《基于MATLAB的MSK系統原理仿真分析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《基于MATLAB的MSK系統原理仿真分析(39頁珍藏版)》請在讀根文庫上搜索。

1、分類號 密級 UDC 本科畢業論文基于 MATLAB 的 MSK 系統原理仿真分析學生姓名丁小龍學號 020252007005 指導教師孫華明老師 院、系、中心 信息科學與工程學院電子系 專業年級2007 級 電子信息工程 論文答辯日期年月日 中 國 海 洋 大 學基于 MATLAB 的 MSK 系統原理仿真分析摘要當今社會已經步入了信息時代，在各種信息技術中，信息的傳輸和通信起著 支撐作用。對于信息的傳輸，數字通信已成為重要的手段。信號的調制方式也由 模擬方式持續廣泛地向數字方式轉換，于是，數字調制就成了人們研究的重點， 常用的數字調制有：移幅鍵控(ASK)調制、移頻鍵控(FSK)調制和移相。

2、鍵控(PSK) 調制。最小移頻鍵控(MSK)是移頻鍵控(FSK)的一種改進型,MSK 調制是一種性能 比較優良的新穎的數字調制，它以獨特的性能吸引著工程設計人員，正在不斷地 被應用于各類通信系統中，成為非線性數字無線電通信系統使用的最有效的調制 方式之一。本文采用理論研究和實驗分析相結合的方法，系統介紹 MSK 調制解調 原理及其特點，并通過使用 Matlab 的 Simulink 仿真模塊對其進行仿真，同時簡 介 MSK 調制解調的應用及研究發展前景。關鍵詞：MSK；MATLAB；Simulink; 仿真分析；調制解調MATLAB-based simulation of MSK System。

3、 PrincipleAbstractTodays society has entered the information age, in a variety of information technology, information transmission and communication plays a supporting role. For information transmission, digital communication has become an important tool. Signal from the analog modulation is also co。

4、ntinued widespread conversion to digital form, therefore,digital modulation has become one focus of the study, the commonly used digital modulation are: amplitude shift keying (ASK) modulation, frequency shift keying (FSK) Modulation and phase shift keying (PSK) modulation. Minimum frequency shift k。

5、eying (MSK) is a frequency shift keying (FSK) for an improved, MSK modulation is a relatively good performance of the novel digital modulation, it is attracted to the unique properties of engineering staff, is constantly Be applied to various types of communication systems, a nonlinear digital radio。

6、 communication system using one of the most efficient modulation. In this paper, using theoretical and experimental analysis of a combination method , the system introduces the principle and characteristics of MSK modulation and demodulation, and MATLAB by using its time domain and frequency domain 。

7、simulation, and by using Matlabs Simulink simulation module to simulate them, along with a brief description of MSK modulation and demodulation application case and prospects .Key Words: MSK；MATLAB；Simulink;Simulation Analysis; Modulation and Demodulation目錄1 緒論. 11.1 概述.11.2 數字調制方式的發展狀況. 11.3 論文的內容和。

8、意義.31.3.1 論文的內容.31.3.2論文的意義.32 MSK 理論研究42.1 MSK 基本原理和特點42.1.1 MSK 的基本原理42.1.2 MSK 的特點72.2 MSK 調制原理92.2.1 MSK 的正交表示92.2.2 MSK 正交調制 102.3 MSK 解調原理 133 MATLAB 基礎理論163.1 MATLAB 簡介 163.2 MATLAB 的特點及優勢 173.3 Simulink 簡介 183.4 MATLAB 在通信系統仿真中的應用 193.4.1 通信仿真的概念. 193.4.2 通信仿真的一般步驟. 194 基于 MATLAB 的 MSK 系統原理仿。

9、真 224.1 MSK 系統仿真模型 224.2 MSK 系統仿真模塊中的參數設置 234.3 仿真結果及相應的分析. 264.3.1 誤碼率分析.264.3.2 MSK 功率譜密度分析 274.3.3 MSK 系統眼圖分析 284.3.4 MSK 系統星座圖分析 295 總結與展望.305.1 總結.305.2 展望.31致謝. 32參考文獻. 33基于 MATLAB 的 MSK 系統原理仿真分析 1 緒論1.1 概述20 世紀 50 年代后期，隨著計算機技術、微電子技術、傳感技術，激光技術、 衛星通信和移動通信技術、航空航天技術等新技術的發展和應用，尤其近代以計 算機為主體的互聯網技術的興。

