MSK调制仿真通信课设汇总

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1、MSK 调制仿真1. 课程设计目的（1）加深对 MSK 基本理论知识的理解。（2）培养独立开展科研的能力和编程能力。（3）研究 MSK 连续相位技术，通过 MATLAB 软件对其进行仿真观察其调制 过程。2. 课程设计要求（1）分有噪声和无噪声两种情况给出MSK已调信号的时域波形、频谱（功 率谱）。（2）对上述图进行必要的分析，以得出 MSK 的相关结论。3. 相关知识数字调制是数字信号转换为与信道特性相匹配的波形的过程。调制波是二进 制（或M进制）的已编码的数字基带码流。调制的过程就是输入数据控制（键控） 载波的幅度、频率和相位。MSK是在数字调制技术上发展起来的。它是二进制连 续相位频移键

2、控（CPFSK）的一种特殊情况。3.1 最小频移键控频移键控和相位键控一样，由于调制信号包络恒定，有利于在非线性的信道 中传输。MSK是二进制连续相位FSK的一种特殊情况，有时叫做快速频移键控（FFSK）,有时也叫做最小频移键控（MSK）。这两种名称的侧重点不同：MSK的 “最小（minimum）二字指的是这种调制方式能以最小的调制指数（h=0.5）获 得正交的调制信号，而FFSK的“快速”二字指的是对于给定的频带，它能比BPSK 传输更高速率的数据。3.2 MSK的基本概念若CPFSK信号表示为：占=Ac cos2tt / + W 式中相位奴t ）是时间t的连续函数，标称载频fc是f2和fl

3、的算术平均值， 即：Z =7 7 +/）式中，频率f2代表所传输数字序列ak中符号“1”，f1代表符号“ 一1”。（实 际上传输数字序列ak中符号“1 ”和“一1 ”，相当于二进制数据中的“1 ”和“0”, 如图3-2）。k1 0 0 1111 - .,iiiiij0!J图3-2数字序列与二迸制数鍔这样CPFSK信号用以下形式区分符号“ 1”和“ 一1”：耳兰心（Q1）石代表符号 T A 1辺阴s2?r用十徐L代表符号“一1式中，咏是t=kTb时刻奴t）的值，它与调制过程的以往状态有关，它是为了 保证t二kTb时相位连续而加入的相位常数。调制指数为：考虑咏取值和调制指数h，可把（1）式统一表达

4、式如下:；二 J厂 = - ! 1/占当（2）式中的h=0.5时，就得到了MSK信号的数学表达式：嘉分=4 cos（2/+-7 + p）kTb2厶式中，ak取值1。而波形相位为：可以看出：卩（产）7T7 V /+60式中（t）是时间的连续函数，而MSK本身smsk（t）也是时间的连续函数（包括 随机符号转换t的瞬间在内）。这使得信号smsk（t）的谱密度随频率（远离信号带 宽中心）倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位FSK信号的谱密度却随频率倒 数的平方下降。因此，MSK信号在带外产生的干扰非常小。这正是限带工作情况下，所希望有的宝贵特点。由式（3）可得：7T.17 4=斗 12乙nW /=

5、=d t71W c -2乙U- 1由上式可知，MSK在第k个比特区间内：当ak=+1时，发送的频率为f2=（fc+1/4Tb）;当ak二-1时，发送的频率则为f2=（fc-1/4Tb）。由此可得频率间隔2Af=(f2-f1)=1/2Tb。其频偏:4 T b上式表明了MSK调制中的频移刚好等于码元速率的1/4，这是所有MSK具体 实现方案中都必须满足的条件。对于MSK调制，若载频fc为频偏Af的整数倍时，MSK是一种正交调制方式。3.3MSK 调制的特点最小频移键控（MSK）有时也称做快速频移键控（FFSK）。这种调制可以看成 是调制指数为0.5的连续相位二进制频移键控。MSK具有如下特点：1.

6、恒定包络，允许用非线性幅度饱和器件放大。2连续相位，使得功率谱密度按f-4速率降低。功率谱在主瓣以后衰减得较 快。3. 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。4. 码元转换可在瞬时幅度为零时发生，从而使调制器开关过程的波形失真最 小。5频谱带宽窄，99%的能量集中在1.15/Tb的带宽内，从而可允许带通滤波 器带宽较窄。与QPSK相比，MSK具有较宽的主瓣，其第一个零点出现在0.75fs处， 而QPSK的第一个零点出现在0.5fs处。由于信号能量在0.75fs之外下降很快，所 以典型带宽取075fs即可。由于上述特点及恒定包络特点，MSK信号在幅度和频 率受限时能量损

