MSK调制的理论研究与仿真实现，范助文，张卫东，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
中国科技论文在线 式中,a取值±1 而波形相位为 p(1)=2丌/(t+ 24l+甲k 2.2-7) 对照(2.2-1)式可以看出 q(1)= +φ (2.2-8) 27b 式中q(是时间的连续函数,而MSK木身sk()也是时间的连续函数(包括随机符号转换 的瞬间在内)。这使得信号S(O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,MK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(2.2-7)可得: k +1 H(() do,(t) 由上式可知,MSK在第k个比特区间内:当a=+1时,发送的频率为/2=(+n);当 47 1时,发送的频率则为=(f 由此可得频率间隔2△=(2- 2 其频偏: △f (2.2-10 上式表明了MSK调制中的频移刚好等于码元速率的亠,这是所有MSK具体实现方案中都必 须满足的条件。 对」MSK调制,若载频厂为频偏亼/的整数倍时,MSK是一种正交调制方式。 22.2sK波形相位嘴径 从(22-6)式可以看出,在任何一个码元内,其波形相位总是线性累积±7,因此 码元终止相位与起始相位之差也是±72。这是NSK的一个重要特征。 中国科技论文在线 相位常数φ的选择应保证信号相位在码元转换时刻是连续的,即保持已调信号在 1=7时相位连续,需使 中-1(h7b)=φg(hb) (2.2-11) 将式(2.2-7)代入上式并整理得到相位递归条件(相位约束条件),即 =91+(a (2.2-12) 9k-1+hx..a,≠k-1 上式说明在MK信号中第个码元的相位常数不仅与a(本比特区间的输入)有关, 也与a1(前一个比特区间的输入)及前相位常数1有关。或者说,前后码元之间存在 着相关性。所谓“连续”是指当前所要讨论的码元a范围[hO~(k+1)内,其起始相 位要等于与a相邻的前一个码元1的终止相位(对应于/=kZ时的相位)。对于任何一个 码元来说,它在个码元间隔内,相对于载波相位差虽然只变化士巧,但在这个码元内, 相对」载波相位的时机实际数值确实变化的,这与它前面凵经发送过的码流有关 相对于载波相位来说,由式(2.2-8)可知φ()相位值与时间t之间存在着一定的关系。 qp()称为附加相位函数,它是MSK信号的总相位减去随时间线性增长的载波相位而得到的 剩余相位。(O)的表达式(2.2-8)是一直线方程式,直线的斜率是0,酸距是q 此外,随着k值的不同,a是取值±1的随机数,所以,a1也是分段线性的相位函数 (以码元宽度Z为断)。在任一码元期间,此函数的变化量总是7。当a1=+1时,增人 ;当44=-1时,减小 223〖调制的特点 最小频移键控(MSK)有吋也称做快遠频移键控(FFSK)。这种调制叮以看成是调制指数 为0.5的连续相位二进制频移键控。MSK具有如卜特点: 恒定包络,允许用非线性幅度饱和器件放大 中国科技论文在线 2.连续相位,使得功率谱密度按∫4速率降低。功率谱在主瓣以后哀减得较快。 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,9%的能量集中在1157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0.75厂处,而QPSK的第一个零点出 现在0.5/处。山于信号能量在0.75/之外下降很快,所以典型带宽取0.75厂即可。山于 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 功率谱密度(dB) MSK QPSK -60 (s) T 图2-2功率谱密度 3MSK调制仿真系统的设计 3.1MK调制的原理梱图 实现MSK调制过稈为:先对输入基带信号进行差分编码;再将差分编码输岀数据用串/ 并变换器分成I,Q两路,并相互交错一个码儿宽度;用加权函数cos(πt/2Tb)和sin(π /21b)分别对Ⅰ、Q两路数据加权;对加权后的数据分别进行止交载波调制。 