MSK调制解调系统的设计

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1、MSK调制解调系统的设计 摘要 最小频移键控（MSK）是恒定包络调制技术，它具有相位持续、频带运用率高的特点，是在无线通信领域中很有吸引力的数字调制方式，目前在短波、微波和卫星通信中均被采用。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MATLAB软件环境下的程序仿真及simulink下系统的模块搭建实现两种方式的实现。运用m语言进行仿真，重要是根据MSK系统的工作原理绘制出流程图，最后写出程序进行仿真，并给出每一环节的仿真成果图形。运用simulink进行系统的模块搭建，是将系统分为调制与解调两个子模块，再将这两个子模块连接成整体的MSK系统模块进行仿真。最后给出全系统的仿真

2、运营成果及其分析研究成果。核心字MSK； Matlab；Simulink；调制解调Simulation of MSK Modulation and Demodulation System Abstract Minimum Shift Keying (MSK) is a constant envelope modulation techniques, it has a continuous phase, high bandwidth efficiency characteristics, is very attractive in the field of wireless communicat

3、ions, digital modulation, shortwave, microwave and satellite communicationsmedium were used. In this paper, the working principle of minimum shift keying modulation and demodulation, and gives the realization of program simulation and simulink system module in the MATLAB software environment to buil

4、d in two ways. M language simulation, the main draw a flow chart in accordance with the MSK system works, and finally write the program simulation, and gives each step of the simulation results graphics. Use simulink module of the system construction, the two sub-modules of the system is divided int

5、o modulation and demodulation, and then two sub-modules connected into the overall MSK system module for simulation. Finally, the simulation run of the system-wide results and their analysis results. Key wordsMSK; Matlab ;Simulink; Modulation and Demodulation目录引言11 方案的论证与选择31.1 基于SystemView的设计31.2 基

6、于Matlab的设计31.3 基于FPGA的设计31.4 方案选择42 MSK信号调制解调原理52.1 MSK的特点52.2 MSK的调制原理52.3 MSK的解调原理102.4 MSK的性能分析113 基于Matlab的MSK调制解调系统的设计133.1 Matlab中的m语言和Simulink简介133.2 运用m语言设计MSK调制解调系统143.2.1运用m语言设计的流程图143.2.2测试成果及分析153.3运用Simulink设计MSK调制解调系统183.3.1 Simulink MSK调制模块设计183.3.2 Simulink MSK解调模块设计193.3.3 测试波形分析21结

7、束语25道谢26参照文献27附录A 英文文献原文28附录B 英文文献译文38附录C m程序49引言随着经济的发展，人们对通信系统的需求越来越来高。通信系统也由本来的单一对点传播。逐渐发展成大容量高速的网络通信体制。通信系统的增多，通信的频率资源就显得相对紧张，如何能在既有的频率资源的条件下实现大容量的通信是目前通信考虑的重要问题。根据通信系统的基点，人们在实践中相继研发出诸多种通信的调制方式，重要有：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)等。从频谱的运用率上人们又研究出MSK、GMSK等频谱运用率较高的调制方式。在数字通信、网络、视频和图像解决领域，MSK已经成为高性能数字

8、信号解决系统的核心元件。MSK是一种在无线移动通信中很有吸引力的数字调制方式，它具有如下两种重要的特点：1信号能量的99.5%被限制在数据传播速率的1.5倍的带宽内。谱密度随频率（远离信号带宽中心）倒数的四次幂而下降，而一般的离散相位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。这正是限带工作状况下所但愿有的珍贵特点。2信号包络是恒定的，系统可以使用便宜高效的非线性器件。无线通信技术的迅猛发展对数据传播速率、传播效率和频带运用率提出了更高的规定。选择高效可行的调制解调手段,对提高信号的有效性和可靠性起着至关重要的作用。因此具有频带运用率高,在相似误比特率下所

9、需的信噪比比较低,电路构造比较简的MSK技术已经广泛应用到现代通信领域。调制是移动通信系统中提高通信质量的一项核心技术，调制是为了使信号特性与信道特性相匹配。现代移动通信系统大多数使用的是数字调制技术，这重要是由于数字通信网建网灵活，并且数字加密技术便于集成化。因此，通信系统都在由模拟方式向数字方式转换，这也是移动通信的发展趋势。但是，一般的数字调制技术，如振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）等都无法满足移动通信的规定。因此，寻找性能优越的高效调制方式以适应现代移动通信的规定，始终是重要的研究课题。MSK调制的浮现，是为了获取更好的通信质量。当信道中存在非线性的问题和带宽

