cosLt+eC）］與相干載波cosbt+—1相乘，c c2_則相乘輸出為cos[L+eC力cos(Lt+—)=c c 2(2-20)(2-21)cos[e(tcos[L+eC力cos(Lt+—)=c c 2(2-20)(2-21)2 2 c 2濾掉高頻分量，可得vQ=cos[e(t)-—2]=sine(t)我們可知：如果v（t）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。

輸入MSK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2T。如果一積分在(2iT,2(i+1)T］進(jìn)行，則另一積分在sssL(i-1)T,2(i+1)T］進(jìn)行，兩者相差T。sssMSK的性能分析①功率譜：MSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式:S(t)=S(t)=cos(3t+kt+申)’MSK c2T ks(k-1)T<t<kTss2-22)MSK信號(hào)的功率譜密度可表示為S(3)=S(3)=32兀2TMSK scos(3-3c(2-23)兀2—4(3-3T)2I cs其歸一化功率譜密度如圖2.5所示。與2PSK相比較可以看出:?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0.7$；處，而2PSK的第一個(gè)零點(diǎn)s是在1卩處。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s夕卜，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。?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。圖2.5MSK與2PSK信號(hào)的歸一化功率譜然而，在某些通信場合，如移動(dòng)通信中，對(duì)信號(hào)帶夕輻射功率的限制十分嚴(yán)格，要求對(duì)鄰近信道的衰減達(dá)70dB?80dB以上。因此，近來對(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。②誤碼率性能：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。0QPSK信號(hào)只是將這兩路信號(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0QPSK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)，貝康性能將比2PSK信號(hào)的性能差3dBoMSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Matlab仿真Matlab中Simulink及m語言的簡單介紹在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SIMULINK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)間步長上執(zhí)行一次，就是說，所有的模塊在每個(gè)時(shí)間步長上同時(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，但無論是哪種，仿真的結(jié)果是相同而且很方便。近幾年來，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。Simulink模型可以用來模擬線性和非線性、連續(xù)和離散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說它可以用來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)過程。Simulink沒有單獨(dú)的語言，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++語言程序等，通過特殊的語法規(guī)則使之能夠被Simulink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⑹。同Matlab—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。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)模塊的說明，便于應(yīng)用。綜上所述，Simulink就是一種開放性的，用來模擬線性或非線性的以及連續(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。目前，隨著軟件的升級(jí)換代，在軟硬件的接口方面有了長足的進(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。Simulink是Matlab中的一種可視化仿真工具， 是一種基于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、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。Simulink®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)境和可定制模塊庫來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink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®緊密集成，可以直接訪問Matlab大量的工具來進(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)和測試數(shù)據(jù)的定義。3.2運(yùn)用m語言設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)3.2.1運(yùn)用m語言設(shè)計(jì)的流程圖3.2.2測試結(jié)果及分析產(chǎn)生隨機(jī)輸件設(shè)序流程圖對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼Matlab強(qiáng)大之處在于它可以用編程語言繪制想要模擬的系統(tǒng)最終輸出的圖形，通過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語言見附錄，接下來就對(duì)程序運(yùn)行后的圖形進(jìn)行分析說朋tT 串并轉(zhuǎn)換正交分量的等效數(shù)據(jù)Q示：原信號(hào)為3.2.2測試結(jié)果及分析產(chǎn)生隨機(jī)輸件設(shè)序流程圖對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼Matlab強(qiáng)大之處在于它可以用編程語言繪制想要模擬的系統(tǒng)最終輸出的圖形，通過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語言見附錄，接下來就對(duì)程序運(yùn)行后的圖形進(jìn)行分析說朋tT 串并轉(zhuǎn)換正交分量的等效數(shù)據(jù)Q示：原信號(hào)為｛1000011011｝，其中高電平用“1”表示，低電平J“0”表示:分編碼后的波形，差分編碼的規(guī)則是： —*從圖3.1可以看出數(shù)字信號(hào)經(jīng)差兀t T經(jīng)進(jìn)行串權(quán)00用￥用c(可以看出參考位進(jìn)行加權(quán)利用上式，可以得到差分編碼信號(hào)為｛00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。圖3.2用正交載波sin°t進(jìn)行調(diào)制用正交載波cos°t進(jìn)行調(diào)制 c )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)兀相位。當(dāng)兩者相加后就構(gòu)

