MSK调制解调系统的仿真设计
MSK调制解调系统的仿真设计[20200406141229]
摘要
最小频移键控MSK，是一种相位连续的能以最小的调制指数实现FSK的调制方式，由于相位连续，因此带外辐射小，在相同的带宽内，能比2PSK的数据传输率更高，因此倍受重视。
本文阐述了MSK调制和解调的原理，使用通信系统仿真平台SystemView对MSK调制与解调过程进行了计算机仿真。文中详细介绍了SystemView仿真平台的使用方法，对仿真得到的编解码波形和功率谱进行了分析研究，加深了对这种调制方法的理解。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:最小频移键控MSK调制解调SystemView
目录
1 前言? 1
1.1 数字调制方法的发展 1
1.2 本文的主要工作和章节安排 1
2 MSK调制解调的原理 2
2.1 MSK的原理 2
2.1.1 MSK信号的时间波形图 2
2.1.2 调制的指数 3
2.1.3 MSK的正交调制 4
2.1.4 相位常数和附加相位 4
2.1.5 MSK信号的功率谱 6
2.2 MSK调制原理 6
2.3 MSK解调原理 8
3 SystemView通信系统仿真软件 9
3.1 SystemView软件简介 9
3.2 SystemView软件的特点 9
3.3设计、分析窗口 10
3.3.1设计窗口 10
3.3.2 分析窗口 12
3.4 SystemView的图符库 13
3.4.1 基本库 13
3.4.2 专业库 19
4 MSK调制系统的仿真设计 20
4.1 MSK调制的仿真 20
4.2 信号源产生部分 20
4.3 串/并转换部分 21
4.4 加权函数和载波的生成 22
4.5 调制波形生成部分 23
4.6 调制信号的功率谱分析 24
4.7 MSK信号的附加相位变化分析 25
5 MSK解调系统的仿真设计 27
5.1 MSK解调的仿真 27
5.2 信号的低通滤波 27
5.3 抽样判决流程 28
5.4 解调波形产生部分 29
5.5 仿真总流程和各符号参数 30
小结 32
参考文献 33
致谢 34
1 前言?
1.1 数字调制方法的发展
恒定包络数字调制技术在不断完善和发展过程中。由于一般的2FSK（二进制振幅键控）在调制过程中载波信号相位不连续，频偏较大，会引起带外辐射等问题。为了得到相位连续的二进制频移键控调制方法，人们提出了MSK（Minimum Frequency Shift Keying）的调制方法，通过选择两个频率正交的正弦载波信号分别表示数字“1”和数字“0”，实现了相位连续的目标，这两个信号之间的频率差为原始信号的一半，由此得到最小的调制系数0.5，因此这种调制方法又称为最小频移键控。当然，今天已经发展出了许多更加先进高效的数字调制方式，如QAM（正交振幅调制），OFDM（正交频分复用技术）等，但MSK这种巧妙地利用两个正交频率实现码元变化过程中的相位连续的方法，仍然值得我们进一步深入研究，以便从中得到启发，找到更加简单有效的数字调制方法。
1.2 本文的主要工作和章节安排
本文主要研究了MSK的实现思想和基本原理，MSK的调制解调方法，并对本文采用的一款通信系统仿真软件SystemView系统做了简单介绍。这款仿真软件操作简单，只要通过拖拽相关操作图符，建立图符之间的连线，即可以组成仿真流程，如需修改仿真流程，只需要改变图符之间的连接关系，就可以快捷地得到仿真结果。本文先利用系统仿真软件SystemView构造了一个MSK调制器，并对调制器进行仿真。再对仿真出的调制信号进行功率谱分析，对MSK信号的还进行了附加相位变化分析，接着又通过构造MSK解调器进行了MSK信号解调的计算机仿真，并对解调出的波形与原始波形进行了比较。
本文第一章主要介绍了数字调制方法的发展、论文的主要工作以及章节上的安排；第二章主要介绍了MSK的原理，MSK调制解调的原理以及MSK调制解调的流程原理图；第三章主要介绍了系统仿真软件SystemView的一些基本内容和特点；第四章主要介绍了MSK的调制仿真过程，调制信号的功率谱分析，MSK信号的附加相位分析；第五章主要介绍了MSK的解调仿真过程，解调信号与原始信号的对比；第六章则进行了一下本次论文的小结；最后列出了本文写作中参考的一些重要文献资料。
