最小频率键控（MSK ） 4.2.1 MSK 基本原理
MSK 信号是一种相位连续、包络恒定并且占用带宽最小的二进制正交FSK 信号。它的第k 个码元可以表示为：
()）（k k s k t T
a t w t s φπ
++
=2cos ()kT t T k ≤<-1 (2-1) 式中，s s f w π2=为视在角载频；1±=k a ；T 为第k 个码元确定的初始相位。
由上式可以看出，当1+=k a 时，码元频率1f 等于T f s 4/1+；当1-=k a 时，码元频率0f 等于T f s 4/1-。故1f 和0f 的距离等于T 2/1。这是2FSK 信号最小频率间隔。
式(2-1)可以用频率为s f 的两个正交分量表示。将式(2-1)进行三角公式变换，得到： t w T
t
q t w T
t
p t s s k s k k sin 2sin
cos 2cos
)(ππ-= ()kT t T k ≤<-1 （3-1）
式中， 1cos ±==k k p ? 1cos ±==k k k a q ? （3-2） 式（2-2）表示，此MSK 信号可以分解为同相分量（I ）和正交分量（Q ）两部分。 MSK 信号的调制
由式（2-2）可知，MSK 信号可以用两个正交的分量表示。根据该式构成 的MSK 信号的产生方框图如图 2-2所示。
图2-2 MSK 调制原理图 MSK 信号的解调
由于MSK 信号是最小二进制FSK 信号，所以它可以采用解调FSK 信号的相干法和非相干法解调。
图2-3是MSK 信号的解调原理框图。
图2-3
MSK
信号的解调原理图
4.2.2 MSK 仿真实现过程 设计步骤
先定义
MSK 输入信号的参数然后用dmod 函数做输入的调制，之后画相应的频谱图。再用dedmod 做解调输出。然后加入噪声，再进行解调输出。
1. 定义载波频率Fs,输出信号频率Fd,采样频率Fs 。
2．设置输入信号X ，同时做信号的调制。 3. 画出相应的波形图。
4. 做输出信号的解调波形，同时画解调波形图。
5. 加入高斯白噪声。再进行信号的解调输出，画相应的波形。
6. 对结果进行比较分析。 MSK 信号的产生
因为MSK 信号可以用两个正交的分量表示： t w T t
q t w T t
p t s s S
k c s
k k sin 2sin
cos 2cos
)(ππ-= （k-1）Ts ＜t≤kTs
式中：右端第1项称作同相分量，其载波为t w c cos ；第2项称作正交分量，其载波为
t w c sin 。
在仿真时先设置输入信号的参数：载波频率Fc 调制后,数字信号速率Fd,模拟信号采样率Fs 。之后产生要调制的随机数字信号x;然后用dmod 函数进行调制，产生调制信号。dmod 函数是MATLAB 中一个常用来进行信号调制的函数，它后面的参数包括被调制信号，载波信号的频率，输出信号的速率以及采样速率和所进行调制的函数。
部分程序代码和仿真图如下所示：
M=2; %定义输入随机信号的参数 Fc=20; %载波信号的频率Fc 为20； Fd=10; %输出信号的速率Fd 为10； Fs=200; %采样速率Fs 为200；
x=randint(1,10000); %产生随机的输入序列
y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'msk'); %对用dnod 函数对输入的随机序列进行调制
图3-1 MSK 调制信号的波形
由调制波形图可以看出MSK 的调制信号特性与2FSK 调制信号的特性非常的相似，即：当输入信号为“1”时，调制后的波形比输入信号为“0”时的波形要密。同时MSK 信号的包络是恒定的，相位则是连续的。带宽相对于一般的2FSK 信号要小，而且正交。
MSK解调实现
由于MSK信号是最小二进制FSK信号，所以它可以采用解调FSK信号的相干法和非相干法解调。
在进行程序仿真时，用ddemod函数进行调制信号的解调。同时画出解调前后的时域与频域的波形图。在画频域的波形图时先对已调信号与解调信号进行DTFT变换，之后画出相应的波形。ddemod函数是与dmod函数相对应，用来对已调信号进行解调的。其后面的参数与dmod函数后的一模一样。
部分程序与仿真波形图如下所示：
z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'msk'); %对调制后的MSK信号进行解调
图3-2 MSK信号的解调波形
由解调信号的时域波形可以看出，解调后的波形与原始输入信号的波形完全一致。同时不难发现解调后的信号很稳定。
n1=1:1:length(y);w=[0:1:1000]*pi/500;
n2=1:1:10000;w=[0:1:1000]*pi/500; %定义频域参数n1为y的长度，n2为输
入原始信号的长度
Y=y*exp(-j*n1'*w); %对已调信号进行DTFT变换
Z=z*exp(-j*n2'*w); %对解调信号进行DTFT变换magY=abs(Y);
magZ=abs(Z);
图3-3 MSK信号解调前后的频域波形
由解调后的频域波形可以看出MSK信号的稳定性很好，说明MSK信号的抗噪声性能很强。
图3-4 调制前解调后的频域波形
通过调制前和解调后的频域波形比较，发现解调非常的成功，波形被完整无误的输出来。
叠加噪声的MSK解调
由于信号在传输的过程中难免要受到外来噪声的影响，所以在进行通信仿真时务必要在理想的模拟通信系统中加入高斯白噪声对系统进行影响，以此来判断一个通信系统抗噪声性能的好坏。
