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1、MSK调制解调系统的设计 摘要 最小频移键控（MSK）是恒定包络调制技术，它具有相位连续、频带利用率高的特点，是在无线通信领域中很有吸引力的数字调制方式，目前在短波、微波和卫星通信中均被采用。本文研究了最小频移键控系统调制与解调的工作原理，并给出了基于MATLAB软件环境下的程序仿真及simulink下系统的模块搭建实现两种方式的实现。运用m语言进行仿真，主要是依照MSK系统的工作原理绘制出流程图，最后写出程序进行仿真，并给出每一步骤的仿真结果图形。运用simulink进行系统的模块搭建，是将系统分为调制与解调两个子模块，再将这两个子模块连接成整体的MSK系统模块进行仿真。最后给出全系统的仿真
2、运行结果及其分析研究结果。关键字MSK； Matlab；Simulink；调制解调Simulation of MSK Modulation and Demodulation System Abstract Minimum Shift Keying (MSK) is a constant envelope modulation techniques, it has a continuous phase, high bandwidth efficiency characteristics, is very attractive in the field of wireless communicat
3、ions, digital modulation, shortwave, microwave and satellite communicationsmedium were used. In this paper, the working principle of minimum shift keying modulation and demodulation, and gives the realization of program simulation and simulink system module in the MATLAB software environment to buil
4、d in two ways. M language simulation, the main draw a flow chart in accordance with the MSK system works, and finally write the program simulation, and gives each step of the simulation results graphics. Use simulink module of the system construction, the two sub-modules of the system is divided int
5、o modulation and demodulation, and then two sub-modules connected into the overall MSK system module for simulation. Finally, the simulation run of the system-wide results and their analysis results. Key wordsMSK; Matlab ;Simulink; Modulation and Demodulation目录引言11 方案的论证与选择31.1 基于SystemView的设计31.2 基
6、于Matlab的设计31.3 基于FPGA的设计31.4 方案选择42 MSK信号调制解调原理52.1 MSK的特点52.2 MSK的调制原理52.3 MSK的解调原理102.4 MSK的性能分析113 基于Matlab的MSK调制解调系统的设计133.1 Matlab中的m语言和Simulink简介133.2 运用m语言设计MSK调制解调系统143.2.1运用m语言设计的流程图143.2.2测试结果及分析153.3运用Simulink设计MSK调制解调系统183.3.1 Simulink MSK调制模块设计183.3.2 Simulink MSK解调模块设计193.3.3 测试波形分析21结
7、束语25致谢26参考文献27附录A 英文文献原文28附录B 英文文献译文38附录C m程序49引言随着经济的发展，人们对通信系统的需求越来越来高。通信系统也由原来的单一对点传输。逐渐发展成大容量高速的网络通信体制。通信系统的增多，通信的频率资源就显得相对紧张，如何能在现有的频率资源的条件下实现大容量的通信是现在通信考虑的主要问题。根据通信系统的基点，人们在实践中相继研发出很多种通信的调制方式，主要有：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)等。从频谱的利用率上人们又研究出MSK、GMSK等频谱利用率较高的调制方式。在数字通信、网络、视频和图像处理领域，MSK已经成为高性能数字
8、信号处理系统的关键元件。MSK是一种在无线移动通信中很有吸引力的数字调制方式，它具有以下两种主要的特点：1信号能量的99.5%被限制在数据传输速率的1.5倍的带宽内。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。2信号包络是恒定的，系统可以使用廉价高效的非线性器件。无线通信技术的迅猛发展对数据传输速率、传输效率和频带利用率提出了更高的要求。选择高效可行的调制解调手段,对提高信号的有效性和可靠性起着至关重要的作用。因此具有频带利用率高,在相同误比特率下所
