MSK调制仿真
1.课程设计目的
（1）加深对MSK基本理论知识的理解。
（2）培养独立开展科研的能力和编程能力。
（3）研究MSK连续相位技术，通过MATLAB软件对其进行仿真观察其调制过程。
2.课程设计要求
（1）分有噪声和无噪声两种情况给出MSK已调信号的时域波形、频谱（功率谱）。
（2）对上述图进行必要的分析，以得出MSK的相关结论。
3.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。
3.1最小频移键控
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。
3.2 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”，如图3-2）。
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：
式中?(t)是时间的连续函数，而MSK本身smsk(t)也是时间的连续函数（包括随机符号转换 t的瞬间在内）。这使得信号smsk(t)的谱密度随频率（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。
由式（3）可得：
由上式可知，MSK在第k个比特区间内：当ak=+1时，发送的频率为f2=(fc+1/4Tb);当ak=-1时，发送的频率则为f2=(fc-1/4Tb)。由此可得频率间隔2Δf=(f2-f1)=1/2Tb。其频偏：
上式表明了MSK 调制中的频移刚好等于码元速率的1/4，这是所有MSK 具体实现方案中都必须满足的条件。
对于MSK调制，若载频fc为频偏Δf的整数倍时，MSK是一种正交调制方式。
3.3MSK调制的特点
最小频移键控（MSK）有时也称做快速频移键控（FFSK）。这种调制可以看成是调制指数为0.5 的连续相位二进制频移键控。MSK 具有如下特点：
1.恒定包络，允许用非线性幅度饱和器件放大。
2.连续相位，使得功率谱密度按f-4速率降低。功率谱在主瓣以后衰减得较快。
3.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。
4.码元转换可在瞬时幅度为零时发生，从而使调制器开关过程的波形失真最小。
5.频谱带宽窄，99％的能量集中在1.15/Tb的带宽内，从而可允许带通滤波器带宽较窄。与QPSK相比，MSK具有较宽的主瓣，其第一个零点出现在0.75fs处，而QPSK的第一个零点出现在0.5fs处。由于信号能量在0.75fs之外下降很快，所以典型带宽取0.75fs即可。由于上述特点及恒定包络特点，MSK信号在幅度和频率受限时能量损失不大。
4.课程设计分析
实现MSK调制过程为：先对输入基带信号进行差分编码；再将差分编码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；用加权函数cos(πt/2Tb)和sin(πt/2Tb)分别对I、Q 两路数据加权；对加权后的数据分别进行正交载波调制。
4.1 MSK信号的基本原理
MSK是一种特殊的2FSK（二进制频移键控）。2FSK信号通常只有两个独立的震荡源产生，一般来说在频率转换相位不连续。因此，会造成功率频谱产生很大的旁瓣分亮，若是通过带限系统后会产生信号包络的起伏变化。为了克服以上的的缺点，需控制在频率转换出相位变化是连续性的，这种形式的数字频率调制成为相位连续的频移键控（CPFSK），MSK属于CPFSK,但因其调制调制指数最小，在每
个码元持续时间Ts 内，频移恰好引起为π/2相移变化,所以称为这种调制方式为最小频移键控MSK 。
MSK 信号可表示为
）
K MSK t S ?παω++=2Ts cos(K
o s s T k t kT )1(+≤≤
下面讨论第k 个码元相位变化情况
k
s
k
K T t
t ?παθ+=2)(
s s T k t kT )1(+≤≤
根据相位连续的条件，要求在t=kTs 时满足
)()(1
s K s K
kT kT ?θ=-
即
2
)
(11k
k k k k παααα++=--
可得
k
S k k s s k Ts
kT T kT ?πα?πα++=--2211
所以：
)](cos[t t S k o M SK θω+=
