MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[摘要]最小頻移鍵控（MSK）是恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，它含有相位連續(xù)、頻帶利用率高特點(diǎn)，是在無線通信領(lǐng)域中很有吸引力數(shù)字調(diào)制方法，現(xiàn)在在短波、微波和衛(wèi)星通信中均被采取。本文研究了最小頻移鍵控系統(tǒng)調(diào)制和解調(diào)工作原理，并給出了基于MATLAB軟件環(huán)境下程序仿真及simulink下系統(tǒng)模塊搭建實(shí)現(xiàn)兩種方法實(shí)現(xiàn)。利用m語言進(jìn)行仿真，關(guān)鍵是依據(jù)MSK系統(tǒng)工作原理繪制出步驟圖，最終寫出程序進(jìn)行仿真，并給出每一步驟仿真結(jié)果圖形。利用simulink進(jìn)行系統(tǒng)模塊搭建，是將系統(tǒng)分為調(diào)制和解調(diào)兩個(gè)子模塊，再將這兩個(gè)子模塊連接成整體MSK系統(tǒng)模塊進(jìn)行仿真。最終給出全系統(tǒng)仿真運(yùn)行結(jié)果及其分析研究結(jié)果。[關(guān)鍵字]MSK；Matlab；Simulink；調(diào)制解調(diào)SimulationofMSKModulationandDemodulationSystem[Abstract]MinimumShiftKeying(MSK)isaconstantenvelopemodulationtechniques,ithasacontinuousphase,highbandwidthefficiencycharacteristics,isveryattractiveinthefieldofwirelesscommunications,digitalmodulation,shortwave,microwaveandsatellitecommunicationsmediumwereused.Inthispaper,theworkingprincipleofminimumshiftkeyingmodulationanddemodulation,andgivestherealizationofprogramsimulationandsimulinksystemmoduleintheMATLABsoftwareenvironmenttobuildintwoways.Mlanguagesimulation,themaindrawaflowchartinaccordancewiththeMSKsystemworks,andfinallywritetheprogramsimulation,andgiveseachstepofthesimulationresultsgraphics.Usesimulinkmoduleofthesystemconstruction,thetwosub-modulesofthesystemisdividedintomodulationanddemodulation,andthentwosub-modulesconnectedintotheoverallMSKsystemmoduleforsimulation.Finally,thesimulationrunofthesystem-wideresultsandtheiranalysisresults.[Keywords]MSK;Matlab;Simulink;ModulationandDemodulation目錄引言 11方案論證和選擇 31.1基于SystemView設(shè)計(jì) 31.2基于Matlab設(shè)計(jì) 31.3基于FPGA設(shè)計(jì) 31.4方案選擇 42MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理 52.1MSK特點(diǎn) 52.2MSK調(diào)制原理 52.3MSK解調(diào)原理 102.4MSK性能分析 113基于MatlabMSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 133.1Matlab中m語言和Simulink介紹 133.2利用m語言設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) 143.2.1利用m語言設(shè)計(jì)步驟圖 143.2.2測試結(jié)果及分析 153.3 利用Simulink設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) 183.3.1SimulinkMSK調(diào)制模塊設(shè)計(jì) 183.3.2SimulinkMSK解調(diào)模塊設(shè)計(jì) 193.3.3測試波形分析 21結(jié)束語 25致謝 26參考文件 27附錄A英文文件原文 28附錄B英文文件譯文 38附錄Cm程序 49引言伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大家對通信系統(tǒng)需求越來越來高。通信系統(tǒng)也由原來單一對點(diǎn)傳輸。逐步發(fā)展成大容量高速網(wǎng)絡(luò)通信體制。通信系統(tǒng)增多，通信頻率資源就顯得相對擔(dān)心，怎樣能在現(xiàn)有頻率資源條件下實(shí)現(xiàn)大容量通信是現(xiàn)在通信考慮關(guān)鍵問題。依據(jù)通信系統(tǒng)基點(diǎn)，大家在實(shí)踐中相繼研發(fā)出很多個(gè)通信調(diào)制方法，關(guān)鍵有：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)等。從頻譜利用率上大家又研究出MSK、GMSK等頻譜利用率較高調(diào)制方法。在數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)、視頻和圖像處理領(lǐng)域，MSK已經(jīng)成為高性能數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)關(guān)鍵元件。MSK是一個(gè)在無線移動(dòng)通信中很有吸引力數(shù)字調(diào)制方法，它含有以下兩種關(guān)鍵特點(diǎn)：1．信號(hào)能量99.5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率1.5倍帶寬內(nèi)。譜密度隨頻率（遠(yuǎn)離信號(hào)帶寬中心）倒數(shù)四次冪而下降，而通常離散相位FSK信號(hào)譜密度卻隨頻率倒數(shù)平方下降。所以，MSK信號(hào)在帶外產(chǎn)生干擾很小。這正是限帶工作情況下所期望有寶貴特點(diǎn)。2．信號(hào)包絡(luò)是恒定，系統(tǒng)能夠使用廉價(jià)高效非線性器件。無線通信技術(shù)迅猛發(fā)展對數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸效率和頻帶利用率提出了更高要求。選擇高效可行調(diào)制解調(diào)手段,對提升信號(hào)有效性和可靠性起著至關(guān)關(guān)鍵作用。所以含有頻帶利用率高,在相同誤比特率下所需信噪比比較低,電路結(jié)構(gòu)比較簡MSK技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代通信領(lǐng)域。調(diào)制是移動(dòng)通信系統(tǒng)中提升通信質(zhì)量一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，調(diào)制是為了使信號(hào)特征和信道特征相匹配。現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)大多數(shù)使用是數(shù)字調(diào)制技術(shù)，這關(guān)鍵是因?yàn)閿?shù)字通信網(wǎng)建網(wǎng)靈活，而且數(shù)字加密技術(shù)便于集成化。所以，通信系統(tǒng)全部在由模擬方法向數(shù)字方法轉(zhuǎn)換，這也是移動(dòng)通信發(fā)展趨勢。不過，通常數(shù)字調(diào)制技術(shù)，如振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）等全部無法滿足移動(dòng)通信要求。所以，尋求性能優(yōu)越高效調(diào)制方法以適應(yīng)該代移動(dòng)通信要求，一直是關(guān)鍵研究課題。MSK調(diào)制出現(xiàn)，是為了獲取愈加好通信質(zhì)量。當(dāng)信道中存在非線性問題和帶寬限制時(shí)，幅度改變數(shù)字信號(hào)經(jīng)過信道會(huì)使己濾除帶外頻率分量恢復(fù)，發(fā)生頻譜擴(kuò)展現(xiàn)象，同時(shí)還要滿足頻率資源限制要求。所以，對己調(diào)信號(hào)有兩點(diǎn)要求，一是要求包絡(luò)恒定；二是含有最小功率譜占用率。所以，現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)發(fā)展方向是最小功率譜擁有率恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)關(guān)鍵在于相位改變連續(xù)性，從而降低頻率占用。