完整版MSK调制仿真.docx
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完整版MSK调制仿真
成绩评定表
学生姓名
***
班级学号
090*****
专业
电子信息工程
课程设计题目
MSK调制仿真
评
语
组长签字:
成绩
日期
2012年7月1日
课程设计任务书
学院
信息科学与工程
专业
电子信息工程
学生姓名
***
班级学号
090*******
课程设计题目
MSK调制仿真
实践教学要求与任务:
利用MATLAB/Simulink进行编程和仿真,仿真的内容可以是关于信源、信源编码、模拟调制、数子调制、多兀调制、差错控制、多址技术、信道仿真及具体通信电路的仿真实现。
也可以用MATLAB编程对通信的
某一具体环节进行仿真。
工作计划与进度安排:
2012年06月25日选题目查阅资料
2012年06月26日编写软件源程序或建立仿真模块图
2012年06月27日调试程序或仿真模型
2012年06月28日性能分析及验收
2012年06月29日撰写课程设计报告、答辩
指导教师:
2012年6月21日
专业负责人:
2012年6月21日
学院教学副院长:
2012年6月21日
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MATLA软件平台对MS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。
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^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MSKE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勺相关结论。
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。
MSI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。
3.2MSK的基本概念
若CPFSK信号表示为:
s(r)=Accos[2fcr+(z)'
式中相位?
(t)是时间t的连续函数,标称载频fC是f2和fl的算术平均值,即:
XM+Z>
式中,频率f2代表所传输数字序列{ak}中符号“1”,fl代表符号“—1”。
(实际上传输数字序列{ak}中符号“T和“一1”,相当于二进制数据中的“1”和“0”,如图2—1)。
-1
图卜2数字产列与二进制藪据
这样CPFS信号用以下形式区分符号“1”和“—1”:
心爲需:
冰育阳
式中,?
k>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:
考虑2取值和调制指数h,可把
(1)式统一表达式如下:
j(r)=4cos(2^//+ 当 (2)式中的h=0.5时,就得到了MS信号的数学表达式: 71 %©二&cos(2^//+—「…kTb<^ 2厶 式中,ak取值土1。 而波形相位为: _'……⑶ 可以看出: 卩(子)=——"才产+申盘 式中? (t)是时间的连续函数,而MS本身Smsk(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Smsk(t)的谱密度随频率(远离信号带宽中心)倒数的四次幕而下降,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: 2乙 由上式可知,MS在第k个比特区间内: ak=+1时,发送的频率为f2=(fc+1/4Tb); 当ak=-1时,发送的频率则为f2=(fc-1/4Tb)。 由此可得频率间隔2△f=(f2-fi)=1/2Tb。 其频偏: f 1 4」 T 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MS调制,若载频fc为频偏△f的整数倍时,MSI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/Tb的带宽内,从而可允许带通滤波器带 宽较窄。 与QPS相比,MS具有较宽的主瓣,其第一个零点出现在0.75fs处,而QPS的第一个零点出现在0.5fs处。 由于信号能量在0.75fs之外下降很快,所以典型带宽取0.75fs即可。 由于上述特点及恒定包络特点,MS信号在幅度和频率受 限时能量损失不大。 功率嘈密度 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(nt/2Tb)和sin(nt/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 皤906 图4-1MSK调制器原理图 5伤真 仿真采用Matlab软件实现,在有噪声和无噪声两种情况下产生MSKM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MSKM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,l_out,Q_out]=mod_msk(data,data_len,sample_number,Rb)globaldata_len globalsample_number globalRb Tb=1/Rb; fs=Rb*sample_number; %%差分编码 [data_diff]=difference(data); %串并转换 I (1)=1; fori=1: 2: length(data_diff) Q(i)=data_diff(i); Q(i+1)=data_diff(i); end fori=2: 2: data_len l(i+1)=data_diff(i);l(i)=data_diff(i); endfori=1: sample_number I1(i: sample_number: data_len*sample_number)=l(1: data_len); Q1(i: sample_number: data_len*sample_number)=Q(1: data_len);endt=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=l1.*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(l_out,'.-');title('l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(nt/(2Tb))');xlabe时');ylabel('幅度'); %figure(6);%plot(t,w2,'-');title('加权函数sin(nt/(2Tb))');xlabe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专输的数据: MSK传输的数据 图6-1MSK传输的数据 MSK差分编码输出: 差分编码输出 图6-2MSK差分编码输出 加权前I路输出: 加权前I路 图6-3加权前I路输出 加权前Q路输出: 加权前Q路 时间 图6-4加权前Q输出 加权后I路输出: 度幅 I路输出 时间 图6-5加权后I路输出 加权后Q路输出: Q路输岀 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 500 1000 1500 2000 2500 时间 皿MOMillIjl 图6-6加权后Q路输出 加噪时的调制信号输出 度幅 调制信号输出 05001000150020002500 时间 图6-7加噪时的调制信号输出 加噪时的调制信号功率谱输出 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: 1000 1500 2000 时间 2500 图6-9未加噪时调制信号输出 未加噪时调制信号功率谱输出: 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言号时恒包络信号; (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
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