MSK調(diào)制解調(diào)課件

1、通信工程專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)目錄1 緒論11.1 數(shù)字通信的發(fā)展11.2研究MSK數(shù)字通信系統(tǒng)的意義11.3通信系統(tǒng)仿真的意義12 MSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理32.1 MSK調(diào)制原理32.2 MSK解調(diào)原理52.3 MSK的抗噪聲性62.4 MSK功率譜密度73 MATLAB仿真設(shè)計(jì)與系統(tǒng)分析93.1 MATLAB簡(jiǎn)介9.3.2 MSK信號(hào)的調(diào)制93.3 MSK解調(diào)實(shí)現(xiàn)103.4疊加噪聲的MSK系統(tǒng)104 MSK系統(tǒng)分析114.1 MSK信號(hào)的時(shí)域調(diào)制解調(diào)分析114.2 MSK頻域分析124.3 加噪聲系統(tǒng)分析124.4誤碼率分析135 總結(jié)14致謝15參考文獻(xiàn)：16附錄:MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的源程序代

2、碼17 1 緒論 1.1 數(shù)字通信的發(fā)展通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸與交換,為了傳遞消息，各種消息需要轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，消息與電信號(hào)之間必須建立單一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則在接收端就無法復(fù)制出原來的消息。通常，消息被載荷到電信號(hào)的某一參量上，如果電信號(hào)的該參量攜帶著離散消息，則該參量必將是離散取值的。這樣的信號(hào)就稱為數(shù)字信號(hào)。如果電信號(hào)的參量連續(xù)取值，則稱這樣的信號(hào)為模擬信號(hào)。按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可以相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為兩類：數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。自1844年5月24日莫爾斯在華盛頓和巴爾的摩之間發(fā)送世界上斯一份電報(bào)以來 ，電報(bào)通信已經(jīng)經(jīng)歷了150多年。但是長(zhǎng)期以來，由于電報(bào)

3、通信不如電話通信方便，作為數(shù)字通信主要形式的電報(bào)卻比1876年貝爾發(fā)明的電話發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)60年代已后，數(shù)字通信才日益興旺起來，數(shù)字通信迅速發(fā)展的基本原因是它與模擬通信相比，更能適應(yīng)對(duì)通信技術(shù)越來越高的要求。第一數(shù)字傳輸抗干擾能力強(qiáng)，尤其是在中中繼時(shí)，數(shù)字信號(hào)可以再生而消除噪聲的積累；第二，傳輸差錯(cuò)可以控制，從而改善了傳輸?shù)馁|(zhì)量；第三，便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理；第四，數(shù)字信息易于做高保密性的加密處理；第五，數(shù)字通信可以綜合傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)功能增強(qiáng)。然而，數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的帶寬的系統(tǒng)頻帶而換來的。以電話為例，一路模擬電話只占據(jù)4k

4、hz的帶寬，而一路傳輸質(zhì)量相同的數(shù)字電話這可能要占用數(shù)十千赫茲的帶寬。 在系統(tǒng)頻帶緊張的場(chǎng)合，數(shù)字通信這一缺點(diǎn)顯得很突出，但是在系統(tǒng)頻帶富裕的場(chǎng)合，比如毫米波通信，光通信等場(chǎng)合，數(shù)字通信幾乎成了唯一的選擇。隨著計(jì)算機(jī)技木和大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信在其發(fā)展過程中表現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力，它沖破了傳統(tǒng)模擬通信方式的統(tǒng)治，逐步地發(fā)展、完善?？梢灶A(yù)言：隨著通信事業(yè)的發(fā)展，特別是各種寬帶傳輸技術(shù)(例如光纖傳輸、數(shù)字微波等)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)的實(shí)用化，全數(shù)字化的通信方式必將逐步取代模擬通信方式而得到蓬勃發(fā)展。 1.2研究MSK數(shù)字通信系統(tǒng)的意義 當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)步入信息時(shí)代，在各種信息技術(shù)中信息的