10、限制时，幅度变化的数字信号通过信道会使己滤除的带外频率分量恢复，发生频谱扩呈现象，同步还要满足频率资源限制的规定。因此，对己调信号有两点规定，一是规定包络恒定；二是具有最小功率谱占用率。因此，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核心在于相位变化的持续性，从而减少频率占用。近年来新发展起来的技术重要分两大类：一是持续相位调制技术（CPFSK），在码元转换期间无相位突变，如MSK，GMSK等；二是有关相移键控技术（CORPSK），运用部分响应技术，对传播数据先进行相位编码，再进行调相（或调频）。MSK是Doelz和Heald在她们的一项专利中提出的一

11、种信号的调制方式。1972年，DeBuda觉得MSK就是一种特殊的CPFSK调制方式，通过一段时间的发展，MSK被觉得是正弦加权的OQPSK的形式。1977年，Amoroso and Kivett通过一系列的变化把MSK简化成了SMSK。目前，MSK在实际的通信系统中已经得到了广泛的应用。例如，SMSK已应用在美国航空和宇宙航行局的高档通信卫星上，GMSK已经应用于欧洲GSM通信系统中。对MSK的功率谱进行仿真,从成果看,MSK调制方式并不合用于数字移动通信,需对其进行改善.由此,产生了高斯最小频移键控(GMSK)调制方式,从仿真成果来看,其性能大大改善.目前,GMSK调制方式广泛用于GSM,

12、对不同参数的GMSK调制的功率谱进行仿真,可得到一种较好的GMSK调制方式,对GMSK在实际中的应用进行了有益的理论指引。最小移频键控(MSK)是移频键控(FSK)的一种改善型。在FSK方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一种固定值。 在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位一般是不持续的。MSK是对FSK信号作某种改善，使其相位始终保持持续不变的一种调制信号。MSK调制指数为05，包络恒定、相位持续、频带运用率高、功率谱紧凑，且频谱滚降快，产生带外干扰小抗干扰性能好，因此在军用和民用通信领域中均获得了广泛的应用。用数字基带信号去控制可变分频器的分频比来变化输出载波频率，使输出信号频率发生变化的同

13、步，相位保持持续，从而实现MSK调制。本次毕业设计采用MATLB的函数编程和Simulink两种措施对MSK调制解调系统进行设计，并通过测试分析MSK的调制解调原理以及MSK的基本特点。由于MSK为模拟信号，因此，需对正弦信号采样再通过数/模变换得到所需的MSK信号。通过运用数字基带信号去控制可变分频器的分频比来变化输出载波频率，使输出信号频率发生变化的同步，相位保持持续，从而实现MSK调制。1 方案的论证与选择1.1 基于SystemView的设计SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。它界面和谐，使用以便。使用它，顾客可以

14、用图符（Token）去描述自己的系统，无需与复杂的程序语言打交道，不用写代码即可完毕多种系统的设计与仿真。运用SystemView，可以构造多种复杂的模拟、数字、数模混合系统和多种多速率系统，它可用于多种线性或非线性控制系统的设计和仿真。顾客在进行系统设计时，只需从SystemView配备的图符库中调出有关图符，进行各个图符的参数设立和互相间的连线，即可进行仿真操作，给出分析成果。SystemView提供功能强大的分析计算器，以根据顾客的需要对成果进行多种分析，对系统设计和修改十分有利。在系统设计和仿真分析方面，SystemView还提供了一种真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。此外，分析

15、窗中还带有一种功能强大的“接受计算器”，可以完毕对仿真运营成果的多种运算、频谱分析、滤波。1.2 基于Matlab的设计Matlab是一种使用简便的、特别合用于科学研究和工程计算的高档语言，与其她计算机语言相比。它的特点是简洁和智能化，具有极高的编程和调试效率。应用Matlab语言开发通信信号源模拟系统是高效实用的。基于Matlab语言的多功能通信信号源仿真系统重要由信号的输入模块，调制模块，源噪声模块，以及频谱分析等模块构成，不仅可以产生模拟调制数字载波调制两大类通信信号，还可以计算信号的特性参数，进行相应的时域和频域分析，并在给定信噪比的状况下仿真考虑噪声后总信号的时频信息。此外，亦从宏观

16、上简介了此通信信号源，给出了它的实际应用。应用Matlab语言开发的一种高效通信信号源模拟仿真系统在现代通信技术中是很故意义和实用价值的课题。Matlab (Matrix Laboratory)为美国Mathworks公司1983年初次推出的一套高性能的数值分析和计算软件，其功能不断扩大，版本不断升级，1992年推出划时代的4.0版，1993年推出了可以配合Microsoft Windous使用的微机版，95年4.2版，97年5.0版，99年5.3版，5.X版无论是界面还是内容均有长足的进展，其协助信息采用超文本格式和PDF格式，可以以便的浏览。至6月推出6.1版，6月推出6.5版，继而推出6

