信息科学与技术学院
通信原理
课程设计报告
课题名称：MSK系统的调制和解调
学生姓名：
学号：
专业年级：电子信息工程10级
班级：二班
指导教师：
完成时间：2013-7-10
目录
1.直流电机控制系统概述 .................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1系统描述.......................................................................................... 错误！未定义书签。
1.2直流电机概述.................................................................................. 错误！未定义书签。
2.题目及要求........................................................................................................ 错误！未定义书签。
2.1 题目................................................................................................. 错误！未定义书签。
2.2要求.................................................................................................. 错误！未定义书签。3直流电机功能设计及描述 ................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1直流电机的介绍.............................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.1直流电机的结构.................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.2直流电机的工作原理.......................................................... 错误！未定义书签。
3.1.3直流电机主要技术参数...................................................... 错误！未定义书签。
3.1.4直流电机的特点.................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.5直流电机的用途.................................................................. 错误！未定义书签。
3.2数码管转速显示.............................................................................. 错误！未定义书签。
3.3电动机驱动电路设计...................................................................... 错误！未定义书签。
3.4控制直流电机的状态...................................................................... 错误！未定义书签。
3.5模块流程.......................................................................................... 错误！未定义书签。
4.总体方案设计 .................................................................................................... 错误！未定义书签。
4.1 设计思路....................................................................................... 错误！未定义书签。
4.2 设计原理....................................................................................... 错误！未定义书签。
4.3运行环境.......................................................................................... 错误！未定义书签。
4.4详细设计.......................................................................................... 错误！未定义书签。
4.4.1 所需元件及功能................................................................. 错误！未定义书签。
5.直流电动机调速控制电路仿真 ........................................................................ 错误！未定义书签。
5.1原理图布局...................................................................................... 错误！未定义书签。
5.2运行结果图...................................................................................... 错误！未定义书签。
6.总结.................................................................................................................... 错误！未定义书签。
