msk仿真要点

课程设计（II）通信系统仿真题目MSK系统仿真专业通信工程学号1100500135姓名刘智文日期2013.12.19哈尔滨工业大学课程设计通信系统仿真11、课程设计目的通过对MSK系统的仿真，了解MSK系统的性能，掌握利用Matlab软件进行MSK系统的建模和分析方法。2、课程设计内容MSK原理频移键控是数字通信中用得较广的一种形式，在衰落信道中传输数据时，它被广泛采用。FSK信号是0符号对应载频ω1，而1符号对应于载频ω2（与ω1不同的另一载频）的已调波形，而且ω1与ω2之间的改变是瞬间完成的。基本调制方法有模拟调频法和键控法。一般来说，键控法得到的得到的调制信号的相位是不连续的（两载波频率相差为pi/2的整数倍时相位连续）。是一种非线性调制，因此研究它的频谱特性比较困难。图1二进制移频键控信号的时间波形MSK叫最小移频键控，它是移频键控（FSK）的一种改进型。这里“最小”指的是能以最小的调制指数（即0.5）获得正交信号，它能比PSK传送更高的比特速率。二进制MSK信号的表达式可写为：costSMSKkkctTsat2(1)kTstTsk)1(aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信号哈尔滨工业大学课程设计通信系统仿真2式中，φk称为附加相位函数；ωc为载波角频率；Tk为第k个输入码元，s为码元宽度；a取值为±1；φk为第k个码元的相位常数，在时间kTs≤t≤(k+1)Ts中保持不变，其作用是保证在t=kTs时刻信号相位连续。由(2)可知当ka＝＋1时，信号的频率为：2f＝cf＋Ts41当ka＝－1时，信号的频率为：1f＝cf－Ts41由此可得频率之差为：f＝2f－1f＝Ts21H=fTs=Ts21xTs=0.5那么MSK信号波形如图示：＋－－＋＋＋－－图2MSK信号波形从图中可以看出，+信号和—信号在一个码元期间恰好相差二分之一周，即相差π为了保持相位的连续，在t=kTs时间内应有下式成立：k=1k＋（1ka－ka）2（1k）(3)即：当ka＝1ka时，k=1k；当ka≠1ka时，k=1k±（1k）π；(4)若令0＝0，则k＝0或±π，此式说明本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入有关，还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。由附加相位函数θk(t)的表示式可以看出，θk(t)是一直线方程，其斜率为截距为φk。由于ak()2kkcsdtawdtTfp=+=2cSwTp+2cSwTp-1a=+1a哈尔滨工业大学课程设计通信系统仿真3的取值为±1，故是分段线性的相位函数。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ak=+1，则θk(t)线性增加；若ak=-1，则θk(t)线性减小。对于给定的输入信号序列{ak}，相应的附加相位函数θk(t)的波形如图所示。对于各种可能的输入信号序列，θk(t)的所有可能路径是一个从-2π到+2π的网格图。图3附加相位函数θk(t)的波形图图4附加相位路径网格从以上分析总结得出，MSK信号具有以下特点：（1）MSK信号是恒定包络信号；（2）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一0k(t)－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1＋1ak－30－2－3－34－4xk2TsTs3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Tst2π32π32π52Tb0θ(0)－π/2－π－3π/2－2ππ/2π3π/22π04Tb6Tb8Tbtθ(t)哈尔滨工业大学课程设计通信系统仿真4个码元期间内线性地变化±π/2；（3）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，相应的调制指数h=0.5。(4)信号频率偏移严格等于±Ts41。3、设计与实现过程总的流程图如下：由式twTstqtwTstpckcksin2sincos2cos（k-1）Ts＜t≦kTs可知MSK信号可以用两个正交的分量表示：Sk(t)=twTstQtwTstIckcksin2sincos2cos（k-1）Ts＜t≦kTs式中：右端1项称为同相分量，其载波为coswct;第2项称作正交分量，其载波为sinwct.根据上式构成方框图如下图所示：哈尔滨工业大学课程设计通信系统仿真5图2.1MSK调制原理框图由于MSK信号的调制指数较小，采用一般的鉴频器方式进行解调误码率性能不太好，因此对误码率有较高要求时大多采用相干解调方式。已知：Sk(t)=twTstQtwTstIckcksin2sincos2cos（k-1）Ts＜t≦kTs把该信号进行正交解调可以得到：Ik路[twTstQtwTstIckcksin2sincos2cos]coswct])22cos[(41])22cos[(41])22cos[(41])22cos[(41)2cos(21tTstwQtTstwQtTstwItTstwITstIcKcKcKckkQk路[twTstQtwTstIckcksin2sincos2cos]sinwct])22sin[(41])22sin[(41])22sin[(41])22sin[(41)2sin(21tTstwQtTstwQtTstwItTstwITstQcKcKcKckK我们需要twTstIckcos2cos和)2sin(21TstQK两路信号，所以必须将其它频率成分（)22(),22(TSwTswcc通过低通滤波器滤除掉，然后对TstIk2cos21，)2sin(21TstQK采样即可还原成KKQI和两路信号。