MSK调制与解调要点.docx

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MSK调制与解调要点

信息科学与技术学院

通信原理

课程设计报告

课题名称：

MSK系统的调制和解调

学生姓名：

学号：

专业年级：

电子信息工程10级

班级：

二班

指导教师：

完成时间：

2013-7-10

MSK系统的调制和解调

前言

近几十年来，随着大容量、远距离数字通信的发展，出现了新问题：

信道中存在着带限和非线性的特性。

例如：

⑴系统收、发端的中频滤波器具有带限特

性；⑵发射机的高频放大器、行波管放大器等非线性器件，具有幅相转换效应

（AM∕PM）。

即当一些幅度变化的数字信号通过时，会使已滤除的带外频率分

量几乎全部恢复，从而发生频谱扩展现象。

又因为频带资源有限，要求现代数字

信号传输：

⑴节省频谱，⑵高效率地利用带宽。

所以，已调波有两点要求：

⑴包络恒定：

减小AM∕PM效应；⑵最小功率

谱占用率：

即调制波具有快速高频滚降特性。

故现代数字调制技术是“具有最小

功率谱占用率的恒包络数字调制技术”。

现代数字调制技术的关键在于相位路径的连续性，从而减小频率占用。

近些

年来新发展起来的技术主要分两大类：

1.连续相位调制技术（CPFSK）：

在码元转换期间无相位突变。

例如：

MSK，GMSK等。

2.相关相移键控技术（COR—PSK）：

利用部分响应技术，对传输数据先进行

相关编码后，再调相（或调频）。

例如：

TFM等。

一、实验目的：

1.掌握电路设计的基本思路和方法；

2.掌握系统各功能模块的基本工作原理；

3.提高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；

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MSK调制解调系统设计进行仿真；

5.并对仿真结果进行分析。

三、使用仿真工具简介：

（1）SystemView的基本功能

SystemView软件专门用于对现代工程与科学系统设计、仿真的一种综合性的动态系统分析环境。

SystemView拥有全面而庞大的功能模块库和各种强有力的辅助工具，它提供了一种先进的系统分析引擎，分析的对象非常广泛，从模拟、数字信号处理，到滤波器、控制系统和通信系统，以及各种通用数字模型的仿真、设计和验证等等。

它尤其适用于信号级的系统分析，在通信系统设计与分析中使用更为广泛。

（2）MSK系统的SystemView仿真

在进行系统仿真之前，首先必须在系统定时窗口定义系统仿真的起始和终止时间、采样速率、采样间隔、采样点数、频率分辨率和系统的循环次数。

定时参数的设定直接影响着系统的仿真效果，同时，系统定时的设定也直接影响系统仿真的精度，所以选取参数必须时应十分注意，采样速率过高会增加仿真的时间，过低则有可能得不到正确的仿真结果。

本系统中采样频率设为2560MHZ，运行时间为21秒。

伪随机序列信号（图符12）的采样率为512KHZ，采样器（图符l，图符17）的采样率为512KHZ，而采样器（图符11，图符19，图符29，图符36）的采样率为256KHZ，时间窗函数（图符20）的参数设为4．50636e．6秒，其最大采样率为系统的最大采样率，即2．56e+9HZ。

现代通信系统的发展使通信系统和通信设备日趋复杂，为使MSK系统在一定条件下具有最佳性能，必须在设计时就能了解各种参数对性能的影响，以及它们之间的相互关系。

通信系统仿真就是建立符合实际环境，用尽可能接近真实的方法模拟通信系统的某些侧面，得到能够反映实际的结果，动态系统分析软件SystemView就是一个非常优秀的动态系统设计仿真工具。

四、实验原理：

1.MSK的调制原理：

MSK（最小频移键控）是移频键控FSK的一种改进形式。

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。

MSK方式，是FSK信号的相位始终保持连续变化的一种特殊方式，可以看成是调制指数为0．5的一种CPFSK信号。

它是2FSK的一种特殊情况，在相邻符号交界处相位保持连续，具有正交信号的最小频差。

连续相位频移键控（CPFSK）使已调波既能保持包络恒定，又能减少带外辐射功率。

它主要用于卫星通信和移动通信。

而MSK（最小频移键控）是CPFSK

的一种。

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：

MSK信号可以看成是一种特殊的相位连续2FSK信号，即保证两个频率键控信号正交的前提下，使用最小的频偏，此时必须满足：

MSK信号第n个码元的时间函数：

2.MSK信号的特点：

（1）调制波信号的振幅是恒定的；

（2）信号频偏f/2=（f2-f1）/2=1/（4Tb）；

（3）调制指数h=fTb=1/2，所以称为“最小”频移键控；

SystemView及其通信系统仿真分析实验指导书

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（4）以载波相位为基准的信号相位，在一个码元内准确地线性变化（/2）或（-