7.参考文献............................................................................................................ 错误！未定义书签。
8.源代码................................................................................................................ 错误！未定义书签。
MSK系统的调制和解调
前言
近几十年来，随着大容量、远距离数字通信的发展，出现了新问题：信道中存在着带限和非线性的特性。例如：⑴系统收、发端的中频滤波器具有带限特性；⑵发射机的高频放大器、行波管放大器等非线性器件，具有幅相转换效应（AM∕PM）。即当一些幅度变化的数字信号通过时，会使已滤除的带外频率分量几乎全部恢复，从而发生频谱扩展现象。又因为频带资源有限，要求现代数字信号传输：⑴节省频谱，⑵高效率地利用带宽。所以，已调波有两点要求：
⑴包络恒定：减小AM∕PM 效应；⑵最小功率
谱占用率：即调制波具有快速高频滚降特性。故现代数字调制技术是“具有最小功率谱占用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路径的连续性，从而减小频率占用。近些
年来新发展起来的技术主要分两大类：
1. 连续相位调制技术（CPFSK）：在码元转换期间无相位突变。例如：
MSK，GMSK 等。
2. 相关相移键控技术（COR—PSK）：利用部分响应技术，对传输数据先进行
相关编码后，再调相（或调频）。例如：TFM 等。
一、实验目的：
1.掌握电路设计的基本思路和方法；
2.掌握系统各功能模块的基本工作原理；
3.提高对所学理论知识的理解能力；
4.能提高对所学知识的实际应用能力；
二、实验要求：
1.学习System View仿真软件的使用；
2.对需要仿真的通信系统各功能模块的工作原理进行分析；
3.提出系统的设计方案，选用合适的模块；
4.对MSK调制解调系统设计进行仿真；
5.并对仿真结果进行分析。
三、使用仿真工具简介：
(1) SystemView的基本功能
System View软件专门用于对现代工程与科学系统设计、仿真的一种综合性的动态系统分析环境。System View拥有全面而庞大的功能模块库和各种强有力的辅助工具，它提供了一种先进的系统分析引擎，分析的对象非常广泛，从模拟、数字信号处理，到滤波器、控制系统和通信系统，以及各种通用数字模型的仿真、设计和验证等等。它尤其适用于信号级的系统分析，在通信系统设计与分析中使用更为广泛。
(2) MSK系统的SystemView仿真
在进行系统仿真之前，首先必须在系统定时窗口定义系统仿真的起始和终止时间、采样速率、采样间隔、采样点数、频率分辨率和系统的循环次数。定时
参数的设定直接影响着系统的仿真效果，同时，系统定时的设定也直接影响系统仿真的精度，所以选取参数必须时应十分注意，采样速率过高会增加仿真的时间，过低则有可能得不到正确的仿真结果。本系统中采样频率设为2560MHZ，运行时间为21秒。伪随机序列信号(图符12)的采样率为512KHZ，采样器(图符l，图符17)的采样率为512KHZ，而采样器(图符11，图符19，图符29，图符36)的采样率为256KHZ，时间窗函数(图符20)的参数设为4．50636e．6秒，其最大采样率为系统的最大采样率，即2．56e+9HZ。
现代通信系统的发展使通信系统和通信设备日趋复杂，为使MSK系统在一定条件下具有最佳性能，必须在设计时就能了解各种参数对性能的影响，以及它们之间的相互关系。通信系统仿真就是建立符合实际环境，用尽可能接近真实的方法模拟通信系统的某些侧面，得到能够反映实际的结果，动态系统分析软件System View就是一个非常优秀的动态系统设计仿真工具。
四、实验原理：
1.MSK 的调制原理：
MSK(最小频移键控)是移频键控FSK的一种改进形式。在FSK方式中，每一码元的频率不变或者跳变一个固定值，而两个相邻的频率跳变码元信号，其相位通常是不连续的。MSK方式，是FSK信号的相位始终保持连续变化的一种特殊方式，可以看成是调制指数为0．5的一种CPFSK信号。它是2FSK的一种特殊情况，在相邻符号交界处相位保持连续，具有正交信号的最小频差。连续相位频移键控（CPFSK）使已调波既能保持包络恒定，又能减少带外辐射功率。它主要用于卫星通信和移动通信。而MSK（最小频移键控）是CPFSK
的一种。
最小频移键控（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，其波形图如下：
MSK 信号可以看成是一种特殊的相位连续2FSK 信号，即保证两个频率键控信号正交的前提下，使用最小的频偏，此时必须满足：
MSK信号第n个码元的时间函数：
2.MSK 信号的特点：
(1)调制波信号的振幅是恒定的；
(2)信号频偏f/2=(f2-f1)/2=1/(4Tb)；
(3)调制指数h=f Tb=1/2，所以称为“最小”频移键控；
SystemView 及其通信系统仿真分析实验指导书
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(4)以载波相位为基准的信号相位，在一个码元内准确地线性变化(/2)或(- /2)；
(5)在一个码元期间内，信号应包括四分之一个载波周期的整数倍；
(6)在码元转换时刻，信号的相位是连续的。
3.MSK 调制方法
MSK 信号的产生有两种方案：
(1)把MSK 信号看成是调制指数h=0.5 的CPFSK 信号，并利用FSK 实现；
(2)把MSK 看作是由彼此正交的载波分别被函数cos(t)与sin(t)进行振幅调制后合成的，称为正交调制法。本实验采用正交调制法，则信号表达为：
步骤为：
(1)先对输入基带信号进行差分编码；
(2)将(1)的输出数据用串∕并变换器分成I，Q 两路，并相互交错一个码元宽度；
(3)用加权函数cos(πt/2Tb)和sin(πt/2Tb)分别对I、Q 两路数据加权；
(4)对加权后的数据分别进行正交载波调制。
调制原理框图如下：
4.MSK 的解调原理