式中
。
或π?α?παθ0,12)(,=±=+=k k k s
k
k T k
t
可得
)
s i n (c o s )2s i n ()c o s ()2c o s ()(c o s t T k
t T k t S o k S k o s k M S K ω?παωπ?+=
)
sin()2sin()cos()2cos(t T k
Q t T k I o S k o s k ωπωπ+=
式中
s s T k t kT )1(+≤≤
k
k I ?cos = 为同相分量 ；
k
k k Q ?αcos -= 为正交分量。
4.2 MSK 通信系统基本模型
MSK 解调
4.3MSK 调制器的实现
根据以上的分析，可采取正交调幅方式产生MSK 信号。首先将输入的二进制信号进行差分编码。经串/并变换，将一路延时Ts ，得到相互交错一个码元宽度的两路信号Ik 和Qk ，然后用加权函数cos(t/2Ts)和sin 分别对两路信号I 和Q 进行加权，加权后的两路信号再分别对正交载波cos 和sin 进行调制，调制后的信号相加后通过带通滤波器，就得到MSK 信号。
图4-3 MSK 调制器原理图
5仿真
5.1MSK信号调制系统Ｍatlab/Simulink仿真模型
图5-1仿真模型
5.2 在仿真过程中参数的设置
5-2-1伯努利二进制随机数产生器参数设置图
将伯努利二进制随机数产生器 0 出现的概率设为0.5，初始化种子设为12345，采样时间设为0.1，基于帧输出选为使能，每帧采样数设为10，输出字节类型设为双字节。
5-2-2MSK调制模块参数调制图
选择MSK调制模块接受的数据类型为Bit性，应为输入的数据是0、1序列。间断性补偿（Phase offset）设置为0,这是MSK系统的基本参数，而抽样的值设为16。
5-2-3加性高斯白噪声信道参数设置图
本设计使用相对简单的一个加性高斯白噪声作为噪声信道，他是二进制相位调制信号中叠加高斯白噪声。之所以选它是因为通信系统中常见的热噪声近似为白噪声，且热噪声的取值恰好服从高斯分布。初始种子（Initial seed）选择18233.在模式中选择 Singal to noise ratio(SNR)模式，SNR(dB)为20dB。
5-2-4MSK调制模块参数设置图
选择MSK调制模块接受的数据类型为Bit性，应为输入的数据是0、1序列。间断性补偿（Phase offset）设置为0,这是MSK系统的基本参数，而抽样的值与调制模块一样设为16。
5-2-5误码率计算器参数设置图
误码率计算器接收数据的延时设为16，计算延时（computation delay）设置为0，将计算模式设置为整帧（entire frame）模式。
6.结果分析
6.1信噪比为-6DB
6.1.1误码率
图6-1-1
误码率的计算器将在一定时间内收到的数据信号中发生差错的比特数与同一时间说收到的数字信号的总比特数的比值通过显示窗口显示出来。误码率为0.34%
6.1.2星座图分析
图6-1-2
通过Discrete-Time Scatter Plot Scope 窗口可以观察到MSK系统调制的星座图，MSK星座图的特点在该图都表现出来，这进一步验证了该系统的正确性。
6.1.3眼图分析
图6-1-3
图6-1-3
实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输必定要产生畸变，信号通过信道后，会引入噪声和干扰，也就是说，总在不同程度上存在码间干扰。为了便于实际评价系统的性能，可以通过眼图直观地估价系统码间干扰和噪声的影响。
6.1.4频谱分析（系统的功率谱图）
图6-1-4
由图可以看出，该系统的能量集中在频率较地处，这与MSK信号的特征相一致。
6.2改变信噪比系统性能指标的变化分析
6.2.1误码率
图6-2-1
当信噪比为正后，误码率几乎为0。
6.2.2星座图分析
图6-2-2
信噪比变大时，星座图效果更好，传输更好，这进一步验证了该系统的正确性。应为信噪比越小，噪声功率越大，信号失真越严重。
6.2.3眼图分析
6.2.4频谱分析（系统的功率谱图）
图6-2-3
眼图远比第一个清晰，应为信噪比越大，噪声功率越小，信号失真越轻。
6.2.4频谱分析（系统的功率谱图）
图6-2-4