10、起和發展，它們相互結合、相互促進，將人類社會 推入到高度信息化時代1。通信的目的是傳輸含有信息的消息。消息有多種形式， 話音、文字、數據、符號、圖像等等都是消息2。原始的數據信號有兩種基本形 式，一種是模擬的，另一種是數字的。模擬數據信號是在某一數值范圍內可以連 續取值的信號。數字數據信號是只取有限個離散值的數字序列。由于數字數據更 便于存儲、處理和傳輸，而模擬數據經過取樣、量化和編碼，可以轉換成數字數 據。因此，模擬數據的傳輸只有在特定條件下才被使用，而數字數據的應用越來 越多。信號的調制方式也由模擬方式持續廣泛地向數字方式轉換。數字調制有三種基本形式:移幅鍵控法 ASK、移頻鍵控法 FSK。

11、、移相鍵控法 PSK。在 ASK 方式下，用載波的兩種不同幅度來表示二進制的兩種狀態。ASK 方 式容易受增益變化的影響，是一種低效的調制技術。在電話線路上，通常只能達 到 1200bps 的速率。在 FSK 方式下，用載波頻率附近的兩種不同頻率來表示二進 制的兩種狀態。在電話線路上，使用 FSK 可以實現全雙工操作，通常可達 1200bps 的速率。在 PSK 方式下，用載波信號相位移動來表示數據。PSK 可以使用二相或 多于二相的相移，利用這種技術可對傳輸速率起到加倍的作用。在 FSK 調制解調器的使用范圍較廣，目前已經不完全局限在有線網絡通信 里。它已經延伸到無線電通信，生物醫學，機械等。

12、領域。FSK 調制解調器的設計 的模型簡單，設計方式也不僅僅建立在電器元件上，利用軟件搭建模型也成為目 前很常用的方法。但是在 FSK 方式中，相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個固定值， 在兩個相鄰的頻率跳變的碼元之間，其相位通常是不連續的。如果對 FSK 信號做 某種改進，使其相位始終保持連續，就產生了 MSK 信號，MSK 是 FSK 的一種特殊 情況3。MSK 調制后的波形在時域內具有恒定包絡結構,在頻域內頻譜具有很小的 旁瓣,主瓣寬度窄,帶外輻射小的優點，并且在主瓣帶寬之外功率譜旁瓣的下降也 更加迅速，從而克服了一般 FSK、PSK、QAM 等調制方式具有相位突變而影響已調 信號高頻分量衰。

13、減的缺點。正是因為 MSK 具有諸多的性能優勢，所以它比較適合 在窄帶信道中傳輸，廣泛應用于無線移動通信的數據傳輸中。1.2 數字調制方式的發展狀況數字信號調制技術是從最基本、最簡單的二進制數字調制的 2ASK，2FSK， 2PSK 的基礎上發展起來的。幅度鍵控信號的調制原理就是使載波的幅度隨數字 基帶信號的變化而變化；頻率鍵控信號的調制原理就是使載波的頻率隨數字基帶 信號的變化而變化；相位鍵控信號的調制原理就是使載波的相位隨數字基帶信號 的變化而變化。數字信號調制的分類如圖 1-1 所示。11ASK(幅度鍵控)包絡不恒定QAM(正交幅度調制)MQAM(星座調制)FSKBFSK(二進制移頻鍵控。

14、)(移頻鍵控)MFSK(多進制移頻鍵控)調制BPSKDPSK(二進制移相鍵控) (相對移相鍵控)包絡恒定PSK(移相鍵控)OQPSKQPSK 4(正交四相移相鍵控) QPSKDQPSKMSK(最小頻移鍵控)CPM(連續相位調制)GMSK(高斯型最小頻移鍵控 )TFM(平滑調頻)圖 1-1 數字信號調制的分類4眾所周知，一個通信系統的質量，在很大程度上依賴于所采用的調制方式5。 調制是為了使信號特性與信道特性相匹配，因此調制方式的選擇是由系統中的信 道特性決定的。隨著大容量下，遠距離數字通信的發展，譬如衛星數字通信、數字微波接力 通信、衛星廣播通信的發展6，系統中出現了個新問題：信道中同時存在著。