/2）；

（5）在一个码元期间内，信号应包括四分之一个载波周期的整数倍；

（6）在码元转换时刻，信号的相位是连续的。

3.MSK调制方法

MSK信号的产生有两种方案：

（1）把MSK信号看成是调制指数h=0.5的CPFSK信号，并利用FSK实现；

（2）把MSK看作是由彼此正交的载波分别被函数cos（t）与sin（t）进行振幅调制后合成的，称为正交调制法。

本实验采用正交调制法，则信号表达为：

步骤为：

（1）先对输入基带信号进行差分编码；

（2）将

（1）的输出数据用串∕并变换器分成I，Q两路，并相互交错一个码元宽

度；

（3）用加权函数cos（πt/2Tb）和sin（πt/2Tb）分别对I、Q两路数据加权；

（4）对加权后的数据分别进行正交载波调制。

调制原理框图如下：

4.MSK的解调原理

由于MSK信号是他、一种2FSK信号，所以它也像2FSK信号那样，可以采用相干解调或非相干解调的方法，除此之外，MSK信号还可以采用延时判决相干解调的方法。

五、实验步骤

1.根据MSK调制解调原理，用Systemview软件建立仿真电路，如下图所示：

六、实验结果

1.数字基带信号波形：

2.MSK调制：

（1）调制过程波形：

（2）调制过程波形1：

（3）调制过程波形2：

（4）调制过程波形

2.MSK解调

七、实验分析：

在本次的仿真过程中，系统的实现是分两个阶段来完成的。

首先，是要单独地实现MSK信号的数字化调制，本次实验是对一种理想化的信号进行的调制；其次，是对与MSK信号的数字化解调的实现，由于解调是对已调信号而言的，所以在调制完成后直接进行了解调。

在本次试验中，我采用了频率为100Hz的PNseq作为原始的输入信号，在通过采样器之后的采样值经过串并变化器后分为两路信号，并且相互交错一个码元宽度。

再分别对这两路信号进行加权和正交载波调制，然后相加后得到调制后的MSK信号。

再将之前调制好的信号作为原始信号，把f=1/4T的正弦波和余弦波分别经过乘法器与已调信号相乘，然后通过科斯塔斯环，捕获高频载波，经过乘法器完成相干解调。

然后再通过低通滤波器滤除高频分量，再抽样和比较判决。

经抽样保持以后在进行串并转换，最后将两路信号送入加法器进行合并，得到解调信号。

八、心得体会

MSK信号是2FSK的改进，具有恒定包络，相位连续，频谱带宽窄等许多优点。

MSK具有两种调制方法，即正交调制和CPE+MM调制。

由于MSK信号是一种2FSK信号，所以它也像2FSK信号那样，可以采用相干解调或非相干解调方法，除此之外，MSK信号还可以采用时延判决相干解调的方法。

在这为期一周的时间里，从第一天的查资料开始，这是一个从无到有的过程，在研究了书和许多论文资料之后，我开始着手于本次的课题：

基于SystemView的MSK的调制与解调仿真分析。

在刚开始还处于起步的状态，原理图的问题、参数的问题、波形调整的问题接连不断，例如，在MSK信号的调制过程中，有两个载波，这两个载波需要不同的频率参数，但是一开始并没有意识到只一点。

很多很多的问题在与同学的讨论中得以解决。

特别是第二天上午的交流会，在听别的同学的讲解过程中有许多模糊的问题许多没有注意到的问题被别人提出了，也有很多同学分享了一些自己的错误经验，之中也有一些相似的问题让我收获良多、得以解决自己的问题。

本次的课程设计不仅让我熟悉了SystemView软件的操作，同时也学习了MSK信号的原理以及对其调制与解调的仿真。

时间比较短，但是充实、获益良多，也锻炼了自己自主学习的能力，同时也很感谢同学与老师在此期间的帮助。