多年來新發(fā)展起來技術(shù)關(guān)鍵分兩大類：一是連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)（CPFSK），在碼元轉(zhuǎn)換期間無相位突變，如MSK，GMSK等；二是相關(guān)相移鍵控技術(shù)（COR－PSK），利用部分響應(yīng)技術(shù)，對傳輸數(shù)據(jù)優(yōu)異行相位編碼，再進(jìn)行調(diào)相（或調(diào)頻）。MSK是Doelz和Heald在她們一項(xiàng)專利中提出一個(gè)信號(hào)調(diào)制方法。1972年，DeBuda認(rèn)為MSK就是一個(gè)特殊CPFSK調(diào)制方法，經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)展，MSK被認(rèn)為是正弦加權(quán)OQPSK形式。1977年，AmorosoandKivett經(jīng)過一系列改變把MSK簡化成了SMSK。現(xiàn)在，MSK在實(shí)際通信系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。比如，SMSK已應(yīng)用在美國航空和宇宙航行局高級(jí)通信衛(wèi)星上，GMSK已經(jīng)應(yīng)用于歐洲GSM通信系統(tǒng)中。對MSK功率譜進(jìn)行仿真,從結(jié)果看,MSK調(diào)制方法并不適適用于數(shù)字移動(dòng)通信,需對其進(jìn)行改善.由此,產(chǎn)生了高斯最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制方法,從仿真結(jié)果來看,其性能大大改善.現(xiàn)在,GMSK調(diào)制方法廣泛用于GSM,對不一樣參數(shù)GMSK調(diào)制功率譜進(jìn)行仿真,可得到一個(gè)很好GMSK調(diào)制方法,對GMSK在實(shí)際中應(yīng)用進(jìn)行了有益理論指導(dǎo)。最小移頻鍵控(MSK)是移頻鍵控(FSK)一個(gè)改善型。在FSK方法中，相鄰碼元頻率不變或跳變一個(gè)固定值。在兩個(gè)相鄰頻率跳變碼元之間，其相位通常是不連續(xù)。MSK是對FSK信號(hào)作某種改善，使其相位一直保持連續(xù)不變一個(gè)調(diào)制信號(hào)。MSK調(diào)制指數(shù)為0．5，包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、頻帶利用率高、功率譜緊湊，且頻譜滾降快，產(chǎn)生帶外干擾小．抗干擾性能好，所以在軍用和民用通信領(lǐng)域中均取得了廣泛應(yīng)用。用數(shù)字基帶信號(hào)去控制可變分頻器分頻比來改變輸出載波頻率，使輸出信號(hào)頻率發(fā)生改變同時(shí)，相位保持連續(xù)，從而實(shí)現(xiàn)MSK調(diào)制。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)采取MATLB函數(shù)編程和Simulink兩種方法對MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并經(jīng)過測試分析MSK調(diào)制解調(diào)原理和MSK基礎(chǔ)特點(diǎn)。因?yàn)镸SK為模擬信號(hào)，所以，需對正弦信號(hào)采樣再經(jīng)過數(shù)/模變換得到所需MSK信號(hào)。經(jīng)過利用數(shù)字基帶信號(hào)去控制可變分頻器分頻比來改變輸出載波頻率，使輸出信號(hào)頻率發(fā)生改變同時(shí)，相位保持連續(xù)，從而實(shí)現(xiàn)MSK調(diào)制。1方案論證和選擇1.1基于SystemView設(shè)計(jì)SystemView是美國ELANIX企業(yè)推出，基于Windows環(huán)境用于系統(tǒng)仿真分析可視化軟件工具。它界面友好，使用方便。使用它，用戶能夠用圖符（Token）去描述自己系統(tǒng)，無需和復(fù)雜程序語言打交道，不用寫代碼即可完成多種系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。利用SystemView，能夠結(jié)構(gòu)多種復(fù)雜模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)和多種多速率系統(tǒng)，它可用于多種線性或非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從SystemView配置圖符庫中調(diào)出相關(guān)圖符，進(jìn)行各個(gè)圖符參數(shù)設(shè)置和相互間連線，即可進(jìn)行仿真操作，給出分析結(jié)果。SystemView提供功效強(qiáng)大分析計(jì)算器，以依據(jù)用戶需要對結(jié)果進(jìn)行多種分析，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)和修改十分有利。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析方面，SystemView還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活窗口用以檢驗(yàn)、分析系統(tǒng)波形。另外，分析窗中還帶有一個(gè)功效強(qiáng)大“接收計(jì)算器”，能夠完成對仿真運(yùn)行結(jié)果多種運(yùn)算、頻譜分析、濾波。1.2基于Matlab設(shè)計(jì)Matlab是一個(gè)使用簡便、尤其適適用于科學(xué)研究和工程計(jì)算高級(jí)語言，和其它計(jì)算機(jī)語言相比。它特點(diǎn)是簡練和智能化，含有極高編程和調(diào)試效率。應(yīng)用Matlab語言開發(fā)通信信號(hào)源模擬系統(tǒng)是高效實(shí)用。基于Matlab語言多功效通信信號(hào)源仿真系統(tǒng)關(guān)鍵由信號(hào)輸入模塊，調(diào)制模塊，源噪聲模塊，和頻譜分析等模塊組成，不僅能夠產(chǎn)生模擬調(diào)制數(shù)字載波調(diào)制兩大類通信信號(hào)，還能夠計(jì)算信號(hào)特征參數(shù)，進(jìn)行對應(yīng)時(shí)域和頻域分析，并在給定信噪比情況下仿真考慮噪聲后總信號(hào)時(shí)頻信息。另外，亦從宏觀上介紹了此通信信號(hào)源，給出了它實(shí)際應(yīng)用。應(yīng)用Matlab語言開發(fā)一個(gè)高效通信信號(hào)源模擬仿真系統(tǒng)在現(xiàn)代通信技術(shù)中是很有意義和實(shí)用價(jià)值課題。Matlab(MatrixLaboratory)為美國Mathworks企業(yè)1983年首次推出一套高性能數(shù)值分析和計(jì)算軟件，其功效不停擴(kuò)充，版本不停升級(jí)，1992年推出劃時(shí)代4.0版，1993年推出了能夠配合MicrosoftWindous使用微機(jī)版，95年4.2版，97年5.0版，99年5.3版，5.X版不管是界面還是內(nèi)容全部有長足進(jìn)展，其幫助信息采取超文本格式和PDF格式，能夠方便瀏覽。至6月推出6.1版，6月推出6.5版，繼而推出6.5.1版,7月Matlab7和Simulink6.0被推出，現(xiàn)在最新版本為7.1版。

Matlab將矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術(shù)結(jié)合在一起，為用戶提供了一個(gè)強(qiáng)有力科學(xué)及工程問題分析計(jì)算和程序設(shè)計(jì)工具，它還提供了專業(yè)水平符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模擬真和實(shí)時(shí)控制等功效，是含有全部語言功效和特征新一代軟件開發(fā)平臺(tái)。

Matlab已發(fā)展成為適合眾多學(xué)科，多個(gè)工作平臺(tái)、功效強(qiáng)大大型軟件。在歐美等國家高校，Matlab已成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程基礎(chǔ)教學(xué)工具。成為攻讀學(xué)位本科、碩士、博士生必需掌握基礎(chǔ)技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)開發(fā)部門，Matlab被廣泛應(yīng)用于研究和處理多種具體問題。在中國，Matlab也已日益受到重視，短時(shí)間內(nèi)就將盛行起來，因?yàn)椴还苣膫€(gè)學(xué)科或工程領(lǐng)域全部能夠從Matlab中找到適宜功效。1.3基于FPGA設(shè)計(jì)QuartusⅡ是Altera企業(yè)提供FPGA/CPLD開發(fā)集成環(huán)境，在QuartusⅡ上能夠完成設(shè)計(jì)輸入、元件適配、時(shí)序仿真和功效仿真、編程下載整個(gè)步驟，它提供了一個(gè)和結(jié)構(gòu)無關(guān)設(shè)計(jì)環(huán)境，是設(shè)計(jì)者能方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入、快速處理和器件編程。其時(shí)序仿真就是靠近真實(shí)器件運(yùn)行特征仿真，仿真文件中已包含了器件硬件特征參數(shù)，所以，仿真精度高。但時(shí)序仿真仿真文件必需來自針對具體器件綜合器和適配器。綜合后所得EDIF等網(wǎng)表文件通常作為FPGA適配器輸入文件，產(chǎn)生仿真文件中包含了正確硬件延遲信息。