MSK调制解调4826Word格式.docx
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但是长期以来，由于电报通信不如电话通信方便，作为数字通信主要形式的电
报却比1876年贝尔发明的电话发展缓慢。
直到20世纪60年代已后，数字通信才日益兴旺起来，数
字通信迅速发展的基本原因是它与模拟通信相比，更能适应对通信技术越来越高的要求。
第一数字传输抗干扰能力强，尤其是在中中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累；
第二，传输差错可以控制，从而改善了传输的质量；
第三，便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理；
第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；
第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。
然而，数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的带宽的系统频带而换来的。
以电话为
例，一路模拟电话只占据4khz的带宽，而一路传输质量相同的数字电话这可能要占用数十千赫兹的带宽。
在系统频带紧张的场合，数字通信这一缺点显得很突出，但是在系统频带富裕的场合，比如毫米波通信，光通信等场合，数字通信几乎成了唯一的选择。
随着计算机技木和大规模集成技术的发展，数字通信在其发展过程中表现出了强大的生命力，它冲破了传统模拟通信方式的统治，逐步地发展、完善。
可以预言：
随着通信事业的发展，特别是
各种宽带传输技术（例如光纤传输、数字微波等）、综合业务数字网（ISDN）的实用化，全数字化的通信方式必将逐步取代模拟通信方式而得到蓬勃发展。
1.2研究MSK数字通信系统的意义
当今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中信息的传输及通信起着支撑作用。
而在频带资源日益紧张的今天，为了提高系统的容量（满足更多的用户）信道间隔已经是一减再减已经由最初
的100khz减到了今天的12.5khz甚至更小。
数字通信系统因其组网灵活，差错控制和保密性都比较
容易，而且能够进入ISDN网所以通信系统已逐步由模拟制式向数字制式过渡，信号的调制方式也逐步由模拟方式持续、广泛地向数字方式转化，数字通信系统成为了信息的传输的一种重要手段。
然而，一般的数字调制技术，如ASK、PSK和FSK因传输效率低和抗干扰能力差而无法满足移动通信的要求，为此，需要专门研究一些抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高的数字调制技术，尽可
能地提高单位频谱内传输数据的比特率，以适用于移动通信窄带数据传输的要求。
MSK因具有：
（1）已调信号振幅是恒定的；
（2）信号的频率偏移严格等于±
1，相应的调制指数
Hf2f1ts=0.5；
4Ts
（3）以载波相位在一个码元期间内准确地线性变化
pi
；
2
（4）在一个码元期间内，信号应包含四分子一载波周期的整数倍；
（5）在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说，信号的波形没有突变。
的特点使得MSK通信系统抗干扰能力强适用于移动通信等窄带数据传输的要求。
1.3通信系统仿真的意义
在设计新系统或者对原有的通信系统做出修改或者进行相关的研究时，通常要进行建模和仿真，
通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统
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通信工程专业综合课程设计
中。
通过仿真，可以提高研究开发工作的效率，发现系统中潜在的问题，优化系统整体性能。
与一般的仿真过程类似，在对通信系统实施仿真之前，首先需要研究通信系统的特性，通过归纳和抽象
建立通信系统的仿真模型。
通过对系统的仿真,可以不需要实际的硬件环境就可以分析系统的特点。
人们能够通过仿真实验就可以了解MSK数字通信系统性能。
这样大大的减少实验的开销，对科学技
术的发展是很重要的。
matrix公司的MATLAB软件是一套功能非常强大的工程技术数值运算和系统
仿真软件。
MSK通信系统的仿真设计主要就是使用MATLAB的M函数工具箱进行仿真。
本次毕业设计的主要任务是对MSK数字通信系统进行MATLAB环境下的仿真。
首先通过收集资料和学习来理解MSK通信系统的工作原理，然后使用MATLAB软件对MSK数字通信系统的调制解调以及传输进行仿真，通过仿真结果分析得出系统的性能和优势。
目的就是让人们可以通过本次仿真就可以了解到MSK数字通信系统的特点。
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2MSK系统调制解调原理
2.1MSK调制原理
MSK称为最小移频键控，是移频键控（FSK）的一种改进型。
这里“最小”指的是能以最小的调制指数（即0.5）获得正交信号，它能比PSK传送更高的比特速率。
二进制MSK信号的表达式可写为：
SMSKtcosct
c——载波角频率；
Ts——码元宽度；
ak——第k个码元中的信息，其取值为±
k——第k个码元的相位常数，它在时间
aktk（k1）TstkTs（公式2.1）
2Ts
1；
（k1）TstkTs中保持不变；
当ak＝＋1时，信号的频率为：
f2＝fc＋
1
当ak＝－1时，信号的频率为：
f1＝fc－
由此可得频率之差为：
f＝f2－f1＝
那么MSK信号波形如图
2.1所示：
＋
－
图2.1MSK信号波形
为了保持相位的连续，在t=kTs时间内应有下式成立：
k=
k1＋（ak1－ak）
（k
1）
（公式2.2）
即：
当ak＝ak
1时，
k1；
当ak≠ak
k=k1±
（k1）π；
若令0＝0，则
k＝0
或±
π，此式说明本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入有关，