由图可以看出，该系统的能量集中在频率较地处，这与MSK信号的特征相一致。
6.3信噪比与误码率的关系
图6-3
由图可见当信噪比大于-20DB后，误码率急剧下降，当信噪比大于-5DB后，误码率几乎为0。
7.参考文献
[1]飞思科技产品研发中心．神经网络理论与MATLAB7实现．电子工业出版
社，2005.3
[2]韩力群.人工神经网络理论、设计及应用:第二版.化学工业出版社，
1990.1
[3] 闻新，周露，李翔，张宝伟. MATLAB神经网络仿真与应用.科学出版社，
2003.7
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
通信原理实验报告
作者: 日期:
通信原理实验报告 实验名称：实验一—数字基带传输系统的—MATLAB方真 实验二模拟信号幅度调制仿真实验班级：10通信工程三班_________ 学号：2010550920 ________________ 姓名：彭龙龙______________
指导老师：王仕果______________
实验一数字基带传输系统的MATLA仿真 一、实验目的 1、熟悉和掌握常用的用于通信原理时域仿真分析的MATLAB函数； 2、掌握连续时间和离散时间信号的MATLAB产生； 3、牢固掌握冲激函数和阶跃函数等函数的概念，掌握卷积表达式及其物理意义，掌握卷积的计算方法、卷积的基本性质； 4、掌握利用MATLAB计算卷积的编程方法，并利用所编写的MATLAB程序验证卷积的常用基本性质； 5、掌握MATLAB描述通信系统中不同波形的常用方法及有关函数，并学会利用MATLAB求解系统功率谱，绘制相应曲线。 基本要求：掌握用MATLAB描述连续时间信号和离散时间信号的方法，能够编写 MATLAB程序，实现各种常用信号的MATLA实现，并且以图形的方式再现各种信号的波形。 二、实验内容 1、编写MATLAB程序产生离散随机信号 2、编写MATLAB程序生成连续时间信号 3、编写MATLAB程序实现常见特殊信号 三、实验原理 从通信的角度来看，通信的过程就是消息的交换和传递的过程。而从数学的角度来看，信息从一地传送到另一地的整个过程或者各个环节不外乎是一些码或信号的交换过程。例如信源压缩编码、纠错编码、AMI编码、扰码等属于码层次上的变换，而基带成形、滤波、调 制等则是信号层坎上的处理。码的变换是易于用软件来仿真的。要仿真信号的变换，必须解 决信号与信号系统在软件中表示的问题。 3.1信号及系统在计算机中的表示 3.1.1时域取样及频域取样 一般来说，任意信号s(t)是定义在时间区间(-R, +R)上的连续函数，但所有计算机的CPU都只能按指令周期离散运行，同时计算机也不能处理( -R, + R)这样一个时间段。 为此将把s(t)按区间T, T截短为 2 2 S T(t)，再对S T(t)按时间间隔△ t均匀取样，得到取样 点数为: 仿真时用这个样值集合来表示信号 T Nt t s(t)。显然△ t反映了仿真系统对信号波形的分辨 率， (3-1) △ t越小则仿真的精确度越高。据通信原理所学，信号被取样以后，对应的频谱时频率的周期函数，其重复周期是—。如果信号的最高频率为f H，那么必须有f H W 丄才能保证不发 t 2 t 生频域混叠失真。设 1 B s 2 t 则称B s为仿真系统的系统带宽。如果在仿真程序中设定的采样间隔是△ (3-2) t,那么不能用
Matlab通信原理仿真 学号： 2142402 姓名：圣斌
实验一Matlab 基本语法与信号系统分析 一、实验目的： 1、掌握MATLAB的基本绘图方法； 2、实现绘制复指数信号的时域波形。 二、实验设备与软件环境： 1、实验设备：计算机 2、软件环境：MATLAB R2009a 三、实验内容： 1、MATLAB为用户提供了结果可视化功能，只要在命令行窗口输入相应的命令，结果就会用图形直接表示出来。 