成绩评定表
课程设计任务书
摘要
无线电通信的发展，开辟了电子技术的新纪元，然而随之而来的是新的技术难题：在无限的广域空间里传输信息，如何尽量的避免外来噪声对于原始信息的干扰，如何才能更安全，更快速，更准确的传递信息？调制技术，特别是数字调制方式的出现大大改善了无线通信的质量。本文主要研究的对象就是最小频移键控（MSK），是在MATLAB软件平台对MSK的调制过程进行仿真实验，通过观察其调制前后的波形变化，进而对于MSK 有一个更深层次的了解。
关键词：仿真实验；数字调制；最小频移键控（MSK）。
目录
1 课程设计目的 (1)
2 课程设计要求 (1)
3 相关知识 (1)
4 课程设计分析 (4)
5 仿真 (5)
6 结果分析 (7)
7 参考文献 (12)
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（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。
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f c是f2和f1的算术平均值，即:
式中，频率f
2代表所传输数字序列{a
k
}中符号“1”，f
1
代表符号“－1”。（实际上
传输数字序列{a
k
}中符号“1”和“－1”，相当于二进制数据中的“1”和“0”，如图2－1）。
这样CPFSK信号用以下形式区分符号“1”和“－1”：
式中，?k是t=kT b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=kT
b
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，a
k
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s msk(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s msk(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a
k =+1时，发送的频率为f
2
=(f
c
+1/4T
b
);
当a
k =-1时，发送的频率则为f
2
=(f
c
-1/4T
b
)。由此可得频率间隔2Δ
f=(f
2-f
1
)=1/2T
b
。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/T
b
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0.75f
s
处，而
QPSK的第一个零点出现在0.5f
s 处。由于信号能量在0.75f
s
之外下降很快，所以典
型带宽取0.75f
s
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。
4.1MSK调制原理图
图4-1 MSK 调制器原理图
5.仿真
仿真采用Matlab软件实现，在有噪声和无噪声两种情况下产生MSK调制信号和功率谱，并通过图形分析得到MSK调制的相关结论
此次仿真通过编写子程序来测试MSK调制，码元个数为300，码元速率为300，载波速率为1200。调制的子程序如下：
function [signal_out,I_out,Q_out]=mod_msk(data,data_len,sample_number,Rb) global data_len
global sample_number
global Rb
Tb = 1/Rb;
fs = Rb*sample_number;
% %差分编码
[data_diff]=difference(data);
%串并转换
I(1) = 1;
for i = 1:2:length(data_diff)
Q(i)= data_diff(i);
Q(i+1)= data_diff(i);
end
for i = 2:2:data_len
I(i+1)= data_diff(i);
I(i)= data_diff(i);
end
for i = 1:sample_number
I1(i:sample_number:data_len*sample_number) = I(1:data_len);
Q1(i:sample_number:data_len*sample_number) = Q(1:data_len); end
t=1/fs:1/fs:data_len*Tb;
w1=cos(pi*t/2/Tb);
w2=sin(pi*t/2/Tb);
%乘加权函数
I_out=I1.*w1;
Q_out=Q1.*w2;
%调制信号产生
signal_out = I_out+Q_out;
%调制信号频谱
signal_out_fft=periodogram(signal_out);
%plot
figure(1);
plot(data,'.-');title('MSK传输的数据');xlabel('时间');ylabel('幅度') figure(2);
plot(data_diff,'.-');title('差分编码输出');xlabel('时间');ylabel('幅度') figure(3);
plot(I1,'.-');title('加权前I路');xlabel('时间');ylabel('幅度')
figure(4);
plot(Q1,'.-');title('加权前Q 路');xlabel('时间');ylabel('幅度') figure(5);
plot( I_out,'.-');title('I 路输出');xlabel('时间');ylabel('幅度') figure(6);
plot(Q_out,'.-');title('Q 路输出');xlabel('时间');ylabel('幅度') figure(7);