15、帶限 與非線性的特性。在這種信道條件下，傳統的數字調制方式則面臨著一場新的挑 戰。為適應這類信道的特性，迫使人們在傳統的數字調制基礎上，探索新的數字 調制技術：恒包絡數字調制技術7。約在 1976 年，從理論上和實踐上比較完整的總結出了 MSK 這種調制方式8。 MSK 屬于恒包絡數字調制技術，現代數字調制技術的研究，主要是圍繞著充分節 省頻譜和高效率地利用可用頻帶這個中心而展開的。MSK 具有包絡恒定或包絡起 伏很小、最小功率譜占用率兩個特點，因此受到廣泛的研究和利用。GMSK(高斯型最小頻移鍵控)調制技術是從 MSK 調制的基礎上發展起來的一 種數字調制方式9，應高速無線數據業務的需求,當。

16、前通信常用的 GPRS(通用分 組無線業務)是一種基于 GMSK 的技術，是構架在傳統 GSM 網絡之上的一種標準 化的分組交換數據業務，可以提供高達 115kbit 每秒速率的分組數據業務，從而 使得包括圖片、話音和視頻的多媒體業務在無線網絡中的傳輸成為現實。GPRS采用分組交換技術、在通信的過程中不需要建立和保持電路，符合數據通信突發 性的特點，并且呼叫建立時間很短。GPRS 不再根據用戶實際的數據流量來計費， 這樣就允許用戶始終在線，享受方便快捷的服務。因此，GPRS 被認為是第二代 移動通信系統向第三代移動通信演進的重要一步。1.3 論文的內容和意義1.3.1 論文的內容本 論 文 主。

17、 要 介 紹 MSK 系 統 調 制 解 調 原 理 及 其 特 點 ， 并 通 過 MATLAB 中 Simulink 仿真模塊對其進行仿真，同時分析 MSK 調制解調的應用案例及前景， 以求加深對 MSK 調制解調原理及實際應用的理解。(1)MSK 理論研究。從數字調制解調的眾多方式中引出 MSK，進而研究 MSK 調制解調原理及特點。(2)仿真工具 MATLAB。簡要介紹 MATLAB 及其使用 MATLAB 中 Simulink 仿 真模塊進行仿真的相關方法和理論。(3)實驗分析。使用 MATLAB 為工具，用 Simulink 仿真模塊對 MSK 調制解 調原理進仿真，并進行必要的比。

18、較及深入分析。(4) 簡介 MSK 應用，分析其發展趨勢和應用前景。1.3.2 論文的意義本文的意義在于深入分析了當前通信領域比較先進的 MSK 數字化調制與解 調，利用理論研究以及實驗仿真分析相結合的方法，更全面、更深入地說明問題。 實現實驗仿真的實驗平臺為 MATLAB。MATLAB 的主要特點有10：語言簡潔緊湊， 使用方便靈活，庫函數極其豐富 MATLAB 程序書寫形式自由，利用起豐富的庫函 數避開繁雜的子程序編程任務，壓縮了一切不必要的編程工作；MATLAB 提供了 和 C 語言幾乎一樣多的運算符,MATLAB 有許多的畫圖和圖象處理命令；MATLAB 既具有結構化的控制語句，又有面。

19、向對象編程的特性；程序限制不嚴格，程序設 計自由度大，程序的可移植性很好。這樣就對仿真的正確性提供了一個可靠的保 證。引用 MSK 應用案例，分析其發展趨勢和應用前景。本文所研究的內容適應當前科學技術的發展與更新，具有一定的研究價值。 由于現代通信技術的快速更新、迅猛發展，已經提出比 MSK 更先進的調制方式以 便于信道傳輸。但無論調制技術如何發展，本質上只是對基本的調制方式的改進 和組合，所以本文所采用的數字化調制與解調的方法，仍然是較先進的技術，并 具有一定的理論和實踐意義。2 MSK 理論研究數字通信系統的一般模型如圖 2-1 所示。本章主要研究 MSK 理論知識，首先 介紹 MSK 的。

