中频数字接收机的MSK调制解调仿真_图文

1、2011年第01期,第44卷 通信技术 V01.44,No.01,2011中频数字接收机的MSK调制解调仿真黄 嵩, 姚远程,蔡晓丽(西南科技大学信息工程学院,四川绵阳6210lO【摘要】软件无线电接收机要求解调模式灵活可变,并可通过设置参数来改变解调模式.根据自然基金项目要求,从 多种经典调制方式中一种重要调制方式:最小频移键控(MSK的基本模型入手,介绍了一种利用si叫1ink软件实现MsK仿 真的方法,并根据最佳状态接收机的原理设计了一种最佳状态接收机模块,通过改变系统的参数,对结果进行了分析,验证 了MSK调制解调的性能。【关键词】最小频移键控;si帆link;调制解调;仿真【中图分类

2、号】TN945.13【文献标识码】A 【文章编号】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舱【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锄eters of this system, and the functionality of MSK is verified.【Key_ords】MSK:Simulink:modulation/demodulation:si肌1ationO引言经典的数

5、字调制系统包括幅度键控(ASK、频移键控 (FSK以及相移键控(PSK,它们在数据改变的瞬间,波形相 位是不连续的,而这种相位突变将给信号频谱造成较大的旁 瓣,同时可能对相邻信道产生干扰,对于某些场合,这些 调制方式都是不合适的。而利用窄带滤波器清楚PSK信号的 旁瓣虽然可以不影响信息的传输,但是滤波后的信号不再是 等包络的,经过非线性信道之后会产生包络失真b,因此需 要对已滤除的旁瓣重新恢复,降低了信道频谱的利用率“1。 连续相位频移键控(CPFSK信号功率谱的带外衰减远快于 其他相位不连续的数字调制信号的功率谱。而最小频移键控 (MSK调制是CPFSK中调制指数办=1/2的特例。因为其 恒

6、定包络、频带利用率高等特点,在无线通信系统中得到了收稿日期:2010一0622。基金项目:国家自然科学基金项目(批准号:10876035。作者简介:黄嵩(1984一,男,硕士研究生。主要研究方向为无线通 信技术;姚远程(1962一,男,教授,主要研究方向为无线 通信技术;蔡晓丽(1985一,女,硕士研究生,主要研究方 向为无线通信技术。 广泛应用,这里提出了一种利用Simlnink模块来实现MSK 调制解调的方法,这对利用软件无线电平台来实现MSK是 有重要意义的。1MSK信号模型MSK信号可以表示为:5kK(f=叫,(fcos2晚fQ(fsin2矾f】, (1 其中:=%聊ff一(2刀一1瓦

7、】cos嘉, (2 H 二6Q(f=阳研f一2力瓦】sin(熹, (3 6这里的爿为载波幅度;Z为载波频率;删为矩形函数,q 和以取值均为±l,分别对应于l和O,他们是输入信息序 列经过串/并变换得到的两个二进制序列。所以这里可以写成 I,Q两路正交调制的形式删。在下面simliIll【仿真软件中也 采用这种方式来生成调制模块。2MsK模墁的构成2lMsK谭制部分gmn¨nk黻的构成MsK怍为种调制解调模式.其胄和其他敢字发时机 目接收帆糨H的模块,椰罔I所帕印麓射帆、加性高斯自 咩,信遒(wGN信遒和接收机三部”组成1。巨M船目l教字#制胖基本棋块在蛀以数据帛R=100K

8、呐.载踱颤苹正=400kHz的 情号为倒.仿真MsK谴制解调的】i程。根摧。式(I.运 ￥日以写成肿两路正空渭制的形式.在这q采用选种方式 束生成调制摸块.n中笈射机丹m成为圈2.图2惦I调制的slmuII nk模块22加性高斯白囔声詹道加性高斯白娣一倌道tAwGN信道足直接利用si咖li吐 自带的wGN横块,町以通垃世置非中的fA嗓比来改变信道 的性能。23MsK解谭部分s岫1|link模块前构成MsK怍为一种特殊的2FsK.如果把MsK看成足E空 2FsK,用2FsK方法进行月干解调,井且每黼L时刻做小判 决.刊与最佳接收时柏比性能要下降3dB,而如果把MsK 看成il。窝2FsK.采川替

9、颠%的方法避r1F蜊t解调,JE误 码性能m交2FsK柙f解硝时相【E型F酶约36dB.因 此此娃鬻川种MsK最伟接收帆的方式对其骈埘“。MsK 解调s】muli咄攫块如图3所示。目3惦K解*sIulln模3仿真结果由发射机拘成抠匿可以越察判-输曲信息序列攻 经过差分预编码、串并转按2后彤成nQ两路信号,在O路 经过L延坦之后.并行的两路信号经过波形成形与毂渡信号 辅乘殷终得到MsK的月制信号.由s日阻观察到MsK 调制信母的波形如瞪4,圈5所示.目4qsx圳制渡彤“|tu圈5Msx调制局部&女泣彤由翻4与创5W咀看到MsK调制以后的波形为包络恒 定的波彤.并目波m的栩他足连续的;询过