5、傳輸及通信起著支撐作用。而在頻帶資源日益緊張的今天，為了提高系統(tǒng)的容量（滿足更多的用戶）信道間隔已經(jīng)是一減再減已經(jīng)由最初的100khz減到了今天的12.5khz甚至更小。數(shù)字通信系統(tǒng)因其組網(wǎng)靈活，差錯(cuò)控制和保密性都比較容易，而且能夠進(jìn)入ISDN網(wǎng)所以通信系統(tǒng)已逐步由模擬制式向數(shù)字制式過渡，信號(hào)的調(diào)制方式也逐步由模擬方式持續(xù)、廣泛地向數(shù)字方式轉(zhuǎn)化，數(shù)字通信系統(tǒng)成為了信息的傳輸?shù)囊环N重要手段。然而，一般的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，如ASK、PSK和FSK因傳輸效率低和抗干擾能力差而無法滿足移動(dòng)通信的要求，為此，需要專門研究一些抗干擾性強(qiáng)、誤碼性能好、頻譜利用率高的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，盡可能地提高單位頻譜內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的

6、比特率，以適用于移動(dòng)通信窄帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。MSK因具有：（1） 已調(diào)信號(hào)振幅是恒定的；（2） 信號(hào)的頻率偏移嚴(yán)格等于 ，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)=0.5；（3） 以載波相位在一個(gè)碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化；（4） 在一個(gè)碼元期間內(nèi)，信號(hào)應(yīng)包含四分子一載波周期的整數(shù)倍；（5） 在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻信號(hào)的相位是連續(xù)的，或者說，信號(hào)的波形沒有突變。的特點(diǎn)使得MSK通信系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)適用于移動(dòng)通信等窄帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?.3通信系統(tǒng)仿真的意義在設(shè)計(jì)新系統(tǒng)或者對(duì)原有的通信系統(tǒng)做出修改或者進(jìn)行相關(guān)的研究時(shí)，通常要進(jìn)行建模和仿真，通過仿真結(jié)果衡量方案的可行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置，然后再應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中。通

7、過仿真，可以提高研究開發(fā)工作的效率，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中潛在的問題，優(yōu)化系統(tǒng)整體性能。與一般的仿真過程類似，在對(duì)通信系統(tǒng)實(shí)施仿真之前，首先需要研究通信系統(tǒng)的特性，通過歸納和抽象建立通信系統(tǒng)的仿真模型。通過對(duì)系統(tǒng)的仿真,可以不需要實(shí)際的硬件環(huán)境就可以分析系統(tǒng)的特點(diǎn)。人們能夠通過仿真實(shí)驗(yàn)就可以了解MSK數(shù)字通信系統(tǒng)性能。這樣大大的減少實(shí)驗(yàn)的開銷，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是很重要的。matrix公司的MATLAB軟件是一套功能非常強(qiáng)大的工程技術(shù)數(shù)值運(yùn)算和系統(tǒng)仿真軟件。MSK通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)主要就是使用MATLAB的M函數(shù)工具箱進(jìn)行仿真。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)MSK數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行MATLAB環(huán)境下的仿真。首先

8、通過收集資料和學(xué)習(xí)來理解MSK通信系統(tǒng)的工作原理，然后使用MATLAB軟件對(duì)MSK數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)以及傳輸進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果分析得出系統(tǒng)的性能和優(yōu)勢(shì)。目的就是讓人們可以通過本次仿真就可以了解到MSK數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)。2 MSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理 2.1 MSK調(diào)制原理MSK稱為最小移頻鍵控，是移頻鍵控（FSK）的一種改進(jìn)型。這里“最小”指的是能以最小的調(diào)制指數(shù)（即0.5）獲得正交信號(hào)，它能比PSK傳送更高的比特速率。二進(jìn)制MSK信號(hào)的表達(dá)式可寫為： （公式 2.1)載波角頻率；碼元寬度；第k個(gè)碼元中的信息，其取值為1；第k個(gè)碼元的相位常數(shù)，它在時(shí)間中保持不變；當(dāng)1時(shí)，信號(hào)的頻率為：當(dāng)

9、1時(shí)，信號(hào)的頻率為：由此可得頻率之差為：那么MSK信號(hào)波形如圖2.1所示：圖2.1 MSK信號(hào)波形為了保持相位的連續(xù)，在t=時(shí)間內(nèi)應(yīng)有下式成立：=（）（） （公式 2.2)即：當(dāng)時(shí)，=；當(dāng)時(shí)，=（）；若令0，則0或，此式說明本比特內(nèi)的相位常數(shù)不僅與本比特區(qū)間的輸入有關(guān)，還與前一個(gè)比特區(qū)間內(nèi)的輸入及相位常數(shù)有關(guān)。 （公式 2.3)= 令， 則： （公式 2.4)為了便于理解如圖2.2所示：圖2.2 碼元變換及成形信號(hào)波形圖根據(jù)上面描述可構(gòu)成一種MSK調(diào)制器，其方框圖如圖2.3所示：圖2.3 MSK調(diào)制原理框圖 輸入數(shù)據(jù)NRZ，然后通過CPLD電路實(shí)現(xiàn)差分編碼及串/并轉(zhuǎn)換，得到Ik、Qk兩路數(shù)據(jù)。