2 MSK调制解调的原理
2.1 MSK的原理
MSK用英文全称是Minimum Frequency Shift Keying，用中文的名称，那么它就是最小频移键控了。一般的FSK（频移键控）调制。当相位跳变所引发的角频率（相位对时间的转变率）大时，会造成信号功率谱的分散，增大了旁瓣分量，会对邻近频道信号发生干扰。为了使得旁瓣的功率谱衰减加快，信号的相位就不能够发生突变，即相位与时间之间是连续的。最小频移键控（MSK）的想法就是因此得来的。MSK包络恒定，误比特率低、频谱的利用率高，所以它可以算作是一种效率非常高的调制方法，特别适用于无线移动通信这个系统。
2.1.1 MSK信号的时间波形图
MSK信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，MSK信号的时间波形如图2-1所示。
图2-1 MSK信号的时间波形图
MSK信号的表达式为
（2-1）
其中k=0,1,2
上面的式子之中的 为载波的角频率， 为码元的宽度也是时间周期，A为已调波信号的振幅， 为附加相位， 设定为在时间k点的初始相位， 的值赋为 ，做为第k个时间点上的输入的码元。
设定为是一个相位常数， 设定在第k个时间周期上，在 的过程中作为一个常数，它是在确保 的时刻信号能够使得相位之间的连续。
2.1.2 调制的指数
分析一下 ， 以及 ， 之间的关系，为了得到这个关系，需要对总的相角求导，
那么这时
（2-2）
那么此时的信号的表示式就是
， （2-3）
所以
（2-4）
最小频率之间的差为
，
2.1.3 MSK的正交调制
2FSK调制过程中的两信号的相关系数为
（2-5）
当调制指数为0.5的时候
此时
即
可以得到
也就是可以说，载波频率取 （n取整数）码元速率。由此可以得知，当调制指数为0.5的时候，是最小满足正交条件的时候，所以MSK是一种频差最小的正交调制方式。
2.1.4 相位常数和附加相位
为了能够使MSK信号的相位连续，需要保证第k个基本信号的的起始相位是第k-1个基本信号的的末相位，即
（2-6）
上面的式子表明了，两个相邻的码元之间的相位是相互关联的。那么如果我们使用相干解调这种方法的话，一般令初始相位为 ，则
摘要
最小频移键控MSK，是一种相位连续的能以最小的调制指数实现FSK的调制方式，由于相位连续，因此带外辐射小，在相同的带宽内，能比2PSK的数据传输率更高，因此倍受重视。
本文阐述了MSK调制和解调的原理，使用通信系统仿真平台SystemView对MSK调制与解调过程进行了计算机仿真。文中详细介绍了SystemView仿真平台的使用方法，对仿真得到的编解码波形和功率谱进行了分析研究，加深了对这种调制方法的理解。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:最小频移键控MSK调制解调SystemView
目录
1 前言? 1
1.1 数字调制方法的发展 1
1.2 本文的主要工作和章节安排 1
2 MSK调制解调的原理 2
2.1 MSK的原理 2
2.1.1 MSK信号的时间波形图 2
2.1.2 调制的指数 3
2.1.3 MSK的正交调制 4
2.1.4 相位常数和附加相位 4
2.1.5 MSK信号的功率谱 6
2.2 MSK调制原理 6
2.3 MSK解调原理 8
3 SystemView通信系统仿真软件 9
3.1 SystemView软件简介 9
3.2 SystemView软件的特点 9
3.3设计、分析窗口 10
3.3.1设计窗口 10
3.3.2 分析窗口 12
3.4 SystemView的图符库 13
3.4.1 基本库 13
3.4.2 专业库 19
4 MSK调制系统的仿真设计 20
4.1 MSK调制的仿真 20
4.2 信号源产生部分 20
4.3 串/并转换部分 21
4.4 加权函数和载波的生成 22
4.5 调制波形生成部分 23
4.6 调制信号的功率谱分析 24
4.7 MSK信号的附加相位变化分析 25
5 MSK解调系统的仿真设计 27
5.1 MSK解调的仿真 27
5.2 信号的低通滤波 27
5.3 抽样判决流程 28
5.4 解调波形产生部分 29
5.5 仿真总流程和各符号参数 30
小结 32
参考文献 33
致谢 34
1 前言?
