MSK调制解调

通信工程专业课程设计目录1绪论....................................................11.1数字通信的发展..........................................11.2研究MSK数字通信系统的意义..............................11.3通信系统仿真的意义......................................12MSK系统调制解调原理.....................................32.1MSK调制原理............................................32.2MSK解调原理............................................52.3MSK的抗噪声性..........................................62.4MSK功率谱密度..........................................73MATLAB仿真设计与系统分析................................93.1MATLAB简介.............................................9.3.2MSK信号的调制..........................................93.3MSK解调实现...........................................103.4叠加噪声的MSK系统.....................................104MSK系统分析............................................114.1MSK信号的时域调制解调分析.............................114.2MSK频域分析...........................................124.3加噪声系统分析.........................................124.4误码率分析.............................................135总结...................................................14致谢.....................................................15参考文献：...............................................16附录:MSK信号调制解调的源程序代码.........................17通信工程专业课程设计第1页共18页1绪论1.1数字通信的发展通信按照传统的理解就是信息的传输与交换,为了传递消息，各种消息需要转换成电信号，消息与电信号之间必须建立单一的对应关系，否则在接收端就无法复制出原来的消息。通常，消息被载荷到电信号的某一参量上，如果电信号的该参量携带着离散消息，则该参量必将是离散取值的。这样的信号就称为数字信号。如果电信号的参量连续取值，则称这样的信号为模拟信号。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分为两类：数字通信系统和模拟通信系统。自1844年5月24日莫尔斯在华盛顿和巴尔的摩之间发送世界上斯一份电报以来，电报通信已经经历了150多年。但是长期以来，由于电报通信不如电话通信方便，作为数字通信主要形式的电报却比1876年贝尔发明的电话发展缓慢。直到20世纪60年代已后，数字通信才日益兴旺起来，数字通信迅速发展的基本原因是它与模拟通信相比，更能适应对通信技术越来越高的要求。第一数字传输抗干扰能力强，尤其是在中中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累；第二，传输差错可以控制，从而改善了传输的质量；第三，便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理；第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。然而，数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的带宽的系统频带而换来的。以电话为例，一路模拟电话只占据4khz的带宽，而一路传输质量相同的数字电话这可能要占用数十千赫兹的带宽。在系统频带紧张的场合，数字通信这一缺点显得很突出，但是在系统频带富裕的场合，比如毫米波通信，光通信等场合，数字通信几乎成了唯一的选择。随着计算机技木和大规模集成技术的发展，数字通信在其发展过程中表现出了强大的生命力，它冲破了传统模拟通信方式的统治，逐步地发展、完善。可以预言：随着通信事业的发展，特别是各种宽带传输技术(例如光纤传输、数字微波等)、综合业务数字网(ISDN)的实用化，全数字化的通信方式必将逐步取代模拟通信方式而得到蓬勃发展。1.2研究MSK数字通信系统的意义当今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中信息的传输及通信起着支撑作用。而在频带资源日益紧张的今天，为了提高系统的容量（满足更多的用户）信道间隔已经是一减再减已经由最初的100khz减到了今天的12.5khz甚至更小。数字通信系统因其组网灵活，差错控制和保密性都比较容易，而且能够进入ISDN网所以通信系统已逐步由模拟制式向数字制式过渡，信号的调制方式也逐步由模拟方式持续、广泛地向数字方式转化，数字通信系统成为了信息的传输的一种重要手段。