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《通信原理》课程设计
一、实习目的：
1.培养学生掌握电路设计的基本思路和方法，熟悉使用SystemView软件，了解各功能模块的操作和使用方法；
2.使学生掌握系统各功能模块的基本工作原理；
3.通过实验进一步了解频分复用系统的构成及其工作原理；
观察频分复用的波形图，及抽样频率和点数的设置，和各个性能指标。
提高学生对所学理论知识的理解能力；
4.能提高对所学知识的实际应用能力；
5.提高学生的科技论文写作能力。
二、实验要求：
（1）学习SystemView仿真软件的使用；
（2）对需要仿真的通信系统各功能模块的工作原理进行分析；
（3）提出系统的设计方案，选用合适的模块；
（4）对所设计系统进行仿真；
（5）并对仿真结果进行分析。
三、设计内容：
基于SystemView的MSK通信系统的仿真。
四、实习仪器：
计算机、SystemView仿真软件
MSK（最小频移键控）是移频键控FSK的一种改进形式。
2FSK体制虽然性能优良、易于实现，并得到了广泛的应用，但是它也有不足之处。
首先它占用的频带宽度较大，其次在FSK方式中，每一码元的频率不变或者跳变一个固定值，而两个相邻的频率跳变码元信号，其相位通常是不连续的。
所谓MSK方式，就是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号。
5.1MSK信号的基本原理
最小频移键控（MSK）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，其波形图如下：
图1
5.1.1MSK信号的频率间隔
MSK信号的第k个码元可以表示为
式中，s－载波角载频；
ak=1（当输入码元为“1”时，ak=+1；
当输入码元为“0”时，ak=-1）；
Ts－码元宽度；
k－第k个码元的初始相位，它在一个码元宽度中是不变的。
由上式可以看出，当输入码元为“1”时，ak=+1，故码元频率f1等于fs+1/（4Ts）；
当输入码元为“0”时，ak=-1，故码元频率f0等于fs-1/（4Ts）。
所以，f1和f0的差等于1/（2Ts），这是2FSK信号的最小频率间隔。
5.1.2MSK码元中波形的周期数
上式给出一个码元持续时间Ts内包含的正弦波周期数。
由此式看出，无论两个信号频率f1和f0等于何值，这两种码元包含的正弦波数均相差1/2个周期。
例如，当N=1，m=3时，对于比特“1”和“0”，一个码元持续时间内分别有2个和1.5个正弦波周期，如图1。
5.1.3MSK信号的相位连续性
由上式可见，在此码元持续时间内它是t的直线方程。
并且，在一个码元持续时间Ts内，它变化ak/2，即变化/2。
按照相位连续性的要求，在第k-1个码元的末尾，即当t=（k-1）Ts时，其附加相位k-1（kTs）就应该是第k个码元的初始附加相位k（kTs）。
所以，每经过一个码元的持续时间，MSK码元的附加相位就改变/2；
若ak=+1，则第k个码元的附加相位增加/2；
若ak=-1，则第k个码元的附加相位减小/2。
按照这一规律，可以画出MSK信号附加相位k（t）的轨迹图如下：
5.1.4MSK信号的正交表示法
上式表示，此信号可以分解为同相（I）和正交（Q）分量两部分。
I分量的载波为cosst，pk中包含输入码元信息，cos（t/2Ts）是其正弦形加权函数；
Q分量的载波为sinst，qs中包含输入码元信息，sin（t/2Ts）是其正弦形加权函数。
图5
5.2MSK信号的调制的方法
MSK信号可以用两个正交的分量表示：
根据上式构成的方框图如下：
方框图原理举例说明：
输入序列：
ak=a1,a2,a3,a4,…=+1,-1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,+1
它经过差分编码器后得到输出序列：
bk=b1,b2,b3,b4,…=+1,-1,-1,+1,-1,-1,-1,+1,+1
序列bk经过串/并变换，分成pk支路和qk支路：
b1,b2,b3,b4,b5,b6,…＝p1,q2,p3,q4,p5,q6,…
串/并变换输出的支路码元长度为输入码元长度的两倍，若仍然采用原来的序号k，将支路第k个码元长度仍当作为Ts，则可以写成
这里的pk和qk的长度仍是原来的Ts。
换句话说，因为p1=p2=b1，所以由p1和p2构成一个长度等于2Ts的取值为b1的码元。
pk和qk再经过两次相乘，就能合成MSK信号了。
5.3MSK信号延迟解调法
图中两个积分判决器的积分时间长度均为2Ts，但是错开时间Ts。
上支路的积分判决器先给出第2i个码元输出，然后下支路给出第（2i+1）个码元输出。
6、仿真
6.1.1进入SystemView系统视图，设置“时间窗”参数如下：
①运行时间：
StartTime:
0秒
StopTime:
0.04秒
②采样频率：
SampleRate=10000Hz
6.1.2根据MSK的调制原理，在SystemView中搭建如下系统：
总的框图
总的框图
6.1.3创建完仿真系统后，单击运行按钮，各个“RealTime”图符块的显示框中二进制数据信号及OQPSK、MSK、的I、Q分量波形分别如下图所示。
6.1.4观察QPSK信号和MSK信号的相位转移图，并与QPSK信号的相位转移图进行对比，体会这些数字调制信号的相位特性的改进过程。
OQPSK相位转移图
MSK相位转移图
由上图比较对照可以看出，OQPSK与QPSK相位转移图的区别在于没有了180度的相位转移路径，相位得到了改善，MSK的相位转移路径是一个椭圆，没有了路径拐点，相位特性得到进一步改善。
