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)

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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(wú)線通信領(lǐng)域中很有吸引力的數(shù)字調(diào)制

方式，當(dāng)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MSK系統(tǒng)的工作原理繪制出流程圖，最后

寫(xiě)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)

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SimulationofMSKModulationandDemodulationSystem

[Abstract]MinimumShiftKeying(MSK)isaconstantenvelope

modulationtechniques,ithasacontinuousphase,highbandwidthefficiency

characteristics,isveryattractiveinthefieldofwirelesscommunications,

digitalmodulation,shortwave,microwaveandsatellite

communicationsmediumwereused.Inthispaper,theworkingprincipleof

minimumshiftkeyingmodulationanddemodulation,andgivesthe

realizationofprogramsimulationandsimulinksystemmoduleinthe

MATLABsoftwareenvironmenttobuildintwoways.Mlanguagesimulation,

themaindrawaflowchartinaccordancewiththeMSKsystemworks,and

finallywritetheprogramsimulation,andgiveseachstepofthesimulation

resultsgraphics.Usesimulinkmoduleofthesystemconstruction,thetwo

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sub-modulesofthesystemisdividedintomodulationanddemodulation,and

thentwosub-modulesconnectedintotheoverallMSKsystemmodulefor

simulation.Finally,thesimulationrunofthesystem-wideresultsandtheir

analysisresults.

[Keywords]MSK;Matlab;Simulink;ModulationandDemodulation

目錄

引言錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

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1方案的論證與選擇.............................................3

1.1基于SystemView的設(shè)計(jì)....................................3

1.2基于Matlab的設(shè)計(jì).........................................3

1.3基于FPGA的設(shè)計(jì).........................................3

1.4方案選擇.................................................4

2MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理........................................5

2.1MSK的特點(diǎn)..............................................5

2.2MSK的調(diào)制原理..........................................5

2.3MSK的解調(diào)原理.........................................10

2.4MSK的性能分析.........................................11

3基于Matlab的MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).......................13

3.1Matlab中的m語(yǔ)言和Simulink簡(jiǎn)介........................13

3.2運(yùn)用m語(yǔ)言設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)........................14

3.2.1運(yùn)用m語(yǔ)言設(shè)計(jì)的流程圖..............................14

322測(cè)試結(jié)果及分析........................................15

3.3運(yùn)用Simulink設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)......................18

3.3.1SimulinkMSK調(diào)制模塊設(shè)計(jì)............................18

3.3.2SimulinkMSK解調(diào)模塊設(shè)計(jì)............................19

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3.3.3測(cè)試波形分析21

結(jié)束語(yǔ).......................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

致謝.........................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

參考文獻(xiàn).....................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

附錄A英文文獻(xiàn)原文..........................................28

附錄B英文文獻(xiàn)譯文..........................................38

附錄Cm程序................................................49

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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(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(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)：

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)的四次累而下降，而一般的

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)能夠使用廉價(jià)高效的非線性器件。

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)

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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，而且數(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(shì)。可是，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。

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)

經(jīng)過(guò)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(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)，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在她們的一項(xiàng)專利中提出的一種信號(hào)的調(diào)制

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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，AmorosoandKivett經(jīng)過(guò)一系列的變化把MSK簡(jiǎn)化成了

SMSKo當(dāng)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(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IGSM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

能大大改進(jìn).當(dāng)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，其相位一般是不連續(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。

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)，并經(jīng)過(guò)測(cè)試分析MSK的調(diào)制解調(diào)原理

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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)。經(jīng)過(guò)利用數(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。

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1方案的論證與選擇

1.1基于SystemView的設(shè)計(jì)

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，用戶能夠用圖符（Token）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(xiě)代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。

利用SystemView,能夠構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌?/p>

系統(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”，能夠完成對(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(jiǎn)便的、特別適用于科學(xué)研究和工程計(jì)算的高

級(jí)語(yǔ)言，與其它計(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

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高的編程和調(diào)試效率。應(yīng)用Matlab語(yǔ)言開(kāi)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