基于SimulinkMSK模型仿真將模型文件轉(zhuǎn)化為VHDL語言文件驗(yàn)證VHDL代碼在FPGA器件中實(shí)現(xiàn)MSK信號(hào)要處理關(guān)鍵問題：在MATLAB/simulink中將模型文件轉(zhuǎn)化為VHDL語言文件在QuartusII中怎樣測試，調(diào)整MSK信號(hào)依據(jù)MSK信號(hào)解調(diào)算法搭建模型而且仿真實(shí)現(xiàn)1.4方案選擇①本文基于軟件仿真實(shí)現(xiàn)MSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)，SystemView和Matlab這兩個(gè)軟件全部能針對通信系統(tǒng)做出對應(yīng)模型，而基于FPGA仿真部分模塊需要經(jīng)過編寫VHDL語言實(shí)現(xiàn)部分模塊，故實(shí)現(xiàn)比較麻煩。②SystemView是基于Windows環(huán)境下運(yùn)行用于系統(tǒng)仿真分析可視化軟件工具，它功效模塊使用(Token)描述程序。它軟件界面比較友好，圖符和連續(xù)全部是彩色，視覺效果好，而且全部能夠依據(jù)個(gè)人喜好進(jìn)行調(diào)整，工具欄快捷鍵布局合理，其中圖符庫和模塊版圖在同一窗口內(nèi)，這給操作帶來了便利。相比之下，Simulink界面設(shè)計(jì)偏向簡練，模塊圖全部是黑色框圖，連線也是單一黑色。Simulink模塊瀏覽器是獨(dú)立，但它功效更強(qiáng)大。包含額領(lǐng)域比SystemView廣。簡練風(fēng)格好處于于：當(dāng)仿真系統(tǒng)偏大，模塊較多時(shí)，視覺上不會(huì)認(rèn)為繁雜，有利于整個(gè)仿真系統(tǒng)檢驗(yàn)。而且Simulink幫助文檔優(yōu)點(diǎn)是不管在哪個(gè)模塊哪個(gè)窗口點(diǎn)擊幫助。立即出現(xiàn)是相關(guān)模塊、窗El幫助。這對使用者，尤其足初學(xué)者是說相當(dāng)方便。所以，從幫助文檔易用性角度來看，Simulink相當(dāng)出色。Simulink是包含在Matlab之中仿真工具，而Matlab本身含有強(qiáng)大編程仿真功效Simulink和Matlab、C／C++語青、DSP和和硬件工作環(huán)境等全部能夠方便地實(shí)現(xiàn)。就此而言，SystemView和Simulink足無法比擬。所以為了能更清楚地了解MSK系統(tǒng)，本文采取Matlab語言編程和Simulink實(shí)現(xiàn)MSK系統(tǒng)。2MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理2.1MSK特點(diǎn)MSK是數(shù)字調(diào)制技術(shù)一個(gè)。數(shù)字調(diào)制是數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為和信道特征相匹配波形過程。調(diào)制過程就是輸入數(shù)據(jù)控制(鍵控)載波幅度、頻率和相位。MSK屬于恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)研究，關(guān)鍵是圍繞著充足節(jié)省頻譜和高效率地利用可用頻帶這個(gè)中心而展開。伴隨通信容量快速增加，致使射頻頻譜很擁擠，這就要求必需控制射頻輸出信號(hào)頻譜。不過因?yàn)楝F(xiàn)代通信系統(tǒng)中非線性器件存在，引入了頻譜擴(kuò)展，抵消了發(fā)送端中頻或基帶濾波器對減小帶外衰減所做貢獻(xiàn)。這是因?yàn)槠骷蔷€性含有幅相轉(zhuǎn)換(AM/PM)效應(yīng)，會(huì)使己經(jīng)濾除帶外份量幾乎又全部被恢復(fù)出來了。為了適應(yīng)這類信道特點(diǎn)，必需設(shè)法尋求部分新調(diào)制方法，要求它所產(chǎn)生己調(diào)信號(hào)，經(jīng)過發(fā)端帶限后，即使依舊經(jīng)過非線性器件，不過，非線性器件輸出信號(hào)只產(chǎn)生很小頻譜擴(kuò)展。為了適應(yīng)這類信道特征，已調(diào)信號(hào)須有以下兩個(gè)特點(diǎn):①包絡(luò)恒定或包絡(luò)起伏很小因?yàn)樾诺乐泻蟹蔷€性輸入輸出特征，所以已調(diào)波包絡(luò)不能起伏，即不能用包絡(luò)來攜帶信息，需要采取頻移鍵控(FSK)或相移鍵控(PSK)來傳輸信息。②含有最小功率譜占用率已調(diào)波要含有快速高頻滾降頻譜特征，要求旁瓣必需很小，這種信號(hào)經(jīng)過帶限濾波以后，只要讓主瓣無失真經(jīng)過，因?yàn)榕园旯β屎苄。詾V波器輸出信號(hào)(即非線性器件輸入信號(hào))包絡(luò)起伏就會(huì)很小，大大減小了AM/PM效應(yīng)，繼而頻譜擴(kuò)展現(xiàn)象也會(huì)隨之而減小。因?yàn)橐颜{(diào)波含有快速高頻滾降頻譜特征，使信號(hào)能量大部分集中在一定帶寬內(nèi)，所以提升了頻帶利用率。依據(jù)這些要求，大家在實(shí)踐中發(fā)明了各式各樣調(diào)制方法，我們稱之為現(xiàn)代恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)發(fā)展方向是最小功率譜擁有率恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)關(guān)鍵在于相位改變連續(xù)性。MSK(最小頻移鍵控)是移頻鍵控FSK一個(gè)改善形式。在二進(jìn)制FSK方法中載波頻率伴隨調(diào)制信號(hào)“1”或“0”而變，其相位通常是不連續(xù)。所謂MSK方法，就是FSK信號(hào)相位一直保持連續(xù)改變一個(gè)特殊方法。能夠看成是調(diào)制指數(shù)為0.5一個(gè)CPFSK信號(hào)。MSK是一個(gè)在無線移動(dòng)通信中很有吸引力數(shù)字調(diào)制方法，因?yàn)樗幸韵聝煞N關(guān)鍵特點(diǎn):①信號(hào)能量99.5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率1.5倍帶寬內(nèi)。譜密度隨頻率(遠(yuǎn)離信號(hào)帶寬中心)倒數(shù)四次冪而下降，而通常離散相位FSK信號(hào)譜密度卻隨頻率倒數(shù)平方下降。所以，MSK信號(hào)在帶外產(chǎn)生干擾很小。這正是限帶工作情況下所期望有寶貴特點(diǎn)。②信號(hào)包絡(luò)是恒定，系統(tǒng)能夠使用廉價(jià)高效非線性器件。從相位路徑角度來看，MSK屬于線性連續(xù)相位路徑數(shù)字調(diào)制，是連續(xù)相位頻移鍵控(CPFSK)一個(gè)特殊情況，有時(shí)也叫做最小頻移鍵控(MSK)。MSK“最小(Minimum)”二字指是這種調(diào)制方法能以最小調(diào)制指數(shù)(h=0.5)取得正交調(diào)制信號(hào)。2.2MSK調(diào)制原理最小移頻鍵控又稱快速移頻鍵控(FFSK)。這里“最小”指是能以最小調(diào)制指數(shù)(即0.5)取得正交信號(hào);而“快速”指是對于給定頻帶，它能比PSK傳送更高比特速率。①二進(jìn)制MSK信號(hào)表示式可寫為；（2-1)或這里，（2-2)式中--載波角頻率;

--碼元寬度;（在程序中用Tb來表示）--第k個(gè)碼元中信息，其取值為;（在程序中對應(yīng)a[……]里面內(nèi)容）

--第k個(gè)碼元相位常數(shù)，它在時(shí)間中保持不變。由式①可見，當(dāng)初，信號(hào)頻率為（2-3)當(dāng)初，信號(hào)頻率為(2-4)由此可得頻率間隔為(2-5)(2-6)MSK信號(hào)和一般2FSK信號(hào)差異在于:選擇兩個(gè)傳信頻率和，使這兩個(gè)頻率信號(hào)在一個(gè)碼元期間相位積累嚴(yán)格相差。由圖1.1MSK波形能夠看出，“+”信號(hào)和“-”信號(hào)在一個(gè)碼元期間恰好相差二分之一周期。下面來說明MSK信號(hào)頻率間隔是怎樣確定。若初始相位為零，則取值為0或。由式(1)可推出其正交表示式為：②MSK信號(hào)頻率間隔對于通常移頻鍵控(2FSK),兩個(gè)信號(hào)波形含有以下相關(guān)系數(shù)（2-7)式中，是載波頻率。

MSK是一個(gè)正交調(diào)制，其信號(hào)波形相關(guān)系數(shù)等于零。所以，對于MSK信號(hào)來說，式(2-7)應(yīng)為零，也就是上式右邊兩項(xiàng)均應(yīng)為零。第一項(xiàng)等于零條件是(令等于其最小值1,則(2-8)這正是MSK信號(hào)所要求頻率間隔。第二項(xiàng)等于零條件是，即(2-9)這說明，MSK信號(hào)在每一碼元周期內(nèi)，必需包含四分之一載波周期整倍數(shù)。由此可得(2-10)對應(yīng)地(2-11)(2-12)圖2.1中信號(hào)波形是，特殊情況。相位常數(shù)選擇應(yīng)確保信號(hào)相位在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻是連續(xù)。依據(jù)這一要求，由式(2-2)能夠?qū)С鲆韵孪辔贿f歸條件，或稱為相位約束條件，即(2-13)上式表明，MSK信號(hào)在第k個(gè)碼元相位常數(shù)不僅和目前相關(guān)，而且和前面及相位常數(shù)相關(guān)。或說，前后碼元之間存在相關(guān)性。對于相干解調(diào)來說，起始參考值能夠假定為零，所以，從式(2-13)能夠得到式(2-2)中稱為附加相位函數(shù)，它是MSK信號(hào)總相位減去隨時(shí)間線性增加載波相位而得到剩下相位。式(1-2)是一直線方程式，其斜率為，截距是。另外，因?yàn)槿≈禐椋适欠侄尉€性相位函數(shù)(以碼元寬度為段)。在任一個(gè)碼元期間內(nèi)，改變量總是。當(dāng)初，增大;當(dāng)初，減小。(a)附加相位函數(shù)(b)附加相位路徑網(wǎng)絡(luò)圖2.1附加相位函數(shù)及附加相位路徑網(wǎng)絡(luò)圖2.1(a)是針對一特定數(shù)據(jù)序列畫出附加相位軌跡;圖2.1(b)表示是附加相位路徑網(wǎng)格圖，它是附加相位函數(shù)由零開始可能經(jīng)歷全部路徑。表2.1中給出了和之間關(guān)系一個(gè)例子。表2.1相位常數(shù)和關(guān)系K1234561-1-11110-2-2-2(模2)0000因?yàn)椋訫SK信號(hào)也能夠看作是由兩個(gè)相互正交載波和分別被函數(shù)和進(jìn)行振幅調(diào)制而合成。已知，，,所以(2-16)