由于MSK信号是他、一种2FSK信号，所以它也像2FSK信号那样，可以采用相干解调或非相干解调的方法，除此之外，MSK信号还可以采用延时判决相干解调的方法。
五、实验步骤
1.根据MSK 调制解调原理，用Systemview 软件建立仿真电路，如下图所示：
六、实验结果
1.数字基带信号波形：
2.MSK调制：
（1）调制过程波形：
（2）调制过程波形1：
（3）调制过程波形2：
（4）调制过程波形2.MSK解调
七、实验分析：
在本次的仿真过程中，系统的实现是分两个阶段来完成的。首先，是要单独地实现MSK信号的数字化调制，本次实验是对一种理想化的信号进行的调制；其次，是对与MSK信号的数字化解调的实现，由于解调是对已调信号而言的，所以在调制完成后直接进行了解调。
在本次试验中，我采用了频率为100Hz的PN seq作为原始的输入信号，在通过采样器之后的采样值经过串并变化器后分为两路信号，并且相互交错一个码元宽度。再分别对这两路信号进行加权和正交载波调制，然后相加后得到调制后的MSK信号。
再将之前调制好的信号作为原始信号，把f=1/4T的正弦波和余弦波分别经过乘法器与已调信号相乘，然后通过科斯塔斯环，捕获高频载波，经过乘法器完成相干解调。然后再通过低通滤波器滤除高频分量，再抽样和比较判决。经抽样保持以后在进行串并转换，最后将两路信号送入加法器进行合并，得到解调信号。八、心得体会
MSK信号是2FSK的改进，具有恒定包络，相位连续，频谱带宽窄等许多优点。MSK具有两种调制方法，即正交调制和CPE+MM调制。由于MSK信号是一种2FSK信号，所以它也像2FSK信号那样，可以采用相干解调或非相干解调方法，除此之外，MSK 信号还可以采用时延判决相干解调的方法。
在这为期一周的时间里，从第一天的查资料开始，这是一个从无到有的过程，在研究了书和许多论文资料之后，我开始着手于本次的课题：基于System View 的MSK的调制与解调仿真分析。在刚开始还处于起步的状态，原理图的问题、参数的问题、波形调整的问题接连不断，例如，在MSK信号的调制过程中，有两个载波，这两个载波需要不同的频率参数，但是一开始并没有意识到只一点。
很多很多的问题在与同学的讨论中得以解决。特别是第二天上午的交流会，在听
别的同学的讲解过程中有许多模糊的问题许多没有注意到的问题被别人提出了，也有很多同学分享了一些自己的错误经验，之中也有一些相似的问题让我收获良多、得以解决自己的问题。
本次的课程设计不仅让我熟悉了System View软件的操作，同时也学习了MSK信号的原理以及对其调制与解调的仿真。时间比较短，但是充实、获益良多，也锻炼了自己自主学习的能力，同时也很感谢同学与老师在此期间的帮助。
摘要 由于数字通信的高速发展，信息传输的带宽效率一直为人们所关注，对高效调制技术的探索具有重大的现实意义。随着社会信息化进程的加快，人们对通信的需求日益迫切，对通信质量的要求也越来越高。然而通信频谱是有限的，频率资源严重不足与高速可靠的信息传输存在着日益突出的矛盾,高效频谱利用率的数据传输已经成为当代通信技术梦寐以求的目标。怎样更有效的使用这些有限的频谱，如何节省频谱，高效利用频带成为通信领域研究的焦点。MSK是移频键控FSK的一种改进形式，他是许多调制方案中的一种类型，MSK可以解决OQPSK调制方式中不能解决包络起伏的问题，从而能够产生恒定包络、相位连续的调制信号[1]。因此对MSK 进行了深入的理论研究，为完善数字通信技术做出一点贡献。 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。本文的研究对象就是恒包络技术中的最小频移键控调制技术，其优良的特性使其在当今无线电通信系统中得到了大量的应用。本文还引出了最小频移键控的基本原理、调制原理、及其几种调制方式，并且比较了几种调制方式的优劣，最终选用了使用C52单片机进行调制，matlab进行仿真。 关键词：最小频移键控；单片机；调制器;matlab仿真
Abstract Due to the rapid development of digital communications, bandwidth efficient transmission of information has been of concern for people, of great practical significance to explore efficient modulation techniques. With the acceleration of the process of information society, people increasingly urgent need for communication, communication quality requirements are increasing. Communications spectrum is limited, however, a serious shortage of information transmission frequency resources and the presence of high-speed and reliable increasingly prominent contradiction, efficient spectrum utilization data transfer has become the holy grail of modern communications technology. How to more efficient use of the limited spectrum of these ways to reduce the spectral efficient use of the band becomes the focus of research in the field of communication. FSK Frequency Shift Keying MSK is a modification of that he is one of many types of modulation schemes, MSK OQPSK modulation method can solve the envelope fluctuation can not solve the problem, it is