6.1.5观察MSK的功率谱密度
MSK功率谱
GMSK功率谱
MSK与GMSK的功率谱比较
6.1.6根据解调原理，做出解调部分的仿真系统
解调部分电路图
总的电路图
6.1.7MSK调制与相干解调系统仿真电路图标参数设置
序号
图符块属性
类型
参数设置
source
PNSeq
Amp=1V,Offset=0V,Rate=100Hz,Level=2,Phase=0deg
1
Operator
Sampler
Interpolating,Rate=100Hz
2
operator
SampleDelay
FillLastRegister,Delay=2Samples
3
FillLastRegister,Delay=12Samples
4、5、31、32、34
Interpolating,Rate=50Hz
6、7、36、38
Hold
LastValue,Gain=1,OutRate=10.e+3Hz
8、39、40、45
Delay
Non—interpolation,Delay=10.e-3sec
9、10、12、13
相乘器
11、23
Sinusoid
Amp=1V,Freq=25Hz,Phase=90deg
14
Amp=1V,Freq=1000Hz,Phase=0deg
15
Gain
GainUnits=linear,Gain=-1
16、44
相加器
17-21、
Sink
分析器
22、46
RealTime
28、30
No.ofpole=5,LoCuttoff=300Hz
33
Amp=1，Starttime=0,Offset=0
43
Amp=1V,Offset=0V,Freq=50Hz,Phase=0
Pulsewidth=0.1s
29
通信库，科斯塔斯环
VCOFreq=100Hz,VCOPhase=0,ModGain=1Hz/v
Sink17为输入波形
Sink46为解调后的波形
将输入的信号与解调后的信号进行对比，如上图所示
七、结论
1.本文介绍了MSK的调制解调原理，通过SystemView软件实现了MSK调制和解调的仿真。
由实验仿真结果可知，理论上的调制解调方案可通过软件仿真确定其可行性；
2.一种方案可采用不同的器件实现其功能；
3.输入的二进制数据序列经过查分编码和串/并交换，变成两路速率减半的序列，在经过加权函数输出同分两，分别对两个
4.正交的载波进行解调，相减即可得到需要的MSK信号；
从仿真效果上看，MSK利用其正交信号的最小频差，在相邻符号交界处相位保持连续行，从根本上解决了包络起伏问题，达到了预期的效果。
从MSK的解调结果来看，撇开时间上的延迟，解调信号与基带信号的波形基本一致，即接收端误码数很少，由此可知此MSK系统是正确的，达到了此系统设计的要求。
八、参考文献
李东生.《SystemView系统设计及仿真入门与应用》电子工业出版社
冯育淘.《通信系统仿真》国防工业出版社
陈萍.《现代通信实验系统的计算机仿真》国防工业出版社
樊昌信.《通信原理》.国防工业出版社.
及艳丽.《现代通信系统》.电子工业出版社.
沈振元.《通信系统原理》.西安电子科技大学出版社.
曹志刚.《现代通信原理》.清华大学出版社.
青松.《数字通信系统的Systemview仿真与分析》.北京航空航天大学出版社
九、课程设计心得
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
回顾起此次MSK的课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，刚开始时一点头绪都没有，自己看书查资料，从理论到实践，四天的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，不仅回顾了以前所学过的知识，更要的是自己解决了许多本以为解决不了的问题时。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的把知识学到手。
课程设计的过程中，我遇到了好多问题，因为MSK的调制在通信原理课上老师没有深入的讲解，所以一开始对我们来说比较陌生，后来仔细的看了书本上的内容，才知道，其实MSK本身就是FSK的一种改进，解决了FSK的相位突变问题，于是我们就有了明确的目标了，就是解决相位突变问题，翻阅了好多了资料，请教了同学，老师，结合书上的公式，终于知道怎么解决了，然后就是选择各模块的电路，主要考虑其电路性能特点及是否满足所需要的功能，这就看我们的高频知识学得怎么样了，最难的一步就是系统仿真了，因为systemview这个软件我们并不是很熟练，只是在实验的时候用过几天。
为了把此次课程设计做好，所以找了参考书仔细研究，对各模块的参数进行设定，这是试验中最关键的，载波的频率不能太大，这跟现实需要的有差距，还有抽样频率也要选的合适，否则示波器就看不到完整的波形，或者是一条直线。
在过程中我也遇到了不少问题，比如连线的问题等等。
每次发现问题后我都会仔细的研究，认真的解决，努力做到独立思考。
经过四天的奋斗，终于有了成果。
兴奋之余，我也懂得了知识是无限的，人的能力是有限的，要想学得好，就得多问，多想，多做，多动手实践，充分利用已有的条件，比如互联网，图书馆的资料，我们不可能博闻广知，但我们可以搜索知识，并纳为己用，有时候可以从多方面去思考同一个问题，最重要的是要学会学以致用，把书本知识融会贯通，进而深入探究，从中能有所悟。
这次课程设计终于顺利完成了，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
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