基于SystemView的MSK的仿真实现

1、通信电子线路实验与设计报告JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 通信原理课程设计报告 课程设计题目 : 基于SystemView的MSK的仿真实现 班 级 ： 学 号 ： 姓 名 ： 指导教师姓名 ： 钱志文 任艳玲 设计地点 ： 60#507 目录序言 第一章 SystemView软件介绍 3第二章 MSK调制原理 42.1 MSK信号 42.2 MSK信号计算原理 42.3 MSK信号调制原理 4第三章 基于SystemView的MSK调制的仿真实现 73.1 MSK的仿真系统参数 73.2 MSK的调制程 7 3.2.1 MSK的调制仿真总电

2、路图 73.2.2 差分编码电路 93.2.3 串并变换电路 93.2.4 加权调制和载波调制11参考文件 14体会与建议 15附录 16 序言人类社会是建立在信息交流基础上的，通信是推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力，特别是当今信息社会，通信更是整个社会的高级“神经中枢”。而通信系统的质量在很大程度上依赖与所采用的调制方式。随着数字通信技术的日益发展和广泛应用，数字调制技术作为这个领域中极为重要的一个方面得到了迅速发展。特别是今年来随着远距离数字通信的发展，系统中出现了新的问题信道中同时存在着带限与线性的特性。在这种信道条件下，传统的数字调制方式则面临这一场新的挑战。为了适应这类信道的特

3、性，又发展起来了一种新的数字调制方式技术现代恒定包络数字调制技术。 现代恒定包络数字调制技术的发展过程，就是已调波的相位路径不断得到改进与完善的过程。因为一个已调波的频谱特性与其相位路径有着紧密的联系（）。为了控制已调波的频谱特性，则必须控制它的相位路径。首先出现的是二相移相键控（BPSK），继而，为了提高信道频带利用率，又在它的基础上提出了四相移相键控（QPSK）。这两种调制方式所产生的已调波，在码元转换时刻上都可能产生180o相位突跳，使得功率谱高频滚降缓慢，带外辐射大。为了消除180o相位突跳，在QPSK基础上又提出了交错正交移相键控（OQPSK），它虽然克服了180o相位突跳的问题，但

4、是，在码元转换时刻上仍可能有90o的相位突跳，同样使的功率谱高频不能很快地滚降，为了彻底解决相位突跳的问题，人们很自然地会想到相邻码元间的相位变化不应该瞬时地突变，而应该在一个码元时间内逐渐累积来完成，从而保持码元转换时刻相位联系，于是又提出了最小移频键控（MSK）。MSK是一种线性连续相位路径的恒定包络数字调制技术，它彻底消除了相位突跳问题，载波相位随时间是连续变化的，信号功率谱在主瓣以外衰减得较快，带外辐射小，对邻道的干扰也较小。第1章SystemView软件介绍SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块

5、(Token)去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional Libr

6、ary)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。在系统设计和仿真分析方面，SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内，可以通过鼠标方便地控制内部数据的图

7、形放大、缩小、滚动等。另外，分析窗中还带有一个功能强大的"接收计算器"，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。System View还具有与外部文件的接口，可直接获得并处理输入/输出数据。提供了与编程语言VC+或仿真工具Matlab的接口，可以很方便的调用其函数。还具备与硬件设计的接口:与Xilinx公司的软件Core Generator配套，可以将SystemView系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件;另外，SystemView还有与DSP芯片设计的接口，可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码。第2章MSK调制原理2.1 M

8、SK信号MSK信号是一种相位连续、包络恒定并且占用带宽最小的二进制正交FSK信号。MSK通常又被成为最小频移键控。2.2 MSK信号计算原理MSK是恒定包络连续相位频率调制，其信号的表示式为 (1.1-1)其中 , =0,1,令 , (1.1-2)则式（1.1-1）可表示为 (1.1-3)式中，称为附加相位函数；为载波角频率；为码元宽度；为第个输入码元，取值为；为第个码元的相位常数，在时间中保持不变，其作用是保证在时刻信号相位连续。 当，信号频率 （2.2-2） 当，信号频率 （2.2-3） （2.2-4）由公式（2.2-2）和（2.2-3）可知，在一个码元内含有1/4载波周期的整数倍，由公式

9、（2.2-4）可是，输入的码元相位线性变化。2.3 MSK信号的调制原理由MSK信号的一般表示式（1.1-3）可得 (1.1-17)因为代入 (1.1-17)可得 (1.1-18)上式即为MSK信号的正交表示形式。其同相分量为 (1.1-19)也成为I支路。其正交分量为 (1.1-20)也成为Q支路。 称为加权函数。由式（1.1-18）可以画出MSK信号调制器原理图如图e所示。图中，输入二进制数据序列经过差分编码和串/并变换后，I支路信号经加权调制和同相载波相乘输出同相分量。Q支路信号先延迟，经加权调制和正交载波相乘输出正交分量。和相减就可得到已调MSK信号。图1-1 MSK 信号正交调制原理