利用awagn函数对已调信号加入信噪比为的高斯白噪声。然后对加入了噪声的已调
信号进行解调，同时画出其时域与频域的波形，将其与没有加噪声的调制信号进行比较，不难发现：加入噪声后对已调信号的影响很大，但对解调信号而言，噪声对解调后的影响还是有一定限度的。这说明MSK解调系统的抗噪声性能很强。
仿真的部分程序与相应的仿真波形图如下所示：
y1=awgn(y,; %对已调信号加入高斯白噪声
z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'msk'); %对加入高斯白噪声的调制信号进行解调
[num1,ratio1]=symerr(x,z2) %对加入噪声后解调的信号进行误码率的测定通过symerr函数对解调信号的误码率进行测定，得到的误码率为.因为输入的随机序列长度为10000，错了24个。说明MSK信号的抗噪声性能很强。当将信噪比变为1时，输出的误码率很快发生了变化,由原来的变为了.图形也同时发生了变化。通过图形的比较，可以发现噪声对调制信号的影响很大，但通过解调后影响相对减小了很多。
图3-5 信噪比为的MSK信号加噪声解调前后的时域波形
图3-6 信噪比为1的MSK信号加噪声解调前后的时域波形
Y1=y1*exp(-j*n1'*w); %对加噪声后的已调信号进行DTFT变换
Z1=z1*exp(-j*n2'*w); %对加噪声后的解调信号进行DTFT变换magY1=abs(Y1);
magZ1=abs(Z1);
图3-7 信噪比为2的MSK信号加噪声解调前后的频域波形
在多次改变信噪比后，将信噪比与误码率联合做了如图3-8所式的波形图。
图3-8 信噪比与产生误码率曲线图
通过图形可知，随着系统信噪比的增加，解调后输出的误码率随之减小，当信噪比增加到一定程度时，误码率变为0。说明噪声对信号的影响在一定程度上是可以减小，但很难消除，因为每一个系统都不可能是理想系统，总会受到外界的干扰。
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
G F S K的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK(GaussfrequencyShiftKeying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency-shiftkeying)。但FSK带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调频。由于通常调制信号都是加在PLL频率合成器的VCO上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK调制特 另一部分则加在PLL的主分频器一端（基于PLL技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO进行分频）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量,不受环路带宽的影响。但是，两点调制增加了GFSK调制指数控制的难度。
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。
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。
GFSK 的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency- shift keying)。但FSK 带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz 频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK 调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK 调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调 频。由于通常调制信号都是加在PLL 频率合成器的VCO 上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK 调制特性，提出了一种称为两点调制的直接调频技术。 uc 图一 两点调制：调制信号被分成2部分，一部分按常规的调频法加在PLL 的VCO 端,另一部分则加在PLL 的主分频器一端（基于PLL 技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO 进行分频 ）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK 信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量, 鉴频器 PD 环路低通滤波器LF 压控振荡器VCO 载波信号 调制信号ui 调频信号uo 主分频器
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(