但能夠產(chǎn)生模擬調(diào)制數(shù)字載波調(diào)制兩大類通信信號(hào)，還能夠計(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(yǔ)言開(kāi)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(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年推出了能夠配合

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(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，能夠方便的瀏覽。至6月推出6.1版，6

月推出6.5版，繼而推出6.5.1版，7月Matlab7和Simulink6.0被推

出，當(dāng)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(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(kāi)發(fā)平

臺(tái)。

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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)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(kāi)發(fā)部門(mén)，Matlab被廣泛的應(yīng)用

于研究和解決各種具體問(wèn)題。在中國(guó)，Matlab也已日益受到重視，短

時(shí)間內(nèi)就將盛行起來(lái)，因?yàn)闊o(wú)論哪個(gè)學(xué)科或工程領(lǐng)域都能夠從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(kāi)發(fā)集成環(huán)境，在

QuartusII上能夠完成設(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。

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(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)

表文件一般作為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。

a,基于Simulink的MSK模型的仿真

b,將模型文件轉(zhuǎn)化為VHDL語(yǔ)言文件

C,驗(yàn)證VHDL代碼

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d.在FPGA器件中實(shí)現(xiàn)MSK信號(hào)

要解決的關(guān)鍵問(wèn)題：

a,在MATLAB/simulink中將模型文件轉(zhuǎn)化為VHDL語(yǔ)言文件

b,在QuartusII中如何測(cè)試，調(diào)整MSK信號(hào)

C,根據(jù)MSK信號(hào)的解調(diào)算法搭建模型而且仿真實(shí)現(xiàn)

1.4方案選擇

①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經(jīng)過(guò)編寫(xiě)VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)一些模塊，故實(shí)現(xiàn)比較

麻煩。

②SystemView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(jué)效果好，而且都能夠根據(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：當(dāng)仿真的系統(tǒng)偏大，模塊較多時(shí)，視覺(jué)上

不會(huì)覺(jué)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(wú)論在哪個(gè)模塊哪個(gè)窗口點(diǎn)擊

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幫助。立即出現(xiàn)的是相關(guān)模塊、窗E1的幫助。這對(duì)使用者，特別足初

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)出眾。

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(yǔ)青、DSP以及與硬件

工作環(huán)境等都能夠方便地實(shí)現(xiàn)。就此而言，SystemView與Simulink足

無(wú)法比擬的。

因此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)。

2MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理

2.1MSK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(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。

MSK屬于恒包絡(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(kāi)

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

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須控制射頻輸出信號(hào)的頻譜?？墒怯捎诂F(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，雖然仍舊經(jīng)過(guò)非線性器件，可是，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)：

①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，因此已調(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。

②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(guò)帶限濾波之后，只要讓主瓣無(wú)失真經(jīng)過(guò)，由于旁瓣功率很

小，因此濾波器的輸出信號(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)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展方向是最

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小功率譜占有率的恒包絡(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，

其相位一般是不連續(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。能夠看成是調(diào)制指數(shù)為0.5的一種

CPFSK信號(hào)。

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，因

為它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)的四次累而下降，而一般的離

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)能夠使用廉價(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)oMSK的“最小(Minimum廣二字指的是這種調(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)。

2.2MSK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

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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)的表示式可寫(xiě)為

=++-（2-1）

或者S.sK（t）=cos（oJ+伙力）

這里6（r）=g^r+/，（k-\）T,wtwkTs（2-2）

式中載波角頻率；

7-碼元寬度；（在程序中用Tb來(lái)表示）

-第k個(gè)碼元中的信息，其取值為±1;（在程序中對(duì)應(yīng)班……

里面的內(nèi)容）

只-第k個(gè)碼元的相位常數(shù)，它在時(shí)間（左一中保持

不變。

由式①可見(jiàn)，當(dāng)。.=+1時(shí)，信號(hào)的頻率為

r1,冗、

j1―甚（公'+2「(2-3)

當(dāng)DL-I時(shí)，信號(hào)的頻率為

于0一方（④-2T：(2-4)

由此可得頻率間隔為

1

△■于、一于、(2-5)

