基于MATLAB的MSK系统原理仿真分析【实用文档】doc

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分类号———-———-———-———--—-密级基于MATLAB的MSK系统原理仿真分析【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载UDC本科毕业论文基于MLB的MK系原理真分析学生姓名丁小龙学0２02５2007005指导教师孙华明老师院、系、中心信息科学与工程学院电子系专业年级２00７级电子信息工程论文答辩日期年月日中国海洋大学基于MＡTLAB的MＳK系统原理仿真分析摘要当今社会已经步入了信息时代在各种信息技术中信息的传输和通信起着支撑作用对于信息的传输数字通信已成为重要的手段信号的调制方式也由模拟方式持续广泛地向数字方式转换，于是，数字调制就成了人们研究的重点,常用的数字调制有：移幅键控(AS）调制、移频键控（FS调制和移相键控PS）调制。最小移频键控（MＳ是移频键控(FＳ的一种改进型，MSＫ调制是一种性能比较优良的新颖的数字调制它以独特的性能吸引着工程设计人员正在不断地被应用于各类通信系统中成为非线性数字无线电通信系统使用的最有效的调制方式之一本文采用理论研究和实验分析相结合的方法系统介绍ＭSK调制解调原理及其特点并通过使用Ｍalａb的Sｉulnk仿真模块对其进行仿真同时简介MSK调制解调的应用及研究发展前景。关键词：MS；MATA;Simlｉk;仿真分析;调制解调MATLAB-ｂasedsiｍｕｌatｉｏnofMSKSｙｓｔemPrincipleAbｓｔracta’socｅyasｎereｄeｆormaonae，naareyfｆoｒmainehnlg,ｆormaoｎｒａsｍｓｓinadoｍmucａinaｙsauｐｏrｉgrl.orfｏrmaｉnrａsmssoｎ,ｇtalommｕcaｏｎasecmeanporａto.gnalfrｍeaaogoｄuaｏnsasoonnudwdsprｅaｄoｎeｒsonｏgtａlfrm,ｅｒｅforedgaｌouａinasecmｅnｅfcusfeud,eommnyuｅdｇtａlｏｄuａｏnar：aｐtuehｆtkyｎｇ（AK）oduaｏ,frquecyｈftkyng（ＳK)ｏuａinadasehftｋｙng（K）ｏduａn。nmumfrｑuecｙhftｋig（K)sａｆrqueｃｙｈfｔkynｇ(SK）orａnｍrove,SＫｏduａonsarlａｖlyｏderforｍacefeovlｇtaloduａo,tsaｒaｃedoｅｕｑｕeｒｏprtesfngneｒｉgaff,ｓｏnsａtyｅaｉdｏarouｓpｅsfoｍmucainysems，aonｎａrｇalｒaoomｍucainｙsｅmungefeoｓtffcetouain.Inisapr，unｇeorecａladｘpｒｍeａlaaｓｓfaoｍbａtｎeｈｏｄ,eyｓemtｒduｃsericpｅadarａcｅrsｔcsfSKｏuaiｎaｄemｄｕao，adMByungsmeomanadreqｕｎｃyoａnimuao，aｄbyｕngaab＇sｍuｎkimuａｏnodｕｅoimuａeem，aｎgwｈarefｅｓrtonｆSKoduaｏｎadｍｏdｕaonapcaonasｅadroｓeｃs.Ｋｅyｏｓ:SＫ；B;munkmuaonAａyｓｓ；ｏuainａdＤｍｏduaon目录1绪论。...。．．.。。。。．.．．。．．。。．。。．．。。．.。。．。。．．.。。。.。。。．．。。。。.．。。.。．。．...．．。。．。.．.。。．.。。。．．.。1_bookmark１"1.3论文的内容和意义.31。．１论文的内容．3HＹPERLINK１．．2论文的意义。3HYＰERLINKＭTＡＢ基础理论ﻩ16MATAＢ简介 １6ＨYPEＲLINK\l”_booｋmaｒk8"MATAＢ的特点及优势 17HYPERＬINK\l”_bｏoｋｍａrｋ9＂Ｓimlik简介 18HYＰERLINＫ\l＂_bookmarｋ10”３．4MＡTAＢ在通信系统仿真中的应用 19HＹPERLIＮK\l"＿boｏkmａrk１０”3。.１通信仿真的概念。193。．2通信仿真的一般步骤.１９4基于ＭＴAＢ的MK系统原理仿真 2２HＹPEＲLINK\l”＿bｏｏｋmarｋ11"4．１MSK系统仿真模型 22HYPEＲＬINＫ\l＂＿booｋmark12"4。2ＭＳK系统仿真模块中的参数设置 ２34．3仿真结果及相应的分析。26HＹPERLINＫ\l”_bookmark13"4。。１误码率分析。２6HYPERLＩＮK\l"_booｋmａrk14＂4．．2MSK功率谱密度分析ﻩ274.。3MＳＫ系统眼图分析ﻩ284．。4MＳＫ系统星座图分析ﻩ２9５总结与展。.．．。。．．。．。.。..。．．．。。。.。..。。。.。．。。．.。.。．．。.．.．.．。..．．。.。.。。。．。．.。..。。.．.。．。。。．．．。．3０5。1总结3０5.2展望3１致谢.．。。.．...。。。.。.。．。。．。.。．。．．．。．。．。。.。.。．．。．.。．.．．。..。．。。。。。。.。。.．。。。。。..。．．。。。．..。。.．．.。..．。．。．３２参考文献。.。.。.。．..。。。.。。.。。．。．.．.．．.。.。.．。。。。...。.。．.。。.．。.．.。。．.。.．..。．。..。。。．。．．。。..．．.。.．.。.．．．.331绪论1。1概述20世纪5０年代后期随着计算机技术微电子技术传感技术激光技术、卫星通信和移动通信技术航空航天技术等新技术的发展和应用尤其近代以计算机为主体的互联网技术的兴起和发展它们相互结合相互促进将人类社会推入到高度信息化时代［1通信的目的是传输含有信息的消息消息有多种形式，话音文字数据符号图像等等都是消息[2原始的数据信号有两种基本形式一种是模拟的另一种是数字的模拟数据信号是在某一数值范围内可以连续取值的信号数字数据信号是只取有限个离散值的数字序列由于数字数据更便于存储处理和传输而模拟数据经过取样量化和编码可以转换成数字数据因此模拟数据的传输只有在特定条件下才被使用而数字数据的应用越来越多.信号的调制方式也由模拟方式持续广泛地向数字方式转换。数字调制有三种基本形式:移幅键控法ＡＳ、移频键控法FS、移相键控法PS.在AＳK方式下，用载波的两种不同幅度来表示二进制的两种状态.ＡＳＫ方式容易受增益变化的影响是一种低效的调制技术在电话线路上通常只能达到１2０bs的速率在FSK方式下用载波频率附近的两种不同频率来表示二进制的两种状态在电话线路上使用FＳK可以实现全双工操作通常可达12０ｂs的速率在PＳK方式下用载波信号相位移动来表示数据PSK可以使用二相或多于二相的相移，利用这种技术可对传输速率起到加倍的作用.在FSK调制解调器的使用范围较广，目前已经不完全局限在有线网络通信里它已经延伸到无线电通信生物医学机械等领域。FK调制解调器的设计的模型简单设计方式也不仅仅建立在电器元件上利用软件搭建模型也成为目前很常用的方法但是在FSK方式中相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值，在两个相邻的频率跳变的码元之间其相位通常是不连续的如果对FSＫ信号做某种改进使其相位始终保持连续就产生了MＳＫ信号MK是ＦK的一种特殊情况[3MSK调制后的波形在时域内具有恒定包络结构,在频域内频谱具有很小的旁瓣主瓣宽度窄,带外辐射小的优点并且在主瓣带宽之外功率谱旁瓣的下降也更加迅速从而克服了一般FSPSＱAM等调制方式具有相位突变而影响已调信号高频分量衰减的缺点正是因为MSK具有诸多的性能优势所以它比较适合在窄带信道中传输，广泛应用于无线移动通信的数据传输中。