possible to generate a constant envelope, continuous phase modulation signal. Therefore MSK-depth theoretical study, to improve digital communications technology to make that contribution. Development direction of modern digital modulation techniques is the smallest share of the power spectrum of constant envelope digital modulation techniques. The key technology of modern digital modulation of the phase change is continuous, thereby reducing the frequency of usage. The object of study is the constant envelope techniques minimum shift keying modulation technology, its excellent features make it get a lot of applications in today's radio communication system. It also leads to the basic principles of minimum shift keying modulation principle, and several modulation schemes, and compare the advantages and disadvantages of several modulation schemes, the final selection is modulated using a C52 microcontroller, matlab simulation. Key words:Minimum Shift Keying;MCU;Modulator; matlab simulation
实验三：幅度调制与解调 一、实验目的 1、加深理解幅度调制与检波原理。 2、掌握用集成模拟乘法器构成调幅与检波电路的方法。 3、了解二极管包络检波的主要指标、检波效率及波形失真。 二、实验预习要求 1、复习《高频电子线路》中有关调幅与检波的内容； 2、阅读本实验的内容，熟悉实验的步骤； 三、实验原理和电路说明 1、调幅与检波原理简述： 调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡(载波)的幅度，使高频振荡的振幅呈调制信号的规律变化：而检波则是从调幅波中取出低频信号。振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅(AM)信号，抑制载波的双边带调制(DSB)信号，抑制载波和一个边带的单边带调制信号。 把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上(例如晶体二极管和晶体三极管)，经过非线性变换电路，就可以产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分就可实现调幅。 2、集成四象限模拟乘法器MCl496简介： 本器件的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频动态增益控制等。它有两个输入端Vx、Vy和一个输出端Vo。一个理想乘法器的输出为V o=KVxVy，而实际输出存在着各种误差，其输出的关系为：Vo=K(Vx+Vxos)(Vy+Vyos) + Vzox。为了得到好的精度，必须消除Vxos、Vyos与Vzox 三项失调电压。集成模拟乘法器MC1496是目前常用的平衡调制／解调器，内部电路含有8个有源晶体管。本实验箱MCl496的内部原理图和管脚功能如图3-1所示：
图3-1 集成模拟乘法器MC1496电路原理图 MCl496各引脚功能如下： （1）、SIG+ 信号输入正端 （2）、GADJ 增益调节端 （3）、GADJ 增益调节端 （4）、SIG- 信号输入负端 （5）、BIAS 偏置端 （6）、OUT+ 正电流输出端 （7）、空脚 （8）、CAR+ 载波信号输入正端 （9）、空脚 （10）、CAR- 载波信号输入负端 （11）、空脚 （12）、OUT- 负电流输出端 （13）、空脚 （14）、V- 负电源 3、实际线路分析 U501是幅度调制乘法器，音频信号和载波分别从J50l和J502输入到乘法器的两个输入端，K501和K503可分别将两路输入对地短路，以便对乘法器进行输入失调凋
信息科学与技术学院 通信原理 课程设计报告 课题名称：MSK系统的调制和解调 学生姓名： 学号： 专业年级：电子信息工程10级 班级：二班 指导教师： 完成时间：2013-7-10
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实验三、模拟调制与解调 一、实验目的 1、学习用MATLAB 进行模拟调制与解调的方法。 2、理解各种模拟调制解调系统的性能。 3、掌握幅度调制和角度调制的仿真方法。二、实验设备与器件 1、 计算机 2、 MATLAB 软件三、实验原理与步骤一）、调幅 1、AM 信号的仿真与解调 项目1、给定消息信号，，使用该信号以AM 方式调制一个载波频率为300Hz ，)4sin()2cos()(t e t t x t ππ-+=100≤≤t 幅度为1的正弦载波，试求： （1）消息信号的频谱和已调信号的频谱。（2）消息信号的功率和已调信号的功率。 clear all ts=0.001; t=0:ts:10-ts; fs=1/ts; df=fs/length(t); msg=randint(100,1,[-3,3],123); msg1=msg*ones(1,fs/10); msg2=reshape(msg1.',1,length(t));Pm=fft(msg2)/fs; f=-fs/2:df:fs/2-df; subplot(2,1,1) plot(f,fftshift(abs(Pm))) ;xlabel('李啊兴'); title('消息信号频谱') A=1; fc=300; Sam=(A+msg2).*(cos(2*pi*fc*t)+exp(-t).*sin(4*pi*fc*t)); Pam=fft(Sam)/fs; subplot(2,1,2) plot(f,fftshift(abs(Pam))); xlabel('李啊兴'); title('AM 信号频谱') axis([-500 500 0 23]) Pc=sum(abs(Sam).^2)/length(Sam) Ps=Pc-A^2/2 eta=Ps/Pc Pc = 2.3077Ps = 1.8077eta = 0.7833项目2、用Simulink 重做项目1 。