17、.5.1版, 7月Matlab7和Simulink6.0被推出，目前的最新版本为7.1版。 Matlab将矩阵运算、数值分析、图形解决、编程技术结合在一起，为顾客提供了一种强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具，它还提供了专业水平的符号计算、文字解决、可视化建模仿真和实时控制等功能，是具有所有语言功能和特性的新一代软件开发平台。 Matlab 已发展成为适合众多学科，多种工作平台、功能强大的大型软件。在欧美等国家的高校，Matlab已成为线性代数、自动控制理论、数理记录、数字信号解决、时间序列分析、动态系统仿真等高档课程的基本教学工具。成为攻读学位的本科、研究生、博士生必须掌握的基本技

18、能。在设计研究单位和工业开发部门，Matlab被广泛的应用于研究和解决多种具体问题。在中国，Matlab也已日益受到注重，短时间内就将盛行起来，由于无论哪个学科或工程领域都可以从Matlab中找到合适的功能。1.3 基于FPGA的设计Quartus 是Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，在Quartus 上可以完毕设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与构造无关的设计环境，是设计者能以便地进行设计输入、迅速解决和器件编程。其时序仿真就是接近真实器件运营特性的仿真，仿真文献中已涉及了器件硬件特性参数，因而，仿真精度高。但时序仿真的仿真文献必须来自

19、针对具体器件的综合器和适配器。综合后所得的EDIF等网表文献一般作为FPGA适配器的输入文献，产生的仿真文献中涉及了精确的硬件延迟信息。a. 基于Simulink的MSK模型的仿真b. 将模型文献转化为VHDL语言文献c. 验证VHDL代码d. 在FPGA器件中实现MSK信号 要解决的核心问题：a. 在MATLAB/simulink中将模型文献转化为VHDL语言文献b. 在Quartus II中如何测试，调节MSK信号c. 根据MSK信号的解调算法搭建模型并且仿真实现1.4 方案选择本文基于软件仿真实现MSK系统调制解调，SystemView和Matlab这两个软件都能针对通信系统做出相应的模

20、型，而基于FPGA的仿真某些模块需要通过编写VHDL语言实现某些模块，故实现比较麻烦。SystemView是基于Windows环境下运营的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它功能模块使用(Token)描述程序。它软件的界面比较和谐，图符和持续都是彩色的，视觉效果好，并且都可以根据个人喜好进行调节，工具栏的快捷键布局合理，其中图符库与模块幅员在同一窗口内，这给操作带来了便利。相比之下，Simulink的界面设计偏向简洁，模块图都是黑色框图，连线也是单一黑色。Simulink的模块浏览器是独立的，但它的功能更强大。波及额领域比SystemView广。简洁风格的好处在于：当仿真的系统偏大，模块较多时

21、，视觉上不会觉得繁杂，有助于整个仿真系统的检查。并且Simulink的协助文档的长处是无论在哪个模块哪个窗口点击协助。立即浮现的是有关模块、窗El的协助。这对使用者，特别足初学者是说相称以便的。因此，从协助文档的易用性角度来看，Simulink相称杰出。Simulink是涉及在Matlab之中的仿真工具，而Matlab自身具有强大的编程仿真功能Simulink与Matlab、CC+语青、DSP以及与硬件工作环境等都可以以便地实现。就此而言，SystemView与Simulink足无法比拟的。所觉得了能更清晰地理解MSK系统，本文采用Matlab语言编程和Simulink实现MSK系统。2 MS

22、K信号调制解调原理2.1 MSK的特点 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，重要是环绕着充足的节省频谱和高效率地运用可用频带这个中心而展开的。随着通信容量的迅速增长，致使射屡屡谱非常拥挤，这就规定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奉献。这是由于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。为了适应此类信

23、道的特点，必须设法寻找某些新的调制方式，规定它所产生的己调信号，通过发端带限后，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。为了适应此类信道的特性，已调信号须有如下两个特点:包络恒定或包络起伏很小由于信道中具有非线性的输入输出特性，因此已调波包络不能起伏，即不能用包络来携带信息，需要采用频移键控(FSK)或相移键控(PSK)来传递信息。具有最小功率谱占用率已调波要具有迅速高频滚降的频谱特性，规定旁瓣必须很小，这种信号通过带限滤波之后，只要让主瓣无失真通过，由于旁瓣功率很小，因此滤波器的输出信号(即非线性器件的输入信号)的包络起伏就会很小，大大减小了AM/PM效应，继而

24、频谱扩展的现象也会随之而减小。由于已调波具有迅速高频滚降的频谱特性，使信号能量大部分集中在一定的带宽内，因此提高了频带的运用率。 根据这些规定，人们在实践中发明了各式各样的调制方式，我们称之为现代恒包络数字调制技术。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核心在于相位变化的持续性。MSK(最小频移键控)是移频键控FSK的一种改善形式。在二进制FSK方式中载波频率随着调制信号“1”或“0”而变，其相位一般是不持续的。所谓MSK方式，就是FSK信号的相位始终保持持续变化的一种特殊方式。可以当作是调制指数为0. 5的一种CPFSK信号。MSK是一种在无线移