还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。
SMSKtcosct
akt
k
（公式2.3）
=cos
kcos（
t）cosct－akcos
ksin（
t）sinct（k1）Ts
tkTs
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令cos
k＝Ik，
ak
cos
k＝Qk
则：
SMSKt
＝Ik
cos（
t）cos
ct＋Qk
sin（
t）sin
ct
1）Ts
t
kT
s（公式2.4）
为了便于理解如图
2.2所示：
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1314
15
16
17
18
19
20
2122
23
24
ak
-1
+1
-1+1
dk
+1+1
-1-1
akcos
+1-1
）
akcos
图2.2码元变换及成形信号波形图
根据上面描述可构成一种MSK调制器，其方框图如图2.3所示：
CPLD
时序电路
低通滤波器
Cosωct
EEPROM
Ik
波形选择地址
D/A转换器
乘法器
生成器
NRZ差分
串/并
加法器
MSK
编码
转换
（运放）
信号
延时
Ts
Qk
Sinωct
图2.3MSK调制原理框图
输入数据NRZ，然后通过CPLD电路实现差分编码及串/并转换，得到Ik、Qk两路数据。
波形选
择地址生成器是根据接受到的数据（Ik或Qk）输出波形选择的地址。
EEPROM（各种波形数据存储在
其中）根据CPLD输出的地址来输出相应的数据，然后通过D／A转换器得到我们需要的基带波形，
最后通过乘法器调制，运放求和就得到了我们需要的MSK调制信号。
MSK基带波形只有两种波形组成，见图2.4所示：
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波形2
波形1
图2.4MSK成形信号
在MSK调制中，成形信号取出原理为：
由于成形信号只有两种波形选择，
因此当前数据取出的
成形信号只与它的前一位数据有关。
如果当前数据与前一位数据相同，输出的成形信号就相反（如
果前一数据对应波形
1，那么当前数据对应波形
2）；
如果当前数据与前一位数据相反，输出的成形
信号就相同（如果前一数据对应波形
1，那么当前数据仍对应波形
1）。
2.2MSK解调原理
MSK信号的解调与
FSK信号相似，可以采用相干解调，也可以采用非相干解调方式。
本实验
模块中采用一种相干解调的方式。
已知：
SMSKt＝Ik
ct＋Qksin（
t）sin
（公式2.5）
把该信号进行正交解调可得到：
Ik路
[Ikcos（
ct＋Qk
ct]cosct
（公式2.6）
Ikcos（
I
（
c
=
t）+
kcos
+
Ikcos
－1
Qkcos
Qkcos2
Qk路
ct＋Qk
]sin
（公式2.7）
1Qksin（
1Ik
sin（2
）t+
Ik
sin（2c－
）t
－1Qksin（2
+1Qk
sin（2c
）t
我们需要的是1
、1
Qksin（
t）
两路信号，所以必须将其它频率成份
2c
Ikcos（
Qksin（
采
、（2
）通过低通滤波器滤除掉，然后对
2Ts2
样即可还原成Ik、Qk两路信号。
根据上面描述可构成一种
MSK解调器，其方框图如图
2.5所示：
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CLK
Cosωct
电平
抽样
数据
比较器
判决
还原
并/串
差分
译码
NRZ
Sinωct
BS
图2.5MSK解调原理框图
将得到的MSK调制信号正交解调，通过低通滤波器得到基带成形信号，并对由此得到的基带
信号的波形进行电平比较得到数据，再将此数据经过CPLD的数字处理，就可解调得到NRZ码。
在实际系统中，相干载波是通过载波同步获取的，相干载波的频率和相位只有和调制端载波相
同时，才能完成相干解调。
由于载波同步不是本实验的研究内容，因此在本模块中的相干载波是直
接从调制端引入，因此解调器中的载波与调制器中的载波同频同相。
载波同步的实验可在本实验箱
的CDMA系统中实现。
2.3MSK的抗噪声性
数字通信系统中，信号的传输过程会受到各种干扰，从而影响对信号的恢复.通信系统的抗噪声
性能是指系统克服加性噪声影响的能力。
衡量数字通信系统抗噪声性能的重要指标是误码率.分析
二进制数字调制系统的抗噪声性能，得出误码率与信噪比之间的数学关系。
在二进制数字调制系统
抗噪声性能分析中，假设信道特性是恒参信道，在信号的频带范围内其具有理想矩形的传输特性（可
取传输系数为K）。
噪声为等效加性高斯白噪声，其均值为零，方差为σ2[5]。
对2FSK信号解调同样可以采用同步检测法和包络检波法，下面分对同步检测法的系统性能进行
分析。
2FSK信号采用同步检测法时在码元时间宽度Ts区间，发送端产生的2FSK信号可表示为
ST（t）
u
1T
0T
（t）,
（公式2.8）
st发送“1”符号是为u1t,st发送“0”符号是为u0t.
其中:
Acos1t,
u1T（t）
0,
（公式2.9）
u0T（t）
Acos2t,
（公式2.10）
式中，
1和2分别为发送“
1”符号和“0”符号的载波角频率，Ts为码元时间间隔。
在（0,Ts）
时间间隔，信道输出合成波形yi
t为
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yi（t）
Ku1T
（t）
ni（t）
acos
1t
ni（t）,
Ku0T（t）
2t
ni（t）,
（公式2.11）
式中，nit为加性高斯白噪声，其均值为零，方差为
1。
解调器采用两个带通滤波器来区
分中心频率分别为
1和
2的信号。
中心频率为
1的带通滤波器只允许中心频率为
1的信号频谱成
分通过，而滤除中心频率为
2的信号频谱成分；
中心频率为
2的带通滤波器只允许中心频率为
ω2
的信号频谱成分通过，而滤除中心频率为
1的信号频谱成分。
Pe=
erfc
r
（公式2.12）
-
pe=
在大信噪比条件下，
2pr
e
（公式2.13）
对于MSK通信系统设信道特性为恒参信道，
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