3.1.1〖调制原理图 2TN 数据输入差分 吕并 MSK输出 转换 图3-1MsK请制器原理图 3.12〖解调原理图 中国科技论文在线 MSK使用相干载波最佳接收机解调 国积分清洗判决 MSK输入 干载波 数据翰出 转换 8积分清武一兴 图3-2MSK解调(最佳接收机)原理图 3.2 SYSTEVIET平台上的仿真 3.2.1SYST上的仿捆图 工sK调制 hd□可h 开传换 差分编妈 M哑K调利与解调 置SK解训器 样列郾洗积分 鬥分评码胖转烫圖圊Ⅸ 图3-3仿真框图 3.22实验结果 (1)原码: w4:原28 原8 口,e 1.二 图3-4原码波形 中国科技论文在线 (2)输入差分码: 为使」接收杋的相十解调,在信号被调制以前,用差分编码来克服后面的相位模糊。 贴6:A菱分33 轴人分吗 .- 200. e □口 图3-5输入差分杩波形 (3)输入 w2:I输入收26 图3-6输入波形1 (4)输入: ,e-3 图3-7输入波形2 (5)已调波输出: 中国科技论文在线 ws已调被输出《连续载被】危2 谓梦暂出1连敌)s 图3-8已波输出波形 (6)输出: ⊥H 图3-9输出波形1 (7)输出: WI:u≌t 图3-10输出波形2 (8)解调后差分码 中国科技论文在线 解调后的分吗(41) 都后的分〔11 8口,e-3 后口,e- m 图3-11解调后差分码输出波形 (9)解调输出 w:解调物出(35) 8.已-3 图3-12解调输出波形 3.2.3仿结果分析 在本文的研究过程中,系统功能的实现是分三个阶段来完成的。首先,要单独实现MSK 的数字化调制;其次,是单独实现信号的解调功能;最后,是实现系统的整个功能一一信号 的调制与解调。 1.首先实现的是信号的MSK调制。该实验中我是采用的频率为10HZ的 P seq(伪随机 序列)作为原始的输入信号,它经过差分编码后得到的采样值再经过串并变换器分为两路信 号,并且相互交错一个码元宽度。再分别对两嵱信号进行加杈和正交载波调制,然后相加后 得到调制后的MSK信号。具体图形可参看上图。 2.其次是对已调信号的解调功能。实验中我采用的是相干解调方式,将上面调制后的 信号波形直接作为原始信号,提取载波后经积分清洗,再通过取样判决经由并串变换器输岀 一峰信号,此时可通过差分译码还原出原始信号。具体图形亦可参看上图。 3.最后是整个系统的调制与解调功能的同时实现。将以上的两个分立的模块连接起米, 设定好各项参数,再进行一次全面的仿真实验 中国科技论文在线 4结束语 本文介绍了MSK调制方式的基本原理,并选取了其中的一种调制解调方式作为范例作了 比较深入的研究。本文在基于 SYSTEMVIEW的平台上,对于这种调制解调方式进行了研究和 实验,最终得到了如下结果: 1.实现信号的MSK调制。木文是对一种理想化的信号进行的调制,免除了对」最原始信 号的滤波等步骤。 2.实现了信号的MSK解调。由于解调是对于已调信号而言的,所以本文在调制完成后直 接进行了解调 本论文基于 SYSTEMVIEW软件平台来实现MSK调制与解调的系统,它基本上实现了MSK 的调制与解调的功能。本文采用的方法实际上是一种“软件”调制与解调方法,所以它有很 大的灵活性。它可以在同一个硬件平台上,改变软件中某个参数或是进行软件升级便能够完 成不同的功能。譬如,本论文只要改变采样频率就可以实现不同的数据传输速率 参样文就 1]郭梯云,杨家玮,李建东编著.人民邮电岀版社.数字移动通信系统 2]黄葆华,杨哓静,牟华坦编著.西安电」科技大学出版社.通信原理 ∷]樊昌信,詹道庸編著.国防Ⅰ业岀版社.通信原理 4沈振元,聂志泉,赵雪荷编著.西安电子科技大学出版社.通信系统原坦 5」周廷显编著.哈尔滨工业大学出版社.近代通信技术 6]程佩青编者.清华大学岀版社.数字信号处理教程 冂]李东生编著.高笭教育出版社.HDA仿真与虚拟仪器技术 8]李东生等编著.电子工业出版社. Systemview系统设计及仿真入门与应用