MATLAB程序如下： x = -pi::pi; y1 = sin(x); y2 = cos(x); %准备绘图数据 figure(1); %打开图形窗口 subplot(2,1,1); %确定第一幅图绘图窗口 plot(x,y1); %以x，y1绘图 title('plot(x,y1)'); %为第一幅图取名为’plot(x,y1)’ grid on; %为第一幅图绘制网格线 subplot(2,1,2) %确定第二幅图绘图窗口 plot(x,y2); %以x，y2绘图 xlabel('time'),ylabel('y') %第二幅图横坐标为’time’,纵坐标为’y’运行结果如下图： 2、上例中的图形使用的是默认的颜色和线型，MATLAB中提供了多种颜色和线型，并且可以绘制出脉冲图、误差条形图等多种形式图： MATLAB程序如下： x=-pi:.1:pi; y1=sin (x); y2=cos (x); figure (1); %subplot (2,1,1); plot (x,y1); title ('plot (x,y1)'); grid on %subplot (2,1,2); plot (x,y2);
HEFEI UNIVERSITY 现代数字调制技术之MSK 系别 专业 班级 学号 姓名 指导老师 完成时间
摘要： 最小频移键控（Minimum-Shift Keying，缩写：MSK），是数字通信中一种连续相位的频移键控调制方式。类似于偏移四相相移键控（OQPSK），MSK同样将正交路基带信号相对于同相路基带信号延时符号间隔的一半，从而消除了已调信号中180°相位突变的现象。与OQPSK不同的是，MSK采用正弦型脉冲代替了OQPSK基带信号的矩形波形，因此得到恒定包络的调制信号，这有助于减少非线性失真带来的解调问题，可以用于特殊的一些场合。 关键词：MSK 正交性相位连续性调制解调功率谱特性
1、最小频移键控（MSK）的介绍 最小频移键控（Minimum-Shift Keying，缩写：MSK），是数字通信中一种连续相位的频移键控调制方式。 OQPSK和π/4-QPSK因为避免了QPSK信号相位突变180度的现象，所以改善了包络起伏，但并没有完全解决这一问题。由于包络起伏的根本原因在于相位的非连续变化，如果使用相位连续变化的调制方式就能从根本上解决包络起伏问题，这种方式称为连续相位调制。 最小频移键控（MSK）是2FSK的改进，它是二进制连续相位频移键控的一种特殊情况。2FSK信号虽然性能优良，易于实现，并得到了广泛的应用，但它还存在一些不足之处。首先，它的频带利用率较低，所占用的频带宽度比2PSK 大；其次，用开关法产生的2FSK信号其相邻码元的载波波形的相位可能不连续，通过带限系统后，会产生影响系统性能的包络起伏。此外，2FSK信号的两种波形不一定保证严格正交，而对于二进制数字调制信号来说，两种信号相互正交将改善系统的误码性能。为了克服上述缺点，对2FSK信号进行改进，提出MSK 调制方式。 MSK称为最小频移键控，有时也称为快速频移键控，所谓最小是指这种调制方式能以最小的调制指数（0.5）获得正交信号；而快速的含义是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且带外频谱分量衰减得比2PSK快。 总结如下： 1.1、FSK的不足之处 （1）频带利用率低，所占频带宽度比2PSK大； （2）存在包络起伏，用开关法产生的2FSK信号其相邻码元的载波波形的相位可能不连续，会出现包络的起伏； （3）FSK信号的两种波形不一定保证严格正交。 1.2 、MSK信号的特点 （1）MSK信号的包络恒定不变； （2）MSK是调制指数为0.5的正交信号，频率偏移等于（±1/4Ts）Hz； （3）MSK波形的相位在码元转换时刻是连续的； （4）MSK波形的附加相位在一个码元持续时间内线性地变化±π/2 。
通信原理课程设计报告
一. 2DPSK基本原理 1.2DPSK信号原理 2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。 图1.1 2DPSK信号 在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。 定义?Φ为本码元初相与前一码元初相之差，假设： ?Φ=0→数字信息“0”； ?Φ=π→数字信息“1”。 则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下： 数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1