1.2数字调制方式的发展状况数字信号调制技术是从最基本、最简单的二进制数字调制的２A，2F，2PSK的基础上发展起来的。幅度键控信号的调制原理就是使载波的幅度随数字基带信号的变化而变化频率键控信号的调制原理就是使载波的频率随数字基带信号的变化而变化相位键控信号的调制原理就是使载波的相位随数字基带信号的变化而变化。数字信号调制的分类如图１—1所示。⎧⎧K(幅度键控）⎪⎪⎪包络不恒定⎨QM（正交幅度调制）⎩⎪⎪QM（星座调制）⎩⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪K⎪⎪⎪⎪⎧K(二进制移频键控)（移频键控⎨⎩K（多进制移频键控）⎪⎪⎪⎪⎪⎪调制⎨⎪⎪⎪⎪⎪K⎪⎪DK⎪⎪二进制移相键控)（相对移相键控)包络恒定⎨K（移相键控⎨ＯQK⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪ＱＫ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎨4⎪（正交四相移相键控）⎪πQ⎨4⎪⎪⎩ＤQK⎨⎪⎪K⎨（最小频移键控）⎪⎪M⎪⎪(连续相位调制）⎪ＧK⎪高斯型最小频移键控）⎩⎪⎩⎩TM（平滑调频）图１—１数字信号调制的分类［4］众所周知一个通信系统的质量在很大程度上依赖于所采用的调制方式［5。调制是为了使信号特性与信道特性相匹配因此调制方式的选择是由系统中的信道特性决定的.随着大容量下远距离数字通信的发展譬如卫星数字通信数字微波接力通信卫星广播通信的发展［6系统中出现了个新问题信道中同时存在着带限与非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着一场新的挑战为适应这类信道的特性迫使人们在传统的数字调制基础上探索新的数字调制技术：恒包络数字调制技术[7。约在1９6年从理论上和实践上比较完整的总结出了MSＫ这种调制方式［8。MＳK属于恒包络数字调制技术现代数字调制技术的研究主要是围绕着充分节省频谱和高效率地利用可用频带这个中心而展开的MSK具有包络恒定或包络起伏很小、最小功率谱占用率两个特点,因此受到广泛的研究和利用。GＭS（高斯型最小频移键控)调制技术是从MＳK调制的基础上发展起来的一种数字调制方式[９,应高速无线数据业务的需求,当前通信常用的GPR（通用分组无线业务)是一种基于GMSK的技术,是构架在传统GSM网络之上的一种标准化的分组交换数据业务可以提供高达1１５biｔ每秒速率的分组数据业务从而使得包括图片、话音和视频的多媒体业务在无线网络中的传输成为现实。GPS采用分组交换技术在通信的过程中不需要建立和保持电路符合数据通信突发性的特点并且呼叫建立时间很短GRＳ不再根据用户实际的数据流量来计费，这样就允许用户始终在线,享受方便快捷的服务。因此，GRＳ被认为是第二代移动通信系统向第三代移动通信演进的重要一步。１．3论文的内容和意义论文的内容本论文主要介绍MＳK系统调制解调原理及其特点,并通过MALAB中Siｍｌｉｋ仿真模块对其进行仿真，同时分析MK调制解调的应用案例及前景,以求加深对ＭSK调制解调原理及实际应用的理解。(1MSK理论研究从数字调制解调的众多方式中引出MＳ进而研究MK调制解调原理及特点。（2）仿真工具MTＬＢ。简要介绍MAＴAＢ及其使用ＭＡＬＡB中Siｕlnk仿真模块进行仿真的相关方法和理论。（3)实验分析。使用MATAB为工具，用Simlik仿真模块对MSＫ调制解调原理进仿真,并进行必要的比较及深入分析。（4）简介MSK应用,分析其发展趋势和应用前景。论文的意义本文的意义在于深入分析了当前通信领域比较先进的MSK数字化调制与解调利用理论研究以及实验仿真分析相结合的方法更全面更深入地说明问题。实现实验仿真的实验平台为ＭALＡ。MＡＴＡB的主要特点有［1：语言简洁紧凑,使用方便灵活，库函数极其丰富MＴＬB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务,压缩了一切不必要的编程工作；MATAB提供了和C语言几乎一样多的运算符MＡTAB有许多的画图和图象处理命令；MＴLＢ既具有结构化的控制语句又有面向对象编程的特性程序限制不严格程序设计自由度大程序的可移植性很好这样就对仿真的正确性提供了一个可靠的保证。引用MSK应用案例,分析其发展趋势和应用前景.本文所研究的内容适应当前科学技术的发展与更新,具有一定的研究价值。由于现代通信技术的快速更新迅猛发展已经提出比ＭSK更先进的调制方式以便于信道传输但无论调制技术如何发展本质上只是对基本的调制方式的改进和组合,所以本文所采用的数字化调制与解调的方法,仍然是较先进的技术并具有一定的理论和实践意义。2MSＫ理论研究数字通信系统的一般模型如图２－１所示本章主要研究MSK理论知识首先介绍MSK的基本原理及一般特点，然后分别就调制和解调原理分别进行详细分析。信息源信信信息源源加道编编码密码数数信字道字道调解译调噪噪声源信解信受源信译密码者图２－1数字通信系统的一般模型2。1MＳＫ基本原理和特点MＳK的基本原理ＭSK是2FK的改进,2FK体制虽然性能优良、易于实现，并得到了广泛的应用，但它也有一些不足之处[2。首先,它占用的频带宽度比2PSＫ大,即频带利用率低；其次,若用开关法产生2FSK信号,则相邻码元波形的相位可能比连续因此在通过带通特性的电路后由于通频带的限制使得信号波形的包络产生较大起伏.为了克服这些缺点，将2ＦＳＫ作相应的改进就发展出ＭSK信号,其波形图如图２2所示。图22MＳK信号波形示例MSＫ有时叫做快速频移键控（FF，有时也叫做最小频移键控（MS)［1。ＭSＫ信号的表达式可写为Ｓt)=oωt+ak+ϕ)≤≤（+）（2—）cMSKcｋ,bｂtkｂ或者SMＳK（ｔ）=［ｃｔ+θk（t)］(2-）这里bθ(t）=πｋkＴb+ϕｋ,kb≤t≤(k+ｂ(2—）上式中，c是载波的角频率，ｂ是码元的宽度，ａk是第个码元中的数据其取值为±1，ϕk是第k个码元的相位常数，它在kb≤t≤（k+ｂ中保持不变。由式（2—可见当aｋ=1时，信号频率是f2＝１2πｃ＋πb）当ａk＝１１时，信号的频率是１＝πωc−πb).由此可得频率间隔f=f２−１=1，调b制指数ｈ＝b＝０5。ＭＳK信号和普通的2ＦSK信号的差别只是选择两个传信频率ｆ1f2使这两个频率的信号在一个码元期间的相位累计严格的相差１80.MＫ信号的频率间隔是根据什么确定的呢?两个传信频率f1f2具有以下的相关系数ρ=sn[π（f2−ｆ1b］+sn(πfb）（２—)其中，ｆ=1(ｆπ（f２−fｂ＋f）是载波频率。πfbc212MSK是一种正交调制方式,其信号波形的相关系数等于零，因此,对于ＭK信号来说,式（２-）等号后面的两项都必须等于零。第一项等于零的条件必须满足π（f2−1b=π（K=，,),令K等于最小值，则f2−ｆ1＝1/ｂ,ｈ=（f2−1)/b=。５这正是MＳK信号所需的频率间隔第二项等于零的条件是fcｂ=nπ（n=，，）,即T＝n⋅(1）1cb4fc(2-）它说明MＫ信号在每一个码元周期内必须包含四分之一载波周期的整倍数。由此可得fc=n1Tb=(N＋ｍ）41（Ｎ为整数，m=,，）fc（2-）相应的f=ff=f⎪2ｃ+=（N+ｍ+1）1⎪b⎨１4ｂ1（2—）⎪f=⎩１ｆc−b＝(Ｎ+ｍ−）14ｂ相位常数ϕk的选择应保证信号相位在码元转换时刻是连续的。根据这一要求。由式(2-）可以导出以下的相位递归条件,或者称为相位约束条件(2—)上式说明在ＭSK信号中，第k个码元的相位常数不仅与ａｋ(本比特区间的输入)有关,也与ａｋ1前一个比特区间的输入）及前相位常数ϕk１有关.或者说，前后码元之间存在着相关性。若ϕ0＝0或±π(模π).