基础实验c m调制与解 调实验 集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
基础实验6 PCM调制与解调实验 一、实验目的 1．掌握PCM编译码原理与系统性能测试； 2．熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法； 3．学习PCM编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。 二、实验仪器 1．PCM/ADPCM编译码模块，位号：H 2．时钟与基带数据产生器模块，位号:G 3．20M双踪示波器1台 4．低频信号源1台（选用） 5．频率计1台（选用） 6．信号连接线3根 7．小平口螺丝刀1只 三、实验原理 脉冲编码调制（PCM）是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号在信道中传输。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。 PCM通信系统的实验方框图如图6-1所示。
在PCM脉冲编码调制中，话音信号经防混叠低通滤波器后进行脉冲抽样，变成时间上离散的PAM脉冲序列，然后将幅度连续的PAM脉冲序列用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，每一种幅度对应一组代码，因此PAM脉冲序列将转换成二进制编码序列。对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每一抽样值编8位码（即为28=256个量化级），因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kB。本实验应用的单路PCM编、译码电路是 TP3057 芯片（见图6-1中的虚线框）。此芯片采用a律十三折线编码，它设计应用于PCM 30/32系统中。它每一帧分32个时隙，采用时分复用方式，最多允许接入30个用户，每个用户
各占据一个时隙，另外两个时隙分别用于同步和标志信号传送，系统码元速率为。各用户PCM编码数据的发送和接收,受发送时序与接收时序控制,它仅在某一个特定的时隙中被发送和接收，而不同用户占据不同的时隙。若仅有一个用户，在一个PCM 帧里只能在某一个特定的时隙发送和接收该用户的PCM编码数据，在其它时隙没有数据输入或输出。 本实验模块中，为了降低对测试示波器的要求，将PCM 帧的传输速率设置为64Kbit/s或128Kbit/s两种，这样增加了编码数据码元的宽度，便于用低端示波器观测。此时一个PCM 帧里，可容纳的PCM编码分别为1路或2路。另外，发送时序FSX与接收时序FSR使用相同的时序，测试点为34TP01。实验结构框图已在模块上画出了，实验时需用信号连接线连接34P02和34P03两铆孔，即将编码数据直接送到译码端，传输信道可视为理想信道。 另外， TP3057芯片内部模拟信号的输入端有一个语音带通滤波器，其通带为200HZ～4000HZ，所以输入的模拟信号频率只能在这个范围内有效。 四、各测量点的作用 34TP01：发送时序FSX和接收时序FSR输入测试点，频率为8KHz的矩形窄脉冲； 34TP02：PCM线路编译时钟信号的输入测试点； 34P01：模拟信号的输入铆孔； 34P02：PCM编码的输出铆孔； 34P03：PCM译码的输入铆孔； 34P04：译码输出的模拟信号铆孔，波形应与34P01相同。 注：一路数字编码输出波形为8比特编码(一般为7个半码元波形,最后半个码元波形被芯片内部移位寄存器在装载下一路数据前复位时丢失掉)，数据的速率由编译时钟决定，其中第一位为语音信号编码后的符号位，后七位为语音信号编码后的电平值。
M S K系统在 S i m u l i n k里的仿真
系统设计与仿真 总体设计 MSK 只是多种调制解调模式中的一种。如下图所示：即信号源、调制部分、加性高斯白噪声信道（AWGN信道）和解调部分组成。 通过以下步骤进行研究： 1.对MSK数字通信系统调制解调原理进行分析研究并利用MATLAB软件建立仿 真模型。 2.通过前面的理论研究理解，设置仿真模型里的参数。 3.运用MATLAB软件的仿真功能，得出MSK数字通信系统各点的仿真波形图。 图 1 总体设计框图MSK系统在Simulink里的仿真仿真设计 图 2 MSK系统仿真
（1）信源部分 信源采用的是随机整数序列产生器，可以产生由0，1构成的序列。 图 3 随机整数产生器 （2） MSK调制部分 根据MSK信号表示函数可写成I/Q两路正交调制的形式，在这里采用这种方式来生成调制模块。 图 4 MSK信号调制部分 （3）加性高斯白噪声信道 加性高斯白噪声信道（AWGN 信道）是直接利用 Simulink 自带的 AWGN 模块，可以通过设置其中的信噪比来改变信道的性能。 （4） MSK解调部分 MSK作为一种特殊的2FSK，如果把MSK看成是正交2FSK，用2FSK方法进行相干解调。这里采用的是延时判决相干解调法。
图 5 MSK解调部分 仿真参数设置 调制部分 （1）随机整数产生器（Random Integer Generator） 该模块的设计主要是产生一组随机的0、1等概序列。 图 6 随机整数产生器 （2）载波与正弦形加权函数 载波可以分为I路载波和Q路载波。正弦形加权函数有同相分量正弦形加权函数和正交分量正弦形加权函数两种。