10、波形選擇地址生成器是根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)（Ik或Qk）輸出波形選擇的地址。EEPROM（各種波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其中）根據(jù)CPLD輸出的地址來輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后通過DA轉(zhuǎn)換器得到我們需要的基帶波形，最后通過乘法器調(diào)制，運(yùn)放求和就得到了我們需要的MSK調(diào)制信號(hào)。MSK基帶波形只有兩種波形組成，見圖2.4所示：圖2.4 MSK成形信號(hào)在MSK調(diào)制中，成形信號(hào)取出原理為：由于成形信號(hào)只有兩種波形選擇，因此當(dāng)前數(shù)據(jù)取出的成形信號(hào)只與它的前一位數(shù)據(jù)有關(guān)。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)與前一位數(shù)據(jù)相同，輸出的成形信號(hào)就相反（如果前一數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)波形1，那么當(dāng)前數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)波形2）；如果當(dāng)前數(shù)據(jù)與前一位數(shù)據(jù)相反，輸出的成形信號(hào)就相同（如果前

11、一數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)波形1，那么當(dāng)前數(shù)據(jù)仍對(duì)應(yīng)波形1）。 2.2 MSK解調(diào)原理MSK信號(hào)的解調(diào)與FSK信號(hào)相似，可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)方式。本實(shí)驗(yàn)?zāi)K中采用一種相干解調(diào)的方式。已知： （公式 2.5)把該信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)可得到：Ik路 （公式 2.6)=+Qk路 （公式 2.7) =+我們需要的是、兩路信號(hào)，所以必須將其它頻率成份、通過低通濾波器濾除掉，然后對(duì)、采樣即可還原成、兩路信號(hào)。根據(jù)上面描述可構(gòu)成一種MSK解調(diào)器，其方框圖如圖2.5所示： 圖2.5 MSK解調(diào)原理框圖 將得到的MSK調(diào)制信號(hào)正交解調(diào)，通過低通濾波器得到基帶成形信號(hào)，并對(duì)由此得到的基帶信號(hào)的波形進(jìn)行電平比較得到數(shù)

12、據(jù)，再將此數(shù)據(jù)經(jīng)過CPLD的數(shù)字處理，就可解調(diào)得到NRZ碼。在實(shí)際系統(tǒng)中，相干載波是通過載波同步獲取的，相干載波的頻率和相位只有和調(diào)制端載波相同時(shí)，才能完成相干解調(diào)。由于載波同步不是本實(shí)驗(yàn)的研究?jī)?nèi)容，因此在本模塊中的相干載波是直接從調(diào)制端引入，因此解調(diào)器中的載波與調(diào)制器中的載波同頻同相。載波同步的實(shí)驗(yàn)可在本實(shí)驗(yàn)箱的CDMA系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。2.3 MSK的抗噪聲性 數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號(hào)的傳輸過程會(huì)受到各種干擾，從而影響對(duì)信號(hào)的恢復(fù).通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲影響的能力。衡量數(shù)字通信系統(tǒng)抗噪聲性能的重要指標(biāo)是誤碼率. 分析二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能，得出誤碼率與信噪比之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

13、在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能分析中，假設(shè)信道特性是恒參信道，在信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)其具有理想矩形的傳輸特性(可取傳輸系數(shù)為K)。 噪聲為等效加性高斯白噪聲，其均值為零，方差為25。 對(duì)2FSK信號(hào)解調(diào)同樣可以采用同步檢測(cè)法和包絡(luò)檢波法，下面分對(duì)同步檢測(cè)法的系統(tǒng)性能進(jìn)行分析。2FSK信號(hào)采用同步檢測(cè)法時(shí)在碼元時(shí)間寬度Ts區(qū)間，發(fā)送端產(chǎn)生的2FSK信號(hào)可表示為 （公式 2.8) 發(fā)送“1”符號(hào)是為, 發(fā)送“0”符號(hào)是為. 其中: （公式 2.9) （公式 2.10) 式中，和分別為發(fā)送“1”符號(hào)和“0”符號(hào)的載波角頻率，Ts為碼元時(shí)間間隔。在(0, Ts)時(shí)間間隔，信道輸出合成波形為 （公式 2.1