这个常数相位因子的物理含义，从MSK波形在各个码元转换时刻是连续的这一概念出发是不难理解的所“连续则是指当前所要讨论的码元ak范［kb～(ｋ+b］内其起始相位要等于与aｋ相邻的前一个码元a的终止相(对应于t=kＴ时的相位对于任何一个码元k1b来说，它在一个码元间隔内,相对于载波相位差虽然只变化±π，但在这个码元内相对于载波相位的实际值却是千变万化的还与它前面已经发送过的码流有关。θk（t）称为附加相位函数，它是MK信号的总相位减去随时间线性增长的载波相位而得到的剩余相位。θk（t)的表达（２－是一直线方程，这一直线的斜率是ak/b,截距是ϕk。此外,随着ｋ的数值的不同，ａk是取值为±１的随机数,所以，akt/b也是分段线性函数(以码元宽度s为段。在任一码元周期内，此函数的变化量总是π／２,ａk=1时，增大π/2,aｋ＝1时,减少π/２。图２-3表示的是附加相位路径的网格图它是附加相位函数由零开始可能经历的全部路径。θk（ｔ)由图2-２可以看出:图2－3MSK附加相位路径网格[5］、当时间t为ｂ的奇数倍时,即t=（2ｋ+ｂ时,式中的k为任意的整数，则θk(t）总是π/2的奇数倍而当时间t为ｂ的偶数倍时即t＝2kb时则θk（t）总是π／2的偶数倍.、在任何一个码元内,其截距ϕk不是为０就是π的整数倍.MSK的特点MSＫ具有如下特点［2：、恒定包络，允许用非线性幅度饱和器件放大。、连续相位，使得功率谱密度按f−4速率降低。功率谱在主瓣以后衰减地较快。MSK信号的功率谱表示式为16Ａ2T2⎧ｓπ(f−ｆT⎫（ｆ）=cb⎨ｃb⎬(－9)bcπ2１−［（f−fbcＴ］２⎭其中c为载波信号的振幅。瞬时频率总是两个值之一瞬时频移为1／ｂ,１/b为比特速率频率关系为:1=１bn，ｆ2=1b(ｎ＋)，fc=nb＋1b，n为大于等于1的整数.相应的调制指数h=(f２−１b=。5.在码元转换时刻信号的相位是连续的或者说信号的波形没有突变。、码元转换可在瞬时幅度为零时发生,从而使调制器开关过程的波形失真最小。b、频谱带宽窄［12,99的能量集中在115/T的带宽内，从而允许带通滤波器带宽较窄.与QＰK调制相比,ＭSK调制具有较宽的主瓣，其第一个零点出现在ｆ−fc=075/b处，而QPSＫ的第一个零点出现在ｆ−ｆc=５/b处由于信号能量在.75/b之处下降很快，所以典型带宽取。75／b即可(见图２-.b由于上述特点及恒定特点，MＳK信号在幅度和频带受限时能量损失不大对E0/N０性能的影响较小。图2-4QPS、ＭSK信号的功率谱[13］ＭSK调制原理ＭSK具有两种调制方式当把MSK看作是OQＳK时称作正交调制而把MK看作是ＣＰＦK调制时叫做CPE调制这是由于ＣPＦK也是CPＭ的一种而CM可由连续相位编码（CP）加无记忆信道（M)的形式进行分解调制［14。所以称这种调制方式为CP+ＭM调制。而本文只重点阐述正交调制。MSＫ的正交表示式(２-）可以用频率为ｆｓ的两个正交分量表示。将式（2-)用三角公式展开S（t）=(ωt+πak+ϕ）≤≤(+)cMＳKck,bｋbtkb⎛⎞⎛⎞=s⎜akπt+ϕ⎟ｓωｔ−n⎜ａkπｔ+ϕ⎟ｎωｔ⎜Tk⎟c⎜Tk⎟c⎝b⎛ａkt⎠⎝b⎠ａｋt⎞=⎜s⎝bｓϕk−nｂｎϕk⎟sωct−⎠⎛aｔ⎜nksϕ+sａktnϕ⎞⎟nωｔ（2-1）⎝⎜b⎝bk⎟c⎠k考虑到ϕk=或π（dπ，有knϕk=０，sϕｋ=±1以及考虑到a＝±,osａkπt=osｔ及nakπt=aｎt（２－变为kbkbbｂSMＳK(ｔ）=sϕksttbksωcｔ−ａksϕknkttbnωct=pｋsbsωct−qｋｎbnωｃt(k−)b≤t≤kb（２-1）式中pk=sϕk=１ｑｋ＝akｓϕk＝akpk=１（2—1）上式表示，此ＭＳK信号可以分解为同相分量（Ｉ）和正交分量（Q)两部分。Ｉ分量的载波为sωct，pk中包含输入码元信息,（t/ｂ）是其正弦形加权函数；Q分量的载波为ｎωct,qk中包含输入码元信息，nt/b）是其正弦形加权函数。虽然每个码元的持续时间为ｂ似乎pk和qk每b秒可以改变一次但是pk和qk不可能同时改变因为由(2－仅当aｋ≠ak1且k为奇数时,pk才可能改变。但是由式(2-１)看出,当ｐk和ａk同时改变时，qｋ不改变；另外，仅当ａ≠a,且ｋ为偶数时，p不改变,ｑ才改变.换句话说，当ｋ为奇数时，kk1ｋｋqk不会改变。所以两者不能同时改变.此外对于第ｋ个码元它处于ｋ−T≤t≤kＴ范围内其起点是k−T。bｂb由于k为奇数时pｋ才可能改变,所以只有在起点取得2nb（n为整数值处，即（t/b)的过零点处pｋ才可能改变。同理，qk只能在ｎt／b）的过零点改变。因此,加权函数(t/ｂ）和nt/b)都是正负符号不同的半个正弦波周期。这样就保证了波形的连续性。MSK正交调制由式(2-)可知，ＭSK信号可以用两个正交的分量表示：SMSK（t）＝pkｓtbsωcｔ−qkntbnωct（k−）b≤t≤kb式中第１项称作同相分量,其载波为sωct，第２项称作正交分量,其载波为ｎωｃｔ.根据上式构成的方框图如图2—5所示。图25ＭSＫ调制原理图对上面框图原理举例说明，输入数据序列为ak，它经过差分编码后变成序列k,例如输入序列：aｋ=1,a２，3,a4…＝＋１，-1,＋1,—1，－,＋1，+1，—1，+１（2—1）它经过差分编码器后得到输出序列：k=1,2,3，4…=＋，-１,-1，＋，—１,—1，—,＋1，+1(２－4）序列ｋ经过串并变换分成pｋ支路和ｑk支路，ｋ的码元交替变成上下支路地码元，即有:1，2,3，4,5,６…＝１，p２，p3，q4，q5,q6，…(2—１)串/并变换输出的支路码元长度为输入码元长度的两倍,若仍然采用原来的序号ｋ，将支路第ｋ个码元长度仍当作为b,则可以写成1=1=ｐ2，2=q2＝ｑ３，3=p３=p4,4=q4＝ｑ5…(2—1）即pｋ支路的码元为:1,p2,3，ｐ４,5，p6，p7，８⋯=1，１，3，3,５，5,７,７⋯ｑｋ支路的码元为:1，q2,q３，q4，q５,q6,q7，8⋯=0，2，２,4，４,6，6,8⋯这里的pk和qｋ的长度仍是原来的ｂ。换句话说，因为1=p２=1,所以由1和ｐ2构成一个长度等于b的取值为1的码元.这两路数据pk和qk再经过两次相乘，就能合成MＳK信号了。现在我们证明ak和k之间是差分编码关系：由式(２—）可知，序列k由1，q2,ｐ3,q4，⋯pk1,qk,pｋ1，qk+２，⋯,组成，所以按照差分编码的定义,需要证明仅当输入码元为“－”时，bk变号，即需要证明当输入码元“—1时,k变号即需要证明当输入码元“-时，qk=−pk１，或ｐk=−qk1。（１)当ｋ为偶数时,式（2—1)右端中的码元为qｋ。由式（2-）可知，这时ｐk=pk1，将其代入式（2-1,得到qｋ=akｐk=akpｋ１（２—1)所以，当且仅当ak＝１时,qk=−pk1,即ｋ变号。（2）当k为奇数时，式(2—1）右端中的码元为pk。由式(２—）可知,此时若ak变号，则ϕk改变π,即pk变号,否则ｐk不变号,故有pk=（ak⋅ａk1）ｐk1=ak（aｋ1⋅ｐk1）＝akqk１(２－)将ａk＝1代入式(2－8,可得pk=−qｋ1即得ａk和k之间是差分编码关系。MＳK解调原理由于MＳK信号是一种2FSK信号所以它也像2ＦＳK信号那样可以采用相干解调或非相干解调方法除此之外ＭK信号还可以采用延时判决相干解调的方法[2。非相干解调方法如图2-6所示，相干解调方法如图2-7所示。图2－6非相干解调方框图图2—7相干解调方框图相干解调和非相干解调方法的解调原理是将MSＫ信号分解为上下两路2AK信号分别进行解调然后进行判决[15这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小可以不专门设置门限判决规则应与调制规则相呼应调制时若规定“１”符号对应载波频率１，则接收时上支路的样值较大,应判为“１；反之判为“。延时判决相干解调的方法利用了前后两个码元的信息对于前一个码元作判决故可以提高数据接收的可靠性图2—8给出了这一原理的方框图图中两个积分判决器的积分时间长度均为b，但是错开时间ｂ上支路的积分判决器先给出第2ｉ个码元输出，然后下支路给出第（2i＋）个码元输出。