中頻數(shù)字接收機(jī)的MSK調(diào)制解調(diào)仿真_圖文

1、2011年第01期,第44卷 通信技術(shù) V01.44,No.01,2011中頻數(shù)字接收機(jī)的MSK調(diào)制解調(diào)仿真黃 嵩, 姚遠(yuǎn)程,蔡曉麗(西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院,四川綿陽6210lO【摘要】軟件無線電接收機(jī)要求解調(diào)模式靈活可變,并可通過設(shè)置參數(shù)來改變解調(diào)模式.根據(jù)自然基金項目要求,從 多種經(jīng)典調(diào)制方式中一種重要調(diào)制方式:最小頻移鍵控(MSK的基本模型入手,介紹了一種利用si叫1ink軟件實現(xiàn)MsK仿 真的方法,并根據(jù)最佳狀態(tài)接收機(jī)的原理設(shè)計了一種最佳狀態(tài)接收機(jī)模塊,通過改變系統(tǒng)的參數(shù),對結(jié)果進(jìn)行了分析,驗證 了MSK調(diào)制解調(diào)的性能。【關(guān)鍵詞】最小頻移鍵控;si帆link;調(diào)制解調(diào);仿真【中圖分類

2、號】TN945.13【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】10020802(2011O卜000102 A Si肌1ation of MSK Modulation/Demodulation Based on Si硼1ink HUANG Song, YAO Yuancheng, CAI XiaOl i(Sch001of Info珊tion Engineering,South霄est University of Science arId Technology,Mi8nyang,Sichu柚62lOlO, chi艙【Abstract】The software radio receiver requires f

3、lexible and variable demodulationde,and demodulation mode could be changed by parameter setup.According to the requirement of Nature Fund project,and from the basic model of MSK signals and the basic theory of modulation, a method that real izes the si皿ulation of MSK digital modulation with Simulink

4、 soft阮re is proposed. And based on the theory of basic state receiver, a module for achieVing the best state receiver is designed. The result is analyzed by changing the par鋤eters of this system, and the functionality of MSK is verified.【Key_ords】MSK:Simulink:modulation/demodulation:si肌1ationO引言經(jīng)典的數(shù)

5、字調(diào)制系統(tǒng)包括幅度鍵控(ASK、頻移鍵控 (FSK以及相移鍵控(PSK,它們在數(shù)據(jù)改變的瞬間,波形相 位是不連續(xù)的,而這種相位突變將給信號頻譜造成較大的旁 瓣,同時可能對相鄰信道產(chǎn)生干擾,對于某些場合,這些 調(diào)制方式都是不合適的。而利用窄帶濾波器清楚PSK信號的 旁瓣雖然可以不影響信息的傳輸,但是濾波后的信號不再是 等包絡(luò)的,經(jīng)過非線性信道之后會產(chǎn)生包絡(luò)失真b,因此需 要對已濾除的旁瓣重新恢復(fù),降低了信道頻譜的利用率“1。 連續(xù)相位頻移鍵控(CPFSK信號功率譜的帶外衰減遠(yuǎn)快于 其他相位不連續(xù)的數(shù)字調(diào)制信號的功率譜。而最小頻移鍵控 (MSK調(diào)制是CPFSK中調(diào)制指數(shù)辦=1/2的特例。因為其 恒

6、定包絡(luò)、頻帶利用率高等特點,在無線通信系統(tǒng)中得到了收稿日期:2010一0622。基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(批準(zhǔn)號:10876035。作者簡介:黃嵩(1984一,男,碩士研究生。主要研究方向為無線通 信技術(shù);姚遠(yuǎn)程(1962一,男,教授,主要研究方向為無線 通信技術(shù);蔡曉麗(1985一,女,碩士研究生,主要研究方 向為無線通信技術(shù)。 廣泛應(yīng)用,這里提出了一種利用Simlnink模塊來實現(xiàn)MSK 調(diào)制解調(diào)的方法,這對利用軟件無線電平臺來實現(xiàn)MSK是 有重要意義的。1MSK信號模型MSK信號可以表示為:5kK(f=叫,(fcos2晚fQ(fsin2礬f】, (1 其中:=%聊ff一(2刀一1瓦