20、基本原理及一般特點，然后分別就調制和解調原理分別進行詳細分 析。信 息 源信信源加道編編碼密碼數數信 字信道字道調解譯噪 聲 源制調碼信解信受 源譯密碼者圖 2-1 數字通信系統的一般模型2.1 MSK 基本原理和特點2.1.1 MSK 的基本原理MSK 是 2FSK 的改進，2FSK 體制雖然性能優良、易于實現，并得到了廣泛的 應用，但它也有一些不足之處2。首先，它占用的頻帶寬度比 2PSK 大，即頻帶 利用率低；其次，若用開關法產生 2FSK 信號，則相鄰碼元波形的相位可能比連 續，因此在通過帶通特性的電路后由于通頻帶的限制，使得信號波形的包絡產生 較大起伏。為了克服這些缺點，將 2FSK。

21、 作相應的改進就發展出 MSK 信號，其波 形圖如圖 2-2 所示。圖 2-2 MSK 信號波形示例MSK 有時叫做快速頻移鍵控(FFSK)，有時也叫做最小頻移鍵控(MSK)11。MSK 信號的表達式可寫為S(t) = cos( t + ak + ) (+1)(2-1)cMSKk ,2TbkTbtkTb或者SMSK (t) = cos c t + k (t)(2-2)這里b (t) = ak k2T+ k ,kTb t (k + 1)Tb(2-3)上式中， c 是載波的角頻率， Tb 是碼元的寬度， ak 是第k個碼元中的數據 ，其取值為 1， k 是第 k 個碼元的相位常數，它在 kTb t。

22、 (k + 1)Tb 中保持不變。由式(2-1)可見：當 ak = +1 時，信號頻率是 f2 =12 (c +2Tb) ；當 ak = 11時，信號的頻率是 f1 =2(c 2Tb) 。由此可得頻率間隔 f= f2 f1 =1 ,調2Tb制指數 h = fTb = 0.5 。MSK 信號和普通的 2FSK 信號的差別只是選擇兩個傳信頻率 f1 f2 ，使這兩個 頻率的信號在一個碼元期間的相位累計嚴格的相差180 。MSK 信號的頻率間隔是 根據什么確定的呢？兩個傳信頻率 f1 f2 具有以下的相關系數 = sin2 ( f2 f1)Tb + sin(4fcTb )(2-4)其中， f= 1 。

23、( f2 ( f2 f )Tb+ f ) 是載波頻率。4fcTbc212MSK 是一種正交調制方式，其信號波形的相關系數等于零，因此，對于 MSK信號來說，式(2-4)等號后面的兩項都必須等于零。第一項等于零的條件必須 滿足 2 ( f2 f1 )Tb = K (K = 1,2,3,) ，令 K 等于最小值 1，則 f2 f1 = 1/ 2Tb ，h = ( f2 f1 ) / Tb = 0.5 ，這正是 MSK 信號所需的頻率間隔。第二項等于零的條件是4fcTb = n (n = 1,2,3,) ，即T = n ( 1 ) 1cb4 f(2-5)它說明，MSK 信號在每一個碼元周期內，必須包。

24、含四分之一載波周期的整倍數。由此可得fc = n14T b= (N + m )41 (N為整數，m = 1,2,3,4)fc(2-6)相應的f= f1 2c += (N + m +1) 14Tb14Tb1(2-7) f = 1fc 4Tb= (N + m ) 14Tb相位常數k 的選擇應保證信號相位在碼元轉換時刻是連續的。根據這一要求。由式(2-3)可以導出以下的相位遞歸條件，或者稱為相位約束條件(2-8)上式說明在 MSK 信號中，第 k 個碼元的相位常數不僅與 ak (本比特區間的輸入) 有關，也與 ak 1 (前一個比特區間的輸入 ) 及前相位常數 k 1 有關。或者說，前后 碼元之間存。

25、在著相關性。若 0= 0 或 (模2 ) 。這個常數相位因子的物理含義， 從 MSK 波形在各個碼元轉換時刻是連續的這一概念出發，是不難理解的。所謂“連續”則是指當前所要討論的碼元 ak 范圍kTb (k +1)Tb 內，其起始相位要等于與 ak相鄰的前一個碼元 a的終止相位(對應于 t = kT 時的相位 )。對于任何一個碼元k 1b來說，它在一個碼元間隔內，相對于載波相位差雖然只變化 2 ，但在這個碼元內，相對于載波相位的實際值卻是千變萬化的，還與它前面已經發送過的碼流 有關。k (t) 稱為附加相位函數，它是 MSK 信號的總相位減去隨時間線性增長的載 波相位而得到的剩余相位。k (t)。