10、框图第3章 基于SystemView的MSK的仿真实现3.1 MSK的仿真系统参数 码元速率： 码元宽度： 频偏（也即加权函数频率）： 载波频率：(为了能然最后图波形清楚特意设小了些） 传信频率： 这样，在一个码元时间内，刚好完成周，刚好完成周。我们假定传“+1”时，信号频率是，即在一个码元时间内，的波形有1.75个周期；传“-1”时，信号频率是，即在一个码元时间内，的波形有2.25个周期。3.2 MSK的调制过程3.2.1 MSK的调制仿真总电路图 输入的二进制数据序列经过查分编码和串/ 并变换，变成两路速率减半的序列，在经过加权函数输出同相分量和正交分量，分别对两个正交的载波进行调制，相减

11、即可得到需要的MSK信号。原理框图如图1-1。 将原理图在systemview中仿真出来，仿真图如图2-1。调制过程各图符参数如表2-2。图2-1 MSK仿真调制总图表2-2 调制过程各图符参数图符编号库/图符名称参 数0Source Library/PN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=20Hz,Levels=2,Phase=0deg1,6Operator Library/SamplerRate=20Hz,Aperture=0 sec3Logic Library/XORDelay=0sec, Threshold=500e-3v, TrueOutput=1v,False Ou

12、tput=-1v4Operator Library/DelaysDelay=0.055,10,11Operator Library/HoldGain=1 , Last Value7Operator Library/Smpl DelayDelay=1 samples, Attribute=Passive, Fill Last Register, Initial Condition=0v8,9Operator Library/DecimatorDecimate By 214Source Library/SinusoidAmp=1v, Freq=5Hz17Source Library/Sinusoi

13、dAmp=1v, Freq=40Hz18Adder Non Paramtric图标38,39,40,32,31,33,25,34,35为图形分析符号，分别分析原码波形，差分之后的波形，加权调制后的（同向和反向）波形，载波调制后的（同向和反向）波形以及调制好了的MSK波形。3.2.2 差分编码电路 MSK是一种特殊的FSK波形，其是用相邻码元的电平的跳变来表示消息码。因为在调制过程中，载波的相位是不可以控制的，所以用差分波形传送代码，这样可以消除设备初始状态的影响。差分编码电路图如图3-1。原码与差分译码后的波形如图3-2。 图3-1差分编码电路图图3-2 原码与差分译码（上原码，下差分译码）差

14、分编码公式：，则；由图读出原码：110011100 ：111100101 ：001111001可以看出是的延时信号，所以可以得出差分电路的设计是对的。 3.2.3串并变换电路MSK是两路严格正交的FSK信号，所以我们要将一路信息码元转换成两路码元进行加权和载波调制。采用的串并变换电路图如图3-3串并转换电路。将一路码元分为两路，因为信号是同时到达图符8,图符9，所以在图符9前加了延迟符号，延迟一个码元。上路采集第一个码元下路就可以采集第二个码元。将图符8,9设置成Decimate By 2，压缩采样拓宽一倍码元宽度，这样上路就可以采集第三个码元下路采集第四码元。此后上路就可以形成奇码元序列，下

15、路就是偶码元序列。如图3-4上路波形，下路波形。 图3-3 串并转换电路 图3-4 上路和下路波形由图3-4可得上路码元为：110111001。Q路码元为;110011011.将两路码元合成一路111100101111000111与图3-2波形相同。可知在个串并转换电路是对的。3.2.4 加权调制和载波调制加权信号的频率为5kHz,如图符15，载波信号的频率为40kHz如图符18。SystemView中信号源库中的正弦信号产生器可以根据用户自己的要求生成一个任意频率、幅度、相位的正弦信号，在与相乘器的连接时，0代表的是正弦信号，1代表的是余弦信号，这就省去了原理图中的/2移相器。如图3-5加权

16、调制和载波调制。 图3-5加权调制和载波调制 图符27是为了使码元相位一直，没有加图符27是，加权后的图像没有呈现/2变化。其他图符为乘法器。加权后的上路和下路波形如图3-6，图3-7。调制后的上路和下路的波形如图3-8,图3-9。以及最终经过加法器，形成的MSK波形，如图3-10。图3-6上路加权后波形图3-7下路加权后波形图3-8 上路调制后波形图3-8 下路调制后波形图3-10 MSK波形我们可以从图3-10上可以看出，该信号里包含了两种频率的信息，且相位连续，包络恒定，这些特点都满足MSK波形的特点，所以MSK调制成功。参考文献1夏平.MSK通信系统的SystemView设计与实现J.

17、中国有线电视，2007，第6期：563-565.2张志平 李曼.SystemView在通信系统仿真中的应用研究J.现场总线技术应用200 例，2009，第6期：195-196.3樊昌信.通信原理M.北京：国防工业出版社，2014.4郑文秀.MSK信号的参数估计J.电路与系统学报，2011（4），第16卷第2期：23-27.5郭建鹏.基于SystemView的串行MSK调制与解调的仿真研究J.计算机与数学工程，2008，第11期：170-181.体会与建议 最小移频键控（MSK）是二进制连续相位FSK的一种特殊形式。MSK信号具有恒定包络，在码元转换时刻相位保持连续，以载波为基准的信号相位在一个码元期间内线性地变换，信号功率谱在主瓣以外衰减较快，带外辐射小等特点。MSK属于连续相位调制技术，其调制指数h=1/2。这些以前只在书上看到