14、1) 式中，為加性高斯白噪聲，其均值為零，方差為。解調(diào)器采用兩個(gè)帶通濾波器來區(qū)分中心頻率分別為和的信號(hào)。中心頻率為的帶通濾波器只允許中心頻率為的信號(hào)頻譜成分通過，而濾除中心頻率為的信號(hào)頻譜成分；中心頻率為的帶通濾波器只允許中心頻率為2的信號(hào)頻譜成分通過，而濾除中心頻率為的信號(hào)頻譜成分。 Pe= （公式 2.12) 在大信噪比條件下， （公式 2.13) 對(duì)于MSK通信系統(tǒng)設(shè)信道特性為恒參信道，噪聲為加斯白噪聲，MSK解調(diào)器輸入、信號(hào)與噪聲的合波為： （公式 2.14)式中 是均值為0，方差為 的窄帶高斯噪聲。經(jīng)過相乘、低通濾波器濾波和抽樣，在 時(shí)刻I支路的樣值為在 時(shí)刻Q支路的樣值為： 式中

15、和 分別為 和 在取樣時(shí)刻的 樣本值。在I支路和Q支路數(shù)據(jù)等概率的情況下，支路的誤碼率為： （公式 2.15) 式中， 為信噪比。經(jīng)過交替門輸出和差分譯碼后，總比特率為： 2.4 MSK功率譜密度 對(duì)相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)，可以看成由兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的疊加，其中一個(gè)頻率為，另一個(gè)頻率為。因此，相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的功率譜密度可以近似表示成兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)功率譜密度的疊加。根據(jù)二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度，我們可以得到二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的功率譜密度為 （公式 2.16) 令概率， 將二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜密度公式代入式可得 （公式 2.17

16、) 相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的功率譜由離散譜和連續(xù)譜所組成 離散譜位于兩個(gè)載頻和處；連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于和處的雙邊譜疊加形成；若兩個(gè)載波頻差小于，則連續(xù)譜在處出現(xiàn)單峰；若載頻差大于，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。若以二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔計(jì)算二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的帶寬，則該二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的帶寬B2FSK為 ： （公式 2.18）其中 圖2.6相位不連續(xù)2FSK信號(hào)的功率譜示意圖下面我們簡(jiǎn)要討論一下MSK信號(hào)的功率譜。由可以得到MSK 信號(hào)的功率譜密度 （公式 2.19) 與2PSK相比，MSK信號(hào)的功率譜更加緊湊，其第一個(gè)零點(diǎn)出現(xiàn)在處，而2PSK的第一個(gè)零點(diǎn)出現(xiàn)在處。這表

17、明，MSK信號(hào)功率譜的主瓣所占的頻帶寬度比2PSK信號(hào)的窄；當(dāng)(-)時(shí)，MSK的功率譜衰減速率更為迅速。它要比2PSK的衰減速率快得多，因此對(duì)鄰道的干擾也較小。因此MSK信號(hào)抗干擾性能要優(yōu)于2psk。 圖2.7 MSK與2PSK信號(hào)的歸一化功率譜3 MATLAB仿真設(shè)計(jì)與系統(tǒng)分析3.1 MATLAB簡(jiǎn)介在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)和仿真模塊的集合體，用來進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。通信工具箱中的模塊可供直接使用，并允許修改，使用起來十分方便，因而完全可以滿足使用者設(shè)計(jì)和運(yùn)算的需要。 MATLAB通信工具箱中的系統(tǒng)仿真，分

18、為用Simulink模塊框圖進(jìn)行仿真和用MATLAB函數(shù)進(jìn)行的仿真兩種。在用SIMULINK模塊框圖的仿真中，每個(gè)模塊，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上執(zhí)行一次，就是說，所有的模塊在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上同時(shí)執(zhí)行。這種仿真被稱為時(shí)間流的仿真。而在用MATLAB函數(shù)的仿真中，函數(shù)按照數(shù)據(jù)流的順序依次執(zhí)行，意味著所處理的數(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。某些特定的應(yīng)用會(huì)要求采用兩種仿真方式中的一種，但無論是哪種，仿真的結(jié)果是相同而且很方便。近幾年來，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域，M函數(shù)已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的軟件之一。M函數(shù)可以很方便地創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)完整地模塊，評(píng)估