(2-17)故MSK信號(hào)可表示為（2-18)式中，等號(hào)右邊第一項(xiàng)是同相分量，也稱為I分量;第二項(xiàng)是正交分量，也稱為Q分量。和稱為加權(quán)函數(shù)(或稱調(diào)制函數(shù))。是同相分量等效數(shù)據(jù)，是正交分量等效數(shù)據(jù)，它們?nèi)亢驮驾斎霐?shù)據(jù)有確定關(guān)系。令，，代入式(2-18)可得(2-19)依據(jù)上式，可組成一個(gè)MSK調(diào)制器，其方框圖圖2.2所表示。圖2.2MSK調(diào)制器方框圖MSK信號(hào)產(chǎn)生步驟：先對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼，這是收端相干載波解調(diào)需要。把差分編碼器輸出用串/并變換器合成兩路，并相互錯(cuò)開一個(gè)碼元寬度，得到和。用加權(quán)函數(shù)和分別對和進(jìn)行加權(quán)。最終，對加權(quán)數(shù)據(jù)用正交載波和分別進(jìn)行調(diào)制，并相加，相加以后信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后即可得到MSK信號(hào)。2.3MSK解調(diào)原理MSK信號(hào)解調(diào)和FSK信號(hào)相同，能夠采取相干解調(diào)，也能夠采取非相干解調(diào)。圖2.3給出了一個(gè)采取延時(shí)判決相干解調(diào)原理方框圖。相關(guān)相干解調(diào)原理和2FSK信號(hào)時(shí)沒有什么區(qū)分。這里，關(guān)鍵討論延時(shí)判決法原理。下面舉例說明在時(shí)間內(nèi)判決出一個(gè)碼元信息基礎(chǔ)原理。圖2.3MSK信號(hào)相干解調(diào)原理方框圖設(shè)時(shí)間內(nèi)，則MSK改變規(guī)律可用圖2.1表示，在時(shí)刻，可能相位為0、。現(xiàn)假如把這時(shí)接收信號(hào)和相干載波相乘，則相乘輸出為(2-20)濾掉高頻分量，可得(2-21)我們可知:假如經(jīng)抽樣判決后為正極性，則可斷定數(shù)字信息不是“11”就是“10”,于是可判定第一個(gè)比特為“1”，而第二個(gè)比特等下一次再作決定。這里，利用了第二個(gè)碼元提供條件，所以判決第一個(gè)碼元所含信息正確性就有所提升。這就是延時(shí)判決法基礎(chǔ)含義。

輸入MSK信號(hào)同時(shí)和兩路對應(yīng)相干載波相乘，并分別進(jìn)行積分判決。這里積分判決是交替工作，每次積分時(shí)間為。假如一積分在進(jìn)行，則另一積分在進(jìn)行，二者相差。2.4MSK性能分析①功率譜：MSK信號(hào)時(shí)域表示式:；（2-22)MSK信號(hào)功率譜密度可表示為(2-23)其歸一化功率譜密度圖2.5所表示。和2PSK相比較能夠看出:MSK信號(hào)功率譜愈加緊湊，而且它第一個(gè)零點(diǎn)是在處，而2PSK第一個(gè)零點(diǎn)是在處。這表明MSK信號(hào)功率譜主瓣所占頻帶寬度比2PSK信號(hào)窄;在主瓣帶寬之外，功率譜旁瓣下降也更快速。即MSK信號(hào)功率關(guān)鍵包含在主瓣之內(nèi)。所以，MSK信號(hào)比較適合在窄帶信道中傳輸，對鄰道干擾也較小。因?yàn)镸SK信號(hào)占用帶寬窄，故MSK信號(hào)抗干擾性能要優(yōu)于2PSK。這就是現(xiàn)在廣泛采取MSK調(diào)制原因。圖2.5MSK和2PSK信號(hào)歸一化功率譜然而，在一些通信場所，如移動(dòng)通信中，對信號(hào)帶外輻射功率限制十分嚴(yán)格，要求對鄰近信道衰減達(dá)70dB～80dB以上。所以，最近對MSK信號(hào)作些改善，如改善兩正交支路加權(quán)函數(shù)，稱為“高斯最小頻移鍵控”GMSK調(diào)制方法等。②誤碼率性能：2PSK信號(hào)和QPSK信號(hào)誤碼率性能相同，因?yàn)槟軌虬裃PSK信號(hào)看作是兩路正交2PSK信號(hào)，在作相干接收時(shí)這兩路信號(hào)是不相關(guān)。OQPSK信號(hào)只是將這兩路信號(hào)偏置了，所以其誤比特率也和前兩種信號(hào)相同。現(xiàn)在MSK信號(hào)是用極性相反半個(gè)正（余）弦波形去調(diào)制兩個(gè)正交載波。所以，當(dāng)用匹配濾波器分別接收每個(gè)正交分量，MSK信號(hào)誤比特率和2PSK,QPSK及OQPSK等性能一樣。不過，若把它看成FSK信號(hào)用相干解調(diào)法在每個(gè)碼元連續(xù)時(shí)間Ts內(nèi)解調(diào)，則其性能將比2PSK信號(hào)性能差3dB。3MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)Matlab仿真3.1Matlab中Simulink及m語言簡單介紹在MATLAB通信工具箱中有SLMULINK仿真模塊和MATLAB函數(shù)，形成一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊集合體，用來進(jìn)行通信領(lǐng)域研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。通信工具箱中模塊可供直接使用，并許可修改，使用起來十分方便，所以完全能夠滿足使用者設(shè)計(jì)和運(yùn)算需要。

MATLAB通信工具箱中系統(tǒng)仿真，分為用SIMULINK模塊框圖進(jìn)行仿真和用MATLAB函數(shù)進(jìn)行仿真兩種。在用SIMULINK模塊框圖仿真中，每個(gè)模塊，在每個(gè)時(shí)間步長上實(shí)施一次，就是說，全部模塊在每個(gè)時(shí)間步長上同時(shí)實(shí)施。這種仿真被稱為時(shí)間流仿真。而在用MATLAB函數(shù)仿真中，函數(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)流次序依次實(shí)施，意味著所處理數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過一個(gè)運(yùn)算階段，然后再激活下一個(gè)階段，這種仿真被稱為數(shù)據(jù)流仿真。一些特定應(yīng)用會(huì)要求采取兩種仿真方法中一個(gè)，但不管是哪種，仿真結(jié)果是相同而且很方便。①近幾年來，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域，Simulink已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛軟件之一。Simulink能夠很方便地創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)完整地模塊，評(píng)定不一樣地算法和結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證系統(tǒng)性能。因?yàn)镾imulink是采取模塊組合方法來建模，從而能夠使得用戶能夠快速、正確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真模型，尤其是對復(fù)雜不確定非線性系統(tǒng)，更為方便。Simulink模型能夠用來模擬線性和非線性、連續(xù)和離散或二者混合系統(tǒng)，也就是說它能夠用來模擬幾乎全部可能碰到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外Simulink還提供一套圖形動(dòng)畫處理方法，使用戶能夠方便觀察到仿真整個(gè)過程。Simulink沒有單獨(dú)語言，不過它提供了S函數(shù)規(guī)則。所謂S函數(shù)能夠是一個(gè)M函數(shù)文件、FORTRAN程序、C或C++語言程序等,經(jīng)過特殊語法規(guī)則使之能夠被Simulink模型或模塊調(diào)用。S函數(shù)使Simulink愈加充實(shí)、完備，含有更強(qiáng)處理能力[6]。同Matlab一樣，Simulink也不是封閉,她許可用戶能夠很方便定制自己模塊和模塊庫。同時(shí)Simulink也一樣有比較完整幫助系統(tǒng)，使用戶能夠隨時(shí)找到對應(yīng)模塊說明，便于應(yīng)用。總而言之，Simulink就是一個(gè)開放性，用來模擬線性或非線性和連續(xù)或離散或二者混合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)強(qiáng)有力系統(tǒng)級(jí)仿真工具。