25、动通信中很有吸引力的数字调制方式，由于它有如下两种重要的特点:信号能量的99. 5%被限制在数据传播速率的1. 5倍的带宽内。谱密度随频率(远离信号带宽中心)倒数的四次幂而下降，而一般的离散相位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。这正是限带工作状况下所但愿有的珍贵特点。信号包络是恒定的，系统可以使用便宜高效的非线性器件。从相位途径的角度来看，MSK属于线性持续相位途径数字调制，是持续相位频移键控(CPFSK)的一种特殊状况，有时也叫做最小频移键控(MSK )。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

26、)获得正交的调制信号。2.2 MSK的调制原理最小移频键控又称迅速移频键控(FFSK)。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“迅速”指的是对于给定的频带，它能比PSK传送更高的比特速率。二进制MSK信号的体现式可写为； （2-1)或者这里， （2-2)式中- 载波角频率;- 码元宽度;（在程序中用Tb来表达）- 第k个码元中的信息，其取值为;（在程序中相应a里面的内容）- 第k个码元的相位常数，它在时间中保持不变。由式可见，当时，信号的频率为 （2-3)当时，信号的频率为 (2-4)由此可得频率间隔为 (2-5) (2-6)MSK信号与一般2FSK信号的差别在于:选

27、择两个传信频率与，使这两个频率的信号在一种码元期间的相位积累严格的相差。由图1.1MSK的波形可以看出，“+”信号与“-”信号在一种码元期间正好相差一半周期。下面来阐明MSK信号的频率间隔是如何拟定的。若初始相位为零，则取值为0或。由式(1)可推出其正交体现式为：MSK信号的频率间隔对于一般移频键控(2FSK),两个信号波形具有如下的有关系数 （2-7)式中，是载波频率。MSK是一种正交调制，其信号波形的有关系数等于零。因此，对于MSK信号来说，式(2-7)应为零，也就是上式右边两项均应为零。第一项等于零的条件是( 令等于其最小值1,则 (2-8)这正是MSK信号所规定的频率间隔。第二项等于零

28、的条件是 ，即 (2-9)这阐明，MSK信号在每一码元周期内，必须涉及四分之一载波周期的整倍数。由此可得 (2-10)相应地 (2-11) (2-12)图2.1中的信号波形是，的特殊状况。相位常数的选择应保证信号相位在码元转换时刻是持续的。根据这一规定，由式(2-2)可以导出如下的相位递归条件，或者称为相位约束条件，即 (2-13)上式表白，MSK信号在第k个码元的相位常数不仅与目前的有关，并且与前面的及相位常数有关。或者说，前后码元之间存在有关性。对于相干解调来说，的起始参照值可以假定为零，因此，从式(2-13)可以得到式(2-2)中的称为附加相位函数，它是MSK信号的总相位减去随时间线性增

29、长的载波相位而得到的剩余相位。式(1-2)是始终线方程式，其斜率为，截距是。此外，由于的取值为，故是分段线性的相位函数(以码元宽度为段)。在任一种码元期间内，的变化量总是。当时，增大;当时，减小。 (a)附加相位函数 (b)附加相位途径网络图2.1 附加相位函数及附加相位途径网络图2.1(a)是针对一特定数据序列画出的附加相位轨迹;图2.1(b)表达的是附加相位途径的网格图，它是附加相位函数由零开始也许经历的所有途径。表2.1中给出了与之间关系的一种例子。表2.1 相位常数与的关系K1234561-1-11110-2-2-2(模2)0000由于，因此MSK信号也可以看作是由两个彼此正交的载波与

30、分别被函数与进行振幅调制而合成的。已知，,因而 (2-16) (2-17) 故MSK信号可表达为 （2-18)式中，等号右边的第一项是同相分量，也称为I分量;第二项是正交分量，也称为Q分量。 和称为加权函数(或称调制函数)。是同相分量的等效数据，是正交分量的等效数据，它们都与原始输入数据有拟定的关系。令，代入式(2-18)可得 (2-19)根据上式，可构成一种MSK调制器，其方框图如图2.2所示。图2.2 MSK调制器的方框图MSK信号的产生环节：l 先对输入数据进行差分编码，这是收端相干载波解调的需要。 l 把差分编码器的输出用串/并变换器合成两路，并互相错开一种码元宽度，得到和。 l 用加