实验一：Systemview 系统下幅度调制与解调 一．实验目的 1．熟悉Systemview 仿真软件； 2. 掌握调幅信号产生和解调的过程及实现方法； 2．研究输入信号和信道对调幅信号的影响； 二．实验原理 1．调制 幅度调制是无线电通信中最常用的调制方式之一。普通的调幅广播就是它的典型应用。 幅度调制的基本原理是用基带信号（调制信号）控制高频载波的幅度，使其携带基带信号信息，从而实现信息的传输。 调制的基本作用是频谱搬移，其目的是进行频率变换，使信号能够有效的传输（辐射）或实现信道的多路复用。 根据频谱特性的不同，通常可将调幅分为标准调幅（AM ），抑制载波双边带调幅（DSB ），单边带调幅（SSB ）和残留边带调幅（VSB ）等。 2．调制信号的实现方法 设f （t ）为调制信号，高频载波为C （t ）=A 0cos （ω0t ＋θ0） （1）标准调幅 AM 信号可以表示为： S AM （t ）=［A 0＋f （t ）］cos （ω0t ＋θ0） 已调信号的频谱为（设θ。＝0） S AM （ω）=πA o ［δ（ω-ωo ）＋δ（ω＋ω0）］＋1／2［F （ω-ωo ）＋F （ω＋ωo ）］ 标准调幅的数学模型如图1-1所示。 图1-1 标准调幅的数学模型 AM 信号在SystemView 中可由模块实现，如图1-2所示。 cos (ω0t + θ0 ) A 0
图1-2 AM 信号在SystemView 中的实现 调制信号和已调信号的波形如图1-3所示。 图1-3 调制信号和已调信号 3．解调 调制的逆变换过程叫解调。解调方法分为相干解调和非相干解调。 为了不失真的恢复调制信号，要求本地载波和接收信号的载波必须保持同频同相，这种方法称为相干解调。它适用各种调幅系统。它的一般数学模型如图1-4所示。 图1-4 相干解调数学模型
现代数字调制 ---之最小频移键控 摘要：最小频移键控（MSK ）是在2FSK 基础上的改进。首先介绍了2FSK 的不足，在其基础上我们研究了MSK 的工作情况。具体涉及MSK 的工作原理和特点以及实际中的应用，当然对于它的前景也是我们所关注的。 关键字：最小频移键控（MSK ）、2FSK 1. 研究背景 2FSK 体制虽然性能优良、易于实现，并得到了广泛的应用，但是它的不足也是不容忽视的。首先，它占用的频带宽度比2PSK 大，即频带利用率比较低。其次，若用开关无法产生2FSK 信号，则相邻码元波形的相位可能不连续，因此在通过带通特性的电路后由于通频带的限制，使得信号波形的包络产生较大起伏。这种起伏是我们不希望有的。此外，一般来说，2FSK 信号的两种码元波形不一定严格正交。 为了克服上述缺点，对于2FSK 信号作了改进，发展出MSK 。 2. MSK 信号的基本原理 MSK 定义:最小频移键控（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，其波形图如下： 2. 2.1 MSK 信号的频率间隔 MSK 信号的第k 个码元可以表示为: )2cos()(k s k s k t T a t t s ?π ω++ =
式中，ωs － 载波角载频；a k = ± 1（当输入码元为“1”时，a k = + 1 ;当输入码元为“0”时，a k = - 1 ）；T s － 码元宽度; ?k － 第k 个码元的初始相位，它在一个码元宽度中是不变的。 由上式可以看出，当输入码元为“1”时， a k = +1 ，故码元频率f 1等于 f s + 1/(4T s )；当输入码元为“0”时， a k = -1 ，故码元频率f 0等于f s - 1/(4T s )。所以， f 1 和f 0的差等于1 / (2Ts )。这是2FSK 信号的最小频率间隔。 2.2 MSK 码元中波形的周期数 可以改写为 式中 由于MSK 信号是一个正交2FSK 信号，它应该满足正交条件，即 上式左端4项应分别等于零，所以将第3项sin(2?k ) = 0的条件代入第1项，得到要求 即要求 或 上式表示，MSK 信号每个码元持续时间T s 内包含的波形周期数必须是1 / 4 周期的整数倍，即上式可以改写为 式中，N ― 正整数；m=0,1,2,3 并有 ) 4/(1) 4/(101s s s s T f f T f f -=+=0 )() 0sin()()2sin(])sin[(]2)sin[(010*********=--+--+-++++ωωωω?ωω?ωωωω?ωωk k s k s T T 0)2sin(=s s T ω... ,3,2,1, 4==n n T f s s ππs s f n T 41 =...,3,2,1=n s 1)4(4T m N T n f s s +==s s s s s T m N T f f T m N T f f 1 4141141410s 1? ?? ??-+=-=??? ??++=+ =)2cos()(k s k s k t T a t t s ?π ω++ =s s kT t T k ≤<-)1()2cos()(k s k s k t T a t t s ?π ω++ =s s kT t T k ≤<-)1(?? ?-=++=+=1 ), 2cos(1), 2cos()(01k k k k k a t f a t f t s 当当?π?πs s kT t T k ≤<-)1(
《通信原理》实验报告 实验一：抽样定理和PAM调制解调实验 系别：信息科学与工程学院 专业班级：通信工程1003班 学生姓名：陈威 同组学生：杨鑫 成绩： 指导教师：惠龙飞 （实验时间：2012 年 12 月 7 日——2012 年 12 月28日） 华中科技大学武昌分校
1、实验目的 1对电路的组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方法的优缺点。 2.通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。 2、实验器材 1、信号源模块 一块 2、①号模块 一块 3、60M 双踪示波器 一台 4、连接线 若干 3、实验原理 3.1基本原理 1、抽样定理 图3-1 抽样与恢复 2、脉冲振幅调制（PAM ） 所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。 自然抽样 平顶抽样 ) (t m ) (t T