频率调制信号的表示式为：()cos[()]t m c S t A t kfm d ωττ-∞ =+ ? 其中，kf 为 调频灵敏度，m(t)为调制信号。从公式出发即可完成频率调制的程序。 调频信号的解调方法通常是采用鉴频法。方框图如图所示 其中鉴频器包括微分电路和包络检波。 在模拟信号的调频程序中，先对输入参量的个数做出判断，少于则运行默认的。然后对信号进行调制，这里采样的调制信号是最简单的正弦信号，当然也可以为其他信号。调制过程中，积分是根据积分的定义编写的一段程序。在对已调信号进行解调前加入了噪声。解调过程中的微分同样的根据定义编写的，当然也可以采用MATLAB 里自带的函数diff 。在经过包络检波后对幅值做出了一定的修正。 下图是调频信号的时域频域波形。经过调频之后的信号频谱不仅发生了频谱搬移还增加了频率分量。
下图绿色的是小信噪比条件下的解调波形，可以发现信噪比对解调的影响。 而在语音信号的调频中，积分采用cumsum来完成，微分采用diff。因为经过调试发现，采用根据定义编写的程序由于循环运行需
要很多时间。另外，在经过微分器后，包络检波和低通这段和幅度调制的非相干解调一样，所以也可以在经过微分后调用AM包络检波的程序。对于调频信号来说，都会存在门限效应，使之在小信噪比情况下无法恢复出原来的调制信号。所以语音信号的调制解调是在很大信噪比情况下。
下面是语音信号调制解调的时域频域图。观看频谱可以看到调制信号的频谱相对于输入信号，发生了频谱搬移，还有在fc处多了一个冲激。 另外还有一个需要注意的问题，读入语音信号时所输入的路径必须和存放语音信号的路径相同。否则无法打开。 参考文献： [1]樊昌信，曹丽娜。通信原理。国防工业出版社。 [2] Santosh, the LNM IIT Jaipur (India).陈丽丹。FM调制解调系统设计与仿真
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：
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)
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。
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
一．2FSK 调制原理： 1、2FSK 信号的产生： 2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如，1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为 式中，假设码元的初始相位分别为1θ和2θ；112 f π=ω和222f π=ω为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK 信号的产生方法有两种： （1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图1-1（a ）所示。 （2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图1-1（b ）所示。 这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。 (a) (b) 2FSK 信号产生原理图 由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK 信号之和，即 其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。 其中，n a 为n a 的反码，即若1=n a ，则0=n a ；若0=n a ，则1=n a 。 2、2FSK 信号的频谱特性： 由于相位离散的2FSK 信号可看成是两个2ASK 信号之和，所以，这里可以直接应用2ASK 信号的频谱分析结果，比较方便，即 2FSK 信号带宽为 s s F S K R f f f f f B 2||2||21212+-=+-≈ 式中，s s f R =是基带信号的带宽。 二．2FSK 解调原理： 仿真是基于非相干解调进行的，即不要求载波相位知识的解调和检测方法。 其非相干检测解调框图如下 M 信号非相干检测解调框图 当k=m 时检测器采样值为： 当k ≠m 时在样本和中的信号分量将是0，只要相继频率之间的频率间隔是,就与相移值无关了，于是其余相关器的输出仅有噪声组成。 其中噪声样本{}和{}都是零均值，具有相等的方差 对于平方律检测器而言，即先计算平方包络
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。 图7 解调设计 图8同相分量的正弦形加权函数参数设置
基于simulink的MSK仿真 学院：计算机与通信工程 班级：通信工程 姓名：王帆 学号： 20081619 指导教师：白媛
目录 一、引言 (2) 1.1绪论 (2) 1.2数字调制方式的发展状况 (2) 1.3设计目的及任务要求 (3) 1.4设计的意义 (3) 二、Matlab基础理论 (4) 2.1 MATLAB 简介 (4) 2.2 MATLAB 的特点及优势 (5) 2.3 Simulink简介 (6) 2.4 MATLAB在通信系统仿真中的应用 (6) 2.4.1 通信仿真的概念 (6) 2.4.2 通信仿真的一般步骤 (6) 三、最小频移键控系统的调制模型及仿真环境 (8) 3.1最小频移键控介绍 (8) 3.1.1最小频移键控- MSK系统与信号特征小结 (8) 3.1.2最小频移键控(MSK) (9) 3.1.3 MSK的理论研究及其原理 (10) 3.2 模型设计原理 (14) 四、系统的建立与仿真 (15) 4.1建立模型 (15) 4.2仿真参数设置 (17)