图2—8MSK信号延迟相干解调方法方框图现在考察ｋ=1和k=2的两个码元设ϕ1（t）=０则由图2－8可知在t=b时，θk(ｔ)的相位可能为0或±π.将图2—9的这部分放大在图29中.图2－9附加相位路径图2—0附加相位的变化在解调时若用（ωｃｔ＋π/)作为相干载波与此信号相乘,则得到1⎡π⎤+1⎡π⎤2oθkt)−2⎥1⎡π⎤+1⎡π⎤2oθkt)−2⎥2os⎢ct+θkt)+2⎥（２-1)⎣⎦⎣⎦(2—１中右端第二项的频率为ωc将它用低通滤波器滤除，并省略掉常数１／2后,得到输出电压c θkv=s⎡（c θk⎣π⎤2⎦=nθk（t)（2－2）按照输入码元ak的取值不同输出电压0的轨迹图如图2—0所示若输入的两个码元为+1，＋1“＋1，－则θk(t)的值在0≤ｔ≤b期间始终为正。若输入的一对码元为“－1，＋”或“—1，—，则θｋ(t）的值始终为负。因此,若在此b期间对式（2—1)积分，则积分结果为正值时,说明第一个接收码元为“+1；若积分结果为负值，则说明第１个接收码元为“—。按照此法，在b≤ｔ≤b期间积分,就能判断第2个接收码元的值,依此类推.图2－11输出电压的变化MATLAB基础理论本文使用的仿真工具是MＡLＡ它是一套用于科学工程计算的可视化高性能语言和软件环境其结果都能方便地以数学语言或者图形方式表示出来非常直观,易于理解。本论文课题的研究过程中，充分借助了MALＡＢ语言在通信系统仿真方方面的资源通过MALA7．0软件平台编程对MK调制解调理论进行仿真.本章简要介绍ＭＡTA。MAＴLB简介ＭＡLAB是由美国mahwrｋs公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境[１它将数值分析矩阵计算科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中为科学研究工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语（如C、Forｒa)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。ＭＡLAB和ＭａheａtｃＭaｌｅ并称为三大数学软件它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指ＭTＬB可以进行矩阵运算绘制函数和数据、实现算法系统仿真创建用户界面连接其他编程语言的程序等主要应用于数值分析数值和符号计算工程与科学绘图控制系统的设计与仿真数字图像处理技术、数字信号处理技术、通讯系统设计与仿真[1７等领域。MＡＬAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似故用MＡTAＢ来解算问题要比用FORＲAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MＡLＡB也吸收了像Ｍape等软件的优点使MATAB成为一个强大的数学软件［18。在新的版本中也加入了对，ＦOTR，C++，JAA的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用.MATＬＢ的特点及优势目前MTLB已经广泛用于理工科大学从高等数学到几乎各门专业课程之中，成为这些课程进行虚拟实验和仿真的有效工作.在科研部门,MALAB更是极为广泛得得到应用，成为全球科学家和工程师进行学术交流首选的共同语言。在国内外许多著名学术期刊上登载的论文，大部分的数值结果和图形都是借助ＭAＴAB来完成的.与其它高级语言相比较，ＭAＬAB具有独特的特点和优势［10:（1）MATＡB是一种跨平台的数学语言。采用MATＡB编写的程序可以再目前所有的操作系统上运行（只要这个系统装有MATAB平台。MATAＢ程序不依赖于计算机类型和操作系统类型。(2)ＭＡＴAB是一种超高级语言ＭALAB平台本身是用C语言写成的其中汇集了当前最新的数学算法库,是许多专业数学家和工程学者多年劳动的结晶.使用MＡTAB意味着站在巨人的肩膀上观察和处理问题,所以在编程效率、程序可读性、可靠性和可移植性上远远超过了常规的高级语言。这使得MATAB成为了进行科学研究呵呵数值计算的首选语言。（3)MATAB语法简单编程风格接近数学语言描述是数学算法开发和验证的最佳工具。MATAB以复数矩阵运算为基础,其基本编程单位是矩阵,使得编程简单而功能极为强大对于常规的语言中必须使用很多语句才能实现的功能如矩阵分解矩阵求逆积分快速傅里叶变换甚至串口操作声音的输入输出等在MALAB中均用以来那个句指令即可实现而且ＭALAB中的数值算法的是经过千锤百炼的比用户自己编程实现的算法可信度和可靠性都大为提高。（4）ＭＡＴAＢ计算精度很高MAＴAB中数据是以双精度存储的一个实数采用8字节存储,而一个复数则采用16字节存储。通常矩阵运算精度高达115以上，完全能够满足一般工程和科学计算的需要。与其它语言相比，MALＡB对计算机内存、硬盘空间的要求也是比较高的.(5)MATＡB具有强大的绘图功能。利用ＭＡLAB的绘图功能，可以轻易地获得高质量(印刷级曲线图具有多种形式来表达二维三维图形并具有强大的动画功能，可以非常直观的表达抽象的数值结果。这也是ＭAＬAB广为流行的重要原因之一。（6）MATAB具有串口操作声音输入输出等硬件操控能力随着版本的提高这种能力还会不断加强使得人们利用计算机和实际硬件相连接的半实物仿真的梦想得以实现。（7）MATAB程序可以直接映射为DSP芯片可接受的代码大大提高了现代电子通信设备的研发效率。(8)MAＴＡＢ的程序执行效率比其它语言低.MAＴAB程序通常是解释执行的在执行的效率和速度上低于其它高级语言当然如果对执行效率有特别要求，可以采用C语言编制算法,然后通过MＡLAB接口在MATＡＢ中执行.事实上，MＡTＡＢ自带的许多内部函数均是有C语言编写并编译的因此利用MTLＢ内部函数的程序部分运行速度不比其它语言中相应函数低。Ｓimuink简介Siulnk是MATAＢ中的一种用于对动态系统进行建模仿真和分析的工具包广泛应用于线性系统数字控制非线性系统以及数字信号处理建模和仿真中.在Sｉmliｋ中，仿真模型表现为若干个模块的集合以及这些模块之间的链接关系.Siuｌnｋ具有很多的优点:Simliｋ采用模块化方式,每一个模块都有自己的输入/输出端口实现一特定的功能Siulnk提供了专门用于显示的输出信号的模块可以再仿真过程中随时观察仿真结果通过Smuｉnｋ的存储模块,仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区或文件中供用户在仿真结束后进行分析和处理；另外Sｉmｌiｋ把具有特定功能的代码组织成模块,并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统,满足内在模块化要求.根据输出信号与输入信号的关系，Siuｌｎk提供三种类型的模块:连续模块离散模块和混合模块联系模块是指输出信号随着输入信号连续变化的模块,离散模块则是输出信号以固定间隔变化的模块.对于连续模块,Siｍlｉｋ采用积分方式计算输出信号的数值，也就是说连续模块主要涉及导数及积分的计算。离散模块的输出信号在下一个抽样时刻的到来之前保持恒定，这时候Sｉmlik只需以一定的时间间隔计算输出信号的数值混合模块是根据输入信号的类型来确定输出信号的类型,它既能够产生连续输出信号,也可以产生离散输出信号。如果一个仿真模型只包含离散模块则Simliｋ采用固定步长方式进行仿(每隔一定的时间计算一次输出信号.如果仿真模型中包含了连续模块,Siulk将采用连续方式对其进行仿真如果即有连续模块又有离散模块则采用两种仿真步长进行仿真。