31、权函数和分别对和进行加权。 l 最后，对加权数据用正交载波和分别进行调制，并相加，相加之后的信号通过低通滤波器后即可得到MSK信号。 2.3 MSK的解调原理MSK信号的解调与FSK信号相似，可以采用相干解调，也可以采用非相干解调。图2.3给出了一种采用延时判决的相干解调原理方框图。有关相干解调的原理与2FSK信号时没有什么区别。这里，重点讨论延时判决法的原理。下面举例阐明在时间内判决出一种码元信息的基本原理。图2.3 MSK信号相干解调原理方框图设时间内，则MSK的的变化规律可用图2.1表达，在时刻，的也许相位为0、。现如果把这时的接受信号与相干载波相乘，则相乘输出为 (2-20)滤掉高频分

32、量，可得 (2-21)我们可知:如果经抽样判决后为正极性，则可断定数字信息不是“11”就是“10”,于是可鉴定第一种比特为“1”，而第二个比特等下一次再作决定。这里，运用了第二个码元提供的条件，因此判决的第一种码元所含信息的的对的性就有所提高。这就是延时判决法的基本含义。输入MSK信号同步与两路的相应相干载波相乘，并分别进行积分判决。这里的积分判决是交替工作的，每次积分时间为。如果一积分在进行，则另一积分在进行，两者相差。2.4 MSK的性能分析功率谱：MSK信号的时域体现式:； （2-22)MSK信号的功率谱密度可表达为 (2-23)其归一化功率谱密度如图2.5所示。与2PSK相比较可以看出

33、:l MSK信号的功率谱更快凑，并且它的第一种零点是在处，而2PSK的第一种零点是在处。这表白MSK信号功率谱的主瓣所占的频带宽度比2PSK信号窄;在主瓣带宽之外，功率谱旁瓣的下降也更迅速。即MSK信号的功率重要涉及在主瓣之内。因此，MSK信号比较适合在窄带信道中传播，对邻道的干扰也较小。l 由于MSK信号占用带宽窄，故MSK信号的抗干扰性能要优于2PSK。这就是目前广泛采用MSK调制的因素。图2.5 MSK与2PSK信号的归一化功率谱然而，在某些通信场合，如移动通信中，对信号带外辐射功率的限制十分严格，规定对邻近信道的衰减达70dB80dB以上。因此，近来对MSK信号作些改善，如改善两正交支

34、路的加权函数，称为“高斯最小频移键控”GMSK调制措施等。误码率性能：2PSK信号和QPSK信号的误码率性能相似，由于可以把QPSK信号看作是两路正交的2PSK信号，在作相干接受时这两路信号是不有关的。OQPSK信号只是将这两路信号偏置了，因此其误比特率也和前两种信号的相似。目前的MSK信号是用极性相反的半个正（余）弦波形去调制两个正交的载波。因此，当用匹配滤波器分别接受每个正交分量，MSK信号的误比特率和2PSK,QPSK及OQPSK等的性能同样。但是，若把它当作FSK信号用相干解调法在每个码元持续时间Ts内解调，则其性能将比2PSK信号的性能差3dB。3 MSK调制解调系统的Matlab仿

35、真3.1 Matlab中 Simulink及m语言的简朴简介在MATLAB通信工具箱中有SLMULINK仿真模块和MATLAB函数，形成一种运算函数和仿真模块的集合体，用来进行通信领域的研究、开发、系统设计和仿真。通信工具箱中的模块可供直接使用，并容许修改，使用起来十分以便，因而完全可以满足使用者设计和运算的需要。 MATLAB通信工具箱中的系统仿真，分为用SIMULINK模块框图进行仿真和用MATLAB函数进行的仿真两种。在用SIMULINK模块框图的仿真中，每个模块，在每个时间步长上执行一次，就是说，所有的模块在每个时间步长上同步执行。这种仿真被称为时间流的仿真。而在用MATLAB函数的仿

36、真中，函数按照数据流的顺序依次执行，意味着所解决的数据，一方面要通过一种运算阶段，然后再激活下一种阶段，这种仿真被称为数据流仿真。某些特定的应用会规定采用两种仿真方式中的一种，但无论是哪种，仿真的成果是相似并且很以便。近几年来，在学术界和工业领域，Simulink已经成为动态系统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之一。Simulink可以很以便地创立和维护一种完整地模块，评估不同地算法和构造，并验证系统的性能。由于Simulink是采用模块组合方式来建模，从而可以使得顾客可以迅速、精确地创立动态系统的计算机仿真模型，特别是对复杂的不拟定非线性系统，更为以便。Simulink模型可以用来模拟线性

37、和非线性、持续和离散或者两者的混合系统，也就是说它可以用来模拟几乎所有也许遇到动态系统。此外Simulink还提供一套图形动画的解决措施，使顾客可以以便的观测到仿真的整个过程。Simulink没有单独的语言，但是它提供了S函数规则。所谓的S函数可以是一种M函数文献、FORTRAN程序、C或C+语言程序等,通过特殊的语法规则使之可以被Simulink模型或模块调用。S函数使Simulink更加充实、完备，具有更强的解决能力6。同Matlab同样，Simulink也不是封闭的,她容许顾客可以很以便的定制自己的模块和模块库。同步Simulink也同样有比较完整的协助系统，使顾客可以随时找到相应模块的