7、】cos嘉, (2 H 二6Q(f=陽研f一2力瓦】sin(熹, (3 6這里的爿為載波幅度;Z為載波頻率;刪為矩形函數(shù),q 和以取值均為±l,分別對應(yīng)于l和O,他們是輸入信息序 列經(jīng)過串/并變換得到的兩個二進(jìn)制序列。所以這里可以寫成 I,Q兩路正交調(diào)制的形式刪。在下面simliIll【仿真軟件中也 采用這種方式來生成調(diào)制模塊。2MsK模墁的構(gòu)成2lMsK譚制部分gmn¨nk黻的構(gòu)成MsK怍為種調(diào)制解調(diào)模式.其胄和其他敢字發(fā)時機(jī) 目接收帆糨H的模塊,椰罔I所帕印麓射帆、加性高斯自 咩,信遒(wGN信遒和接收機(jī)三部”組成1。巨M船目l教字#制胖基本棋塊在蛀以數(shù)據(jù)帛R=100K

8、吶.載踱顫蘋正=400kHz的 情號為倒.仿真MsK譴制解調(diào)的】i程。根摧。式(I.運 ￥日以寫成腫兩路正空渭制的形式.在這q采用選種方式 束生成調(diào)制摸塊.n中笈射機(jī)丹m成為圈2.圖2惦I調(diào)制的slmuII nk模塊22加性高斯白囔聲詹道加性高斯白娣一倌道tAwGN信道足直接利用si咖li吐 自帶的wGN橫塊,町以通垃世置非中的fA嗓比來改變信道 的性能。23MsK解譚部分s岫1|link模塊前構(gòu)成MsK怍為一種特殊的2FsK.如果把MsK看成足E空 2FsK,用2FsK方法進(jìn)行月干解調(diào),井且每黼L時刻做小判 決.刊與最佳接收時柏比性能要下降3dB,而如果把MsK 看成il。窩2FsK.采川替

9、顛%的方法避r1F蜊t解調(diào),JE誤 碼性能m交2FsK柙f解硝時相【E型F酶約36dB.因 此此娃鬻川種MsK最偉接收帆的方式對其駢塒“。MsK 解調(diào)s】muli咄攫塊如圖3所示。目3惦K解*sIulln模3仿真結(jié)果由發(fā)射機(jī)拘成摳匿可以越察判-輸曲信息序列攻 經(jīng)過差分預(yù)編碼、串并轉(zhuǎn)按2后彤成nQ兩路信號,在O路 經(jīng)過L延坦之后.并行的兩路信號經(jīng)過波形成形與轂渡信號 輔乘殷終得到MsK的月制信號.由s日阻觀察到MsK 調(diào)制信母的波形如瞪4,圈5所示.目4qsx圳制渡彤“|tu圈5Msx調(diào)制局部&女泣彤由翻4與創(chuàng)5W咀看到MsK調(diào)制以后的波形為包絡(luò)恒 定的波彤.并目波m的栩他足連續(xù)的;詢過

10、改變AwGN信道的信噪比(sNR參缸可吼褂到 不同的誤比特率(BER如襲】所示.衰l信嗓比與誤比特事#￥ sNR腫 B礬J 2n。768623OO“¨3O8OId 50011435600。56646701R5在MsK輔制信號通過干擾情遭以后.日以腳察到如圈 4的MsK調(diào)制信號經(jīng)過wGN館道的波形如阿6所m。m月6MsK&過wcH镕連teH&從圈3解調(diào)部分的椎例中可以檸到.通過嶸口信道的 MsK信號經(jīng)過載波恢復(fù).數(shù)字&通潔波器.然后*過最佳 狀態(tài)接收帆處理:.由判別電路蜜觀并,l轉(zhuǎn)換.揖后地吐差 分解碼恢復(fù)出信息序列。從圈7町隊觀察到解調(diào)之后怕情息序“基車對輸序

11、列 進(jìn)行T恢復(fù).達(dá)到了預(yù)期的效果。選到7設(shè)*的月的 (T轉(zhuǎn)#5* 嘲 洄 Fg 女g￥女由式(7可以得到相位值妒的計算方法如下:=arc蟾(甓哪/2枷,%。,%。, 嘶(畿川/2棚“80,%o,%o。 (8 根據(jù)公式(7,可以求出方位偏離角度所對應(yīng)的幅度一:彳=÷、%。+%。由于方位、俯仰信號垂直正交,根據(jù)公式(8,就可 以得到移相值釓=%t妒。設(shè)雙通道跟蹤接收機(jī)的角跟蹤靈敏度為hV/r11il, lIIlil=O.06。根據(jù)式(5以及經(jīng)過低通濾波后,得到方 位、俯仰增益系數(shù):。 。 七 九×|11%礎(chǔ)擴(kuò)焉尹麗×而 、/%+%。 uuD酗=去刪k哥贏。一般實際應(yīng)用