9、需的信噪比比较低,电路结构比较简的MSK技术已经广泛应用到现代通信领域。调制是移动通信系统中提高通信质量的一项关键技术，调制是为了使信号特性与信道特性相匹配。现代移动通信系统大多数使用的是数字调制技术，这主要是由于数字通信网建网灵活，并且数字加密技术便于集成化。因此，通信系统都在由模拟方式向数字方式转换，这也是移动通信的发展趋势。但是，一般的数字调制技术，如振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）等都无法满足移动通信的要求。因此，寻找性能优越的高效调制方式以适应现代移动通信的要求，一直是重要的研究课题。MSK调制的出现，是为了获取更好的通信质量。当信道中存在非线性的问题和带宽
10、限制时，幅度变化的数字信号通过信道会使己滤除的带外频率分量恢复，发生频谱扩展现象，同时还要满足频率资源限制的要求。因此，对己调信号有两点要求，一是要求包络恒定；二是具有最小功率谱占用率。因此，现代数字调制技术的发展方向是最小功率谱占有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变化的连续性，从而减少频率占用。近年来新发展起来的技术主要分两大类：一是连续相位调制技术（CPFSK），在码元转换期间无相位突变，如MSK，GMSK等；二是相关相移键控技术（CORPSK），利用部分响应技术，对传输数据先进行相位编码，再进行调相（或调频）。MSK是Doelz和Heald在他们的一项专利中提出的一
11、种信号的调制方式。1972年，DeBuda认为MSK就是一种特殊的CPFSK调制方式，经过一段时间的发展，MSK被认为是正弦加权的OQPSK的形式。1977年，Amoroso and Kivett通过一系列的变化把MSK简化成了SMSK。目前，MSK在实际的通信系统中已经得到了广泛的应用。例如，SMSK已应用在美国航空和宇宙航行局的高级通信卫星上，GMSK已经应用于欧洲GSM通信系统中。对MSK的功率谱进行仿真,从结果看,MSK调制方式并不适用于数字移动通信,需对其进行改进.由此,产生了高斯最小频移键控(GMSK)调制方式,从仿真结果来看,其性能大大改善.目前,GMSK调制方式广泛用于GSM,
12、对不同参数的GMSK调制的功率谱进行仿真,可得到一种较好的GMSK调制方式,对GMSK在实际中的应用进行了有益的理论指导。最小移频键控(MSK)是移频键控(FSK)的一种改进型。在FSK方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。 在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位通常是不连续的。MSK是对FSK信号作某种改进，使其相位始终保持连续不变的一种调制信号。MSK调制指数为05，包络恒定、相位连续、频带利用率高、功率谱紧凑，且频谱滚降快，产生带外干扰小抗干扰性能好，因此在军用和民用通信领域中均获得了广泛的应用。用数字基带信号去控制可变分频器的分频比来改变输出载波频率，使输出信号频率发生变化的同
13、时，相位保持连续，从而实现MSK调制。本次毕业设计采用MATLB的函数编程和Simulink两种方法对MSK调制解调系统进行设计，并通过测试分析MSK的调制解调原理以及MSK的基本特点。由于MSK为模拟信号，因此，需对正弦信号采样再经过数/模变换得到所需的MSK信号。通过利用数字基带信号去控制可变分频器的分频比来改变输出载波频率，使输出信号频率发生变化的同时，相位保持连续，从而实现MSK调制。1 方案的论证与选择1.1 基于SystemView的设计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。使用它，用户可以
14、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，不用写代码即可完成各种系统的设计与仿真。利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从SystemView配置的图符库中调出有关图符，进行各个图符的参数设置和相互间的连线，即可进行仿真操作，给出分析结果。SystemView提供功能强大的分析计算器，以根据用户的需要对结果进行各种分析，对系统设计和修改十分有利。在系统设计和仿真分析方面，SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。另外，分析
15、窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、频谱分析、滤波。1.2 基于Matlab的设计Matlab是一种使用简便的、特别适用于科学研究和工程计算的高级语言，与其他计算机语言相比。它的特点是简洁和智能化，具有极高的编程和调试效率。应用Matlab语言开发通信信号源模拟系统是高效实用的。基于Matlab语言的多功能通信信号源仿真系统主要由信号的输入模块，调制模块，源噪声模块，以及频谱分析等模块组成，不仅可以产生模拟调制数字载波调制两大类通信信号，还可以计算信号的特征参数，进行相应的时域和频域分析，并在给定信噪比的情况下仿真考虑噪声后总信号的时频信息。另外，亦从宏观上介绍了此通信信号源，给出了它的实际应用。应用Matlab语言开发的一个高效通信信号源模拟仿真系统在现代通信技术中是很有意义和实用价值的课题。Matlab (Matrix Laboratory)为美国Mathworks公司1983年首次推出的一套高性能的数值分析和计算软件，其功能不断扩充，版本不断升级，1992年推出划时代的4.0版，1993年推出了可以配合Microsoft Windous使用的微机版，95年4.2版，97年5.0版，99年5.3版，