38、阐明，便于应用。综上所述，Simulink就是一种开放性的，用来模拟线性或非线性的以及持续或离散的或者两者混合的动态系统的强有力的系统级仿真工具。目前，随着软件的升级换代，在软硬件的接口方面有了长足的进步，使用Simulink可以很以便地进行实时的信号控制和解决、信息通信以及DSP的解决。世界上许多出名的大公司已经使用Simulink作为她们产品设计和开发的强有力工具。Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具， 是一种基于Matlab的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一种软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号解决的建模和仿真中。Simulink可

39、以用持续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创立动态系统模型，Simulink提供了一种建立模型方块图的图形顾客接口(GUI) ，这个创立过程只需单击和拖动鼠标操作就能完毕，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，并且顾客可以立即看到系统的仿真成果。 Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对多种时变系统，涉及通讯、控制、信号解决、视频解决和图像解决系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。构架在Simulink基本之上的其

40、她产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与Matlab® 紧密集成，可以直接访问Matlab大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批解决脚本的创立、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。3.2运用m语言设计MSK调制解调系统3.2.1运用m语言设计的流程图结束正极性为“1”抽样判决负极性为“0”加法器相加载波提取加法器相加，并用低通滤波器滤波同相分量的等效数据正交分量的等效数据用对进行加权用对进行加权用正交载波进行调制用正交载波进行调制对输入的数据进行差分编码串并转换开始产生随机输入的序列乘法器相乘图3

41、.1软件设计流程图3.2.2测试成果及分析Matlab强大之处在于它可以用编程语言绘制想要模拟的系统最后输出的图形，通过Matlab编程MSK系统，可以得到各环节的图形，编写MSK系统的Matlab语言见附录，接下来就对程序运营后的图形进行分析阐明。如下图所示：原信号为1 0 0 0 0 1 1 0 1 1，其中高电平用“1”表达，低电平“0”表达。从图3.1可以看出数字信号经差分编码后的波形，差分编码的规则是:可以看出参照位为1，运用上式，可以得到差分编码信号为0 0 0 0 0 1 0 0 1 0。再通过串并转换得到同相信号和正交信号，这两路信号，每个码元宽度是串并变换之前信号宽度的2倍。

42、图3.2图3.3 Icos(wct)cos(wt)和Qsin(wct)sin(wt)这两路信号分别是同相分量和正交分量乘以载波后的波形，这两个波形在信号幅值变换时均有明显的波形相位变化，变动相位。当两者相加后就构成了相位持续的MSK信号。即： 第三个图就是MSK信号波形图，可以看出其相位持续，波形疏密和FSK相似。其中密集的代表“1”，稀疏的代表“0”。由其波形图可看出，它所携带的信号为1 0 0 0 0 1 1 0 1 1，和原信号一致。图3.3下图所示为：加噪对信号有一定的干扰，会影响信号的波形。即：MSK信号通过信道传播后，有噪声的干扰。如下图加噪后再通过带通滤波器得到MSK信号dm，噪

43、声频谱宽，信号只有一定的频谱，进过带通滤波器后，带外噪声被滤除，只剩带内的噪声对信号导致影响。同步为了改善信号传播可靠性，可以将信号乘以一高频载波，这样可以抵御低频干扰，在接受端再乘以该载波就可恢复原信号。ds1波形和ds2波形分别乘以载波，由于载波频率比较高，可以通过低通滤波器滤除载波保存解调后的同相和正交分量。得到的是幅值不是严格一致的s11和s22波形。想得到原波形，还需进行抽样鉴定。图3.4图3.5下图3.6可以看出程序编写的带通滤波器和低通滤波器，带通参数为150350和-150-350。低通参数为0200和-2000。前两图为其的频谱图，可以看出，MSK具有最小功率谱占用率。sa和

44、sb为还原出的同相分量和正交分量，由于存在噪声，与本来的有一定差别。从图3.7可以看出，调制和解调信号大体相称，由于程序中MSK信号是加了噪声的，故存在一定的错误，统过计算MSK错误概率为:2.0202%。图3.6图3.7图3.8看出MSK信号与FSK信号十分相似。但有其独特的特点，即：信号能量的99. 5%被限制在数据传播速率的1. 5倍的带宽内。信号包络是恒定的，系统可以使用便宜高效的非线性器件。其相位始终保持持续不变的一种调制信号。图3.83.3 运用Simulink设计MSK调制解调系统3.3.1 Simulink MSK调制模块在调制模块中运用随机序列产生调制信号，通过增益变化，变化

