通信系统课程systemview仿真设计1 (13)

MSK调制与解调

一、实验目的

1、掌握MSK的调制与相干解调的方法

2、熟悉System View仿真软件的使用方法，会使用System View分析解决问题

二、实验仪器

1、计算机

2、System View仿真软件

三、设计内容

（一）、最小频移键控（ MSK）

最小频移键控（Minimum Shift Keying）是二进制连续相位FSK（CPFSK）的一种特例，它能够产生恒定包络、连续相位信号，具有正交信号的最小频率间隔，在相邻码元交界处相位连续。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”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。

1、MSK信号的时域表达式为

ssksskcMSKTktkTkTtTatfAts)1(,)(22cos)(

式中，cf表示载波频率；

A 表示已调信号振幅；

sT表示码元宽度；

ka表示第k个码元中的信息，其取值为1； 12kkkka表示直到sTk)1(时的累积（记忆）相位值。

2、MSK信号具有如下特点：

（1）已调信号的振幅是恒定的；

（2）信号的频率偏移严格地等于)4/(1sT，相应的调制指数2/1h；

（3）以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内准确地线性变化2/；

（4）在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说，信号的波形没有突跳。

3、MSK信号的调制与解调方法：

由于tfttftttfccc2sin)(sin2cos)(cos)](2cos[，故MSK信号也可以看作是由两个彼此正交的载波tfc2cos与tfc2sin分别被函数)(cost与)(sint进行振幅调制而合成的。

已知

）（2mod或0,1,2)(kkkskxaxtTat

因而

kskksxTtatxTttcos)2sin()(sincos)2cos()(cos

故MSK信号可表示为

tfTtxatfTtxAtscskkcskMSK2sin)2sin(cos2cos)2cos(cos)(

ssTktkT)1(

式中，等号后面的第一项是同相分量，也称I分量；第二项是正交分量，也称Q分量。)]2/(cos[sTt和)]2/(sin[sTt称为加权函数（或称调制函数）。kxcos是同相分量的等效数据，kkxacos是正交分量的等效数据，它们都与原始输入数据有确定的关系。令kkkkkQxaIxcos,cos，可得

tTtQtTtIAtscskcskMSKsin)2sin(cos)2cos()(

ssTktkT)1(

式中，ccf2。

根据上式，可构成一种MSK调制器，其方框图如图1-1所示。

差分编码串/并变换延迟振荡相移90º带通滤波器输入sTf41cffkakckQMSK信号kI)2/cos(sTt)2/sin(sTt)2/cos(skTtItTtIcskcos)2/cos()2/sin(skTtQtTtQcsksin)2/sin(sT振荡

图1.1 MSK调制器原理图

由于MSK信号调制指数较小，采用一般鉴频器方式进行解调误码率性能不太好，因此在对误码率有较高要求时大多采用相干解调方式。图1.7是MSK信号相干解调器原理图，其由相干载波提取和相干解调两部分组成。

图1.2 MSK信号相干解调器原理图

（二）、仿真

1、MSK信号的调制 输入的二进制数据序列经过查分编码和串/ 并变换，变成两路速率减半的序列，在经过加权函数输出同相分量Ixt和正交分量Qxt，分别对两个正交的载波进行调制，相减即可得到需要的MSK信号。原理图如图1.1。

根据原理图建立的MSK系统调制SystemView模型如下图所示

图2.1 调制部分SystemView仿真电路图

各图符的设置：

图符编号 库/图符名称 参 数

0 Source Library/PN

Seq Amp=1v,Offset=0v,Rate=19.2e+3Hz,Levels=2,Phase=0deg

1,5 Operator

Library/Sampler Rate=19.2e+3Hz,Aperture=0 sec

3 Logic Library/XOR Gate Delay=0sec, Threshold=500e-3v,True

Output=1v,False Output=-1v

4 Operator

Library/Gain Gain=1, Gain Units=Linear

6,12,13 Operator

Library/Hold Gain=1 , Last Value

7 Operator

Library/Smpl Delay Delay=1 samples, Attribute=Passive, Fill Last Register,

Initial Condition=0v

8,9 Operator

Library/Decimator Decimate By 2

18 Source Amp=1v, Freq=4.8e+3Hz Library/Sinusoid

19 Operator

Library/Delay Interpolating, Delay=52.1e-6 sec

22 Source

Library/Sinusoid

Amp=1v,Freq=76.8e+3Hz

83 Operator

Library/Linear Sys Butterworth Bandpass IIR 3 Poles, Low Fc=67.2e+3Hz,Hi

Fc=86.4e+3Hz

二进制原序列码元信息由图符0产生。其波形可由图符15观察窗进行观察。图符14观察经过差分编码后的波形。图符26观察MSK信号的波形。图符154，158为模拟高斯噪声，加入到图符24，即信道中。

MSK调制部分的仿真波形

图2.1.1原码波形

图2.1.2差分码波形

图2.1.3串/并变换前后波形对比图

图2.1.4I通道加权后波形

图2.1.5 Q通道加权后波形

图2.1.6 I，Q支路已调信号与相加后MSK信号

2、MSK信号的解调

根据原理图SystemView的仿真电路图如图：

图2.2 MSK信号相干解调总仿真电路

由右侧进入两个相乘器的信号正是已调制的MSK信号。

各图符的参数设置如表：

30,31 Comm

Library/Intg-Dmp Continuous, Intg Time=52.1e-6,Offset=0 sec

32,33 Operator Rate=9.6e+3Hz Library/Sampler

34,35 Logic

Library/Buffer Gate Delay=0sec,Threshold=0v,Ture Output=-1v,False

Output=-1v

36,37 Operator

Library/Hold Last Value,Gain=1

38 Logic

Library/SPDT Switch Delay=0sec,Threshold=0v

45 Logic Library/XOR Gate Delay=0sec,Threshold=500e-3v,True Output=1v,False

Output=-1v

46 Operator

Library/Delay Delay=52.1e-6sec

48 Source

Library/Sinusoid Amp=1v,Freq=9.6e+3Hz

143 Operator

Library/Delay Delay=208.4e-6sec

144 Logic

Library/FF-D-1 Gate Delay=0sec,Threshold=0v,True Output=1v,False Output=-1v

145 Source

Library/Pulse Train Amp=1v,Freq=19.2e+3Hz,PulseW=26.0417e-6sec,Offset=-500e-3

148 Comm

Library/Costas VCO Freq=76.8e+3Hz,VCO Phase=0deg,Mod Gain=1Hz/v

153 Comm

Library/Costas VCO Freq=4.8e+3Hz,VCO Phase=0deg,Mod Gain=1Hz/v

由实验电路可以看出，本地载波使用costas提取。已调信号与本地载波相乘后，经积分清洗滤波器滤除高频分量，通过抽样判决恢复出I，Q支路的码元。再经过并串变换恢复出差分码，但因毛刺较多，故加入一个去除毛刺电路恢复出原码。通过图符47观察。

MSK解调部分的仿真波形

图2.2.1 I支路积分清洗前波形

图2.2.2I支路积分清洗后波形

图2.2.3 Q支路积分清洗前波形

图2.2.4 Q支路积分清洗后波形

图2.2.5 判决后I，Q支路波形与I，Q支路原码波形对比图

图2.2.6 I支路延时后信号波形

图2.2.7 并串变换后信号波形

图2.2.8差分译码后波形示意图