19、不同地算法和結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。由于M函數(shù)是采用模塊組合方式來建模，從而可以使得用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，特別是對(duì)復(fù)雜的不確定非線性系統(tǒng)，更為方便。M函數(shù)模型可以用來模擬線性和非線性、連續(xù)和離散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說它可以用來模擬幾乎所有可能遇到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外M函數(shù)還提供一套圖形動(dòng)畫的處理方法，使用戶可以方便的觀察到仿真的整個(gè)過程。M函數(shù)沒有單獨(dú)的語言，但是它提供了S函數(shù)規(guī)則。所謂的S函數(shù)可以是一個(gè)M函數(shù)文件、FORTRAN程序、C或C+語言程序等,通過特殊的語法規(guī)則使之能夠被M函數(shù)模型或模塊調(diào)用。S函數(shù)使M函數(shù)更加充實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力。同Matla

20、b一樣，M函數(shù)也不是封閉的,他允許用戶可以很方便的定制自己的模塊和模塊庫。同時(shí)M函數(shù)也同樣有比較完整的幫助系統(tǒng)，使用戶可以隨時(shí)找到對(duì)應(yīng)模塊的說明，便于應(yīng)用。綜上所述，M函數(shù)就是一種開放性的，用來模擬線性或非線性的以及連續(xù)或離散的或者兩者混合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)有力的系統(tǒng)級(jí)仿真工具。目前，隨著軟件的升級(jí)換代，在軟硬件的接口方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，使用Simulink可以很方便地進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)控制和處理、信息通信以及DSP的處理。世界上許多知名的大公司已經(jīng)使用M函數(shù)作為他們產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的強(qiáng)有力工。.3.2 MSK信號(hào)的調(diào)制因?yàn)镸SK信號(hào)可以用兩個(gè)正交的分量表示： （k-1）TstkTs （公式 3.1)

21、式中：右端第1項(xiàng)稱作同相分量，其載波為；第2項(xiàng)稱作正交分量，其載波為。 在仿真時(shí)先設(shè)置輸入信號(hào)的參數(shù)：載波頻率調(diào)制后,數(shù)字信號(hào)速率,模擬信號(hào)采樣率。之后產(chǎn)生要調(diào)制的隨機(jī)數(shù)字信號(hào)x;然后用dmod函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。dmod函數(shù)是MATLAB中一個(gè)常用來進(jìn)行信號(hào)調(diào)制的函數(shù)，它后面的參數(shù)包括被調(diào)制信號(hào)，載波信號(hào)的頻率，輸出信號(hào)的速率以及采樣速率和所進(jìn)行調(diào)制的函數(shù)。部分程序代碼和仿真圖如下所示：M=2; %定義輸入隨機(jī)信號(hào)的參數(shù)Fc=20; %載波信號(hào)的頻率Fc為20；Fd=10; %輸出信號(hào)的速率Fd為10；Fs=200; %采樣速率Fs為200； x=randint(1,10000);

22、%產(chǎn)生隨機(jī)的輸入序列y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,msk); %對(duì)用dnod函數(shù)對(duì)輸入的隨機(jī)序列進(jìn)行調(diào)制3.3 MSK解調(diào)實(shí)現(xiàn)由于MSK信號(hào)是最小二進(jìn)制FSK信號(hào)，所以它可以采用解調(diào)FSK信號(hào)的相干法和非相干法解調(diào)。在進(jìn)行程序仿真時(shí)，用ddemod函數(shù)進(jìn)行調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。同時(shí)畫出解調(diào)前后的時(shí)域與頻域的波形圖。在畫頻域的波形圖時(shí)先對(duì)已調(diào)信號(hào)與解調(diào)信號(hào)進(jìn)行DTFT變換，之后畫出相應(yīng)的波形。ddemod函數(shù)是與dmod函數(shù)相對(duì)應(yīng)，用來對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的。其后面的參數(shù)與dmod函數(shù)后的一模一樣。部分程序與仿真波形圖如下所示：z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,msk); %對(duì)調(diào)制后的MSK

