現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制設(shè)計(jì)與仿真

1、目 錄1 數(shù)字通信的發(fā)展11.1 研究MSK數(shù)字通信系統(tǒng)的意義21.2 通信系統(tǒng)仿真的意義22 MSK 數(shù)字調(diào)制解調(diào)原理32.1 MSK信號(hào)的產(chǎn)生32.2 MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)方法62.3 MSK通信系統(tǒng)的性能82.3.1 MSK功率譜密度82.3.2 MSK抗噪聲性能102.4 MSK通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理框圖113 MATLAB仿真設(shè)計(jì)123.1 Matlab（simulink）與通信系統(tǒng)的仿真123.2 MSK通信系統(tǒng)的MATLAB仿真133.2.1 總體設(shè)計(jì)方案133.2.2 MSK系統(tǒng)各模塊在Matlab（Simulink）中的參數(shù)設(shè)置133.3設(shè)計(jì)結(jié)果及分析173.3.1 誤碼率分析1

2、73.3.2 眼圖分析183.3.3 功率譜分析194 總結(jié)19參考文獻(xiàn)20 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制設(shè)計(jì)與仿真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(wú)法復(fù)制出原來(lái)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(chēng)為數(shù)字信號(hào)。如果電信號(hào)的參量連續(xù)取值，則稱(chēng)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(lèi)：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)

3、送世界上斯一份電報(bào)以來(lái) ，電報(bào)通信已經(jīng)經(jīng)歷了150多年。但是長(zhǎng)期以來(lái)，由于電報(bào)通信不如電話(huà)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(huà)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(lái)，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(lái)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(lái)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

4、比模擬通信占據(jù)更寬的帶寬的系統(tǒng)頻帶而換來(lái)的。以電話(huà)為例，一路模擬電話(huà)只占據(jù)4khz的帶寬，而一路傳輸質(zhì)量相同的數(shù)字電話(huà)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(guò)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。1.1

5、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(mǎn)足更多的用戶(hù)）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(guò)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(wú)法滿(mǎn)足移動(dòng)通信的要求，為此，需要專(zhuān)門(mén)研究一些抗干擾性

6、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)H=（f2-f1）ts =0.5。(3)以載波相位在一個(gè)碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線(xiàn)性變化±pi/2；（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(shuō)，信號(hào)的波形沒(méi)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?.2 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)

7、的研究時(shí)，通常要進(jìn)行建模和仿真，通過(guò)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(guò)仿真，可以提高研究開(kāi)發(fā)工作的效率，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中潛在的問(wèn)題，優(yōu)化系統(tǒng)整體性能。與一般的仿真過(guò)程類(lèi)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(guò)歸納和抽象建立通信系統(tǒng)的仿真模型。通過(guò)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(guò)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(kāi)銷(xiāo)，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

8、就是使用MATLAB的Simulink工具箱進(jìn)行仿真。本次課程設(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。首先通過(guò)收集資料和學(xué)習(xí)來(lái)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(guò)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(guò)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 數(shù)字調(diào)制解調(diào)原理2.1 MSK信號(hào)的產(chǎn)生 頻移鍵控是數(shù)字通信中用得較廣的一 種形式，在衰落信道中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，它被廣泛采用。Fsk信號(hào)是0符號(hào)對(duì)應(yīng)載頻1，而1符號(hào)對(duì)應(yīng)于載頻2（與1不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且1與2之間的改變是

9、瞬間完成的?；菊{(diào)制方法有模擬調(diào)頻法和鍵控法3.一般來(lái)說(shuō)，鍵控法得到的調(diào)制信號(hào)的相位是不連續(xù)的（兩載波頻率相差為pi/2的整數(shù)倍時(shí)相位連續(xù)）。是一種非線(xiàn)性調(diào)制，因此研究它的頻譜特性比較困難。 圖1 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)間波形MSK叫最小移頻鍵控，它是移頻鍵控（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(xiě)為：(1) 式中，k稱(chēng)為附加相位函數(shù)；c為載波角頻率；Tk為第k個(gè)輸入碼元，s為碼元寬度；a取值為±1；k為第k個(gè)碼元的相位常數(shù)，在時(shí)間kTst(k+1)Ts中保持不變，其作用是保證在