DPSK信号相位：0 π π 0 π π 0 π 0 0 π 或：π 0 0 π 0 0 π 0 π π 0 2. 2DPSK信号的调制原理 一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK 信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。 图1.2.1 模拟调制法 2DPSK信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。 图1.2.2 键控法调制原理图 码变换相乘 载波 s(t)e o(t)
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。
通信原理软件实验报告 学院：信息与通信工程学院 班级： 一、通信原理Matlab仿真实验 实验八 一、实验内容 假设基带信号为m(t)=sin(2000*pi*t)+2cos(1000*pi*t),载波频率为20kHz，请仿真出AM、DSB-SC、SSB信号，观察已调信号的波形和频谱。 二、实验原理 1、具有离散大载波的双边带幅度调制信号AM 该幅度调制是由DSB-SC AM信号加上离散的大载波分量得到，其表达式及时间波形图为： 应当注意的是，m(t)的绝对值必须小于等于1，否则会出现下图的过调制： AM信号的频谱特性如下图所示： 由图可以发现，AM信号的频谱是双边带抑制载波调幅信号的频谱加上离散的大载波分量。 2、双边带抑制载波调幅（DSB—SC AM）信号的产生 双边带抑制载波调幅信号s(t)是利用均值为0的模拟基带信号m(t)和正弦载波 c(t)相乘得到，如图所示： m(t)和正弦载波s(t)的信号波形如图所示：
若调制信号m(t)是确定的，其相应的傅立叶频谱为M(f)，载波信号c(t)的傅立叶频谱是C(f),调制信号s(t)的傅立叶频谱S(f)由M(f)和C(f)相卷积得到，因此经过调制之后，基带信号的频谱被搬移到了载频fc处，若模拟基带信号带宽为W，则调制信号带宽为2W，并且频谱中不含有离散的载频分量，只是由于模拟基带信号的频谱成分中不含离散的直流分量。 3、单边带条幅SSB信号 双边带抑制载波调幅信号要求信道带宽B=2W, 其中W是模拟基带信号带宽。从信息论关点开看，此双边带是有剩余度的，因而只要利用双边带中的任一边带来传输，仍能在接收机解调出原基带信号，这样可减少传送已调信号的信道带宽。 单边带条幅SSB AM信号的其表达式： 或 其频谱图为： 三、仿真设计 1、流程图：
MATLAB通信系统仿真实验报告
实验一、MATLAB的基本使用与数学运算 目的：学习MATLAB的基本操作，实现简单的数学运算程序。 内容： 1-1要求在闭区间[0，2π]上产生具有10个等间距采样点的一维数组。试用两种不同的指令实现。 运行代码：x=[0:2*pi/9:2*pi] 运行结果： 1-2用M文件建立大矩阵x x=[0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.11.21.31.41.51.61.71.81.9 2.12.22.32.42.52.62.72.82.9 3.13.23.33.43.53.63.73.83.9] 代码：x=[0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.11.21.31.41.51.61.71.81.9 2.12.22.32.42.52.62.72.82.9 3.13.23.33.43.53.63.73.83.9] m_mat 运行结果： 1-3已知A=[5，6;7，8]，B=[9，10;11,12]，试用MATLAB分别计算 A+B,A*B,A.*B,A^3，A.^3，A/B,A\B. 代码：A=[56;78]B=[910;1112]x1=A+B X2=A-B X3=A*B X4=A.*B X5=A^3 X6=A.^3X7=A/B X8=A\B
运行结果： 1-4任意建立矩阵A，然后找出在[10,20]区间的元素位置。 程序代码及运行结果： 代码：A=[1252221417;111024030;552315865]c=A>=10&A<=20运行结果： 1-5总结：实验过程中，因为对软件太过生疏遇到了些许困难，不过最后通过查书与同学交流都解决了。例如第二题中，将文件保存在了D盘，而导致频频出错，最后发现必须保存在MATLAB文件之下才可以。第四题中，逻辑语言运用到了ij，也出现问题，虽然自己纠正了问题，却也不明白错在哪了，在老师的讲解下知道位置定位上不能用ij而应该用具体的整数。总之第一节实验收获颇多。