图3-3 自然抽样及平顶抽样波形 PAM方式有两种：自然抽样和平顶抽样。自然抽样又称为“曲顶”抽样，(t)的脉冲“顶部”是随m(t)变化的，即在顶部保持了m(t)变已抽样信号m s 化的规律（如图3-3所示）。平顶抽样所得的已抽样信号如图3-3所示，这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值，但其形状都相同。在实际中，平顶抽样的PAM信号常常采用保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。 四、实验步骤 1、将信号源模块、模块一固定到主机箱上面。双踪示波器，设置CH1通道为同步源。 2、观测PAM自然抽样波形。 （1）将信号源上S4设为“1010”，使“CLK1”输出32K时钟。 （2）将模块一上K1选到“自然”。 （3）关闭电源，连接 表3-1 抽样实验接线表 (5)用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出，调节W1改变输出信号幅度，使输出信号峰-峰值在1V左右。在PAMCLK处观察被抽样信号。CH1接PAMCLK（同步源），CH2接“自然抽样输出”（自然抽样PAM信号）。
通达学院 2012/2013 学年第一学期 课程设计实验报告 模块名称 专业 学生班级 25 学生学号 09002522 学生姓名李x x 指导教师王x 数字msk调制系统的dsp实现 一.设计目的与任务 本课程总的目的是让学生通过实验学习数字信号处理器的开发软件ccs的使用，掌握数 字信号处理算法的软件仿真及dsp实现，培养学生的实际动手能力。要求学生理解实验原理 及实验方案，掌握正确的操作规程；完成所列课题中的学习任务，结合自己的兴趣，选择完 成综合设计课题。 本组选择的是数字msk调制系统的dsp实现，要求基带码元速率为1000b，载频为3000hz。 进行调制并给出仿真结果。 二.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控（cpfsk）的一种 特殊情况。 2.1最小频移键控（msk） 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。 2.2 msk的基本概念 若cpfsk 信号表示为： 式中相位?(t )是时间t 的连续函数，标称载频fc是f2和f1的算术平均值，即: 式中，频率f2代表所传输数字序列{ak}中符号“1”，f1代表符号“－1”。（实际上传输 数字序列{ak}中符号“1”和“－1”，相当于二进制数据中的“1”和“0”，如下图）。 这样cpfsk信号用以下形式区分符号“1”和“－1”： 式中，?k是t=ktb时刻?(t)的值，它与调制过程的以往状态有关，它是为了保证t=ktb 时相位连续而加入的相位常数。调制指数为： (1) 考虑?k取值和调制指数h，可把（1）式统一表达式如下 : (2) 当（2）式中的h=0.5时，就得到了msk信号的数学表达式： 式中，ak取值±1。而波形相位为： (3) 可以看出：
幅度调制解调器案例 1. 理论公式解析 1.1 振幅调制信号分析 设载波电压为 ()cos cos 2c cm c cm c u t U t U ft ωπ== 设调制电压为 ()cos cos 2m m u t U t U Ft πΩΩΩ=Ω= 根据幅度调制信号的定义，已调信号的幅度随调制信号()u t Ω线性变化，那么普通AM 波的振幅()m U t 表达式 ()()t m U t U U k U t U u k U t U a cm cm m a cm m a cm m Ω+=??? ? ??Ω+=Ω=+=ΩΩΩcos 1cos 1cos a k 是叫做灵敏度的参数，a m 一般叫做调幅系数，也可以叫做调幅度或者调制度， cm m a a U U k m Ω=?= c c U U 是载波幅度根据调制信号变化程度。这给出了单频调制的调幅信号表达式 ()()()()()()cos =cos cos =1cos cos cos cos cos 11 cos cos cos 22 AM m c cm a m c cm a c cm c cm a c cm c a cm c a cm c u t U t t U k u t t U m t t U t U m t t U t m U t m U t ωωωωωωωωΩ=+Ω+Ω=+Ω=+ +Ω+-Ω 可以看出，三个高频分量组成了单频信号调制的已调波，分别是角频率为c ω的载波， ()c ω+Ω和()c ω-Ω两个新产生的角频率分量。其中上边频分量比c ω高，下边频分量比c ω低。频率分量为c ω的载波振幅还是为cm U ，两个边频分量的振幅都是1 2 a cm m U 。由于a m 不 可以超过1，所以边频振幅不大于1 2cm U ，把三个频率分量画成图，便能够得到图1所示的 频谱图。图1中，用每一条线段表示幅度调制波的一个正弦分量，幅度用线段的长度来表
一、实验名称：基于System View的MSK通信系统的仿真 二、实验环境：一台电脑、操作系统、System View软件 三、实验目的：1.掌握电路设计的基本思路和方法； 2.掌握系统各功能模块的基本工作原理； 3.提高对所学理论知识的理解能力； 4.能提高对所学知识的实际应用能力； 四、实验要求：1.学习System View仿真软件的使用； 2.对需要仿真的通信系统各功能模块的工作原理进行分析； 3.提出系统的设计方案，选用合适的模块； 4.对所设计系统进行仿真； 5.并对仿真结果进行分析。 五、实验原理： 1、MSK 的调制原理 MSK(最小频移键控)是移频键控FSK的一种改进形式。在FSK方式中，每一码元的频率不变或者跳变一个固定值，而两个相邻的频率跳变码元信号，其相位通常是不连续的。MSK方式，是FSK信号的相位始终保持连续变化的一种特殊方式，可以看成是调制指数为0．5的一种CPFSK信号。它是2FSK的一种特殊情况，在相邻符号交界处相位保持连续，具有正交信号的最小频差。 最小频移键控（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，其波形图如下： MSK 信号可以看成是一种特殊的相位连续2FSK 信号，即保证两个频率键控信号正交的前提下，使用最小的频偏，此时必须满足：