23、信號(hào)進(jìn)行解調(diào) 在解調(diào)后得到了時(shí)域的調(diào)制解調(diào)波形，然后再將時(shí)域的信號(hào)通過DTFT變換轉(zhuǎn)變到頻域，從而得到頻域的調(diào)制解調(diào)圖形n1=1:1:length(y);w=0:1:1000*pi/500; n2=1:1:10000;w=0:1:1000*pi/500; %定義頻域參數(shù) n1為y的長(zhǎng)度，n2為輸入原始信 號(hào)的長(zhǎng)度Y=y*exp(-j*n1*w); %對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行DTFT變換Z=z*exp(-j*n2*w); %對(duì)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行DTFT變換magY=abs(Y);magZ=abs(Z);3.4疊加噪聲的MSK系統(tǒng)由于信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中難免要受到外來噪聲的影響，所以在進(jìn)行通信仿真時(shí)務(wù)必要在理想的模

24、擬通信系統(tǒng)中加入高斯白噪聲對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行影響，以此來判斷一個(gè)通信系統(tǒng)抗噪聲性能的好壞。在這次課程設(shè)計(jì)中，我利用awagn函數(shù)對(duì)已調(diào)信號(hào)加入信噪比為0.001的高斯白噪聲。然后對(duì)加入了噪聲的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，同時(shí)畫出其時(shí)域與頻域的波形，將其與沒有加噪聲的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)：加入噪聲后對(duì)已調(diào)信號(hào)的影響很大，但對(duì)解調(diào)信號(hào)而言，噪聲對(duì)解調(diào)后的影響還是有一定限度的。這說明MSK解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能很強(qiáng)。仿真的部分程序與相應(yīng)的仿真波形圖如下所示：y1=awgn(y,0.001); %對(duì)已調(diào)信號(hào)加入高斯白噪聲z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,msk); %對(duì)加入高斯白噪聲的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)num

25、1,ratio1=symerr(x,z2) %對(duì)加入噪聲后解調(diào)的信號(hào)進(jìn)行誤碼率的測(cè)定 再對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)對(duì)比分析，其部分程序如下：Y1=y1*exp(-j*n1*w); %對(duì)加噪聲后的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行DTFT變換Z1=z1*exp(-j*n2*w); %對(duì)加噪聲后的解調(diào)信號(hào)進(jìn)行DTFT變換magY1=abs(Y1);magZ1=abs(Z1); 下一步通過畫圖函數(shù)顯示出時(shí)域與頻域的圖像，進(jìn)行比較，通過symerr函數(shù)對(duì)誤碼率進(jìn)行判斷，方便分析。4 MSK系統(tǒng)分析 4.1 MSK信號(hào)的時(shí)域調(diào)制解調(diào)分析 運(yùn)行程序得到時(shí)域的調(diào)制解調(diào)圖，如下圖：圖4.1 調(diào)制前的信號(hào)圖4.2 調(diào)制后的信號(hào)

26、由調(diào)制波形圖可以看出MSK的調(diào)制信號(hào)特性與2FSK調(diào)制信號(hào)的特性非常的相似，即：當(dāng)輸入信號(hào)為“1”時(shí)，調(diào)制后的波形比輸入信號(hào)為“0”時(shí)的波形要密。同時(shí)MSK信號(hào)的包絡(luò)是恒定的，相位則是連續(xù)的。帶寬相對(duì)于一般的2FSK信號(hào)要小，而且正交。圖4.3 MSK信號(hào)解調(diào)前的頻域波形圖4.4 MSK信號(hào)解調(diào)后的頻域波形 由解調(diào)后的頻域波形可以看出MSK信號(hào)的穩(wěn)定性很好，說明MSK信號(hào)的抗噪聲性能很強(qiáng)。 4.2 MSK頻域分析 由程序運(yùn)行得到頻域調(diào)制前后的波形圖，如下： 圖4.5 調(diào)制前解調(diào)后的頻域波形 圖4.6 調(diào)制前解調(diào)后的頻域波形通過調(diào)制前和解調(diào)后的頻域波形比較，發(fā)現(xiàn)解調(diào)非常的成功，波形被完整無誤的輸