plot(signal_out,'.-');title('调制信号输出');xlabel('时间');ylabel('幅度') figure(8);
plot(signal_out_fft,'.-');title('调制信号频谱');xlabel('时间');ylabel('幅度') % figure(8);
% plot(signal_out_fft,'-');title('加权函数cos(πt/(2Tb))');xlabel('时');ylabel('幅度'); % figure(6);% plot(t,w2,'-');title('加权函数sin(πt/(2Tb))');xlabel('时间');ylabel('幅度');
6.结果分析
通过理论与编程实践，我完成了这次设计的任务，其运行结果如图所示： MSK 传输的数据：
MSK 传输的数据
时间
幅度
图6-1 MSK 传输的数据
MSK 差分编码输出：
差分编码输出
时间
幅度
图6-2 MSK 差分编码输出
加权前I 路输出：
加权前I 路
时间
幅度
图6-3 加权前I 路输出
加权前Q 路输出：
加权前Q 路
时间
幅度
图6-4 加权前Q 输出
加权后I 路输出：
I 路输出
时间
幅度
图6-5 加权后I 路输出
加权后Q 路输出：
Q 路输出
时间
幅度
图6-6 加权后Q 路输出
加噪时的调制信号输出
05001000
150020002500
调制信号输出
时间
幅度
图6-7 加噪时的调制信号输出
时间
幅度
图6-8 加噪时的调制信号功率谱输出
未加噪时调制信号输出：
时间
幅度
图6-9 未加噪时调制信号输出
调制信号频谱
时间
幅度
图6-10 未加噪时调制信号功率谱输出
通过图形分析我们知道MSK 有如下特征： （1）MSK 信号时恒包络信号；
（2）在码元转换时刻，信号的相位是连续的，以载波相位为基准的信号相位在一个码元周期内线性地变化pi/2;
（3）在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波周期的整数倍，信号的频率偏移为1/4Ts,相应的调制实数为h=0.5
7.参考文献
[1] 樊昌信，曹丽娜.通信原理:第六版.国防工业出版社，2011.8 [2] 乐正友，杨为理.程控数字交换机硬件软件及应用.北京：清华大学出版社，
1991
[2] 朱世华.程控数字交换原理及应用.西安：西安交通大学出版社，1993
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
JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 通信原理课程设计报告 课程设计题目：基于SystemView的MSK系统的仿真实现班级： 学号： 姓名： 指导教师姓名： 设计地点： 2015年9月13日
通信电子线路实验与设计报告 目录 序言 (2) 第1章软件简介 (3) 第2章工作原理 (6) 第3章MSK调制的仿真 (8) 3.1仿真的方案与原理 (8) 3.1.1系统参数 (8) 3.2建模的思想 (8) 3.3仿真的框图 (8) 3.4仿真结果分析 (10) 3.4.1差分编码电路 (10) 3.4.2串并/交换电路 (11) 3.4.3加权调制 (12) 3.4.4正交载波调制 (13) 参考文件 (16) 体会与建议 (17) 附录 (18)
通信电子线路实验与设计报告 序言 随着数字通信技术的日益发展和广泛应用，数字调制技术作为这个领域中极为重要的一个方面得到了迅速发展。特别是今年来随着远距离数字通信的发展，系统中出现了新的问题——信道中同时存在着带限与线性的特性。在这种信道条件下，传统的数字调制方式则面临这一场新的挑战。为了适应这类信道的特性，又发展起来了一种新的数字调制方式技术——现代恒定包络数字调制技术。 人类社会是建立在信息交流基础上的，通信是推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力，特别是当今信息社会，通信更是整个社会的高级“神经中枢”。而通信系统的质量在很大程度上依赖与所采用的调制方式。现代恒定包络数字调制技术的发展过程，就是已调波的相位路径不断得到改进与完善的过程。因为一个已调波的频谱特性与其相 位路径有着紧密的联系（ () d t dt θ ω=）。为了控制已调波的频谱特性，则必须控制它的相 位路径。首先出现的是二相移相键控（BPSK），继而，为了提高信道频带利用率，又在它的基础上提出了四相移相键控（QPSK）。这两种调制方式所产生的已调波，在码元转换时刻上都可能产生180o相位突跳，使得功率谱高频滚降缓慢，带外辐射大。为了消除180o相位突跳，在QPSK基础上又提出了交错正交移相键控（OQPSK），它虽然克服了180o 相位突跳的问题，但是，在码元转换时刻上仍可能有90o的相位突跳，同样使的功率谱高频不能很快地滚降，为了彻底解决相位突跳的问题，人们很自然地会想到相邻码元间的相位变化不应该瞬时地突变，而应该在一个码元时间内逐渐累积来完成，从而保持码元转换时刻相位联系，于是又提出了最小移频键控（MSK）。本文将在讨论MSK信号的基础上，研究其调制的理论基础，并提出调制的实现方案，最终用SystemView仿真软件对其进行仿真，进而证明MSK调制技术的优越性。
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 。
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调制解调实现
4.2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