加法器相加，并用低通濾波器濾波成了相位連續(xù)的MSK信號(hào)。即：S (t)=Icos(T")COS(°t)+QMSK k 2T cssin(k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”，它所攜帶的信號(hào)為｛1000011011｝,和原信號(hào)一致。稀疏的代表“0”。由其波形圖可看出,下圖所示為：加噪對(duì)信號(hào)有一定噪聲的干擾。如下圖加噪后再通過帶通濾波器得到MSK信號(hào)dm,噪聲頻譜寬，信號(hào)只有一定的頻譜，進(jìn)過帶通濾波器后，帶外噪聲被濾除，只剩性，可以將信號(hào)乘以性為高頻載波，這樣可以抵抗低頻干擾，ds1波形和ds2波形分別乘以載波，由于載波頻率比較高，可以通過低通濾波器濾除載波保留解調(diào)后的同相和正交分量丿得到的是幅值不是嚴(yán)格法致的加11和s22波形。想得到原波形，還需進(jìn)行抽樣判定。 I波形。即：MSK信號(hào)經(jīng)過信道傳輸后，有噪聲對(duì)信號(hào)造成影響。同時(shí)為了改善信號(hào)傳輸可靠在接受端再乘以該載波就可恢復(fù)原信號(hào)。羈3.4結(jié)束3.5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)過計(jì)算MSK錯(cuò)誤概率為:2.0202%。圖3.6

圖3.7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)。圖3.83.3運(yùn)用Simulink設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)SimulinkMSK調(diào)制模塊在調(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)。圖3.9產(chǎn)生MSK信號(hào)的Simulink模型SimulinkMSK解調(diào)模塊解調(diào)模塊先利用相干載波解調(diào)方法再通過低通濾波器得出兩路信號(hào)，然后通過抽樣判決電路得出信號(hào)圖3.10MSK信號(hào)過零比較解調(diào)的Simulink模型抽樣判決類似過零比較電路。等效框圖如下。圖3.11抽樣判決解調(diào)但通過仿真得出結(jié)果，是在波形上有一定的延遲，但解調(diào)信號(hào)值沒錯(cuò)，可見過零比較可以作為一種可選的解調(diào)方式。SimulinkMSK模型參數(shù)設(shè)置（圖號(hào)依據(jù)模型圖中圖號(hào)為準(zhǔn)）RandomIntegerGeneror為隨機(jī)序列產(chǎn)生模塊，用來產(chǎn)生隨機(jī)序列調(diào)制信號(hào)。采用二進(jìn)制信號(hào)，米用頻率為1ms。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。Constant為生成一個(gè)常量值的模塊。PulseGenerator為生成有規(guī)則的脈沖模塊。Sum為加法器模塊。Sample&Hold為采樣模塊。TransportDelay為定值的延遲模塊。SineWave為波形產(chǎn)生模塊。Product為乘法器模塊。AnalogFilterDesign為濾波器設(shè)計(jì)模塊。Switch為輸入選擇模塊。Scope為示波器模塊。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)過串/并轉(zhuǎn)換為I、Q兩路信號(hào)，其中Q路信號(hào)要經(jīng)過額外的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)。仿真中隨機(jī)｛0、1｝序列的發(fā)生周期為1ms。差分編碼由一個(gè)異或模塊和一個(gè)延遲模塊組成。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。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3n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)。測試波形分析圖3.12是經(jīng)過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)。圖3.12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。圖3.13圖3.14為調(diào)制信號(hào)與MSK信號(hào)，可以看出經(jīng)過載波調(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)。圖3.14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)行過零比較，如下圖模塊所示。圖3.15經(jīng)過濾波器的信號(hào)圖3.16為抽樣判決模塊，脈沖信號(hào)由模塊Pulsegenerator2產(chǎn)生，去對(duì)輸入信號(hào)通過SampleandHold4進(jìn)行采樣，然后由開關(guān)電路模塊Switch3，完成判決。這里說明一下，這里判決有點(diǎn)類似過零比較法，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）。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圖3.17抽樣信號(hào)圖3.18判決信號(hào)下圖為調(diào)制與解調(diào)信號(hào)，在比較的過程中由于整個(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。圖3.19調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)的對(duì)比結(jié)束語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)寫作過程難以用語言來表達(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]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，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。在MSK解調(diào)時(shí)，難點(diǎn)有三個(gè)：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]采樣保持和判決電路，在Simulink中實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜，順便說明一下，Simulink的解調(diào)方式可以稱為過零檢測法。[3]同樣的最后一個(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。致謝在論文完成之際，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)過程中，XX老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、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)。在論文的寫作過程中，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)過程中許多同學(xué)的支持和幫助，在此一并致以誠摯的謝意。感謝所有關(guān)心、支持、幫助過我的良師益友。參考文獻(xiàn)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.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./r