4.3 Scope端的最终波形图 (18) 五、总结与展望 (19) 5.1总结 (19) 5.2展望 (20)
一、引言 1.1 绪论 20 世纪50 年代后期，随着计算机技术、微电子技术、传感技术，激光技术、卫星通信和移动通信技术、航空航天技术等新技术的发展和应用，尤其近代以计算机为主体的互联网技术的兴起和发展，它们相互结合、相互促进，将人类社会推入到高度信息化时代。通信的目的是传输含有信息的消息。消息有多种形式，话音、文字、数据、符号、图像等等都是消息。原始的数据信号有两种基本形式，一种是模拟的，另一种是数字的。模拟数据信号是在某一数值范围内可以连续取值的信号。数字数据信号是只取有限个离散值的数字序列。由于数字数据更便于存储、处理和传输，而模拟数据经过取样、量化和编码，可以转换成数字数据。因此，模拟数据的传输只有在特定条件下才被使用，而数字数据的应用越来越多。信号的调制方式也由模拟方式持续广泛地向数字方式转换。数字调制有三种基本形式:移幅键控法ASK、移频键控法FSK、移相键控法PSK。在ASK 方式下，用载波的两种不同幅度来表示二进制的两种状态。ASK 方式容易受增益变化的影响，是一种低效的调制技术。在电话线路上，通常只能达到1200bps 的速率。在FSK 方式下，用载波频率附近的两种不同频率来表示二进制的两种状态。在电话线路上，使用FSK 可以实现全双工操作，通常可达1200bps的速率。在PSK 方式下，用载波信号相位移动来表示数据。PSK 可以使用二相或多于二相的相移，利用这种技术可对传输速率起到加倍的作用。 在FSK 调制解调器的使用范围较广，目前已经不完全局限在有线网络通信里。它已经延伸到无线电通信，生物医学，机械等领域。FSK 调制解调器的设计的模型简单，设计方式也不仅仅建立在电器元件上，利用软件搭建模型也成为目前很常用的方法。但是在FSK 方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值，在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位通常是不连续的。如果对FSK 信号做某种改进，使其相位始终保持连续，就产生了MSK 信号，MSK 是FSK 的一种特殊情况。MSK 调制后的波形在时域内具有恒定包络结构,在频域内频谱具有很小的旁瓣,主瓣宽度窄,带外辐射小的优点，并且在主瓣带宽之外功率谱旁瓣的下降也更加迅速，从而克服了一般FSK、PSK、QAM 等调制方式具有相位突变而影响已调
重庆交通大学 信息科学与工程学院 课程设计报告 题目MSK调制解调器及同步性能的仿真分析专业 班级 学号 姓名 指导教师 信息科学与技术学院 二〇一四年九月 1
通信工程专业课程设计成绩鉴定表进行时间2013-2014学年下学期第1、2周 成绩鉴定学习内容 （20分） 与教学任务计划结合程度（10分） 与专业培养结合程度（5分） 其它（5分） 过程评价 （20分） 实践能力（10分） 学习态度（5分） 学习纪律（5分） 报告鉴定 （60分） 报告内容与实践过程紧密结合（15分） 报告内容与教学计划内容紧密结合（15分） 报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数30 分) 指导教师姓名吴仕勋职称讲师成绩
摘要 最小频移键控又称快速频移键控，他可以解决OQPsK调制方式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。最小频移键控(MSK)是2FSK 的改进调制方式，它具有波形连续，相位稳定，带宽最小并且严格正交的特点，其改进型GMSK在无线通信GSM系统中得到了广泛地应用。之所以称为最小频移键控，是由于其频移指数=0.5，即他的两个频率差是最小的正交频率差。本文研究了最小频移键控系统MSK调制与解调的工作原理，并给出了基于Matlab软件环境的仿真实现仿真运行结果。 关键词：数字通信；调制；解调；系统仿真
目录 摘要............................................................................................................................................ II 目录........................................................................................................................................... III 第1章绪论.. (1) 1.1 数字通信的发展 (1) 1.2 课题背景及意义 (1) 第2章MSK调制解调原理 (3) 2.1 MSK信号的产生 (3) 2.2 MSK信号调制解调方法 (5) 2.3 msk通信系统调制解调原理框图 (7) 第三章仿真分析 (9) 结论 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)