現(xiàn)在，伴隨軟件升級(jí)換代，在軟硬件接口方面有了長足進(jìn)步，使用Simulink能夠很方便地進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)控制和處理、信息通信和DSP處理。世界上很多著名大企業(yè)已經(jīng)使用Simulink作為她們產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)強(qiáng)有力工具。②Simulink是Matlab中一個(gè)可視化仿真工具，是一個(gè)基于Matlab框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理建模和仿真中。Simulink能夠用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中不一樣部分含有不一樣采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖圖形用戶接口(GUI)，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一個(gè)愈加快捷、直接明了方法，而且用戶能夠立即看到系統(tǒng)仿真結(jié)果。Simulink®是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)多領(lǐng)域仿真和基于模型設(shè)計(jì)工具。對多種時(shí)變系統(tǒng)，包含通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、實(shí)施和測試。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上其它產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功效，也提供了用于設(shè)計(jì)、實(shí)施、驗(yàn)證和確定任務(wù)對應(yīng)工具。Simulink和Matlab®緊密集成，能夠直接訪問Matlab大量工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真分析和可視化、批處理腳本創(chuàng)建、建模環(huán)境定制和信號(hào)參數(shù)和測試數(shù)據(jù)定義。3.2利用m語言設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)3.2.1利用m語言設(shè)計(jì)步驟圖結(jié)束結(jié)束正極性為“1”抽樣判決負(fù)極性為“0”加法器相加載波提取加法器相加，并用低通濾波器濾波同相分量等效數(shù)據(jù)正交分量等效數(shù)據(jù)用對進(jìn)行加權(quán)用對進(jìn)行加權(quán)用正交載波進(jìn)行調(diào)制用正交載波進(jìn)行調(diào)制對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼串并轉(zhuǎn)換開始產(chǎn)生隨機(jī)輸入序列乘法器相乘乘法器相乘圖3.1軟件設(shè)計(jì)步驟圖3.2.2測試結(jié)果及分析Matlab強(qiáng)大之處于于它能夠用編程語言繪制想要模擬系統(tǒng)最終輸出圖形，經(jīng)過Matlab編程MSK系統(tǒng)，能夠得到各步驟圖形，編寫MSK系統(tǒng)Matlab語言見附錄，接下來就對程序運(yùn)行后圖形進(jìn)行分析說明。以下圖所表示：原信號(hào)為{1000011011}，其中高電平用“1”表示，低電平“0”表示。從圖3.1能夠看出數(shù)字信號(hào)經(jīng)差分編碼后波形，差分編碼規(guī)則是:能夠看出參考位為1，利用上式，能夠得到差分編碼信號(hào)為{0000010010}。再經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換得到同相信號(hào)和正交信號(hào)，這兩路信號(hào)，每個(gè)碼元寬度是串并變換之前信號(hào)寬度2倍。圖3.2圖3.3Icos(wct)cos(wt)和Qsin(wct)sin(wt)這兩路信號(hào)分別是同相分量和正交分量乘以載波后波形，這兩個(gè)波形在信號(hào)幅值變換時(shí)全部有顯著波形相位改變，變動(dòng)相位。當(dāng)二者相加后就組成了相位連續(xù)MSK信號(hào)。即：第三個(gè)圖就是MSK信號(hào)波形圖，能夠看出其相位連續(xù)，波形疏密和FSK相同。其中密集代表“1”，稀疏代表“0”。由其波形圖可看出，它所攜帶信號(hào)為{1000011011}，和原信號(hào)一致。圖3.3下圖所表示為：加噪對信號(hào)有一定干擾，會(huì)影響信號(hào)波形。即：MSK信號(hào)經(jīng)過信道傳輸后，有噪聲干擾。以下圖加噪后再經(jīng)過帶通濾波器得到MSK信號(hào)dm，噪聲頻譜寬，信號(hào)只有一定頻譜，進(jìn)過帶通濾波器后，帶外噪聲被濾除，只剩帶內(nèi)噪聲對信號(hào)造成影響。同時(shí)為了改善信號(hào)傳輸可靠性，能夠?qū)⑿盘?hào)乘以一高頻載波，這么能夠抵御低頻干擾，在接收端再乘以該載波就可恢復(fù)原信號(hào)。ds1波形和ds2波形分別乘以載波，因?yàn)檩d波頻率比較高，能夠經(jīng)過低通濾波器濾除載波保留解調(diào)后同相和正交分量。得到是幅值不是嚴(yán)格一致s11和s22波形。想得到原波形，還需進(jìn)行抽樣判定。圖3.4圖3.5下圖3.6能夠看出程序編寫帶通濾波器和低通濾波器，帶通參數(shù)為150~350和-150~-350。低通參數(shù)為0~200和-200~0。前兩圖為其頻譜圖，能夠看出，MSK含有最小功率譜占用率。sa和sb為還原出同相分量和正交分量，因?yàn)榇嬖谠肼暎驮瓉碛幸欢ú町悺膱D3.7能夠看出，調(diào)制和解調(diào)信號(hào)大致相當(dāng)，因?yàn)槌绦蛑蠱SK信號(hào)是加了噪聲，故存在一定錯(cuò)誤，統(tǒng)過計(jì)算MSK錯(cuò)誤概率為:2.0202%。圖3.6圖3.7圖3.8看出MSK信號(hào)和FSK信號(hào)十分相同。但有其獨(dú)特特點(diǎn)，即：信號(hào)能量99.5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率1.5倍帶寬內(nèi)。信號(hào)包絡(luò)是恒定，系統(tǒng)能夠使用廉價(jià)高效非線性器件。其相位一直保持連續(xù)不變一個(gè)調(diào)制信號(hào)。圖3.83.3利用Simulink設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)3.3.1SimulinkMSK調(diào)制模塊在調(diào)制模塊中利用隨機(jī)序列產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過增益改變，改變原始信號(hào)極性，由單極性改變?yōu)殡p極性。串并變換采取采樣保持方法實(shí)現(xiàn)，后級(jí)電路采取正交調(diào)制法。最終將同相分量和正交疊加組成MSK信號(hào)。圖3.9產(chǎn)生MSK信號(hào)Simulink模型3.3.2SimulinkMSK解調(diào)模塊解調(diào)模塊先利用相干載波解調(diào)方法再經(jīng)過低通濾波器得出兩路信號(hào)，然后經(jīng)過抽樣判決電路得出信號(hào)圖3.10MSK信號(hào)過零比較解調(diào)Simulink模型抽樣判決類似過零比較電路。等效框圖以下。圖3.11抽樣判決解調(diào)但經(jīng)過仿真得出結(jié)果，是在波形上有一定延遲，但解調(diào)信號(hào)值沒錯(cuò)，可見過零比較能夠作為一個(gè)可選解調(diào)方法。SimulinkMSK模型參數(shù)設(shè)置（圖號(hào)依據(jù)模型圖中圖號(hào)為準(zhǔn)）RandomIntegerGeneror為隨機(jī)序列產(chǎn)生模塊，用來產(chǎn)生隨機(jī)序列調(diào)制信號(hào)。采取二進(jìn)制信號(hào)，采取頻率為1ms。Gain為增益模塊，改變原始信號(hào)極性，由單極性改變?yōu)殡p極性。采取頻率為1ms。Constant為生成一個(gè)常量值模塊。PulseGenerator為生成有規(guī)則脈沖模塊。Sum為加法器模塊。Sample&Hold為采樣模塊。TransportDelay為定值延遲模塊。SineWave為波形產(chǎn)生模塊。Product為乘法器模塊。AnalogFilterDesign為濾波器設(shè)計(jì)模塊。Switch為輸入選擇模塊。Scope為示波器模塊。MSK仿真模型用I-Q正交形式實(shí)現(xiàn)了MSK信號(hào)調(diào)制。受限由隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī){0，1}序列，然后進(jìn)行差分編碼，并轉(zhuǎn)換為{-1，+1}序列，接著經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換為I、Q兩路信號(hào)，其中Q路信號(hào)要經(jīng)過額外Tb時(shí)間延遲。然后I、Q兩路分別經(jīng)行正交幅度調(diào)制，最終兩路信號(hào)相加，即得到MSK信號(hào)。