45、原始信号的极性，由单极性变化为双极性。串并变换采用采样保持措施实现，后级电路采用正交调制法。最后将同相分量和正交叠加构成MSK信号。图3.9 产生MSK信号的Simulink模型3.3.2 Simulink MSK解调模块 解调模块先运用相干载波解调措施再通过低通滤波器得出两路信号，然后通过抽样判决电路得出信号图3.10 MSK信号过零比较解调的Simulink模型抽样判决类似过零比较电路。等效框图如下。图3.11 抽样判决解调但通过仿真得出成果，是在波形上有一定的延迟，但解调信号值没错，可见过零比较可以作为一种可选的解调方式。Simulink MSK模型参数设立（图号根据模型图中图号为准）R

46、andom Integer Generor 为随机序列产生模块，用来产生随机序列调制信号。采用二进制信号，采用频率为1ms。Gain 为增益模块，变化原始信号的极性，由单极性变化为双极性。采用频率为1ms。Constant 为生成一种常量值的模块。Pulse Generator 为生成有规则的脉冲模块。Sum 为加法器模块。Sample & Hold 为采样模块。Transport Delay 为定值的延迟模块。Sine Wave 为波形产生模块。Product 为乘法器模块。Analog Filter Design 为滤波器设计模块。Switch 为输入选择模块。Scope 为示波器模块。M

47、SK的仿真模型用I-Q正交形式实现了MSK信号的调制。受限由随机整数发生器产生随机的0，1序列，然后进行差分编码，并转换为-1，+1的序列，接着通过串/并转换为I、Q两路信号，其中Q路信号要通过额外的Tb时间的延迟。然后I、Q两路分别经行正交幅度调制，最后两路信号相加，即得到MSK信号。仿真中随机0、1序列的发生周期为1ms。差分编码由一种异或模块和一种延迟模块构成。串/并转换由四个模块构成，其中缓存器模块（Buffer）将串行单比特数据流缓冲成两个比特一组，缓存器模块的输出是基于帧的数据流。接着通过一种帧状态转换模块将基于帧的数据流转换为采样的数据流，取消每一组的两个比特分别分派到I、Q两路

48、。调制模块的最后部分是正交幅度调制部分，对于I路，前一种正弦波模块产生余弦波，而对于Q路，前一种正弦波模块产生正弦波，比仿真中的信号延迟了3Tb，因此在这两个正弦波模块中要各自增长3/2的相位延迟，I、Q两路的后一种正弦波模块产生载波信号，仿真中设定载波频率为2kHz。最后将两路信号相加得已调MSK信号。3.3.3 测试波形分析图3.12是通过串并变换之后形成的波形。即：同相信号和正交信号。当两个信号叠加一起的时候就形成了MSK信号。图3.12图3.13为加载波后的同相分量与正交分量。呈现一定的规律，但有一种特点就是相位存在突变。图3.13图3.14为调制信号与MSK信号，可以看出通过载波调制

49、后的MSK信号，在频率变换上与FSK相似，但相位持续。这就是MSK的特点。图3.14图3.15为解调同相分量与解调正交分量，可以看出解调后波形通过低通滤波器呈现模拟状态，且幅值持续变换，故后级模块需要进行抽样判决，并且进行过零比较，如下图模块所示。图3.15 通过滤波器的信号图3.16为抽样判决模块，脉冲信号由模块Pulse generator2产生，去对输入信号通过Sample and Hold4进行采样，然后由开关电路模块Switch3，完毕判决。这里阐明一下，这里判决有点类似过零比较法，意思就是当采样输入不小于等于零是判为1，其他判为0。根据实验仿真，这种鉴定成果错误码率至少。下面两图为

50、采样（图3.17）和判决后的图（图3.18）。图3.16 抽样判决模块由于现实中加了噪声干扰，因此要进行抽样判决，才干得到本来的波形，如下图所示抽样信号图3.17和判决信号图3.18图3.17 抽样信号图3.18 判决信号下图为调制与解调信号，在比较的过程中由于整个系统存在延迟，故为了便于比较观测期间，在Scope前加一延迟模块，得到同步的波形，一目了然。有图可以看到调制和解调信号大体相称，由于模块中加了噪声，因此存在一定的错误。 图3.19 调制信号与解调信号的对比结束语3月，我开始了我的毕业论文工作，到目前位置论文基本完毕。从开始的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程

51、难以用语言来体现。历经了几种月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。1在实现MSK调制时，采用正交调制，其重要的难点在于串并变换模型的设计，在Simulink中采用采样电路，采样脉冲时间取决于随机序列的码元宽度。其中，随机信号产生信号不同，后级电路作相应的变化，例如Simulink随机序列产生的是单极性信号，后级电路就采用增益放大叠加常量的措施构建双极性信号。背面的调制方式两个软件实现的模型方式基本相似。在MSK解调时，难点有三个：对于信号的滤波，本次设计都是信号乘以载波和同相分量及正交分量的加权函数，然后再运用低通滤波器，滤除高频分量，就会得到一种在幅值范畴和调制同相分量和解调分量类