３.4MＡTLB在通信系统仿真中的应用3.4．1通信仿真的概念仿真是衡量系统性能的工具,它通过仿真模型的仿真结果来推断系统的性能仿真时科学研究和工程建设中普遍应用的方法实际的通信系统是一个功能相当复杂的系统对这个系统做出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定因此在对原有的通信系统作出改进和建立一个新系统之前通常需要对这个系统进行建模和仿真通过分析仿真结果衡量方案的可行性从中选择最合理的系统配置和参数配置，然后再应用于实际系统中，这个过程就是通信仿真［19。通信仿真是衡量一个通信系统性能的工具。通信仿真可以分为离散仿真和连续仿真在离散仿真中仿真系统只对离散事件作出响应，而在连续仿真中，仿真系统则对输入信号产生连续的输出信号.离散仿真虽然舍弃了一些仿真的细节在有些场合显得不够具体但通信仿真的主要形式。3．4．2通信仿真的一般步骤通信系统仿真一般分为三个步骤，即仿真建模、仿真实验和仿真分析[2通信系统仿真流程图如图3-１所示.当前系统实际系统仿真系统仿真建模仿真实验仿真分析结论分析改造后的系统图3-1通信系统仿真流程图（1）仿真建模仿真建模是根据实际通信系统建立仿真模型的过程它是整个通信仿真的一个关键步骤仿真模型的好坏直接影响仿真结果的真实性和可靠性仿真模型是对实际系统的一种模拟和抽象但又不是完全的复制仿真模型的建立需要综合考虑其可行性和简单性在仿真建模过程中我们可以先建立一个相对简单的仿真模型,然后再根据仿真结果和仿真过程的需要逐步增加仿真模型的复杂度.仿真模型一般是一个数学模型数学模型有多种方式包括确定性模型和随机模型静态模型和动态模型确定性模型的输入变量和输出变量都有固定数值，而在随机模型中至少有一个输入变量是随机的静态模型不需要考虑时间变化因素动态模型的输入输出变量则需要考虑时间变化因素一般情况下的通信仿真时一个随机动态系统。在仿真建模的过程中首先需要分析实际系统或需设立系统的目标并且把这些转化为具体的数学变量和公式。然后是获取实际通信系统的各种运行参数，同时对于通信系统中的各个随机变量可以采集这些变量数据通过数学工具来确定随机变量的分布特性有了前面的准备后接下来就是通过仿真软件来建造仿真模型。比较常用的仿真软件包括ＭATA、OPNT、NS2等。这些软件具有各自不同的特点,适用于不同层次的通信仿真,物理层仿真通常采用MATAB以及MALAB中的通信仿真模块库Simlik在完成模型的软件实现之后还需要对这个仿真模型的有效性进行初步验证仿真建模的最后一步是做好仿真模型的文档工具。(2)仿真实验仿真实验是一个或一系列针对仿真模型的测试。仿真实验主要的就是利用ＭAＴAB软件建立起的仿真模型进行实验。在仿真实验过程中,通常需要多次改变仿真模型输入信号的值以观察和分析仿真模型对这些输入信号的反应以及仿真系统在这个过程中表现出来的性能。实施仿真之前需要确定以个性能尺度，性能尺度是指能够衡量仿真过程中系统性能的输出信号的数值或根据输出信号计算得到的数值。在明确了仿真系统对输入信号和输出信号信号的要求之后需要把这些设置整理成一份简单的文档最后还需要明确各个输入信号的初始设置以及仿真系统内部各个状态的初始值仿真的运行实际上式计算机的计算过程在在各个过程当中一般不需要人工干预,花费的时间由仿真的复杂度决定.（3）仿真分析仿真分析是通信仿真流程的最后一个步骤在仿真分析的过程中用户以及的到了足够多的关于系统性能的信息但是这些信息只是一些原始的数据通常还需要经过数值分析和处理才能获得衡量系统性能的尺度从而得到一个对仿真系统性能的总体评价常用的系统性能尺度包括平均值方差标准差最大值和最小值等,它们从不同的角度描绘了仿真系统的性能。图表是最简洁的说明工具，它具有很强的直观性，便于分析和比较，因此,仿真分析的结果一般都绘制成图表的形式。本论文将使用的工具ＭALAB具有很强的绘图功能，能够方便地绘制各种类型的图表.基于ＭＡTLAB的MＳＫ系统原理仿真本章主要使用MATAＢ及MAＴAB中的Ｓｉmliｋ仿真模块对ＭSK调制解调系统进行仿真，并深入分析相关结果。MSK系统仿真模型数字通信系统的仿真流程可以概括为:信号的产生与输出、编码与解码调制与解调、滤波器以及传输介质的模型。根据Simlｉk提供的仿真模块，数字调制系统的仿真可以简化成如图４-１所示的模型［21:图4—1数字调制系统基本仿真框图MK仿真系统是数字调制系统的一种基本的构成可按图41搭建相应模块.Siｍlｉｋ通信工具箱中提供了专门的ＭSＫ调制和解调模块利用Simliｋ通信工具箱中的MSK调制解调模块及合适的信号源与信道即可.其Siｍlｉｋ仿真模型如图４—2所示:图4－2MSK系统的Simlik仿真模型4．２MSK系统仿真模块中的参数设置（1)Sｉｍｌiｋ通信工具箱中的ComSoｕcｅ/DtａＳｏrcs提供了数字信号源ＢerouliＢiaryGｅnrａｏ，这是一个按Ｂenolli分布提供随机二进制数字信号的通用信号发生器[22。BerｏuliBiaryGeｎｒａｏr的参数设置如图４-3所示。图4—3BｅｎoｌliBinryGeｎｒaor的参数设置(２）MＳK调制器和解调器的参数设置如图4-４所示：图4—4MSK调制器和解调器的参数设置因为输入的数据是1序列所以选择ＭK调制模块接收的数据类型Ｂt位)型，阶段性补偿（ｐhseoｆｓe）设置为p/，这是ＭK系统调制的基本参数,而抽样的值(Ｓａmlespersymol设为。选择ＭSK解调模块输出的数据类型为Ｂｉ位型，因为输入调制的数据是、1的序列,解调后数据应与它为同一类型，阶段性补偿(ｐhａeoffｅ)设置为,这是MSK系统解调的基本参数，而抽样的值（Saｍlｅsperｓymol与调制模块一样设为８。其中,各参数要满足以下的关系：Sｙｂolｐｅroｄ〉1／(arierfrｑuｎc)Inｕtsaplｅtime<１/［＊Cｒｒerfｒｑｕnｃy+2/Ｓyboｌperod]Oupuｔsamletime〈1／2＊aｒierfrquncy+2/Sｙbｏｌpｅroｄ］（３)AWＧＮ通道参数设置如图4-5所示:4－5AＧN通道参数设置本设计使用相对较简单的一个加性高斯白噪声信道作为噪声信道它在二进制相位调制信号中叠加高斯白噪声Ｉｎtilse初始种）既可以是标量也可以是矢量，这个标量或矢量的长度要与信道匹配，这里的Iniiａlｓeeｄ设置为5４2.在设计中选择Sinａｌtoｎｏieraｔo（s/o模式，Es/o(B每符号信号功率与噪声功率谱密度比，用分贝表示,此值设置为6。Inutsｉｎalpｏwr设为1。Syｂｏlperod设为０。.(4）EｒorRateCalultiｎ的参数设置如图4—6所示。将误码率计算器接收数据的延时设为16,计算延时(coｐuatondea）设置为,将计算模式（cｏpuatonmｏd）设置为整帧（eｎtrefrae）模式.由于将误码率计算后的值显示出来以便观察，所以输出数据（Ｏｔpｔdａｔ)类型选择端口类型，这样输出可以接一个显示器(disｌa)显示当前的误码率值.图4-6ＥｒｒrRaｔeCacuatoｎ的参数设置4．3仿真结果及相应的分析误码率分析在仿真过程中必须观察各个环节的输入信号和输出信号波形因此必须在各个环节加上示波器（scpe以观察波形输入调制信号的波形如图4－7所示，解调输出信号波形如图4-8所示。图4-7输入调制信号图4—8解调输出信号对比以上两图可以看出MSK信号波形的振幅非常稳定相移较小这与MK信号的定义是相符的另外解调后的时域信号波形和源信号波形相比除了有5个码元的延迟外其信号波形与源信号波形是一致的这说明ＭK调制性能较好。图4-１0仿真后的误码率显示误码率的计算器将在一定时间内收到的数字信号中发生差错的比特数与同一时间所收到的数字信号的总比特数的比值通过显示窗口显示出来。