10、改变AwGN信道的信噪比(sNR参缸可吼褂到 不同的误比特率(BER如袭】所示.衰l信嗓比与误比特事#￥ sNR肿 B矾J 2n。768623OO“¨3O8OId 50011435600。56646701R5在MsK辅制信号通过干扰情遭以后.日以脚察到如圈 4的MsK调制信号经过wGN馆道的波形如阿6所m。m月6MsK&过wcH镕连teH&从圈3解调部分的椎例中可以柠到.通过嵘口信道的 MsK信号经过载波恢复.数字&通洁波器.然后*过最佳 状态接收帆处理:.由判别电路蜜观并,l转换.揖后地吐差 分解码恢复出信息序列。从圈7町队观察到解调之后怕情息序“基车对输序

11、列 进行T恢复.达到了预期的效果。选到7设*的月的 (T转#5* 嘲 洄 Fg 女g￥女由式(7可以得到相位值妒的计算方法如下:=arc蟾(甓哪/2枷,%。,%。, 嘶(畿川/2棚“80,%o,%o。 (8 根据公式(7,可以求出方位偏离角度所对应的幅度一:彳=÷、%。+%。由于方位、俯仰信号垂直正交,根据公式(8,就可 以得到移相值钆=%t妒。设双通道跟踪接收机的角跟踪灵敏度为hV/r11il, lIIlil=O.06。根据式(5以及经过低通滤波后,得到方 位、俯仰增益系数:。 。 七 九×|11%础扩焉尹丽×而 、/%+%。 uuD酗=去删k哥赢。一般实际应用

12、中,校相中天线偏移角度为密位的整数倍, m在l3Inil之间,接收机的跟踪灵敏度.I,在肛lv之间。 根据以上分析,这种校相方法不需要完全对准目标, 只要天线在卫星的主瓣内即可;也不需要方位、俯仰分别 校相,只需要方位或者俯仰一次偏移就可以完成校相。而 且省略了常规校相中的粗校和精校步骤,一次校相就可以 达到常规校相方法的精校的效果。3软件实现在以上对快速校相的理论分析的基础上,某测控站进行了 卫星早期轨道任务支持的软件自动化实现。在软件实现中, 主要考虑软件代码的执行效率以及软件参数配置的快捷,同 时从客户应用角度,还要考虑软件界面的易于操作性。在ARABSAT.5A卫星的早期轨道任务中进行

13、测试,利 用快速校相的软件自动校相时间在5秒以内,而且校相效果 很好,完全满足卫星早期轨道任务支持的校相要求。4结语该种校相方法已经以软件方法应用在某测控站的卫星早 期轨道任务支持中。通过实际应用,这种方法把校相时间从 原来的10多分钟提高到5秒以内,而且不需要完全对准目标, 方位或者俯仰一次偏移即可完成校相目的,同时增益系数也 不需要反复调整,使得为软件实现自动校相变得简单。配合程 序跟踪文件,完全能够满足卫星早期轨道任务中的校相要求。 这种校相方法也为测控天线实现“一键”校相。甚至无需 人为操作而进行接收机内部自动完成校相提供了理论基础。参考文献1田克纯,覃远年.基于双锁相环路的甚高频单边

14、带接收机的设 计J】.通信技术,2008,4l(09:20一22.3卢屹,张新军,张嘉俊.数字锁相环的参数设计及其应用J.通 信技术,200l(09:20一23.4杨峰辉.基于自动校相技术测控软件的研宄与应用D.西安:西安 电子科技大学,2005.【5冯立秀.载波恢复相位检测技术及其仿真【J.通信技术,2008, 4l(03:4346.6方华金,陈国强.卫星测控系统新型校相体制的研究与实现J. 宇航计测技术,2005,25(05:9.】3.7侯方西,曹达仲,刘开华.数字接收机正交基带信号提取方案的研 究J】.通信技术,2002(08:9一12.8兰宏志.数字化角跟踪接收机的设计与实现J】.电讯

15、技术, 2003(02:9l92.(上接第2页图7延迟后的输入信息序列和解调信息序列4结语MSK作为数字通信中最重要的调制方式之一,在移动 通信等领域中广泛应用,根据款中频数字软件无线电接 收机的研制要求,分析了MsK在数字通信中调制解调的原 理,并用simulinl(对其进行了仿真,通过仿真验证了MsK 调制解调的正确性,从而保证了工程可实现性。参考文献2ZHO DANFENG, Z删TIELI N. A N吖Dig“a1Method of De肿duIation for瞒KC】.US:2009:1792-1795.3LIN z,ULIN T.N吖r Bounds on Symbol Error Probability for MLsD of cPH Si虮als onA删ChamelJ】. IEEE Co珊unications Proceedings,2003, 10(150:312316. 【4陈国通.数字通信M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社。2002: 286288.5曹志刚,钱亚生.现