27\

h=/\fT=-^—xT=-=0.5(2-6)

'is2Ts12

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MSK信號(hào)與普通2FSK信號(hào)的差別在于:選擇兩個(gè)傳信頻率力與

九，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

180。。由圖1.1MSK的波形能夠看出，“+”信號(hào)與“一”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。

若初始相位為零，則以取值為0或乃。由式⑴可推出其正交表示

式為：

冗冗

sin

yMSK⑺=cos(pkcos(^-)cos(t)—以cos(Pk(y=^)sS6yJ)

乙JLb乙1b

②MSK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%(/-/)丁sin4%/T,(2-7)

2認(rèn)于、一于4兀

式中，f=3九+f)是載波頻率。

MSK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(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(2萬(wàn)(0-/o)7＞板

(k=1,2,3,……)令上等于其最小值1,則

(2-8)

J1Jo2T

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兀于工="兀("=1,2,3,……)，即

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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

==(N+勺J_(〃為正整數(shù)；m=0,1,2,3,)(2-10)

c4Ts4Ts

相應(yīng)地

(2-11)

(2-12)

圖2.1中的信號(hào)波形是N=l,加=3的特殊情況。

相位常數(shù)分的選擇應(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)能夠?qū)С鲆韵碌南辔贿f歸條件，或者稱為相

位約束條件，即

上式表明，MSK信號(hào)在第k個(gè)碼元的相位常數(shù)不但與當(dāng)前的0K

有關(guān)，而且與前面的A-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)，0*的起始參考值能夠假定為

零，因此，從式(2-13)能夠得到已=0或雙模24)

式(2-2)中的6⑴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

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程式,其斜率為萬(wàn)4,截距是0/。另外，由于的取值為±1，故

2Ts

e,是分段線性的相位函數(shù)(以碼元寬度下,為段)。在任一個(gè)碼元期

2Ts

間內(nèi)，6⑺的變化量總是會(huì)當(dāng)n=+］時(shí)，增大于當(dāng)”=—1時(shí)，減小

71

------O

2

(a)附加相位函數(shù)(b)附加相位路徑網(wǎng)絡(luò)

圖2.1附加相位函數(shù)。(t)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(huà)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(kāi)始可能經(jīng)歷

的全部路徑。表2.1中給出了巴與。‘之間關(guān)系的一個(gè)例子。

表2.1相位常數(shù)已與4的關(guān)系

K123456

1-1-1111

2071冗-2乃-2乃-271

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"女（模2%）07171000

因?yàn)閏os⑦/=cos8（/）cos0/—sine（/）sinG/，因止匕MSK信號(hào)也

能夠看作是由兩個(gè)彼此正交的載波cos?./與sin^J分別被函數(shù)cosm）

與sin，。進(jìn)行振幅調(diào)制而合成的。已知比）=2?+0'>=±i'

2JLs

（Pk=0或兀（模2?）,因而

cos^（z）=cos（）COS（P(2-16)

r

2J_'s

(2-17)

一sin6（，）=一￡）*sin（^^）cos。.

J-s

故MSK信號(hào)可表示為

(2-18)

SMSK⑺=cos（pkcos（今）cos（公t）_Dkcos（pksm（合）sin?f）d）T,=』T,

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。ccs（7a）和加（7a）稱為加權(quán)函數(shù)（或稱調(diào)

2

TSV

制函數(shù)）。COSQ是同相分量的等效數(shù)據(jù)，_￡）產(chǎn)03七是正交分量的等

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cosp「九，

cos

—Dk（pk=0/代入式（2-18）可得

S.SK（'）=乙cos（U）cos（以t）+Qsin（條）sinQzV）Q-

J-sJ-S

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。

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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(kāi)一