1.1 数字调制方法的发展
恒定包络数字调制技术在不断完善和发展过程中。由于一般的2FSK（二进制振幅键控）在调制过程中载波信号相位不连续，频偏较大，会引起带外辐射等问题。为了得到相位连续的二进制频移键控调制方法，人们提出了MSK（Minimum Frequency Shift Keying）的调制方法，通过选择两个频率正交的正弦载波信号分别表示数字“1”和数字“0”，实现了相位连续的目标，这两个信号之间的频率差为原始信号的一半，由此得到最小的调制系数0.5，因此这种调制方法又称为最小频移键控。当然，今天已经发展出了许多更加先进高效的数字调制方式，如QAM（正交振幅调制），OFDM（正交频分复用技术）等，但MSK这种巧妙地利用两个正交频率实现码元变化过程中的相位连续的方法，仍然值得我们进一步深入研究，以便从中得到启发，找到更加简单有效的数字调制方法。
1.2 本文的主要工作和章节安排
本文主要研究了MSK的实现思想和基本原理，MSK的调制解调方法，并对本文采用的一款通信系统仿真软件SystemView系统做了简单介绍。这款仿真软件操作简单，只要通过拖拽相关操作图符，建立图符之间的连线，即可以组成仿真流程，如需修改仿真流程，只需要改变图符之间的连接关系，就可以快捷地得到仿真结果。本文先利用系统仿真软件SystemView构造了一个MSK调制器，并对调制器进行仿真。再对仿真出的调制信号进行功率谱分析，对MSK信号的还进行了附加相位变化分析，接着又通过构造MSK解调器进行了MSK信号解调的计算机仿真，并对解调出的波形与原始波形进行了比较。
本文第一章主要介绍了数字调制方法的发展、论文的主要工作以及章节上的安排；第二章主要介绍了MSK的原理，MSK调制解调的原理以及MSK调制解调的流程原理图；第三章主要介绍了系统仿真软件SystemView的一些基本内容和特点；第四章主要介绍了MSK的调制仿真过程，调制信号的功率谱分析，MSK信号的附加相位分析；第五章主要介绍了MSK的解调仿真过程，解调信号与原始信号的对比；第六章则进行了一下本次论文的小结；最后列出了本文写作中参考的一些重要文献资料。
2 MSK调制解调的原理
2.1 MSK的原理
MSK用英文全称是Minimum Frequency Shift Keying，用中文的名称，那么它就是最小频移键控了。一般的FSK（频移键控）调制。当相位跳变所引发的角频率（相位对时间的转变率）大时，会造成信号功率谱的分散，增大了旁瓣分量，会对邻近频道信号发生干扰。为了使得旁瓣的功率谱衰减加快，信号的相位就不能够发生突变，即相位与时间之间是连续的。最小频移键控（MSK）的想法就是因此得来的。MSK包络恒定，误比特率低、频谱的利用率高，所以它可以算作是一种效率非常高的调制方法，特别适用于无线移动通信这个系统。
2.1.1 MSK信号的时间波形图
MSK信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，MSK信号的时间波形如图2-1所示。
图2-1 MSK信号的时间波形图
MSK信号的表达式为
（2-1）
其中k=0,1,2
上面的式子之中的 为载波的角频率， 为码元的宽度也是时间周期，A为已调波信号的振幅， 为附加相位， 设定为在时间k点的初始相位， 的值赋为 ，做为第k个时间点上的输入的码元。
设定为是一个相位常数， 设定在第k个时间周期上，在 的过程中作为一个常数，它是在确保 的时刻信号能够使得相位之间的连续。
2.1.2 调制的指数
分析一下 ， 以及 ， 之间的关系，为了得到这个关系，需要对总的相角求导，
那么这时
（2-2）
那么此时的信号的表示式就是
， （2-3）
所以
（2-4）
最小频率之间的差为
，
2.1.3 MSK的正交调制
2FSK调制过程中的两信号的相关系数为
（2-5）
当调制指数为0.5的时候
此时
即
可以得到
也就是可以说，载波频率取 （n取整数）码元速率。由此可以得知，当调制指数为0.5的时候，是最小满足正交条件的时候，所以MSK是一种频差最小的正交调制方式。
2.1.4 相位常数和附加相位
为了能够使MSK信号的相位连续，需要保证第k个基本信号的的起始相位是第k-1个基本信号的的末相位，即
（2-6）
上面的式子表明了，两个相邻的码元之间的相位是相互关联的。那么如果我们使用相干解调这种方法的话，一般令初始相位为 ，则
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