52、似的波形，是一曲线。因此合理的设计滤波器的性能，就关系到信号的解调性能，由于矩形函数的频率范畴广，但其有一种特点就是，频率越高，其幅值越小对信号影响小，故重要的是载波的二倍频，设计滤波器时，其最大应低于载波的二倍频，最小不小于信号码元宽度的倒数。16采样保持和判决电路，在Simulink中实现过程复杂，顺便阐明一下，Simulink的解调方式可以称为过零检测法。3同样的最后一种难点和调制时相相应，并串变换也是解调的一种难点，其解决措施类似于调制，这里就不再赘述。 道谢在论文完毕之际，我要特别感谢我的指引教师XX教师的热情关怀和悉心指引。在我做毕业设计的整个过程中，XX教师倾注了大量的心血和汗水

53、，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究措施以及成文定稿方面，我都得到了XX教师悉心细致的教导和无私的协助，特别是她广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我很受感动，在此对XX教师表达我深深的谢意。在这期间我学习和掌握了使用MATLAB的工具箱Simulink对数字通信系统的仿真。回忆起这期间的经历，感慨万千。毕业设计是对大学四年所学的知识的一次总结、一次检查。同步也是锻炼和进一步提高自己自学能力的一次珍贵机会。在论文的写作过程中，也得到了许多同窗的珍贵建议，同步还得到许多在设计过程中许多同窗的支持和协助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关怀、支持

54、、协助过我的良师益友。 道谢人： 参照文献1郭梯云,杨家玮,李建东编著. 数字移动通信系统M.人民邮电出版社,40-100. 2黄葆华,杨晓静,牟华坤编著. 通信原理M.西安电子科技大学出版社. ,100-156. 3樊昌信,詹道庸编著. 通信原理M.国防工业出版社. ,120-210. 4沈振元,聂志泉,赵雪荷编著. 通信系统原理M. 西安电子科技大学出版社. ,90-150. 5周廷显编著. 近代通信技术M.哈尔滨工业大学出版社. ,35-80. 7李东生编著. EDA 仿真与虚拟仪器技术M.高等教育出版社. ,24-68.8李东生编著. Systemview 系统设计及仿真入门与应用M.

55、电子工业出版社. .9Duan Jihai.Modeling and Designing Based on CPLD/FPGA for Digital Communication SystemsM .10Zheng Songhui.A New Method for Digital Modulation-Minimum Frequency Shift Keying (MSK)M .11青松,程岱松,武建华.数字通信系统的SystemView仿真与分析M 电子工业出版社. ,30-76.12杨守良.基于FPGA的最小移频键控调制器的设计与实现J -重庆文理学院学报(自然科学版) (1).13陈石平

56、,段吉海,李全.基于数字MSK调制的通信系统设计与实现J-微计算机信息 (9).14晁冰,李东生,雍爱霞.最小频移键控系统实现技术的仿真研究J-计算机仿真,20(11).15郑松惠.一种新的数字调制措施-最小移频键控调制(MSK)J-大众科技(4).16魏瑞.基于Matlab的MSK仿真与实现J-科技信息（学术版）(32).17谈欣.基于DSP的基带MSK信号的调制解调C18丛海林.基于DSP的全数字MSK调制解调系统C.附录A 英文文献原文Transmission Wideband FM Modulator msk 1200 MX589 GMSK 0.3 GMSKFred Kostedt,

57、Engineer for MX-COM.James C. Kemerling, Engineer for MX-COM.IntroductionThe proliferation of computers in todays society has increased the demand for transmission of data over wireless links. Binary data, composed of sharp one to zero and zero to one transitions, results in a spectrum rich in harmon

58、ic content that is not well suited to RF transmission. Hence, the field of digital modulation has been flourishing. Recent standards such as Cellular Digital Packet Data (CDPD) and Mobitex*specify Gaussian filtered Minimum Shift Keying (GMSK) for their modulation method.GMSK is a simple yet effectiv

59、e approach to digital modulation for wireless data transmission. To provide a good understanding of GMSK, we will review the basics of MSK and GMSK, as well as how GMSK is implemented in CDPD and Mobitex systems.GMSK modems reduce system complexity, and in turn lower system cost. There are, however,

60、 some important implementation details to be considered. This paper will cover some of these details, focusing on interfacing a single chip baseband modem to the IF/RF section of a typical FM radio topology.BackgroundIf we look at a Fourier series expansion of a data signal we see harmonics extending to infinity. When these harmonics are summed, they give the data signal its sharp transitions. Hence, an unfiltered NRZ data stream used to modul