26、 的表達式(2-3)是一直線方程，這一直線的斜 率是 ak / 2Tb ，截距是 k 。此外，隨著 k 的數值的不同， ak 是取值為 1的隨機數，所以， ak t / 2Tb 也是分段線性函數(以碼元寬度 Ts 為段)。在任一碼元周期內，此函數的變化量總是 / 2 ， ak = +1 時，增大 / 2 ， ak = 1 時，減少 / 2 。 圖 2-3 表示的是附加相位路徑的網格圖，它是附加相位函數由零開始可能經歷的 全部路徑。k (t)由圖 2-2 可以看出：圖 2-3 MSK 附加相位路徑網格51、當時間 t 為 Tb 的奇數倍時，即 t = (2k + 1)Tb 時，式中的 k 為任意。

27、的整數，則 k (t) 總是 / 2 的奇數倍。而當時間 t 為 Tb 的偶數倍時，即 t = 2kTb 時，則 k (t)總是 / 2 的偶數倍。2、在任何一個碼元內，其截距 k 不是為 0 就是 的整數倍。2.1.2 MSK 的特點MSK 具有如下特點2: 1、恒定包絡，允許用非線性幅度飽和器件放大。2、連續相位，使得功率譜密度按 f 4 速率降低。功率譜在主瓣以后衰減地 較快。MSK 信號的功率譜表示式為16A2T2 cos 2 ( f f )T w( f ) =c b cb (2-9)bc 21 4( f f)T 2 其中 Ac 為載波信號的振幅。3、瞬時頻率總是兩個值之一，瞬時頻移為。

28、1/ 4Tb ，1/ Tb 為比特速率。頻率關系為： f1 =12Tbn, f2 =12Tb(n + 1), fc =n2Tb+ 14Tb，n 為大于等于 1 的整數。相應的調制指數 h = ( f2 f1 )Tb = 0.5 。4、在碼元轉換時刻，信號的相位是連續的，或者說，信號的波形沒有突變。5、碼元轉換可在瞬時幅度為零時發生，從而使調制器開關過程的波形失真 最小。b6、頻譜帶寬窄12，99%的能量集中在1.15 / T 的帶寬內，從而允許帶通濾波 器帶寬較窄。與 QPSK 調制相比，MSK 調制具有較寬的主瓣，其第一個零點出現 在 f fc = 0.75 / Tb 處，而 QPSK 的第。

29、一個零點出現在 f fc = 0.5 / Tb 處。由于信號 能量在 0.75 / Tb 之處下降很快，所以典型帶寬取 0.75 / Tb 即可(見圖 2-4)。由于上述特點及恒定特點，MSK 信號在幅度和頻帶受限時能量損失不大，對E0 / N 0 性能的影響較小。圖 2-4 QPSK、MSK 信號的功率譜132.2 MSK 調制原理MSK 具有兩種調制方式，當把 MSK 看作是 OQPSK 時，稱作正交調制；而把 MSK 看作是 CPFSK 調制時，叫做 CPE 調制，這是由于 CPFSK 也是 CPM 的一種，而 CPM 可由連續相位編碼(CPE)加無記憶信道(MM)的形式進行分解調制14。

30、。所以稱 這種調制方式為 CPE+MM 調制。而本文只重點闡述正交調制。2.2.1 MSK 的正交表示式(2-1)可以用頻率為 f s 的兩個正交分量表示。將式(2-1)用三角公式展開S(t) = cos( t + ak + ) (+ 1)cMSKk ,2TbkTbtkTb= cos ak t + cos t sin ak t + sin t 2Tk c 2Tk cbak tbak t= cos2Tbcos k sin2Tbsin k cos c t a t sin kcos + cos akt sin sin t(2-10)2Tb2Tbk ck考慮到k = 0或 ( mod 2 )，有sin。