目录 1 绪论 (1) 1.1 数字通信的发展 (1) 1.2研究MSK数字通信系统的意义 (1) 1.3通信系统仿真的意义 (1) 2 MSK系统调制解调原理 (3) 2.1 MSK调制原理 (3) 2.2 MSK解调原理 (5) 2.3 MSK的抗噪声性 (6) 2.4 MSK功率谱密度 (7) 3 MATLAB仿真设计与系统分析 (9) 3.1 MATLAB简介 (9) .3.2 MSK信号的调制 (9) 3.3 MSK解调实现 (10) 3.4叠加噪声的MSK系统 (10) 4 MSK系统分析 (11) 4.1 MSK信号的时域调制解调分析 (11) 4.2 MSK频域分析 (12) 4.3 加噪声系统分析 (12) 4.4误码率分析 (13) 5 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)
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± Ts 41 ，相应的调制指数()s t f f H ?-=12=0.5； （3）以载波相位在一个码元期间内准确地线性变化2 pi ± ； （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
AM调制和解调的仿真原理：1）AM调制的原理是，发射信号的一侧将信号加到高频振荡上，然后通过天线发射出去。在此，高频振荡波是载波信号，也称为载波。调幅是通过调制信号来控制高频载波的幅度，直到其随调制信号线性变化。在线性调制系列中，第一幅度调制是全幅度调制或常规幅度调制，称为am。在频域中，调制频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，调制包络与调制信号波形具有线性关系。设正弦载波为：C（T）= ACOS （WCT +φ0），其中a为载波幅度；WC是载波角频率；φ0是载波的初始相位（通常假设φ0 = 0）。调制信号（基带信号）为m（T）。根据调制的定义，幅度调制信号（调制信号）通常可以表示为：如果调制信号M（T）的频谱为m（W），则SM（T）= am（T）cos（WCT），则调制信号的频谱SM（T）：SM（W）= a [M（W + WC）+ m（w﹥6 ﹣1wc）] /22。从高频调制信号中恢复调制信号的过程称为解调。）也称为检测。对于幅度调制信号，解调是从幅度变化中提取调制信号的过程。解调是调制的逆过程。产品类型的同步检波器可用于解调振幅。可以将调制信号与本地恢复载波信号相乘，并且可以通过低通滤波来获得解调信号。下图显示了AM解调的原理：原理图和仿真结果：参数设置：正弦波WAVE1和正弦波WAVE2
模块分别在发送器和接收器处生成载波信号，并且角频率ωC设置为60 rad / s，并且调幅系数为1；调制信号M（T）由正弦波模块产生，为正弦波信号，角频率为5rad / s，幅度为1V。直流分量A0恒定。低通滤波器模块的截止频率设置为6rad / s。承运人：sin60t;调制信号：sin（5T）sin（60t）2 2. B DSB调制和解调模拟调制原理：在幅度调制的一般模型中，如果滤波器是全通网络（= 1），则滤波器中没有DC分量。调制信号，则输出调制信号是没有载波分量（DSB）的双边带调制信号。当源信号的极性改变时，调制信号的相位将突然改变π。SDSB （T）= m（T）coswct调制的目的是将调制信号的频谱移动到所需位置，从而提高系统信息传输的有效性和可靠性。DSB调制原理的框图如图4-3所示：图1：DSB信号本质上是基带信号和载波的乘法，而卷积在频域中。表达式为：调制后，s DSB（W）= [M（W + WC）+ m （W？6？1 WC）] / 2（1），已调制信号的带宽变为原始基带信号带宽的两倍：模拟基带信号的带宽为W。则调制信号的带宽为2W；（2）在调制信号中没有离散的载波频率分量，因为原始的模拟基带信号不包含离散的DC分量。（3）（4）某个信号的频谱或随机信号的功率谱是基带信号的频谱/功率谱的线性位移。因此，它称为线性调制。解调原理：DSB只能进