12、中,校相中天線偏移角度為密位的整數(shù)倍, m在l3Inil之間,接收機(jī)的跟蹤靈敏度.I,在肛lv之間。 根據(jù)以上分析,這種校相方法不需要完全對準(zhǔn)目標(biāo), 只要天線在衛(wèi)星的主瓣內(nèi)即可;也不需要方位、俯仰分別 校相,只需要方位或者俯仰一次偏移就可以完成校相。而 且省略了常規(guī)校相中的粗校和精校步驟,一次校相就可以 達(dá)到常規(guī)校相方法的精校的效果。3軟件實現(xiàn)在以上對快速校相的理論分析的基礎(chǔ)上,某測控站進(jìn)行了 衛(wèi)星早期軌道任務(wù)支持的軟件自動化實現(xiàn)。在軟件實現(xiàn)中, 主要考慮軟件代碼的執(zhí)行效率以及軟件參數(shù)配置的快捷,同 時從客戶應(yīng)用角度,還要考慮軟件界面的易于操作性。在ARABSAT.5A衛(wèi)星的早期軌道任務(wù)中進(jìn)行

13、測試,利 用快速校相的軟件自動校相時間在5秒以內(nèi),而且校相效果 很好,完全滿足衛(wèi)星早期軌道任務(wù)支持的校相要求。4結(jié)語該種校相方法已經(jīng)以軟件方法應(yīng)用在某測控站的衛(wèi)星早 期軌道任務(wù)支持中。通過實際應(yīng)用,這種方法把校相時間從 原來的10多分鐘提高到5秒以內(nèi),而且不需要完全對準(zhǔn)目標(biāo), 方位或者俯仰一次偏移即可完成校相目的,同時增益系數(shù)也 不需要反復(fù)調(diào)整,使得為軟件實現(xiàn)自動校相變得簡單。配合程 序跟蹤文件,完全能夠滿足衛(wèi)星早期軌道任務(wù)中的校相要求。 這種校相方法也為測控天線實現(xiàn)“一鍵”校相。甚至無需 人為操作而進(jìn)行接收機(jī)內(nèi)部自動完成校相提供了理論基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1田克純,覃遠(yuǎn)年.基于雙鎖相環(huán)路的甚高頻單邊

14、帶接收機(jī)的設(shè) 計J】.通信技術(shù),2008,4l(09:20一22.3盧屹,張新軍,張嘉俊.數(shù)字鎖相環(huán)的參數(shù)設(shè)計及其應(yīng)用J.通 信技術(shù),200l(09:20一23.4楊峰輝.基于自動校相技術(shù)測控軟件的研宄與應(yīng)用D.西安:西安 電子科技大學(xué),2005.【5馮立秀.載波恢復(fù)相位檢測技術(shù)及其仿真【J.通信技術(shù),2008, 4l(03:4346.6方華金,陳國強.衛(wèi)星測控系統(tǒng)新型校相體制的研究與實現(xiàn)J. 宇航計測技術(shù),2005,25(05:9.】3.7侯方西,曹達(dá)仲,劉開華.數(shù)字接收機(jī)正交基帶信號提取方案的研 究J】.通信技術(shù),2002(08:9一12.8蘭宏志.數(shù)字化角跟蹤接收機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)J】.電訊

15、技術(shù), 2003(02:9l92.(上接第2頁圖7延遲后的輸入信息序列和解調(diào)信息序列4結(jié)語MSK作為數(shù)字通信中最重要的調(diào)制方式之一,在移動 通信等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用,根據(jù)款中頻數(shù)字軟件無線電接 收機(jī)的研制要求,分析了MsK在數(shù)字通信中調(diào)制解調(diào)的原 理,并用simulinl(對其進(jìn)行了仿真,通過仿真驗證了MsK 調(diào)制解調(diào)的正確性,從而保證了工程可實現(xiàn)性。參考文獻(xiàn)2ZHO DANFENG, Z刪TIELI N. A N吖Dig“a1Method of De腫duIation for瞞KC】.US:2009:1792-1795.3LIN z,ULIN T.N吖r Bounds on Symbol Error Probability for MLsD of cPH Si蟣als onA刪ChamelJ】. IEEE Co珊unications Proceedings,2003, 10(150:312316. 【4陳國通.數(shù)字通信M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社。2002: 286288.5曹志剛,錢亞生.現(xiàn)