31、 k = 0 ，cos k = 1以及考慮到 a= 1, cos ak t = cos t，及 sin ak t = asin t，式(2-10)變為k2Tb2Tb2Tb2TbSMSK (t) = cos k costt2Tbkcos c t ak cos k sintt2Tbsin c t =pk cos2Tbcos c t qk sin2Tbsin c t(k 1) Tb t kTb(2-11)式中pk= cos k= 1qk = ak cos k = ak pk = 1(2-12)上式表示，此 MSK 信號可以分解為同相分量(I)和正交分量(Q)兩部分。 I 分量的載波為 cos ct 。

32、， pk 中包含輸入碼元信息， cos(t / 2Tb ) 是其正弦形加權函數；Q 分量的載波為 sin c t ， qk 中包含輸入碼元信息， sin (t / 2Tb )是其正弦形加權函數。雖然每個碼元的持續時間為 Tb ，似乎 pk 和 qk 每 Tb 秒可以改變一次，但是 pk和 qk 不可能同時改變。因為由式(2-8)，僅當 ak ak 1 ，且 k 為奇數時， pk 才可能改變。但是由式(2-12)看出，當 pk 和 ak 同時改變時， qk 不改變；另外，僅19當 a a，且 k 為偶數時， p 不改變， q 才改變。換句話說，當 k 為奇數時，kk 1kkqk 不會改變。所以兩。

33、者不能同時改變。此外，對于第 k 個碼元，它處于 (k 1)T t kT 范圍內，其起點是 (k 1)T 。bbb由于 k 為奇數時 pk 才可能改變，所以只有在起點取得 2nTb (n 為整數)值處，即cos(t / 2Tb ) 的過零點處 pk 才可能改變。 同理， qk 只能在 sin (t / 2Tb )的過零點改 變。 因此，加權函數 cos(t / 2Tb ) 和 sin (t / 2Tb )都是正負符號不同的半個正弦波 周期。這樣就保證了波形的連續性。2.2.2 MSK 正交調制由式(2-11)可知，MSK 信號可以用兩個正交的分量表示：SMSK(t) = pkcost2Tbco。

34、s c t qksint2Tbsin ct(k 1) Tb t kTb式中第 1 項稱作同相分量，其載波為 cos ct ，第 2 項稱作正交分量，其載波為sin ct 。根據上式構成的方框圖如圖 2-5 所示。圖 2-5 MSK 調制原理圖對上面框圖原理舉例說明，輸入數據序列為 ak ，它經過差分編碼后變成序 列 bk ，例如輸入序列：ak = a1 , a2 , a3 , a4 ， = +1, -1, +1, -1, -1, +1, +1, -1, +1(2-13)它經過差分編碼器后得到輸出序列：bk = b1 ,b2 ,b3 , b4 ， = +1, -1, -1, +1, -1, -1。

35、, -1, +1, +1(2-14)序列 bk 經過串/并變換，分成 pk 支路和 qk 支路， bk 的碼元交替變成上下支路地碼元，即有：b1 ,b2 ,b3 ,b4 ,b5 ,b6 ， p1 , p2 , p3 ,q4 , q5 , q6 ， (2-15)串/并變換輸出的支路碼元長度為輸入碼元長度的兩倍，若仍然采用原來的序號 k，將支路第 k 個碼元長度仍當作為 Tb ，則可以寫成b1 = p1 = p2 ， b2 = q2 = q3 ， b3 = p3 = p4 ， b4 = q4 = q5 ，(2-16)即 pk 支路的碼元為： p1 , p2 , p3 , p4 , p5 , p6 , p7 , p8 , = b1 , b1 , b3 , b3 ,b5 ,b5 ,b7 ,b7 qk 支路的碼元為： q1 , q2 , q3 , q4 , q5 , q6 , q7 , q8 = b0 ,b2 , b2 , b4 , b4 , b6 ,b6 , b8 這里的 pk和 qk 的長度仍是原來的 Tb 。換句話說，因為 p1 = p2 = b1 ，所以由 p1 和 p2 構成一個長度等于 2Tb 的取值為 b1 的碼元。這兩路數據 pk 和 qk 再經過兩次相乘，就能合成 MSK 信號了。 現在我們證明 ak 和 bk 之。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于matlab的msk仿真,基于MATLAB的MSK系统原理仿真分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。