10、t=kTs時(shí)刻信號(hào)相位連續(xù)。由 (2)可知當(dāng)1時(shí)，信號(hào)的頻率為：當(dāng)1時(shí)，信號(hào)的頻率為：由此可得頻率之差為：H=Ts=x Ts=0.5那么MSK信號(hào)波形如圖示：圖2 MSK信號(hào)波形從圖中可以看出，+信號(hào)和信號(hào)在一個(gè)碼元期間恰好相差二分之一周，即相差為了保持相位的連續(xù)，在t=時(shí)間內(nèi)應(yīng)有下式成立：=（）（） (3) 即：當(dāng)時(shí)，=；當(dāng)時(shí)，=±（）； (4) 若令0，則0或±，此式說(shuō)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)。由附加相位函數(shù)k(t)的表示式可以看出，k(t)是一直線(xiàn)方程，其斜率為 截距為k。由于ak的取值為±1，

11、故是分段線(xiàn)性的相位函數(shù)。因此，MSK的整個(gè)相位路徑是由間隔為T(mén)s的一系列直線(xiàn)段所連成的折線(xiàn)。在任一個(gè)碼元期間Ts，若ak=+1，則k(t)線(xiàn)性增加；若ak=-1， 則k(t)線(xiàn)性減小 。對(duì)于給定的輸入信號(hào)序列ak，相應(yīng)的附加相位函數(shù)k(t)的波形如圖所示。對(duì)于各種可能的輸入信號(hào)序列，k(t)的所有可能路徑是一個(gè)從-2到+2的網(wǎng)格圖。 圖3 附加相位函數(shù)k(t)的波形圖 圖4 附加相位路徑網(wǎng)格從以上分析總結(jié)得出，MSK信號(hào)具有以下特點(diǎn)： （1）MSK信號(hào)是恒定包絡(luò)信號(hào)； （2）在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，信號(hào)的相位是連續(xù)的，以載波相位為基準(zhǔn)的信號(hào)相位在一個(gè)碼元期間內(nèi)線(xiàn)性地變化±/2 ； （3） 在

12、一個(gè)碼元期間內(nèi)， 信號(hào)應(yīng)包括四分之一載波周期的整數(shù)倍，信號(hào)的頻率偏移等于，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)h=0.5。 (4)信號(hào)頻率偏移嚴(yán)格等于 ± 。 2.2 MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)方法二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)FSK很容易用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻而獲得。這正是頻率鍵控通信方式早期采用的實(shí)現(xiàn)方法，也是利用模擬調(diào)頻法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻的方法。對(duì)2FSK信號(hào)產(chǎn)生的另一方法是采用鍵控法，即利用受矩形脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通4。二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的解調(diào)方法很多，有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測(cè)法，有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法。其解調(diào)原理是將二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)

13、，分別進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比較最終判決出輸出信號(hào)。圖5二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)解調(diào)器原理圖(a) 非相干解調(diào); (b) 相干解調(diào)MSK信號(hào)屬于數(shù)字頻率調(diào)制信號(hào)，可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)方式。由= (5) 令， 則： (6)所以msk信號(hào)可以看成是由兩個(gè)彼此正交的載波和分別進(jìn)行振幅調(diào)制而合成的。根據(jù)上面表達(dá)式的描述可構(gòu)成一種MSK調(diào)制器由MSK信號(hào)的一般表示式可得 (7)因?yàn)?代入式可得 (8) 上式即為MSK信號(hào)的正交表示形式。其同相分量為 也稱(chēng)為I支路。 其正交分量為 也稱(chēng)為Q支路。cos 和sin 稱(chēng)為加權(quán)函數(shù)。Q支路信號(hào)先延遲Ts，經(jīng)sinct加權(quán)調(diào)制和正交載波s

14、inct相乘輸出正交分量xQ(t)。xI(t)和xQ(t)相減就可得到已調(diào)MSK信號(hào)。 MSK信號(hào)屬于數(shù)字頻率調(diào)制信號(hào)，可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)方式。由于MSK信號(hào)調(diào)制指數(shù)較小，采用一般鑒頻器方式進(jìn)行解調(diào)誤碼率性能不太好，因此在對(duì)誤碼率有較高要求時(shí)大多采用相干解調(diào)方式4。本設(shè)計(jì)模塊中采用一種相干解調(diào)的方式。已知： (9)把該信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)可得到：Ik路 (10)=+Qk路 (11)=+我們需要的是、兩路信號(hào)，所以必須將其它頻率成份、通過(guò)低通濾波器濾除掉，然后對(duì)、采樣即可還原成、兩路信號(hào)5。根據(jù)上面描述可構(gòu)成MSK解調(diào)器.2.3 MSK通信系統(tǒng)的性能2.3.1 MSK功率譜密度