误码率（BE:biｔeｒｏrrａto）是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。图4-10中的Dislaｙ显示的数值是该系统的误码率，其数值为0。4３，即误码率较小,可知经过MＳK调制解调后的信号与原信号相比无明显失真。MSK功率谱密度分析通过正确仿真可在SpctumScoe中得到MK系统信号的功率谱如图4-1所示:图4—1MSＫ信号功率谱图MSK的功率谱密度很紧凑它的第一个零点在。7５／b处ＭSK信号功率谱的主瓣所占的频带宽度窄并且功率谱旁瓣的下降也很迅速即ＭＳK信号功率谱主要包含在主瓣内因此MSK信号比较适合在窄带信道中传输对相邻信道的干扰较小。从上图可知，该系统的能量集中在—10z处，即频率较低处，这与MSK信号的基本特征相一致。MSＫ系统眼图分析经过仿真，在Disrｅe-ｉｍeEyeDiaramScｏｅ中得到MＳK信号眼图如图４－12所示：4—12MK信号眼图眼图是指通过示波器观察接收端的基带信号波形从而估计和调整系统性能的一种方法。眼图的“眼睛”张开越大，且眼图越端正,表示码间串扰越小反之越大当存在噪声时眼图的线迹变成比较模糊的带状的线噪声越大线条越粗,越模糊“眼睛”张开得越小。总之,眼图可以定性反映码间串扰的大小和噪声的大小还可以用来指示接收滤波器的调整以减小码间串扰优化系统的性能在实际的通信系统中数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，信号通过信道后也会引入噪声和干扰也就是说总是在不同程度上存在码间干扰的.在码间干扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析甚至得不到近似结果为了便于实际评价系统的性能可以通过眼图直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响是一种常用的测试手段观察上图可得此眼图中“眼睛还算是张开地比较大线条也比较清晰也就说此系统的码间串扰较小，噪声对其的影响也较小。MSＫ系统星座图分析经过仿真,可在Disree—imeScttrPlotＳcoｅ中得到MSK系统星座图如图4—１３所示：图4－１３ＭSＫ系统星座图在MSK信号星座图中，1比特区间仅使用圆周的1/,信号点必是轴上４个点中任何一个因此相位必然连续MＳＫ旁瓣降低得非常明显，即使不使用截止特性较好的带通滤波器也能获得邻道干扰少的调制信号对ＭK稍加改进就可以获得较少旁瓣的调制方式由MSK信号点配置图可知调制时出现旁瓣是由于调制载波相位急剧变化所引起的MＳＫ的相位变化是连续的但相位变化速率（相位的一次微分在比特变化点变成不连续要使相位的一次微分连续相位点必须以恒定速度旋转若接近比特变化点旋转速度就变慢变化点处速度必须为0。通过Disree—imeSｃaｔｅrPltＳｃoe窗口可以观察到该MSK系统调制的星座图如图４-1MＳK星座图的特点在该图中都明显的表现出来这进一步验证了该系统的正确性。5总结与展望总结ＭＳK作为理论发展最成熟的调制方式之一对其的研究仍然具有很重大的意义因此我们选择了MＳK调制方式做仿真研究仿真这几种理论已经很成熟的数字调制方式一方面可以更容易将仿真结果与成熟的理论进行比较从而验证仿真的合理性另一方面也可以以此为基础将仿真系统进行改进扩展使其成为仿真更多的数字调制方式的模板.基于MＡＬABSimlik模块的数字调制信号仿真系统设计具有许多仿真系统无法比拟的优点该系统使用起来便利简单直观,达到了系统仿真和动态显示的设计效果通过仿真结果分析我们直观形象的看到了MSK调制系统各环节时域和频域的对比图及相关的特性。本论文采用理论研究和实验分析相结合的研究方法首先从数字调制解调的众多方式中引出ＭＳ进而研究MＳK的基本特点及调制解调原理然后简要介绍MATAB及其使用MＡTAB中Ｓimｌik仿真模块进行仿真的相关方法和理论；最后使用使用MＡＴAB为工具，用Simｌｉk仿真模块对MＳK调制解调原理进仿真，并进行必要的比较及深入分析。通过本论文得到的结论有:(１）MSＫ信号是2ＦＳK的改进具有恒定包络连续相位频谱带宽窄等许多优点。MSK具有两种调制方式即正交调制和ＣP+MM调制由于MSK信号是一种２ＦSK信号，所以它也像2FSK信号那样,可以采用相干解调或非相干解调方法,除此之外，MSK信号还可以采用延时判决相干解调的方法.（2MＴLB是一种跨平台的超高级语言具有许多独特的特点和优势Ｓmuik是MAＬAＢ提供的动态仿真工具用于对动态系统进行建模仿真和分析的工具。通过实验仿真深刻体会ＭALAB语言的优势及使用Simlik仿真的便利.(3)在实验仿真分析阶段，结合实验结果对MSK系统误码率、功率谱密度、系统眼图星座图进行分析后得到ＭSK的系统误码率较低波形的振幅非常稳定，相移较小系统的能量集中在5—10Hz处即频率较低处系统眼图中“眼睛"张开地比较大线条也比较清晰也就说此系统的码间串扰较小噪声对其的影响也较小；在MK信号星座图中1比特区间仅使用圆周的14信号点必是轴上4个点中任何一个，因此，相位必然连续。展望数字调制技术是现代通信系统中的重要技术也是现代通信技术研究的热点之一MSK调制技术是数字调制技术中的重要技术它的优点在于包络特性恒定、占据的射频带宽较窄相干检测时的误码率性能较好这些特点对于卫星通信或者移动无线电通信系统来说是极为重要。正是因为MＳＫ具有诸多的性能优势所以它比较适合在窄带信道中传输广泛应用于卫星通信移动通信无线电通信、生物医学、机械等领域。作为ＭSK的改进,高斯滤波最小频移键控(GＭＳ)在GSＭ系统中得到了广泛的应用在MSK的基础上GＭＫ提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量.限于作者现有的理论水平本文只是采用理论研究和实验仿真相结合的方法研究了MSＫ系统调制解调的基本理论及验证了MSＫ系统的优点数字调制技术的发展日新月异如今在现实中应用的数字调制系统大部分是经过改进的性能较好的系统ＭＳK作为理论发展最成熟的调制方式之一对其的研究具有很重大的意义虽说具有很多优点但也有它的缺点对理论发展成熟调制方式的研究是为了提出更好的、适应当前通信需要的调制解调方式。致谢作为对本科学习阶段的总结和检验本文是在导师孙华明老师的直接指导下完成的在本文的理论研究实验仿真及撰写论文期间得到了很多老师和同学的帮助在这里我主要要感谢的是我的导师孙华明老师在毕业设计的整个过程中,孙老师在理论知识、工作任务、工作进度安排等方面给了我大量的指导和帮助,在此,我向孙华明老师致以由衷的谢意!同时我还要感谢大学四年里帮助我的学院领导以及各位老师从他们身上我不仅储备了理论知识更学到了一丝不苟严谨治学的科学态度例外还要感谢和我共度四年美好时光的同学们他们在学习和生活中给予我很多的帮助和照顾。在这里，我对他们表示感谢.最重要的是家人对我的关心和爱护鼓励着我不断前进特别感谢父母在生活上给予的无微不至的关心和对我学业的鼓励和支持。最后，再一次感谢所有培养、照顾、关心和支持我的师长、家人和朋友们！参考文献［1］傅祖芸信息论基础理论与应用.第二版.北京：电子工业出版社，207年．［2]樊昌信，曹丽娜通信原理第六版北京：国防工业出版社，206年。[３］曹志刚,钱亚生现代通信原理.北京：清华大学出版社，194年。［４]沈振元聂志泉赵雪荷通信系统原理［M.西安西安电子科技大学出版社199年。[5］周廷显近代通信技术[M。哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，19０年.［6]eonch，ＩI．Dalndnaogomｎcaonses.eenＥｎ.bhngseｎceHａ，０7．［7］郭梯云,刘增基，王新梅,詹道庸,杨洽．数据传输[］人民邮电出版社，１９６年.［８]中国人民解放军总参谋部通信部短波通信新技术［M.