個(gè)碼元寬度T,,得到L和

?用加權(quán)函數(shù)C。｛尋）和sin[#]分別對(duì)乙和進(jìn)行加權(quán)。

?最后，對(duì)加權(quán)數(shù)據(jù)用正交載波cos。/和sin公，分別進(jìn)行調(diào)制，

并相加，相加之后的信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器后即可得到MSK信

號(hào)。

2.3MSK的解調(diào)原理

MSK信號(hào)的解調(diào)與FSK信號(hào)相似，能夠采用相干解調(diào)，也能夠

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(méi)有什么區(qū)別。這里，重

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點(diǎn)討論延時(shí)判決法的原理。下面舉例說(shuō)明在（。，2與）時(shí)間內(nèi)判決出一個(gè)

碼元信息的基本原理。

,ZN+DTJ

IXTzW+M

圖2.3MSK信號(hào)相干解調(diào)原理方框圖

設(shè)（0,27,）時(shí)間內(nèi)火0）=0,則MSK的電）的變化規(guī)律可用圖2.1表

示，在，=27.時(shí)刻，微）的可能相位為0、士乃?，F(xiàn)如果把這時(shí)的接收

信號(hào)CO揚(yáng)/+a]與相干載波cos\y/+q一相乘，則相乘輸出為

cOS⑦+詠)]COS?/+9=gcosW)—g+gcos[2公+電)+自(2-20)

濾掉高頻分量，可得

V（z）=cos[0（t）-^]=sin0（t）（2-21）

我們可知:如果-⑺經(jīng)抽樣判決后為正極性，則可斷定數(shù)字信息不

是“n”就是“io”，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，因此判決

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20。如果

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一積分在⑵7,,2（1+1）7』進(jìn)行，則另一積分在［2（/—1）了,,2（,+1）了」進(jìn)行，

兩者相差了,o

2.4MSK的性能分析

①功率譜：

MSK信號(hào)的時(shí)域表示式：

SsK（t）=cosgj+^^，+%）；—C2-22）

J-s

MSK信號(hào)的功率譜密度可表示為

COS（依一叭|

L(2-23)

s陵=327tr

工2—4(g—0c|Ts)

其歸一化功率譜密度如圖2.5所示。與2PSK相比較能夠看出：

?MSK信號(hào)的功率譜更加緊湊，而且它的第一個(gè)零點(diǎn)是在o.%

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

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

2PSKo這就是當(dāng)前廣泛采用MSK調(diào)制的原因。

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圖2.5MSK與2PSK信號(hào)的歸一化功率譜

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。

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)槟軌虬裃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)只是將這兩路信號(hào)偏置了，因此其誤比特率也

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?？墒牵舭阉?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3dBo

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3MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Matlab仿真

3.1Matlab中Simulink及m語(yǔ)言的簡(jiǎn)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(lái)進(jìn)行通信領(lǐng)域的

研究、開(kāi)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，因而完全能夠滿足使用者設(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(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)果是相同而且很方

便。

①近幾年來(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能夠很方便地

創(chuàng)立和維護(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，從而能夠使得用戶

能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)立動(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。

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Simulink模型能夠用來(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)它能夠用來(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(huà)的處理方法，使用戶能夠方便的觀

察到仿真的整個(gè)過(guò)程。

Simulink沒(méi)有單獨(dú)的語(yǔ)言，可是它提供了S函數(shù)規(guī)則。所謂的S

函數(shù)能夠是一個(gè)M函數(shù)文件、FORTRAN程序、C或C++語(yǔ)言程序等,

經(jīng)過(guò)特殊的語(yǔ)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一樣，Simulink也不是封閉的，她允許用戶能夠很方便

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)，使用戶能夠隨時(shí)找到對(duì)應(yīng)模塊的說(shuō)明，便于應(yīng)用。

綜上所述，Simulink就是一種開(kāi)放性的，用來(lái)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。

當(dāng)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能夠很方便地進(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

為她們產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的強(qiáng)有力工具。

②Simulink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能夠用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣

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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)立動(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)立過(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、直接明了的方式，而且用戶能夠立即看到系統(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(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。

構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其它產(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，能夠直接訪問(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)