15、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f1，另一個(gè)頻率為f2。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P2FSK(f)為 (12)令概率P=1/2， 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 (13)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f1和f2處；連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加形成；若兩個(gè)載波頻差小于fs，則連續(xù)譜在fc處

16、出現(xiàn)單峰；若載頻差大于fs，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 ： 其中fs=1/Ts。 圖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 (14)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0.75/Ts處，而2PSK的第一個(gè)零點(diǎn)出現(xiàn)在1/Ts處。這表明，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)(f-fc)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

17、擾也較小。因此msk信號(hào)抗干擾性能要優(yōu)于2psk6。 圖7 Msk與2psk信號(hào)的歸一化功率譜2.3.2 MSK抗噪聲性能數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號(hào)的傳輸過(guò)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。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)

18、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 (15)S(t)發(fā)送“1”符號(hào)是為u1(t), S(t)發(fā)送“0”符號(hào)是為u0(t).其中:式中，1和2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yi(t)為 (16)式中，ni(t)為加性高斯白噪聲，其均值為零，方差為2。在圖 a中，解調(diào)器采用兩個(gè)帶通濾波器來(lái)區(qū)分中心頻率分別為1和2的信號(hào)。中心頻率為1的帶通濾波器只允許中心頻率為1的信號(hào)頻譜成分通過(guò)，而濾除中心頻率為2的信號(hào)頻譜成分；中心頻率為2的帶通濾波器只允

19、許中心頻率為2的信號(hào)頻譜成分通過(guò)，而濾除中心頻率為1的信號(hào)頻譜成分。 Pe=在大信噪比條件下， (17)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： (18)式中 是均值為0，方差為 的窄帶高斯噪聲。經(jīng)過(guò)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 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： (19)式中 為信噪比。經(jīng)過(guò)交替門(mén)輸出和差分譯碼后，總比特率為：2.4 MSK通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理框圖 到目前為止，已經(jīng)把整個(gè)設(shè)計(jì)做了詳盡的闡述了，接下來(lái)便只是需要把以

20、上的幾個(gè)設(shè)計(jì)模匯總了，形成一個(gè)完整的原理圖6。 圖8 MSK通信系統(tǒng)調(diào)制原理圖3 MATLAB仿真設(shè)計(jì)3.1 Matlab（simulink）與通信系統(tǒng)的仿真在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(lái)進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開(kāi)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(lái)十分方便，因而完全可以滿(mǎn)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，

21、就是說(shuō)，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(chēng)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(guò)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(chēng)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(wú)論是哪種，仿真的結(jié)果是相同而且很方便。近幾年來(lái)，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)用最為廣泛的軟件之一。Simulink可以很方便地創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)完整地模塊，評(píng)估不同地算法和結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。由于Simulink是采用模塊組合方式來(lái)建模，從而可以使得用戶(hù)能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)

22、的計(jì)算機(jī)仿真模型，特別是對(duì)復(fù)雜的不確定非線(xiàn)性系統(tǒng)，更為方便。Simulink模型可以用來(lái)模擬線(xiàn)性和非線(xiàn)性、連續(xù)和離散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說(shuō)它可以用來(lái)模擬幾乎所有可能遇到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外Simulink還提供一套圖形動(dòng)畫(huà)的處理方法，使用戶(hù)可以方便的觀(guān)察到仿真的整個(gè)過(guò)程。Simulink沒(méi)有單獨(dú)的語(yǔ)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(yǔ)言程序等,通過(guò)特殊的語(yǔ)法規(guī)則使之能夠被Simulink模型或模塊調(diào)用。S函數(shù)使Simulink更加充實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力6。同Matlab一樣，Simulink也不是封閉的,他允許用戶(hù)可以很方便的定制

23、自己的模塊和模塊庫(kù)。同時(shí)Simulink也同樣有比較完整的幫助系統(tǒng)，使用戶(hù)可以隨時(shí)找到對(duì)應(yīng)模塊的說(shuō)明，便于應(yīng)用。綜上所述，Simulink就是一種開(kāi)放性的，用來(lái)模擬線(xiàn)性或非線(xiàn)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Simulink作為他們產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的強(qiáng)有力工具7.3.2 MSK通信系統(tǒng)的MATLAB仿真3.2.1 總體設(shè)計(jì)方案1. 對(duì)MSK數(shù)字通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理進(jìn)行分析研究并利用MATLA