MSK信号第n个码元的时间函数： MSK 具体调制过程如下：先将输入的基带信号进行差分编码，然后经串/并转换将其分成I、Q 两路，并互相交错一个码元宽度，再用加权函数cos（πt/2T b）和sin（πt/2T b）分别对I、Q 两路数据加权，然后将两路数据分别用正交载波调制，最后将I、Q 两路调制信号相加即得到MSK 调制信号。调制原理如图（1）所示。 2、MSK 的解调原理 由于MSK信号是他、一种2FSK信号，所以它也像2FSK信号那样，可以采用相干解调或非相干解调的方法，除此之外，MSK信号还可以采用延时判决相干解调的方法。
郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目利用MATLAB实现信号的幅度调制与解调 专业、班级学号姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容： 利用MATLAB对正弦信号) t (t fπ =进行双边带幅度调制，载波信号频率为 40 sin( ) 100Hz，首先在MATLAB中显示调制信号的波形和频谱，已调信号的波形和频谱，比较信号调制前后的变化。然后对已调信号解调，并比较解调后的信号与原信号的区别。基本要求： 1、掌握利用MATLAB实现信号幅度调制与解调的方法。 2、利用MATLAB实现对常用连续时间信号的可视化表示。 3、验证信号调制的基本概念、基本理论，掌握信号与系统的分析方法。 4、加深对信号解调的理解。 主要参考资料： 1、陈后金. 信号与系统[M].北京：高等教育出版社，2007.07. 2、张洁.双边带幅度调制及其MATLAB 仿真[J].科技经济市场，2006.9 完成期限：2013.6.24—2013.6.28 指导教师签名： 课程负责人签名： 2013年6月21日
利用MATLAB实现信号的幅度调制与解调 摘要 现代通信系统要求通信距离远、信道容量大、传输质量好。在信号处理里面经常要用到调制与解调，而信号幅度调制与解调是最基本，也是经常用到的。用AM调制与解调可以实现很多功能，制造出很多的电子产品。本设计主要研究内容是利用MATLAB 实现对正弦信) t =进行双边带幅度调制，载波信号频率为100Hz，在MATLAB fπ ) 40 sin( (t 中显示调制信号的波形和频谱，已调信号的波形和频谱，比较信号调制前后的变化。并对已调信号解调，比较了解调后的信号与原信号的区别。信号幅度调制与解调及MATLAB中信号表示的基本方法及绘图函数的调用，实现了对连续时间信号的可视化表示。本文采用MATLAB对信号的幅度进行调制和解调。 关键词幅度、调制、解调、MAT LAB
实验三---集成乘法器幅度调制实验
高频实验报告实验名称：集成乘法器幅度调制实验 南京理工大学紫金学院电光系一、实验目的
a) 通过实验了解集成乘法器幅度调制的工作原理，验证普通调幅波（AM ） 和抑制载波双边带调幅波（AM SC DSB -/）的相关理论。 b) 掌握用集成模拟乘法器MC1496实现AM 和DSB-SC 的方法，并研究调制信 号、载波信号与已调波之间的关系。 c) 掌握在示波器上测量与调整调幅波特性的方法。 二、实验基本原理与电路 1.调幅信号的原理 (一) 普通调幅波（AM ）（表达式、波形、频谱、功率） (1)．普通调幅波（AM ）的表达式、波形 设调制信号为单一频率的余弦波： t U u m Ω=ΩΩcos ,载波信号为 ： t U u c cm c ωcos = 普通调幅波（AM ）的表达式为AM u =t t U c AM ωcos )()cos 1(t m U a cm Ω+=t c ωcos 式中， a m 称为调幅系数或调幅度。 由于调幅系数a m 与调制电压的振幅成正比，即 m U Ω越大， a m 越大，调幅波 幅度变化越大， 一般 a m 小于或等于1。如果 a m >1，调幅波产生失真，这种情况称为过调幅。 未调制状态调制状态 m a Ucm ω0 Ω 图3-1 调幅波的波形 （2）. 普通调幅波（AM ）的频谱 普通调幅波（AM ）的表达式展开得： t U m t U m t U u c cm a c cm a c cm AM )cos(2 1 )cos(21cos Ω-+Ω++ =ωωω 它由三个高频分量组成。将这三个频率分量用图画出，便可得到图
MSK调制解调技术的原理及应用分析 姓名:莫波微班级:05921001 学号:1120101489 MSK是数字调制技术的一种。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。调制过程就是输入数据控制(键控)载波的幅度、频率和相位。 MSK属于恒包络数字调制技术。现代数字调制技术的研究，主要是围绕着充分的节省频谱和高效率地利用可用频带这个中心而展开的。随着通信容量的迅速增加，致使射频频谱非常拥挤，这就要求必须控制射频输出信号的频谱。但是由于现代通信系统中非线性器件的存在，引入了频谱扩展，抵消了发送端中频或基带滤波器对减小带外衰减所做的贡献[}}o}。这是因为器件的非线性具有幅相转换(AM/PM)效应，会使己经滤除的带外份量几乎又都被恢复出来了。为了适应这类信道的特点，必须设法寻找一些新的调制方式，要求它所产生的己调信号，经过发端带限后，虽然仍旧通过非线性器件，但是，非线性器件输出信号只产生很小的频谱扩展。 因此MSK是一种特殊的连续相位的频移键控（CPFSK），其最大频移为比特率的1/4。换句话说，MSK是调制系数为0.5的连续相位的FSK。FSK信号的调制系数类似于FM调制系数，定义为k FSK=（2Δf）/R b，其中ΔF是最大射频移，R b是比特率。调制系数0.5对应着能够容纳两路正交FSK信号的最小频带，最小频移键控的由来就是指这种调制方法的频率间隔（带宽）是可以进行正交检测的最小带宽。 MSK是一种高效的调制方法，特别适合在移动无线通信系统中使用。它有很多好的特性，例如恒包络、频谱利用率高、误比特率低和自同步性能。 MSK信号也可以看成是一类特殊形式的OQPSK。在MSK中，OQPSK的基带矩形脉冲被半正弦脉冲取代。 可以看出MSK信号是二进制信号频率分别为f c+1/4T和f c-1/4T的FSK信号。MSK信号的相位在每一个比特期间是线性的。 MSK信号的旁瓣比QPSK和OQPSK信号低。MSK信号99%的功率位于带宽B=1.2/T之中。而对于QPSK和OQPSK信号，包纳99%功率的带宽B=8/T。MSK信号在频谱上衰落快是由于其采用的脉冲函数更为平滑。MSK信号的主瓣比QPSK