科技信息博士·专家论坛引言 最小移频键控（M S K）是二进制连续相位F S K的一种特殊 形式。最小移频键控又称快速移频键控（FF S K）。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;而“快速”指的 是对于给定的频带，它能比P S K传送更高的比特速率。M S K信 号具有恒定包络，在码元转换时刻相位保持连续，以载波为基 准的信号相位在一个码元期间内线性地变换，信号功率谱具有 在主瓣以外衰减较快，带外辐射小等特点，是适合在窄带信道 传输的一种调制方式。 1最小频移键控(MS K)调制解调原理 M S K调制信号表达式 S M S K(t)=A[αI(t)cos(πt 2T b )c o s w c t-αQ(t)s i n(πt 2T b )s i n w c t]（1） 由式（1）看出，M S K信号可采取正交调制的方法产生。当两 支路码元互相偏离T b时，恰好使cos(πt b )和s i n(πt b )错开1/4 周期，这保证了M S K信号相位的连续性。与产生过程相对应，M S K信号可采取正交相干解调的方法恢复原信息码。 2仿真 基于M A T LAB的M S K调制和解调仿真模型图如图1所示： 图1M S K调制和解调仿真模型图 模型中S u b sys te m子系统模块的内部结构如图2所示： 图2S u b sys te m的内部结构图 信号源（S c o p e模块）的仿真结果如图3所示： 图3信号源（S c o p e模块） 调制波形（S c o p e1模块）的仿真结果如图4所示： 图4调制波形（S c o p e1模块） 调解调波形（S c o p e2模块）的仿真结果如图5所示： 图5解调波形（S c o p e2模块） 3结束语 本文叙述了M S K调制和解调原理，通过M a t l a b实现了M S K调制和解调仿真。从仿真效果上看，M S K利用其正交信号的最小频差，在相邻符号交界处相位保持连续性，根本上解决了包络起伏问题，达到了预期的效果。 参考文献 ［1］孙屹，李妍.MAT L A B通信仿真开发手册［M］.国防工业工业出版社，2006.5. ［2］樊昌信等.通信原理［M］.北京：国防工业出版社，2001. ［3］曹志刚等.现代通信原理［M］.北京：清华大学出版社，1992. ［4］刘卫国,陈昭平.MAT L A B程序设计与应用［M］.北京:高等教育出版社,2001. ［5］李贺冰，袁杰萍，孔俊霞.Si mul i nk通信仿真教程［M］.国防工业出版社，2005.1. ［6］翁剑枫,叶志前.MAT L A B L abVI E W S y st e mV i e w仿真分析基础［M］.机械工业出版社，2003. 基于Matlab的M S K仿真与实现 陕西理工学院电信工程系魏瑞 ［摘要］最小频移键控(MS K)是恒定包络调制技术，它具有相位连续、频带利用率高的特点，在无线通信系统中得到 了广泛地应用。本文研究了最小频移键控系统调制与解调的工作原理，并给出了基于M a t lab软件环境的仿真实现以 及最后得到的全系统的仿真运行结果。 ［关键词］MS K M a t lab 仿真 385 ——
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
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。
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：
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
基于MATLAB的MSK系统的仿真研究 姓名牛爱 专业通信工程 学院信息工程学院 学号 1005140123 指导教师李春晖 二Ｏ一三年三月二十五日
目录 1.绪论 (1) 1.1概述 (1) 1.2数字调制方式的发展状况 (1) 2 .MSK理论研究 (2) 2.1MSK基本原理和特点 (2) 2.1.1MSK的基本原理 (2) 2.1.2MSK的特点 (4) 2.2MSK调制原理 (4) 3.基于MATLAB的MSK系统原理仿真 (5) 3.1MSK系统仿真模型 (5) 3.2仿真结果及相应的分析 (6) 3.2.1误码率分析 (6) 3.2.2MSK功率谱密度分析 (7) 3.2.3MSK系统眼图分析 (7) 4.总结 (9) 5.参考文献 (10)
基于MATLAB的MSK系统的仿真研究 摘要：当今社会已经步入了信息时代，在各种信息技术中，信息的传输和通信起着支撑作用。对于信息的传输，数字通信已成为重要的手段。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，于是，数字调制就成了人们研究的重点，常用的数字调制有：移幅键控(ASK)调制、移频键控(FSK)调制和移相键控(PSK)调制。最小移频键控(MSK)是移频键控(FSK)的一种改进型,MSK调制是一种性能比较优良的新颖的数字调制，它以独特的性能吸引着工程设计人员，正在不断地被应用于各类通信系统中，成为非线性数字无线电通信系统使用的最有效的调制方式之一。本文采用理论研究和实验分析相结合的方法，系统介绍MSK调制解调原理及其特点，并通过使用Matlab的Simulink仿真模块对其进行仿真，同时简介MSK调制解调的应用及研究发展前景。 关键词：MSK；MATLAB；Simulink; 仿真分析；调制解调； 1 绪论 1.1 概述 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[1]。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[2]。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[3]。 1.2 数字调制方式的发展状况 众所周知，一个通信系统的质量，在很大程度上依赖于所采用的调制方式[4]。调制是为了使信号特性与信道特性相匹配，因此调制方式的选择是由系统中的信道特性决定的。随着大容量下，远距离数字通信的发展，譬如卫星数字通信、数字微波接力通信、卫