24、B軟件建立仿真模型。2通過(guò)前面的研究理解，設(shè)置MATLAB軟件建立的仿真模型里的信號(hào)源，調(diào)制單元，解調(diào)單元的參數(shù)。3運(yùn)用MATLAB軟件的仿真功能，得出msk數(shù)字通信系統(tǒng)各點(diǎn)的仿真波形圖。4聯(lián)系理論對(duì)各點(diǎn)波形圖進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論。具體操作如下：信號(hào)源AWGN通道MSK調(diào)制MSK解調(diào)誤碼率分析、眼圖和星座圖 圖 9 總體設(shè)計(jì)框架圖3.2.2 MSK系統(tǒng)各模塊在Matlab（Simulink）中的參數(shù)設(shè)置（1）偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器（Bernoulli Binary Generator）圖10偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器該模塊的設(shè)計(jì)主要是產(chǎn)生一組隨機(jī)的0、1等概序列（第一行參數(shù)設(shè)為0.5）。Initial seed

25、（初始種子）設(shè)置為23459，這是信道的基本參數(shù)，抽樣時(shí)間（Sample time）設(shè)為0.1s。（2）MSK調(diào)制（MSK Modulato Baseband）圖11 MSK的調(diào)制選擇MSK調(diào)制模塊接收的數(shù)據(jù)類(lèi)型為Bit(位)型，因?yàn)檩斎氲臄?shù)據(jù)是0、1的序列。階段性補(bǔ)償（phase offset）設(shè)置為pi/4，這是MSK系統(tǒng)調(diào)制的基本參數(shù)，而抽樣的值設(shè)為8。（3）AWGN通道（AWGN Channel）圖12 AWGN通道本設(shè)計(jì)使用相對(duì)較簡(jiǎn)單的一個(gè)加性高斯白噪聲信道作為噪聲信道，它在二進(jìn)制相位調(diào)制信號(hào)中疊加高斯白噪聲。Initial seed（初始種子）即可以是標(biāo)量也可以是矢量。這個(gè)標(biāo)量或矢

26、量的長(zhǎng)度要與信道匹配。在設(shè)計(jì)中選擇Signal to noise ratio (Es/No)模式，Es/No (dB)每符號(hào)信號(hào)功率與噪聲功率譜密度比，用分貝表示。(4)MSK解調(diào)（MSK Demodulator Baseband）圖13 MSK解調(diào)選擇MSK解調(diào)模塊輸出的數(shù)據(jù)類(lèi)型為Bit(位)型，因?yàn)檩斎胝{(diào)制的數(shù)據(jù)是0、1的序列，解調(diào)后數(shù)據(jù)應(yīng)與它為同一類(lèi)型。階段性補(bǔ)償（phase offset）設(shè)置為0，這是MSK系統(tǒng)解調(diào)的基本參數(shù)，而抽樣的值與調(diào)制模塊一樣設(shè)為8。(5)誤碼率計(jì)算器（Error Rate Calculation）圖14 誤碼率計(jì)算器將誤碼率計(jì)算器接收數(shù)據(jù)的延時(shí)設(shè)為16，計(jì)算

27、延時(shí)（computation delay）設(shè)置為0，將計(jì)算模式（computation mode）設(shè)置為整幀（entire frame）模式。由于將誤碼率計(jì)算后的值顯示出來(lái)以便觀(guān)察，所以輸出數(shù)據(jù)（Output data）類(lèi)型選擇端口類(lèi)型，這樣輸出可以接一個(gè)顯示器（display）顯示當(dāng)前的誤碼率值8。（6）其他觀(guān)察儀器 輸入輸出碼元觀(guān)察窗口（Scope） 眼圖（Discrete-Time Eye Diagram Scope） 功率譜觀(guān)察窗口（Spectrum Scope）以上觀(guān)察窗口的參數(shù)設(shè)置均按照觀(guān)察需要來(lái)進(jìn)行設(shè)置。3.3設(shè)計(jì)結(jié)果及分析 根據(jù)設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)步驟用Matlab中的Simulink來(lái)設(shè)計(jì)此MSK系統(tǒng)，可以得到如下圖所示的設(shè)計(jì)結(jié)果圖15 總體設(shè)計(jì)圖3.3.1 誤碼率分析 圖16 輸入調(diào)制信號(hào)（上）、解調(diào)后輸出信號(hào)（下）總體設(shè)計(jì)圖中的Display模塊窗口顯示的數(shù)值是該系統(tǒng)的誤碼率。誤碼率的計(jì)算器將在一定時(shí)間內(nèi)收到的數(shù)字信號(hào)中發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)與同一時(shí)間所收到的數(shù)字信號(hào)的總比特?cái)?shù)的比值通過(guò)