立、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。

3.2運(yùn)用m語(yǔ)言設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

3.2.1運(yùn)用m語(yǔ)言設(shè)計(jì)的流程圖

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圖3.1軟件設(shè)計(jì)流程圖

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3.2.2測(cè)試結(jié)果及分析

Matlab強(qiáng)大之處在于它能夠用編程語(yǔ)言繪制想要模擬的系統(tǒng)最終

輸出的圖形，經(jīng)過(guò)Matlab編程MSK系統(tǒng)，能夠得到各環(huán)節(jié)的圖形，

編寫(xiě)MSK系統(tǒng)的Matlab語(yǔ)言見(jiàn)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。

如下圖所示：原信號(hào)為{1000011011},其中高電平用“1”

表示，低電平“0”表示。從圖3.1能夠看出數(shù)字信號(hào)經(jīng)差分編碼后

的波形，差分編碼的規(guī)則是：

=

bnan?b?i

能夠看出參考位為L(zhǎng)利用上式，能夠得到差分編碼信號(hào)為{00

00010010}o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。

數(shù)字信號(hào)

0-

IIIIIIIIII

-0.0100.010.020.030.040.050.060.070.080.09

2正交調(diào)制信號(hào)Q

0-

IIIiIIIII?

-0.0100.010.020.030.040.050.060.070.080.09

圖3.2

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圖3.3Icos(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)乃相位。當(dāng)兩者相加后就構(gòu)成了相位連

續(xù)的MSK信號(hào)。

即：S.SK(')=/JOS導(dǎo))cos(at)+asin(3)sinQyj)(1―

J-sJ-s

第三個(gè)圖就是MSK信號(hào)波形圖，能夠看出其相位連續(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{1000011011},和原信號(hào)一致。

圖3.3

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)信道傳輸后，有噪聲的干擾。如下圖加噪后再經(jīng)

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)為了改進(jìn)信號(hào)傳輸可靠性，能夠?qū)⑿盘?hào)乘以一高頻載

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波，這樣能夠抵抗低頻干擾，在接受端再乘以該載波就可恢復(fù)原信

號(hào)。dsl波形和ds2波形分別乘以載波，由于載波頻率比較高，能夠

經(jīng)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。想得到原波形，還需進(jìn)行抽樣判

定。

圖3.5

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下圖3.6能夠看出程序編寫(xiě)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，能夠看出，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(lái)的有一定差別。從

圖3.7能夠看出，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20202%。

帶通濾波器H

1|-----1------1------1------1——r-nrr-i——i------1------1------1------

0.5.....1-----\......：.....：-……4……\..................\……-I

QiiiiIIiIIiiii____

-5000-4000-3000-2000-1000010002000300040005000

低通濾波器H1

2|------1------1------1------1-----|-q-----1------1------1------1------

1-----i-----\......:......i-----\.....-------------1-----I

gl______I______I______I______I_____LU_____I______I______I______I______

-5000-4000-3000-2000-1000010002000300040005000

經(jīng)過(guò)低通后的信號(hào)sa

00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1

圖3.6

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經(jīng)過(guò)低通后的信號(hào)Sb

00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1

調(diào)制信號(hào)

00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

解調(diào)信號(hào)

2______I______|______|______|______|______|______|______|______|______

00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

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)能夠使用廉價(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)。

3.3運(yùn)用Simulink設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

3.3.1SimulinkMSK調(diào)制模塊

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在調(diào)制模塊中運(yùn)用隨機(jī)序列產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)增益變化，改變

原始信號(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

3.3.2SimulinkMSK解調(diào)模塊

解調(diào)模塊先利用相干載波解調(diào)方法再經(jīng)過(guò)低通濾波器得出兩路信

號(hào)，然后經(jīng)過(guò)抽樣判決電路得出信號(hào)

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GeneratorsPulse

Generators

圖3.10MSK信號(hào)過(guò)零比較解調(diào)的Simulink模型

抽樣判決類似過(guò)零比較電路。等效框圖如下。

圖3.11抽樣判決解調(diào)

但經(jīng)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(méi)錯(cuò)，可見(jiàn)過(guò)零比較能夠作為一種可選的解調(diào)方式。

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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(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。

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。米用頻率為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LQ正交形式實(shí)現(xiàn)了MSK信號(hào)