27、出來。 4.3 加噪聲系統(tǒng)分析 對(duì)信號(hào)疊加不同信噪比噪聲的噪聲，其輸出結(jié)果與對(duì)比如下圖：圖4.7信噪比為0.001的 MSK信號(hào)加噪聲解調(diào)前的時(shí)域波形圖4.8 信噪比為0.001的 MSK信號(hào)加噪聲解調(diào)后的時(shí)域波形圖4.9信噪比為1的MSK信號(hào)加噪聲解調(diào)前的時(shí)域波形圖4.10 信噪比為1的MSK信號(hào)加噪聲解調(diào)后的時(shí)域波形圖4.11 信噪比為2的 MSK信號(hào)加噪聲解調(diào)前的頻域波形圖4.12 信噪比為2的 MSK信號(hào)加噪聲解調(diào)后的頻域波形在進(jìn)行編譯與運(yùn)行后可得到頻域的信號(hào)圖，可以看出，加入噪聲后的MSK系統(tǒng)依然十分穩(wěn)定，雖然有些頻率干擾，但對(duì)主信號(hào)的干擾效果并不顯著，依然有十分良好的傳輸環(huán)境，即可

28、以看出，MSK通信系統(tǒng)的抗噪聲性能還是十分的良好。 4.4誤碼率分析通過symerr函數(shù)對(duì)解調(diào)信號(hào)的誤碼率進(jìn)行測(cè)定，得到的誤碼率為0.0024.因?yàn)檩斎氲碾S機(jī)序列長(zhǎng)度為10000，錯(cuò)了24個(gè)。說明MSK信號(hào)的抗噪聲性能很強(qiáng)。當(dāng)將信噪比變?yōu)?時(shí)，輸出的誤碼率很快發(fā)生了變化,由原來的0.0024變?yōu)榱?.0000e-004.圖形也同時(shí)發(fā)生了變化。通過圖形的比較，可以發(fā)現(xiàn)噪聲對(duì)調(diào)制信號(hào)的影響很大，但通過解調(diào)后影響相對(duì)減小了很多。在多次改變信噪比后，將信噪比與誤碼率聯(lián)合做了如圖3-8所式的波形圖。圖4.13 信噪比與產(chǎn)生誤碼率曲線圖通過圖形可知，隨著系統(tǒng)信噪比的增加，解調(diào)后輸出的誤碼率隨之減小，當(dāng)信噪

29、比增加到一定程度時(shí)，誤碼率變?yōu)?。說明噪聲對(duì)信號(hào)的影響在一定程度上是可以減小，但很難消除，因?yàn)槊恳粋€(gè)系統(tǒng)都不可能是理想系統(tǒng)，總會(huì)受到外界的干擾。 5 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是頻移鍵控通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)的理論基礎(chǔ)上，通過MATLAB軟件simulink工具箱完成對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)。通過仿真我們可以不用通過硬件實(shí)驗(yàn)就可以得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過仿真結(jié)果衡量方案的可行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置，然后再應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中。通過仿真，可以提高研究開發(fā)工作的效率，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中潛在的問題，優(yōu)化系統(tǒng)整體性能。而且還可以大大的節(jié)約研究經(jīng)費(fèi)，這對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是很重要的。通過本次仿真結(jié)果可以使我們能很直面的了解到

30、msk通信系統(tǒng)性能。通信系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)主要從：1.抗噪聲性能（從誤碼率體現(xiàn)）。2.調(diào)制信號(hào)頻帶寬度。3.信道特性變化的敏感性。來衡量。從上面的仿真結(jié)果和比較可以得到結(jié)論，msk數(shù)字通信系統(tǒng)與fsk數(shù)字通信系統(tǒng)帶寬相差不大.采用fsk調(diào)制的系統(tǒng)抗噪聲性能相對(duì)要差一些兩種系統(tǒng)工作過程復(fù)雜度相差不大，所以目前在噪聲嚴(yán)重的環(huán)境下msk系統(tǒng)應(yīng)用得更為廣泛。當(dāng)信道中的噪聲比較小時(shí)（比如最大幅度是1），兩種系統(tǒng)都能很好的傳輸數(shù)據(jù)；當(dāng)信道中加入隨機(jī)噪最大幅度為3時(shí)，msk通信系統(tǒng)基本沒有誤碼，可見MSK數(shù)字通信系統(tǒng)有著很強(qiáng)的抗干擾能力，而采用fsk調(diào)制的系統(tǒng)就明顯有很大的誤碼率，可見msk數(shù)字通信系統(tǒng)對(duì)信道變化