仿真中隨機(jī){0、1}序列發(fā)生周期為1ms。差分編碼由一個(gè)異或模塊和一個(gè)延遲模塊組成。串/并轉(zhuǎn)換由四個(gè)模塊組成，其中緩存器模塊（Buffer）將串行單比特?cái)?shù)據(jù)流緩沖成兩個(gè)比特一組，緩存器模塊輸出是基于幀數(shù)據(jù)流。接著經(jīng)過一個(gè)幀狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊將基于幀數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為采樣數(shù)據(jù)流，取消每一組兩個(gè)比特分別分配到I、Q兩路。調(diào)制模塊最終部分是正交幅度調(diào)制部分，對于I路，前一個(gè)正弦波模塊產(chǎn)生余弦波，而對于Q路，前一個(gè)正弦波模塊產(chǎn)生正弦波，比仿真中信號(hào)延遲了3Tb，所以在這兩個(gè)正弦波模塊中要各自增加3π/2相位延遲，I、Q兩路后一個(gè)正弦波模塊產(chǎn)生載波信號(hào)，仿真中設(shè)定載波頻率為2kHz。最終將兩路信號(hào)相加得已調(diào)MSK信號(hào)。3.3.3測試波形分析圖3.12是經(jīng)過串并變換以后形成波形。即：同相信號(hào)和正交信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)疊加一起時(shí)候就形成了MSK信號(hào)。圖3.12圖3.13為加載波后同相分量和正交分量。展現(xiàn)一定規(guī)律，但有一個(gè)特點(diǎn)就是相位存在突變。圖3.13圖3.14為調(diào)制信號(hào)和MSK信號(hào)，能夠看出經(jīng)過載波調(diào)制后MSK信號(hào)，在頻率變換上和FSK相同，但相位連續(xù)。這就是MSK特點(diǎn)。圖3.14圖3.15為解調(diào)同相分量和解調(diào)正交分量，能夠看出解調(diào)后波形經(jīng)過低通濾波器展現(xiàn)模擬狀態(tài)，且幅值連續(xù)變換，故后級(jí)模塊需要進(jìn)行抽樣判決，而且進(jìn)行過零比較，以下圖模塊所表示。圖3.15經(jīng)過濾波器信號(hào)圖3.16為抽樣判決模塊，脈沖信號(hào)由模塊Pulsegenerator2產(chǎn)生，去對輸入信號(hào)經(jīng)過SampleandHold4進(jìn)行采樣，然后由開關(guān)電路模塊Switch3，完成判決。這里說明一下，這里判決有點(diǎn)類似過零比較法，意思就是當(dāng)采樣輸入大于等于零是判為1，其它判為0。依據(jù)試驗(yàn)仿真，這種判定結(jié)果錯(cuò)誤碼率最少。下面兩圖為采樣（圖3.17）和判決后圖（圖3.18）。圖3.16抽樣判決模塊因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中加了噪聲干擾，所以要進(jìn)行抽樣判決，才能得到原來波形，以下圖所表示抽樣信號(hào)圖3.17和判決信號(hào)圖3.18圖3.17抽樣信號(hào)圖3.18判決信號(hào)下圖為調(diào)制和解調(diào)信號(hào)，在比較過程中因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)存在延遲，故為了便于比較觀察期間，在Scope前加一延遲模塊，得到同時(shí)波形，一目了然。有圖能夠看到調(diào)制和解調(diào)信號(hào)大致相當(dāng)，因?yàn)槟K中加了噪聲，所以存在一定錯(cuò)誤。圖3.19調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)對比結(jié)束語3月，我開始了我畢業(yè)論文工作，到現(xiàn)在位置論文基礎(chǔ)完成。從開始茫然，到慢慢進(jìn)入狀態(tài)，再到對思緒逐步清楚，整個(gè)寫作過程難以用語言來表示。歷經(jīng)了多個(gè)月奮戰(zhàn)，擔(dān)心而又充實(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)最終落下了帷幕。[1]在實(shí)現(xiàn)MSK調(diào)制時(shí)，采取正交調(diào)制，其關(guān)鍵難點(diǎn)在于串并變換模型設(shè)計(jì)，在Simulink中采取采樣電路，采樣脈沖時(shí)間取決于隨機(jī)序列碼元寬度。其中，隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)不一樣，后級(jí)電路作對應(yīng)改變，比如Simulink隨機(jī)序列產(chǎn)生是單極性信號(hào)，后級(jí)電路就采取增益放大疊加常量方法構(gòu)建雙極性信號(hào)。后面調(diào)制方法兩個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)模型方法基礎(chǔ)相同。在MSK解調(diào)時(shí)，難點(diǎn)有三個(gè)：①對于信號(hào)濾波，此次設(shè)計(jì)全部是信號(hào)乘以載波和同相分量及正交分量加權(quán)函數(shù)，然后再利用低通濾波器，濾除高頻分量，就會(huì)得到一個(gè)在幅值范圍和調(diào)制同相分量和解調(diào)分量類似波形，是一曲線。所以合理設(shè)計(jì)濾波器性能，就關(guān)系到信號(hào)解調(diào)性能，因?yàn)榫匦魏瘮?shù)頻率范圍廣，但其有一個(gè)特點(diǎn)就是，頻率越高，其幅值越小對信號(hào)影響小，故關(guān)鍵是載波二倍頻，設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，其最大應(yīng)低于載波二倍頻，最小大于信號(hào)碼元寬度倒數(shù)。[16]②采樣保持和判決電路，在Simulink中實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜，順便說明一下，Simulink解調(diào)方法能夠稱為過零檢測法。[3]③一樣最終一個(gè)難點(diǎn)和調(diào)制時(shí)相對應(yīng)，并串變換也是解調(diào)一個(gè)難點(diǎn)，其處理方法類似于調(diào)制，這里就不再贅述。致謝在論文完成之際，我要尤其感謝我指導(dǎo)老師XX老師熱情關(guān)心和悉心指導(dǎo)。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)整個(gè)過程中，XX老師傾注了大量心血和汗水，不管是在論文選題、構(gòu)思和資料搜集方面，還是在論文研究方法和成文定稿方面，我全部得到了XX老師悉心細(xì)致教育和無私幫助，尤其是她廣博學(xué)識(shí)、深厚學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)精神和一絲不茍工作作風(fēng)使我很受感動(dòng)，在此對XX老師表示我深深謝意。在這期間我學(xué)習(xí)和掌握了使用MATLAB工具箱Simulink對數(shù)字通信系統(tǒng)仿真。回想起這期間經(jīng)歷，感慨萬千。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)一次總結(jié)、一次檢驗(yàn)。同時(shí)也是鍛煉和深入提升自己自學(xué)能力一次寶貴機(jī)會(huì)。在論文寫作過程中，也得到了很多同學(xué)寶貴提議，同時(shí)還得到很多在設(shè)計(jì)過程中很多同學(xué)支持和幫助，在此一并致以真摯謝意。感謝全部關(guān)心、支持、幫助過我良師益友。致謝人：參考文件[1]郭梯云,楊家瑋,李建東編著.數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)[M].人民郵電出版社,,40-100.[2]黃葆華,楊曉靜,牟華坤編著.通信原理[M].西安電子科技大學(xué)出版社.,100-156.[3]樊昌信,詹道庸編著.通信原理[M].國防工業(yè)出版社.,120-210.[4]沈振元,聶志泉,趙雪荷編著.通信系統(tǒng)原理[M].西安電子科技大學(xué)出版社.,90-150.[5]周廷顯編著.近代通信技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.,35-80.[7]李東生編著.EDA仿真和虛擬儀器技術(shù)[M].高等教育出版社.,24-68.[8]李東生編著.Systemview系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真入門和應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社..[9]DuanJihai.ModelingandDesigningBasedonCPLD/FPGAforDigitalCommunicationSystems[M].[10]ZhengSonghui.ANewMethodforDigitalModulation--MinimumFrequencyShiftKeying(MSK)[M].[11]青松,程岱松,武建華.數(shù)字通信系統(tǒng)SystemView仿真和分析[M]電子工業(yè)出版社.,30-76.[12]楊守良.基于FPGA最小移頻鍵控調(diào)制器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J]-重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)(1).