基于systemview的多进制数字调制仿真msk.docx

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基于systemview的多进制数字调制仿真msk.docx

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基于systemview的多进制数字调制仿真msk

四川师范大学现代通信系统实验

基于SystemView的多进制数字调制

仿真（MSK

学生姓名谭进

学号2012101109

所在学院通信工程学院

专业名称通信工程

班级2012级宽带1班

指导教师景文芳

成绩

四川师范大学

二O—五年六月

1SYSTEMVIEV仿真系统简介

1.1SystemView仿真系统概述

1.2SystemView仿真系统的特点

1.3Systemview仿真系统设计、分析窗口

2MSK的原理

2.1MSK信号

2.2MSK的调制原理

2.3MSK的解调原理

3MSK调制与解调仿真电路

3.1MSK信号的调制

3.2MSK信号的解调

附录

附录1:

基带信号波形

附录2:

MSK调制信号

附录3：

MSK解调波形

基于SystemView的多进制数字调制仿真（MSK）

1SystemView仿真系统简介

1.1SystemView仿真系统概述

SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系

统仿真分析的可视化软件工具。

它界面友好，使用方便，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。

使用它，用户可以用图符（Token）去描述自己的

系统，无需与复杂的程序语言打交道，不用花费大量的时间和精力通过编程来建立系统仿真模型。

1.2SystemView仿真系统的特点

能仿真大量的应用系统

快速方便的动态设计与仿真

在报告中方便地加入SystemView的结论

提供基于组织结构图方式的设计

多速率系统和并行系统

完备的滤波器和线性系统设计

先进的信号分析和数据块处理

提供了一个真实而灵活的窗口

可扩展性

完善的自我诊断功能

1.3Systemview仿真系统设计、分析窗口

SystemView包括两个主要的工作环境：

设计窗口和分析窗口。

其中设计窗口用于完成系统的设计，为用户提供了图形化的便捷设计编辑环境，是SystemView最主要的工作环境之一。

设计窗口如图1-1所示：

图1-1设计窗口

它包括标题栏、菜单栏、工具栏、滚动条、提示栏、图符库和设计窗

工作区。

其中，设计窗工作区用于设置、连接各种图符以创建系统，进行系统仿真等操作；提示栏用于调整当前的工作区域；当鼠标器位于功能图符上时该图符的具体参数就会自动弹出显示。

SystemView系统是一个离散时间系统，首先要对信号进行采样，然后对各个采样点的值进行分析计算，最后输出时，在分析窗口内，按要求画出各个点的值或模拟曲线。

所以在仿真前必须对采样起始/终止时间、采

样频率、采样间隔和采样点数进行设置。

如果设置不合理，仿真运行后的结果往往不能令人满意，甚至根本得不到预期的结果。

单击工具栏中的系统定时按钮可以进入系统定时设定窗口。

图1-2系统定时设定窗口

一般为了获得较好的仿真波形，系统的采样率不能低于系统信号最高频率的4倍。

当达到10倍时，仿真波形就几乎没有失真了。

采样点数是由系统的运行时间和采样率共同决定的，他们的关系如下：

采样点数二（终止时间一起始时间）采样率+1

（1-1）

这个等式中几个变量是相互联系的，修改其中一个或两个后系统会自动修改其它参数。

分析窗口是观察系统仿真结果数据的基本载体，利用它可以观察某一

按钮，即可激活分析窗口。

如图2.3所示。

在窗口界面中，有多种选项可

以增强显示的灵活性和系统的用途等功能。

图1-3分析窗口

这些功能可以通过单击分析窗口工具栏上的快捷键按钮或下拉菜单来激活。

分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具栏、滚动条、活动图形和提示信息栏。

其中工具栏右侧的提示信息栏提供和图形窗口相关的信息，当鼠标位于图形窗口显示

区时该处显示坐标信息。

颜色列表提示用于显示活动图形窗口各种不同颜色的线条代表的意义。

分析窗口的一个重要特点是能够帮助用户获得各种输出数据的时域和频域参数，并对其进行分析、处理、比较，或进行进一步组合运算，而接收计算器就是完成这些工作的必要工具。

在分析窗口下面的提示栏中按目键就可以进入接收计算器。

利用接收计算器可以绘制信号的频谱、功率谱、眼图，将多个图形置于同一坐标中进行比较等等。

接收计算器是信号分析的强大工具。

主要有11种运算，包括Operators（操作）、Arithmetic（算术运算）、Algebraic（代数运算）、Corr/Conv（相关与卷积）、Complex（综合FTT）、Spectrum（频谱分析）、Style（式样显示）、Scale（比例尺）、Data（摘取数据）、Custom（自定义计算）、Comm常用调制BER）,这些操作和运算都是以选定的活动窗口中显示的数据为基础进行运算的，从而得到一个新的活动窗口。

2MSK的原理

MSK（MinimumFrequencyShiftKeying）是二进制连续相位FSK的一

种特殊形式。

MSK称为最小移频键控，有时也称为快速移频键控（FFSK。

所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数（0.5）获得正交信号；而“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。

2.1MSK信号

MSK是恒定包络连续相位频率调制，其信号的表示式为

（nak,'