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。
通信原理实验报告 实验名称：数字信号的基带传输 一．实验目的 （1）理解无码间干扰数字基带信号的传输； （2）掌握升余弦滚降滤波器的特性；
（3）通过时域、频域波形分析系统性能。 二、仿真环境 SystemView 仿真软件 三、实验原理 （1）数字基带传输系统的基本结构 它主要由信道信号形成器、信道、接收滤滤器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步系统。 1.信道信号形成器 把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的。 2.信道 是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。 3.接收滤波器 滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 4.抽样判决器 在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取。 (2) 奈奎斯特第一准则 奈奎斯特准则提出：只要信号经过整形后能够在抽样点保持不变， 即使其波形已经发生了变化，也能够在抽样判决后恢复原始的信号， 因为信息完全恢复携带在抽样点幅度上。 奈奎斯特准则要求在波形成形输入到接收端的滤波器输出的整个 传送过程传递函数满足： 令k′=j -k ， 并考虑到k′也为整数，可用k 表示： 在实际应用中，理想低通滤波器是不可能实现的，升余弦滤波器 是在实际中满足无码间干扰传输的充要条件，已获得广泛应用的滤波 器。 升余弦滤波器满足的传递函数为： ???=+-0)(1])[(0或其它常数t T k j h b k j k j ≠=???=+0 1)(0t kT h b 00≠=k k
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(
通信原理课程设计 实验报告 专业：通信工程 届别：07 B班 学号：0715232022 姓名：吴林桂 指导老师：陈东华
数字通信系统设计 一、 实验要求： 信源书记先经过平方根升余弦基带成型滤波，成型滤波器参数自选，再经BPSK ，QPSK 或QAM 调制（调制方式任选），发射信号经AWGN 信道后解调匹配滤波后接收，信道编码可选（不做硬性要求），要求给出基带成型前后的时域波形和眼图，画出接收端匹配滤波后时域型号的波形，并在时间轴标出最佳采样点时刻。对传输系统进行误码率分析。 二、系统框图 三、实验原理： QAM 调制原理：在通信传渝领域中，为了使有限的带宽有更高的信息传输速率，负载更多的用户必须采用先进的调制技术，提高频谱利用率。QAM 就是一种频率利用率很高的调制技术。 t B t A t Y m m 00sin cos )(ωω+= 0≤t ≤Tb 式中 Tb 为码元宽度t 0cos ω为 同相信号或者I 信号； t 0s i n ω 为正交信号或者Q 信号； m m B A ,为分别为载波t 0cos ω,t 0sin ω的离散振幅； m 为 m A 和m B 的电平数，取值1 , 2 , . . . , M 。 m A = Dm*A ；m B = Em*A ； 式中A 是固定的振幅，与信号的平均功率有关，（dm ，em ）表示调制信号矢量点在信号空
间上的坐标，有输入数据决定。 m A 和m B 确定QAM 信号在信号空间的坐标点。称这种抑制载波的双边带调制方式为 正交幅度调制。 图3.3.2 正交调幅法原理图 Pav=（A*A/M ）*∑(dm*dm+em*em) m=(1,M) QAM 信号的解调可以采用相干解调,其原理图如图3.3.5所示。 图3.3.5 QAM 相干解调原理图 四、设计方案： (1)、生成一个随机二进制信号 (2)、二进制信号经过卷积编码后再产生格雷码映射的星座图 (3)、二进制转换成十进制后的信号 (4)、对该信号进行16-QAM 调制 (5)、通过升余弦脉冲成形滤波器滤波，同时产生传输信号 (6)、增加加性高斯白噪声，通过匹配滤波器对接受的信号滤波 (7)、对该信号进行16-QAM 解调 五、实验内容跟实验结果：