哈尔滨工业大学课程设计通信系统仿真6根据上面描述可构成MSK解调器，图2.2MSK解调框图主程序%MSK调制，解调clearallcloseall%--------------------------------------------------------------------------%参数设置data_len=30000;%码元个数sample_number=8;%采样个数Rb=24000;%码元速率fc=96000;%载波频率%**************************************************************************%--------------------------------------------------------------------------%随机产生传输信号data=rand_binary(data_len);%**************************************************************************%--------------------------------------------------------------------------%MSK基带调制[signal_out,I_out,Q_out]=mod_msk(data,data_len,sample_number,Rb);哈尔滨工业大学课程设计通信系统仿真7%**************************************************************************%--------------------------------------------------------------------------%中频搬移multi=fc/Rb;I_temp=interp(I_out,multi);Q_temp=interp(Q_out,multi);Fs=fc*sample_number;t=1/Fs:1/Fs:length(I_temp)*1/Fs;signal_i=I_temp.*cos(2*pi*fc*t);signal_q=Q_temp.*sin(2*pi*fc*t);signal_mod=I_temp.*cos(2*pi*fc*t)-Q_temp.*sin(2*pi*fc*t);signal_mod1=real((I_temp+j*Q_temp).*exp(j*2*pi*fc*t));%**************************************************************************%--------------------------------------------------------------------------%加噪声forSNR=0:8signal_mod1=0.01*awgn(signal_mod,SNR);%--------------------------------------------------------------------------%去载波N=300;%滤波器的阶数为(N+1)F=[0,fc-1000,fc+1000,Fs/2]*2/Fs;A=[1,1,0,0];lpf=firls(N,F,A);[amp_lpf,w]=freqz(lpf);I_dem=signal_mod1.*cos(2*pi*fc*t)*2.*cos(pi*t*Rb/2);I_dem=conv(I_dem,lpf);I_dem=I_dem(N/2+1:N/2+length(I_temp));Q_dem=signal_mod1.*sin(2*pi*fc*t)*2.*sin(pi*t*Rb/2);Q_dem=conv(Q_dem,lpf);Q_dem=-Q_dem(N/2+1:N/2+length(I_temp));I_dem_out=zeros(1,length(I_dem)/multi);%抽取Q_dem_out=zeros(1,length(Q_dem)/multi);fori=1:length(I_dem_out)I_dem_out(i)=I_dem(multi*(i-1)+1);Q_dem_out(i)=Q_dem(multi*(i-1)+1);哈尔滨工业大学课程设计通信系统仿真8end;%**************************************************************************%--------------------------------------------------------------------------%解调，判决demod_data=zeros(1,data_len);fori=1:data_lenI_dem1(i)=I_dem_out(i*sample_number)0;Q_dem1(i)=Q_dem_out(i*sample_number)0;endfori=1:2:data_lenm1(i)=Q_dem1(i);endfori=2:2:data_lenm1(i)=I_dem1(i);endm1=2*m1-1;%**************************************************************************%--------------------------------------------------------------------------%差分解码demod_data=zeros(1,data_len);demod_data(1)=1*m1(1);fori=2:data_lendemod_data(i)=m1(i-1)*m1(i);end%**************************************************************************%-------------