Smsk（t）=COS%t+亓t+%

<2TS丿

（2-1）

其中kTSk1Ts,k=0,1,…令

_■a

Ht二材tk，kTs乞仁k1Ts

（2-2）

则式（2-1）可表示为

Smskt-COS|'衣〒kt：

［

（2-3）

式中，入t称为附加相位函数；'c为载波角频率；Ts为码元宽度；ak为第k个输入码元，取值为.；k为第k个码元的相位常数，在时间kTs乞t乞k1Ts中保持不变，其作用是保证在t二kTs时刻信号相位连续。

kt—ct君tk

（2-4）

（2-5）

由式（2-5）可以看出，MSK言号的两个频率分别为

4Ts

（2-7）

中心频率fc应选为

（2-6）

4Ts

n=1,2,…

（2-8）

式（2-8）表明，MSK言号在每一码元周期内必须包含四分之一载波周期的

（2-9）

相应地MSK言号的两个频率可表示为

（2-10）

4Ts.4Ts

2Ts

（2-11）

.■:

f=f

2「f1「2Ts

（2-12）

MSK言号的调制指数为

由此可得频率间隔为

h二fTs

1二0.5

（2-13）

当取N=1,m=0时，MSK言号的时间波形如图2-1所示

图2-1MSK信号的时间波形

对第k个码元的相位常数k的选择应保证MSK言号相位在码元转换时

刻是连续的。

根据这一要求，由式（2-2）可以得到相位约束条件为：

（2-14）

式中，若取；的初始参考值m，贝y

k=0或-二（模2）k=0,1,2,…（2-15）

上式即反映了MSK言号前后码元区间的相位约束关系，这表明了MSK言号

在第k个码元的相位常数不仅与当前码元的取值有关，而且还与前一码元的取值及相位常数有关。

由附加相位函数入t的表示式（2-2）可以看出，入t是一直线方程，

其斜率为皂t，截距为A。

由于入的取值为，故是分段线形的相

2TsH丄2Ts

位函数。

因此，MSK的整个相位路径是由间隔为Ts的一系列直线段所连成的折线。

在任一个码元期间Ts，若a^1，贝匚kt线性增加;；若a^-1，则耳t线性减少丄。

对于给定的输入信号序列1ak!

，相应的附加相位函

数at的波形如图2-2所示。

图2-2附加相位函数比t的波形图

对于各种可能的输入信号序列，耳t的所有可能路径如图2-3所示,

它是一个从-2二到2的网格图。

图2-3MSK的相位网格图

从以上分析总结得出，MSK言号具有以下特点：

MSK信号是恒定包络信号

在码元转换时刻，信号的相位是连续的，以载波相位为基准的信号相位

在一个码元期间内线性地变换一-

在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波周期的整数倍，信号的频

率偏移等于丄，相应的调制指数h=0.5

4Ts

下面简要讨论一下MSK言号的功率谱。

对于由式（1.1-1）定义的MSK

信号，其单边功率谱密度可表示为

#[1—16（/—£）T了

（2-16）

根据（2-16）画出MSK言号的功率谱如图2-4所示。

为了便于比较,

图中还画出了2PSK信号的功率谱。

图2-4MSK信号的归一化功率谱

由图d可以看出，与2PSK相比，MSK信号的功率谱更加紧凑，其第一个零点出现在0.75汀s处，而2PSK的第一个零点出现在1Ts处。

这表明，MSK信号功率谱的主瓣所占的频带宽度比2PSK信号的窄；当f—fc：

时，

MSK的功率谱以f—fc‘的速率衰减，它要比2PSK的衰减速率快得多，因此对邻道的干扰也较小。

2.2MSK的调制原理

由MSk信号的一般表示式（2-3）可得

Smskt二cosftHt二COSHtcosct—sitsin应

（2-17）

因为"喘「k代入（2-17）可得

sinct

=lk（t）cos—cos国ct+Qk（t）sin

H丿

（2-18）

上式即为MSK言号的正交表示形式。

其同相分量为

（2-19）

也成为I支路。

其正交分量为

xQ（t）=akcos^ksin—sin%t

0s.丿

（2-20）

也成为Q支路。

cos—sin上！

称为加权函数。

（2Tsr申丿

由式（2-18）可以画出MSK言号调制器原理图如图2-5所示。

图中，

输入二进制数据序列经过差分编码和串/并变换后，I支路信号经cos—

S丿加权调制和同相载波cosset相乘输出同相分量xItoQ支路信号先延迟Ts，经sin夕右加权调制和正交载波sin•.吐相乘输出正交分量xQtoxIt和Xqt相减就可得到已调MSK言号。

图2-5MSK信号调制器原理图

2.3MSK的解调原理

MSK信号属于数字频率调制信号，因此可以采取一般鉴频方式进行解调，其原理图如图2-6所示。

鉴频器解调方式结构简单，容易实现。

是MSK言号相干解调器原理图，其由相干载波提取和相干解调两部分组成。

图2-7MSK信号相干解调器原理图

3MSK调制与解调仿真电路

3.1MSK信号的调制

第二章中已经介绍了MSK系统的组成、原理等。

输入的二进制数据序

列经过查分编码和串/并变换，变成两路速率减半的序列，在经过加权函数输出同相分量Xit和正交分量Xqt，分别对两个正交的载波进行调制，相减即可得到需要的MSK言号。

原理图如图2-5。

根据原理图建立的MSK系统调制SystemView模型如图3-1与图3-2所示。

图3-1差分编码器仿真图

图3-2MSK调制仿真电路

图3-1合成图3-2中的图符9差分编码器。

这种波形不是用码元本身

的电平表示消息代码，而是用相邻码元的电平的跳变和不便来表示消息代码。

由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称它为相对码波形。

用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。

各图符的设置如表3-1所示

表3-1调制过程各图符参数

图符

编

号

库/图符名称

参数