然而，一般的数字调制技术，如ASK、PSK和FSK因传输效率低和抗干扰能力差而无法满足移动通信的要求，为此，需要专门研究一些抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高的数字调制技术，尽可能地提高单位频谱内传输数据的比特率，以适用于移动通信窄带数据传输的要求。MSK因具有：（1）已调信号振幅是恒定的；（2）信号的频率偏移严格等于±Ts41，相应的调制指数stffH12=0.5；（3）以载波相位在一个码元期间内准确地线性变化2pi；（4）在一个码元期间内，信号应包含四分子一载波周期的整数倍；（5）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。的特点使得MSK通信系统抗干扰能力强适用于移动通信等窄带数据传输的要求。1.3通信系统仿真的意义在设计新系统或者对原有的通信系统做出修改或者进行相关的研究时，通常要进行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统通信工程专业综合课程设计第2页共18页中。通过仿真，可以提高研究开发工作的效率，发现系统中潜在的问题，优化系统整体性能。与一般的仿真过程类似，在对通信系统实施仿真之前，首先需要研究通信系统的特性，通过归纳和抽象建立通信系统的仿真模型。通过对系统的仿真,可以不需要实际的硬件环境就可以分析系统的特点。人们能够通过仿真实验就可以了解MSK数字通信系统性能。这样大大的减少实验的开销，对科学技术的发展是很重要的。matrix公司的MATLAB软件是一套功能非常强大的工程技术数值运算和系统仿真软件。MSK通信系统的仿真设计主要就是使用MATLAB的M函数工具箱进行仿真。本次毕业设计的主要任务是对MSK数字通信系统进行MATLAB环境下的仿真。首先通过收集资料和学习来理解MSK通信系统的工作原理，然后使用MATLAB软件对MSK数字通信系统的调制解调以及传输进行仿真，通过仿真结果分析得出系统的性能和优势。目的就是让人们可以通过本次仿真就可以了解到MSK数字通信系统的特点。通信工程专业综合课程设计第3页共18页2MSK系统调制解调原理2.1MSK调制原理MSK称为最小移频键控，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2kTstTsk)1(（公式2.1)c——载波角频率；Ts——码元宽度；ka——第k个码元中的信息，其取值为±1；k——第k个码元的相位常数，它在时间kTstTsk)1(中保持不变；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＝Ts21那么MSK信号波形如图2.1所示：＋－－＋＋＋－－图2.1MSK信号波形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）（公式2.2)即：当ka＝1ka时，k=1k；当ka≠1ka时，k=1k±（1k）π；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。costSMSKkkctTsat2（公式2.3)=kcos）（tTs2costccos－kakcos）（tTs2sintcsinkTstTsk)1(通信工程专业综合课程设计第4页共18页令kcos＝kI，－kakcos＝kQ则：tSMSK＝kI）（tTs2costccos＋kQ）（tTs2sintcsinkTstTsk)1(（公式2.4)为了便于理解如图2.2所示：1234567891011121314151617181920212223240+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1kakkdkcoskkacos)2sin(cosTstakk000000000000000+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1)2cos(cosTstkk图2.2码元变换及成形信号波形图根据上面描述可构成一种MSK调制器，其方框图如图2.3所示：差分编码串/并转换波形选择地址生成器CosωctSinωctMSK信号波形选择地址生成器EEPROMEEPROMD/A转换器乘法器乘法器加法器（运放）D/A转换器CPLD时序电路低通滤波器时序电路低通滤波器IkQk延时TsNRZ图2.3MSK调制原理框图输入数据NRZ，然后通过CPLD电路实现差分编码及串/并转换，得到Ik、Qk两路数据。波形选择地址生成器是根据接受到的数据（Ik或Qk）输出波形选择的地址。EEPROM（各种波形数据存储在其中）根据CPLD输出的地址来输出相应的数据，然后通过D／A转换器得到我们需要的基带波形，最后通过乘法器调制，运放求和就得到了我们需要的MSK调制信号。MSK基带波形只有两种波形组成，见图2.4所示：通信工程专业综合课程设计第5页共18页波形1波形2图2.4MSK成形信号在MSK调制中，成形信号取出原理为：由于成形信号只有两种波形选择，因此当前数据取出的成形信号只与它的前一位数据有关。如果当前数据与前一位数据相同，输出的成形信号就相反（如果前一数据对应波形1，那么当前数据对应波形2）；如果当前数据与前一位数据相反，输出的成形信号就相同（如果前一数据对应波形1，那么当前数据仍对应波形1）。2.2MSK解调原理MSK信号的解调与FSK信号相似，可以采用相干解调，也可以采用非相干解调方式。本实验模块中采用一种相干解调的方式。已知：tSMSK＝kI）（tTs2costccos＋kQ）（tTs2sintcsin（公式2.5)把该信号进行正交解调可得到：Ik路[kI）（tTs2costccos＋kQ）（tTs2sintcsin