7、失不大。4. 课程设计分析实现MSK调制过程为：先对输入基带信号进行差分编码；再将差分编码输出 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；用加权函数cos（n t/2Tb ）和sin（n t/2Tb）分别对I、Q两路数据加权；对加权后的数据分别进行正 交载波调制。4.1 MSK 信号的基本原理MSK是一种特殊的2FSK （二进制频移键控）。2FSK信号通常只有两个独立的震 荡源产生，一般来说在频率转换相位不连续。因此，会造成功率频谱产生很大的 旁瓣分亮，若是通过带限系统后会产生信号包络的起伏变化。为了克服以上的的 缺点，需控制在频率转换出相位变化是连续性的，这种形式的数字频率调制

8、成为 相位连续的频移键控（CPFSK），MSK属于CPFSK，但因其调制调制指数最小，在每个码元持续时间Ts内，频移恰好引起为n/2相移变化，所以称为这种调制方式为 最小频移键控MSK。MSK信号可表示为SMSK = 取+集 +QkTst （k+1）Tsss下面讨论第k个码元相位变化情况兀t k (t) = a k 2t + kskT t （k + 1）Tss根据相位连续的条件，要求在t=kTs时满足 K - 1( kTs )=申 K ( kTs )/、兀kak =%一 i+ （叮 i + %）2可得a k -1字+忙1亠k鉴+%s所以SMSKcos k （t）式中k兀k2Ts+ qk ak

9、二 土 1,狄二 0或兀。k kk可得smsk=cos 麻（t）cos（2T）cos（ot）+ak sin（2T）cos 麻血（叫t）sS=Ik cos（2TL） cos（叫t） + Qk Sn（2k）sing）sS式中kT t （k + 1） Tss=cos 申为同相分量a k cos e k为正交分量。4.2 MSK通信系统基本模型信号源 一 MSK调制一 AWGN通道 一 MSK解调4.3MSK调制器的实现根据以上的分析，可采取正交调幅方式产生MSK信号。首先将输入的二进制 信号进行差分编码。经串/并变换，将一路延时Ts,得到相互交错一个码元宽度 的两路信号Ik和Qk ，然后用加权函数c

10、os( t/2Ts )和sin分别对两路信号I和Q进 行加权，加权后的两路信号再分别对正交载波cos和sin进行调制，调制后的信号 相加后通过带通滤波器，就得到MSK信号。T MSK ；1k1Fcom 21F9U j图4-3 MSK调制器原理图5仿真5.1MSK信号调制系统Matlab/Simulink仿真模型DKETCT-fr-rinrH 全jHttsr Plcrt图5-1仿真模型5.2在仿真过程中参数的设置 So urce Block Psarameters: Bernoulli 肥amdoirni Rim“B emoul 1 i ELrtary Cenex atoiGeneists-且i

11、 arid as binarT nliabs-T.To gene-iate a ve-ctoi -outputj EDScify the- ptotability as a we-c tcr_5-2-1伯努利二进制随机数产生器参数设置图将伯努利二进制随机数产生器0出现的概率设为0.5,初始化种子设为 12345,采样时间设为0.1，基于帧输出选为使能，每帧采样数设为 10,输出字节 类型设为双字节。壘Function Block Parameters-： MSK Modulator Baseband貂MEK McdulatcT Easeband （卫且占k ClinkModulate the

12、input saenal usane： the lining Ehi ft key ire： zie thoi.Fo-i eazaiZI e_-hase d inpu七 the finpiit zinis七 be s_ scalar. Fox frazue-b ased znputj theinput sust bs 且 匕ulimnt七rjtl case- 口f fxa音一匕巳盲亡d inputj ths width, a-f the 订utput fxazie uaJs the pj-s-iust cf 七h已 Jiuzzibex of synnbole and izh Eazaples

13、per syiafcQl value.Inof saziple-baEed inpiitj th色-Dutiut sample time eaiials the symbol d&iioddivided by th已 Sasspl已s per sjmbnl value-.5-2-2MSK调制模块参数调制图选择MSK调制模块接受的数据类型为Bit性，应为输入的数据是0、1序列。间 断性补偿(Phase offset)设置为0,这是MSK系统的基本参数，而抽样的值设为 16。和 Function Block Parameters: AWGN Channe8!葩AWGK Ctisiiriel (ms

14、.k (liiLk)Add white frausEian noise to the- inisut signal. The iiLput and cutisut siEnals can be- TEa.1 cr Dcziplez. Itiis block suppuTtE ziultichsjijiel input an灶 mii:put signals as wel 1 as fr az3ebaE ei prc-EesEiziE.Wi&n us!口冒 eith-ez of the varianse ns-des vith. ccziplez inputEj the variance- values are- squally 社2辛已社the- ral and isainaxy s-s-zaps-nsnts 口f the- input signalPar asst meIn it isl egscL:I1A233Signal t石 nuise zatiD(SME)TSNR (slE):01Cane &