[13]陳石平,段吉海,李全.基于數(shù)字MSK調(diào)制通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J]-微計(jì)算機(jī)信息(9).[14]晁冰,李東生,雍愛霞.最小頻移鍵控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)仿真研究[J]-計(jì)算機(jī)仿真,20(11).[15]鄭松惠.一個(gè)新數(shù)字調(diào)制方法--最小移頻鍵控調(diào)制(MSK)[J]-大眾科技(4).[16]魏瑞.基于MatlabMSK仿真和實(shí)現(xiàn)[J]-科技信息（學(xué)術(shù)版）(32).[17]談欣.基于DSP基帶MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)[C][18]叢海林.基于DSP全數(shù)字MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)[C].附錄A英文文件原文TransmissionWidebandFMModulatormsk1200MX589GMSK0.3GMSKFredKostedt,EngineerforMX-COM.JamesC.Kemerling,EngineerforMX-COM.IntroductionTheproliferationofcomputersintoday'ssocietyhasincreasedthedemandfortransmissionofdataoverwirelesslinks.Binarydata,composedofsharp"onetozero"and"zerotoone"transitions,resultsinaspectrumrichinharmoniccontentthatisnotwellsuitedtoRFtransmission.Hence,thefieldofdigitalmodulationhasbeenflourishing.RecentstandardssuchasCellularDigitalPacketData(CDPD)andMobitex*specifyGaussianfilteredMinimumShiftKeying(GMSK)fortheirmodulationmethod.GMSKisasimpleyeteffectiveapproachtodigitalmodulationforwirelessdatatransmission.ToprovideagoodunderstandingofGMSK,wewillreviewthebasicsofMSKandGMSK,aswellashowGMSKisimplementedinCDPDandMobitexsystems.GMSKmodemsreducesystemcomplexity,andinturnlowersystemcost.Thereare,however,someimportantimplementationdetailstobeconsidered.Thispaperwillcoversomeofthesedetails,focusingoninterfacingasinglechipbasebandmodemtotheIF/RFsectionofa"typical"FMradiotopology.BackgroundIfwelookataFourierseriesexpansionofadatasignalweseeharmonicsextendingtoinfinity.Whentheseharmonicsaresummed,theygivethedatasignalitssharptransitions.Hence,anunfilteredNRZdatastreamusedtomodulateanRFcarrierwillproduceanRFspectrumofconsiderablebandwidth.Ofcourse,theFCChasstrictregulationsaboutspectrumusageandsuchasystemisgenerallyconsideredimpractical.ButifwestarttoremovethehighfrequencyharmonicsfromtheFourierseries(i.e.passthedatasignalthroughalowpassfilter),thetransitionsinthedatawillbecomeprogressivelylesssharp.Thissuggeststhatpremodulationfilteringisaneffectivemethodforreducingtheoccupiedspectrumforwirelessdatatransmission.Inadditiontoacompactspectrum,awirelessdatamodulationschememusthavegoodbiterrorrate(BER)performanceundernoisyconditions.ItsperformanceshouldalsobeindependentofpoweramplifierlinearitytoallowtheuseofclassCpoweramplifiers.Theacademicfieldof“DataTransmission”isloadedwithmodulationstrategiesthatattempttomeettheabovecriteria.Mostinvolvetranslationofdatabitsorpatternsintoaparticularcombinationofphase,frequencyoramplitude.SomeofthemorenotabletechniquesarelistedinTable1.MODULATIONTECHNIQUECOMMONACRONYMFrequencyShiftKeyingFSKMulti-levelFrequencyShiftKeyingMFSKContinuousPhaseFrequencyShiftKeyingCPFSKMinimumShiftKeyingMSKGaussianMinimumShiftKeyingGMSKTamedFrequencyModulationTFMPhaseShiftKeyingPSKQuadraturePhaseShiftKeyingQPSKDifferentialQuadraturePhaseShiftKeyingDQPSKPi/4DifferentialQuadraturePhaseShiftKeyingPi/4DQPSKQuadratureAmplitudeModulationQAMTable1:ModulationFormatsEachofthemodulationformatslistedinTable1issuitedtospecificapplications.Ingeneral,schemesthatrelyonmorethantwolevels(e.g.QAM,QPSK)requirebettersignaltonoiseratios(SNR)thantwo-levelschemesforsimilarBERperformance.Additionally,inawirelessenvironment,multi-levelschemesgenerallyrequiregreaterpoweramplifierlinearitythantwo-levelschemes.ThefactthatGMSKusesatwo-levelcontinuousphasemodulation(CPM)formathascontributedtoitspopularity.AnotherpointinitsfavoristhatitallowstheuseofclassCpoweramplifiers(relativelynon-linear)anddataratesapproachingthechannelBW(dependentonfilterbandwidthandchannelspacing).GMSKBasicsPriortodiscussingGMSKindetailweneedtoreviewMSK,fromwhichGMSKisderived.MSKisacontinuousphasemodulationschemewherethemodulatedcarriercontainsnophasediscontinuitiesandfrequencychangesoccuratthecarrierzerocrossings.MSKisuniqueduetotherelationshipbetweenthefrequencyofalogicalzeroandone:thedifferencebetweenthefrequencyofalogicalzeroandalogicaloneisalwaysequaltohalfthedatarate.Inotherwords,themodulationindexis0.5forMSK,andisdefinedasm=_fxTwhere,f=|flogic1–flogic0|T=1/bitrateForexample,a1200bitpersecondbasebandMSKdatasignalcouldbecomposedof1200Hzand1800Hzfrequenciesforalogicaloneandzerorespectively(seeFigure1).Figure1:1200baudMSKdatasignal;a)NRZdata,b)MSKsignal.BasebandMSK,asshowninFigure1,isarobustmeansoftransmittingdatainwirelesssystemswherethedatarateisrelatvelylowcomparedtothechannelBW.MX-COMdevicessuchastheMX429andMX469aresinglechipsolutionsforbasebandMSKsystems,incorporatingmodulationanddemodulationcircuitryonasinglechip.AnalternativemethodforgeneratingMSKmodulationcanberealizedbydirectlyinjectingNRZdataintoafrequencymodulatorwithitsmodulationindexsetfor0.5(seeFigure2).ThisapproachisessentiallyequivalenttobasebandMSK.However,inthedirectapproachtheVCOispartoftheRF/IFsection,whereasinbasebandMSKthevoltagetofrequencyconversiontakesplaceatbaseband.Figure2:DirectMSKmodulationThefundamentalproblemwithMSKisthatthespectrumisnotcompactenoughtorealizedataratesapproachingtheRFchannelBW.AplotofthespectrumforMSKrevealssidelobesextendingwellabovethedatarate(seeFigure4).ForwirelessdatatransmissionsystemswhichrequiremoreefficientuseoftheRFchannelBW,itisnecessarytoreducetheenergyoftheMSKuppersidelobes.Earlierwestatedthatastraightforwardmeansofreducingthisenergyislowpassfilteringthedatastreampriortopresentingittothemodulator(pre-modulationfiltering).Thepre-modulationlowpassfiltermusthaveanarrowBWwithasharpcutofffrequencyandverylittleovershootinitsimpulseresponse.ThisiswheretheGaussianfiltercharacteristiccomesin.IthasanimpulseresponsecharacterizedbyaclassicalGaussiandistribution(bellshapedcurve),asshowninFigure3.Noticetheabsenceofovershootorringing.Figure3:GausssianfilterimpluseresponseforBT=0.3andBT=0.5Figure3depictstheimpulseresponseofaGaussianfilterforBT=0.3and0.5.BTisrelatedtothefilter’s-3dBBWanddataratebyHence,foradatarateof9.6kbpsandaBTof0.3,thefilter’s-3dBcutofffrequencyis2880Hz.StillreferringtoFigure3,noticethatabitisspreadoverapproximately3bitperiodsforBT=0.3andtwobitperiodsforBT=0.5.Thisgivesrisetoaphenomenacalledinter-symbolinterference(ISI).ForBT=0.3adjacentsymbolsorbitswillinterferewitheachothermorethanforBT=0.5.GMSKwithBT=_isequivalenttoMSK.Inotherwords,MSKdoesnotintentionallyintroduceISI.GreaterISIallowsthespectrumtobemorecompact,makingdemodulationmoredifficult.Hence,spectralcompactnessistheprimarytrade-offingoingfromMSKtoGaussianpre-modulationfilteredMSK.Figure4displaysthenormalizedspectraldensitiesforMSKandGMSK.NoticethereducedsidelobeenergyforGMSK.Utlimately,thismeanschannelspacingcanbetighterforGMSKwhencomparedtoMSKforthesameadjacentchannelinterference.Figure4:SpectraldensityforMSKandGMSKPerformanceMeasurementsTheperformanceofaGMSKmodemisgenerallyquantifiedbymeasurementofthesignal-to-noiseratio(SNR)versusBER.SNRisrelatedtoEb/N0byWhereS=signalpowerR=datarateinbitspersecond=noisepowerspectraldensity(watts/Hz)=energyperbitRecentStandardsGMSKhasbeenadoptedbymanywirelessdatacommunicationprotocols.TwoofthesystemsspecifyingGMSKmodulationareCellularDigitalPacketData(CDPD)andMobitex.CDPDusesthedeadairtimeoncellularsystemsbysendingdatapacketsonidlecellularvoicechannels.Dataistransmittedat19.2kbpsusingaBTof0.5.Thishighdatarateisfacilitatedbythe30kHzchannelspacingofthecellularnetworkandthespectralconservationofGMSK.Voicehaspriorityoverdataandwillinterruptdatatransmission,forcingtheCDPDsystemtoseekanewidlecellularchannel.Thiscouldprovetobeanobstacletothethroughputpromisedbyits19.2kbpsdataratewhenimplementedinahighlycongestedareawheredeadtimeislimited.CDPDisbeingaddedtotheexistingcellularinfrastructureandthereforepromisestoofferwidespreadcoverage.ThecoverageandeaseofadaptationappeartobethegreateststrengthsoftheCDPDsystem.Theslower-than-expecteddeploymentofCDPDhasmanypeopleanxiousandperhapsabitnervousaboutitspotential.CompetitionfromdedicateddatasystemssuchasMobitexisnotinsignificant.WhileMobitexhasalowerdataratethanCDPD(8kbps),itisnotsharingitschannelswithcellularvoicetransmissions.Severalsubtletiessuchasthiswillmakeitmoredifficultforenduserstoselectthesystembestsuitedtotheirneedsbyobscuringtheactualthroughputpotentialofthesystems.Mobitex’schoiceof8kbpsandaBTof0.3afforditamuchtighterchannelspacing(12.5kHz)thanCDPD,butthegreaterinter-symbolinterferenceforBT=0.3limitsthesystem’stolerancetonoiseanddistortion.ThenarrowerchannelalsolimitsMobitex'stolerancetofrequencyoffsetsbetweenunits.BothCDPDandMobitexemployforwarderrorcorrectionintheirpackettingofdata.Figure5showsthetypicalpacketstructuresofthesetwosystemsforcomparison.Forwarderrorcorrection(FEC)helpsimprovethesystems'throughputwhenlessthanidealchannelconditionsexist.Figure5:TypicalpacketstructuresforCDPDandMobitexImplementationConsiderationsThedesignofaGMSKmodulator/demodulatorappearstobeastraightforwar