解放军出版社，1９7年.[9]张起晶，隋志勇调制系统中的ＭＳ,GＭＫ的仿真分析与应用．现代电子技术，209年第1９期.[1]ehenＣapan．MABoｒamｍgoｒEieers。eｏndEo.0８.［１沈琪琪，朱德生短波通信[]西安：西安电子科技大学出版社,189年．［1张铁军，胡正名软件无线电研究的新进展和关键技术［]电信科学．998年。［1秦瑞新现代通信概论[M。国防工业出版社，199年．[１.E.ｏd．ADeｏmoiｎｐｐoachｏM[]。IEEＥaｎ.ｏmn19８3（).[1张树京通信系统原理。第二版中国铁道出版社，192（2）。［1（美马格雷（EwａdＭarａ。MAB原理与工程应用。电子工业出版社２02年.[1王立宁等.MAＢ与通信仿真第二版北京:人民邮电出版社，20０年．［1MABUｎｇｕk。TeMhｒ,Ic2０1。[1邓华等MAB通信仿真及应用实例详解.北京：人民邮电出版社，20３年。[2范影乐，杨胜天,李铁.MAＢ仿真应用详解北京:人民邮电出版社,201年.[2戴虹戴悟僧．ＭAＢ在通信原理仿真中的应用．上海第二工业大学学报,2０1年，第1期．［２李建新等.现代通信系统分析与仿真—MAＢ通信工具箱西安:西安电子科技大学出版社，2０0年.《通信原理》课程实验报告基于ＭAＴＬAB的DPＳK通信系统仿真院系：班级：学号：姓名：教师:２012年1２月7日目录1设计题目························································３2设计要求························································33设计原理························································３3。１DＰＳK调制····················································３3.2ＤPSK解调····················································44设计流程························································55代码实现························································５5.1基带信号的获取···············································55.2差分编码·····················································65．3DPＳK调制···················································75.4AWＧＮ信道···················································85.5限噪处理·····················································8５．６差分相干解调·················································９５。4ＡWGN信道··················································１1５．7功率谱密度图的绘制6测试结果·······················································1２6。1调制解调正确性的测试········································1２6.2系统抗噪性能的测试··········································１4７总结····························································178心得体会·······················································1７附:完整代码·····················································１81设计题目用MATLAB仿真DＰＳK通信系统２设计要求基本参数如下：Ｆｃ=１8０0HzＲｂ=120０bps考虑加入ＡWGＮ信道，Eb/Ｎ0=２0dB自定义一小段信息序列结果要求：绘制各阶段信号波形绘制信号的PSD3设计原理二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为２DＰSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息.所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。3。1ＤPSK调制DＰSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如,假设相位值用相位偏移△φ表示（△φ定义为本码元初相与前一码元初相只差）,并设△φ=π→数字信息１△φ=0→数字信息０则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如如下：数字信息：0011100１0１2DＰSK信号相位:000π0πππ0０π或πππ0π００0ππ0画出的2PSK及DPSK信号的波形如图3-１所示。图３-12ＰSK及２ＤPSK信号的波形2DPSK的产生基本类似于2PSK,只是调制信号需要经过码型变换,将绝对码变为相对码。2DＰSK产生的原理框图如图2—2所示[1］,图（a）为模拟调制法，图（b）为键控法。(a)模拟调制法（b）键控法图３—22DＰＳK信号的调制原理图从上面分析可见,无论接收信号是２ＤPSK还是2PSK信号，单从接收端看是区分不开的。因此2DPSK信号的功率谱密度和2ＰSK信号的功率谱密度是完全一样的.3。2DPＳＫ解调DＰSK信号可以采用相干解调法(极性比较法）和差分相干解调法(相位比较法）.本次设计采用差分相干解调法,图3-3为差分相干解调法原理图。差分相干解调法的思想是直接比较前后码元的相位差。由于此时的解调已同时完成了码变换作业,故无需另加码变换器.由于这种解调方法又无需专门的相干载波,故事一种比较实用的方法。图３-３2DPＳK差分相干解调解调原理图4设计流程设计流程如下框图所示，箭头上的信号表示实际传递的信号名称。bndnmodｍoｄz差分编码DPSK调制ＡWＧN信道BPＦ对比rＢnｍtｄemod抽样判决LPF延时相乘差分相干解调5代码实现5.1基带信号的获取利用MATLAB自带函数randint产生定长度的二进制随机序列siｇn，为了将ｓigｎ转换为单极性ＮRZ信号，要对sigｎ的每个随机码进行Ｔ点增样，最后得到基带数字信号bｎ代码实现如下:％%%%％％％%％％%%初始参量定义%%％％％％%%%%fc=1８００；％载波频率Rb=12００；%基带数据传输速率Ｔb=１/Rb；T＝50；％每个Ｔｂ内进行的增样点数Ｍ=8；%原始码字序列的长度N=９;%差分码字序列的长度ｓign=rａndint(１,Ｍ）；%产生长度为M的随机二进制序列SNR=2０；%信噪比％%％%%%％％％%％%对sigｎ进行T点增样后的基带数字信号%％％％％%％％％％ｂｎ＝[］;forn=1：Mifsiｇn（n)=＝0；Ｆ=ｚeroｓ（1,T）；elseＦ=ones（1，Ｔ）;ｅndbn=［bｎ，Ｆ];ｅnｄ绘图5.2差分编码设差分码cfm(二进制序列),差分编码原理为cfm[n]=b［n]xｏｒｃｆm［ｎ—1］例如，如果sｉｇｎ＝［１0010０１1］，那么cｆm=［100011101］；同时,还要对得到的差分码ｃｆm进行T点增样，得到差分信号dn(单极性NRZ信号)。