基于systemview的多进制数字调制仿真msk.docx

1、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1SY STEMVIEV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

2、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（ Toke n）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

3、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System View 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

4、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

5、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

6、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）、C

7、orr/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（Mi nimum Freque ncy Shift Keyi ng） 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

8、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 kTS k 1 Ts , k=0,1,令_ aH t 二材t k ， kTs 乞仁 k 1 Ts(2-2)则式(2-1 )可表示为Smsk t - COS | 衣 k t ：(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k 1 Ts中保持不变，其作用

9、是保证在t二kTs时刻信号相位连续。k t ct 君t k(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)4Tsn=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 . 4 Ts2Ts(2-11).: f = f2f12Ts(2-12)MSK言号的调制指数为由此可得频率间隔为h 二 fTs1Ts1 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2-1 MSK信号的时间波形对第k个码

10、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yk =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2Ts H 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

11、段所连成 的折线。在任一个码元期间Ts，若a 1，贝匚k t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2数a t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2-3 MSK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一-2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1率偏移等于丄，相应的调制指数h=0.

12、54Ts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2-4 MSK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

13、。2.2M SK的调制原理由MSk信号的一般表示式(2-3 )可得Smsk t 二 cos ft H t 二COSH t cos ctsi t si n 应(2-17)因为喘k代入(2-17)可得sin ct= lk(t)cos cos国ct+Qk(t )sinH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 )=ak cosk sin sin%t0s .丿(2-20)也成为Q支路。cos sin上！称为加权函数。（2Ts r 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

14、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xI t o Q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 xQ t o xI t和 Xq t相减就可得到已调MSK言号。图2-5 MSK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2-7 MSK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

15、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Xi t和正交分量Xq t，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3-2 MSK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

16、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0MetaI/O LibraryMeta In1,5Operator Library/Sample r HoldCtrl Threshold=Ov, Sig nal二tO Output 0,Con trol=t3 Output 02,6OperatorLibrary/DelayDelay=100e-3sec, Output 0=Delay t4,Output 1二Delay-dT3,8SourceLibrary/PulseTrainAmp=

17、1v,Freq=5H z,PulseW=1e-3sec,Offset=500e-3v,Phase=0deg9MetaSystemMeta Out10SourceAmp=1v,Offset=0v,Rate=10Hz,levels=2,Library/PN SeqPhase=0deg11,2Sink Library/In put0An alysisOutput12,1Multiplier/N onIn puts316,ParametricOutputs1714,1Source LibraryAmp=1v,Freq=2.5Hz5/Si nu soid18OperatorDelay=100e-3sec

18、Library/Delay19AdderIn puts,Outputs3.2 MSK信号的解调本节将介绍MSK言号的相干解调电路，原理框图见图 2-7根据原理图SystemView的仿真电路图如图3-3。图3-3 MSK信号相干解调总仿真电路由上侧进入两个相乘器的信号正是上一节中已调制的 MSK言号。各图符的参数设置如表 3-2所示：表3-2解调部分各图符参数图符库/图符名称参数编号21,2CommAmp=1v,Freq=10Hz2Library/I ntg-Amp=1v,Freq=10HzDmp23,2Multiplier/NoIn puts4,31n ParametricOutputs25

19、,3SourceAmp=1v,Freq=5H z, PulseW=1e-3sec4LibraryAmp=1v,Freq=5H z, PulseW=100e-3sec/Pulse Train26,2OperatorFc=6Hz,Qua nt Bits=N one,lnit Cndtn二 Tra nsie nt7Library/Li near Sys28,3LogicTrue Output=1v,False Output=-1v6Library/A naCmTrue Output=1v,False Output=0vP29,3OperatorCtrl Threshold=1v5Library/Sa

20、mplCtrl Threshold=0ve Hold30,3OperatorDelay=250e-3sec Delay=50e-3sec2Library/DelayDelay=50e-3sec Delay=300e-3sec37,3931,3Multiplier/NoIn puts8n ParametricOutputs33,4Si nk LibraryIn put042/An alysisOutput41Adder/NonIn putsParametricOutputs由实验电路可以看出，本地载波使用costas提取。已调信号与本地载 波相乘后，经积分清洗滤波器滤除高频分量，通过抽样判决 ，再经过并串变换恢复出差分码。？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