31、敏感程度不如采用msk調(diào)制的系統(tǒng)?？梢妋sk調(diào)制解調(diào)數(shù)字通信系統(tǒng)更適合應(yīng)用于信道衰落嚴(yán)重的通信系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)仿真我們可以設(shè)計(jì)出合理的系統(tǒng)參數(shù)。仿真技術(shù)作為一門綜合性科學(xué)，將隨著其相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的深入發(fā)展，繼續(xù)向縱深快速發(fā)展，同時(shí)將擴(kuò)大其綜合應(yīng)用的領(lǐng)域，發(fā)揮更大的作用。但是，作為一門綜合性技術(shù)學(xué)科，仿真技術(shù)還有許多理論及技術(shù)問題需要繼續(xù)進(jìn)行深入的研究探討。我國(guó)應(yīng)大力開展仿真技術(shù)的理論研究和技術(shù)應(yīng)用研究，盡快縮短與先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家在技術(shù)上的差距。仿真技術(shù)的發(fā)展，必將推動(dòng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提高。 致謝 一個(gè)月的課程設(shè)計(jì)很快就過去了，在這期間我學(xué)習(xí)和掌握了使用MATLAB對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真。回想起這

32、期間的經(jīng)歷，感慨萬千。課程設(shè)計(jì)是對(duì)的知識(shí)的一次總結(jié)、一次檢驗(yàn)。同時(shí)也是鍛煉和進(jìn)一步提高自己自學(xué)能力的一次寶貴機(jī)會(huì)。在做本次設(shè)計(jì)的初期階段，由于自己在很的多知識(shí)點(diǎn)上有所遺忘，因此設(shè)計(jì)的進(jìn)度相當(dāng)緩慢，特別是在原理分析和M文件仿真上更是裹足不前。我重點(diǎn)復(fù)習(xí)并新學(xué)習(xí)了相關(guān)章節(jié)的知識(shí),并很快理解了要點(diǎn)，進(jìn)度由此快速展開。設(shè)計(jì)后期階段，在設(shè)計(jì)思路上卡了殼。老師熱心的幫我講解幫我理順了設(shè)計(jì)思路，使我得以進(jìn)行軟件調(diào)試從而驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確可行性并按時(shí)完成設(shè)計(jì)，在此特別感謝老師的指導(dǎo)，此外還要感謝學(xué)校教研室的老師們的關(guān)心和培養(yǎng)，也感謝幫助和支持我的同學(xué)。在此表示衷心的感謝！由于理論知識(shí)有限、文中難免出現(xiàn)不足之處，

33、敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)：1張志勇等.精通matlab6.5J.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.3.2John G.Proakis Masoud Salehi Gerhard Bauch.著 劉樹棠譯comtemporary communication systems using matlab and simulink.北京:電子工業(yè)出版社,2005.4.3樊昌信,張甫詡、徐炳祥、吳成柯 .通信原理M .北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2001.5.4王立寧,樂光新,詹菲等.MATLAB與通信仿真M .北京:人民郵電出版社, 1999 5 陳懷琛，吳大正，高西金 matlab 及在信息課程

34、中的應(yīng)用J北京：電子工業(yè)出版社,20066 樓天順、劉曉東、李博涵基于matlab7.x的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社, 2005.5 7張肅文主編 .高頻電子線路M .北京：高等教育出版社, 2004.11 8程佩青編著 .數(shù)字信號(hào)處理教程M .北京：清華大學(xué)出版社, 2006.3 9張輝、曹麗娜、王勇 編著 .通信原理輔導(dǎo)M 西安.西安電子科技大學(xué)出版社, 2004.1110徐明遠(yuǎn) .MATLAB仿真在通信工程中的應(yīng)用J. 西安. 西安電子科技大學(xué)出版社, 2005.6 11田麗華等.編碼理論J.西安 西安電子科技大學(xué)出版社, 2003.8附錄:MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的源程序代碼M=2; %定義輸入隨機(jī)信號(hào)的參數(shù)Fc=20;Fd=10;Fs=200;t=0:500;x=randint(1,100); %產(chǎn)生隨機(jī)的輸入序列y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,msk); %對(duì)輸入的隨機(jī)序列進(jìn)行調(diào)制figure(1); %第一張圖畫調(diào)制前后的波形subplot(2,1,1),stem(x),title(調(diào)制前的輸入波形);subplot(2,1,2), (t,y(1:501),title(調(diào)制后的輸出波形); axis(0 500 -1 1)z=ddemod(y,Fc,