代码实现如下:%％％%％%%％％%％％%差分编码得到差分码cｆm%%%%％%%%%%ｃfm＝［］；cfm(1）=1；％设cfｍ的初值为1ｆoｒi=1：Mcｆｍ（i+1）=ｘor（ｓigｎ（ｉ),cfm（i)）；eｎd%％％%％%％％％％%％％对cfm进行T点增样%%%%%%%％%%%％％%dｎ=［]；％差分信号forｎ=1:N；ifcfm(n)==0；A=zeros（1，Ｔ）;％每个sｙmbol进行T点增样elsｅA=ones（1,T)；enddn=［dnA］;end绘图5。3DPSK调制ＤPＳK调制由于ＰSK调制的主要原因是DPSK调制解决了“不确定性反相”问题，即DPSK信号通过相邻时隙载波相位的变化与否来“携带”信息。在代码实现这一步的过程中，我假设了一个相邻时隙相位差变量ｄeltａ，易知,当sigｎ的一个码字为‘1’时,delta=pi,否则ｄelｔa=0。通过ｄｅlta就能反映前后时隙的载波相位变化,进而实现DPSK调制。代码实现如下:％％%％%%%％%%％％％%％%DPＳK调制％%%%％％％%％%％％％%％ｔ=Tb/T：Tb/T：Tb;%对Tb＝1/Rｂ间隔进行T点划分mod=cos（2＊fc＊ｐi*t)；％调制后的信号deltａ=0;％相位差forｎ=1：Mifｓign（n)==1；deｌｔa=dｅltａ+ｐｉ;elsｅdelta＝delｔa;ｅｎｄc２=coｓ(２*ｆc＊pｉ＊ｔ+delta)；moｄ=［modc2]；ｅｎd绘图５。4ＡＷGN信道利用MAＴLAB自带函数awｇn实现对已调信号mod进行加噪处理.代码实现如下：％%%%％％%%%%%调制信号过高斯白噪声的信道%%%％%％%mｏdz＝ａｗgn(moｄ，SNR);％过AＷＧＮ信道绘图５.5限噪处理利用MAＴLAB自带函数fir1构造FIＲI型带通滤波器，使其对准信号频带,让信号几乎无失真通过,同时抑制带外噪声，此处取BPF的通带宽度为2＊Ｒb，中心频率为ｆc.（由于设计的是数字滤波器，所以不要忘记对频率进行归一化处理）值得注意的是，由于设计的滤波器是100阶，所以通过BＰF后的信号会有出现接近于一个symboｌ宽度的时延。所以在信号modz接入BPＦ前,要对其进行一个拓宽处理,对modｚ最后一个ｓymｂol进行复制，得到modz_ｂｒoad，再接入到BPＦ上。同时,不要忘记对从BPF出来的信号r0进行截取，因为r0的第一个symbol是滤波器时延带来的.代码实现如下:%%％%％%％％％％％BPF％%％％%％％％％%%％%mｏdｚ_bｒoad=[modzmodz((Ｎ—1）*Ｔ+1：N＊T）］;fs=Rb＊T;hBPF=fｉr1(100，2*pi＊[ｆc-Rbfc＋Rb］/fs）;r0=fｉｌtｅr(ｈBＰＦ，1，modz_ｂroad)；r=r０（T+１:（N+1）＊Ｔ)；％对r０进行截取绘图5．６差分相干解调差分相干解调的核心思想是比较两个相邻时隙上信号的相位,从而直接还原出信号Bn,分为三步：(1）延时相乘代码实现如下：%％％％％％％％％%%延时相乘%％%％%%%r_shifｔ＝r（Ｔ+１：N＊T)；deｍｏd=［];fori=1：M*T;a=r_shｉｆt（i）.*r（i);demod=[ｄemｏdａ]；end绘图(2）LPF利用MＡTLAB自带函数fir1构造ＦIRＩ型低通滤波器,此处取ＬPF的通带宽度为Rb。同BPF一样,由于设计的滤波器是100阶，所以通过ＬPF后的信号会有出现接近于一个syｍbｏl宽度的时延.所以要对信号dｅｍod接入LPＦ前,进行拓宽处理，得到dｅmod_bｒoａd，再接入到LPＦ上。同样，不要忘记对从LPF出来的信号mt0进行截取,因为mt0的第一个ｓyｍｂoｌ是滤波器时延带来的。代码实现如下:％%％%％%%%％％％%％ＬPF%%%％%％%％％％ｄeｍod_broad=[dｅmoddeｍod（（Ｍ—1）＊T+1:M＊T）］hLPF=ｆir1（10０，2＊pi＊［Ｒb］/fs）；ｍt０=ｆilｔer（hＬPF,１,demｏd_broad);mt=mt0(T+1：（M＋１）＊T）；%对mt０进行截取绘图（3）抽样判决实现思想：对ｍt一个sｙmbol的T个采样点进行求和，如果sum大于0，则Ｂn对应这个syｍｂｏl内的所有点的值为1，反之为0。代码实现如下：％％％%%％％%%%%％%抽样判决%％％%%%％％％%Bn=zｅros（1，M＊T)；fori=1:M;iｆsum（ｍt(（i—1）＊Ｔ+１：i＊T)）〉0；Bn（（i－1）＊T+1:i*Ｔ)＝0;elseＢｎ（(i-1）＊T+１:i＊T)=1；enｄｅnd绘图从上图可知,最终经ＤPSK通信系统调制解调后得到的信号Bn与一开始的基带数字信号bn完全一致。5。7功率谱密度图的绘制采用Weｌｃh法绘制DPSK调制信号ｍoｄ的功率谱密度图（Powｅrsｐectrｕmmaｇnｉtｕde)。选择适当的窗函数w(n）,并再周期图计算前直接加进去,加窗的优点是无论什么样的窗函数均可使谱估计非负。二是在分段时,可使各段之间有重叠,这样会使方差减小。本设计中尝试了三种窗，分别是矩形窗、海明窗和Ｂlacmaｎ窗。代码实现如下:%%％％％%%%%%%％％％%PＳＤ%%％%％％%%%％%％%%％windoｗ=boxcaｒ（1０0)；%矩形窗wｉｎｄow1=hamｍing(100）;%海明窗window２=bｌacｋｍan（１００）;％Blackmaｎ窗Nffｔ=N＊T＊Rb;nｏｖｅrlａp=0;%数据无重叠rａngｅ=’onesiｄed’;％计算单边带功率谱密度［Pxｘ，f］=pweｌch（ｍod,window,nｏｖｅrlap，Nfｆt，fs,rａngｅ）；[Ｐxx1，f］＝pwｅlｃh（ｍｏd,ｗinｄoｗ１,nｏｖerlap，Nfft,ｆs,raｎgｅ)；［Pxx2，f］=pwelcｈ(mod，wｉnｄｏw2,noverｌap,Nfft，ｆs,range)；ｆigｕre（３)ｓubpｌot（３1１)plot（f，Ｐxx）；ａｘis(［0500000。０008]);tｉｔlｅ（＇ｒｅctａngulaｒwinｄowPSD＇);ｘｌａｂel（＇f/Hz＇）；suｂplｏt(3１2)plot（f，Ｐxx1）;aｘｉs(［0500０0０.00０6］）；tiｔle（’HａmｍingPSD'）；xlaｂel(＇f/Hｚ＇)；subｐlot（31３）ｐloｔ（f,Ｐｘx2）；ａxｉs（［05０000０.0006]）;title（'BｌａckmaｎＰSD＇）；xlaｂel('ｆ/Hz'）;绘图从第一幅图即rectａnｇulaｒＰSＤ中可以看出,单边带功率谱密度图的中心频率大致在1800Hz即载波频率处,第一零点大致在600Hz和3000Hz，即fc－Rb和fｃ+Rb处。６测试结果6.1调制解调正确性的测试在前面我取用了一个特例ｓign=[1０01０011］来说明每一步的正确性.下面利用raｎｄinｔ产生定长度的二进制随机序列sigｎ，多次运行结果都显示最终差分相干解调得出的信号Bｎ与基带数字信号bn一致,说明此次基于MＡTLＡＢ设计的DＰSK通信系统能够成功实现DＰＳK信号的调制与解调。某几次运行结果的截图如下:6。2系统抗噪性能的测试在前面调制解调正确性的测试中,设定信噪比SNＲ=20．下面通过检验在不同信噪比值下，系统调制解调的正确性，来简单评定系统的抗噪性能。SNＲ=１０时，正确解调SＮR=5时，正确解调ＳNR=2时，正确解调ＳNＲ=１.５时，有误码出现所以,可以定性判断该系统的抗噪性能良好。7总结经过两周的MATLＡB课程设计,我收获多多。总结后主要有一下几点可谈良好编程习惯的培养我们编程时要有良好的风格，源代码的逻辑简明清晰,易读易懂是好程序的重要标准。我的几点小收获是:标识符命名尽量含义鲜明，适当的注解，注意程序的