基于SystemView的MSK的仿真实现

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

通信电子线路实验与设计报告

目录

序言 ………………………………………………………………………… 第一章 SystemView软件介绍……………………………………………… 3 第二章 MSK调制原理 …………………………………………………… 4

2.1 MSK信号 ……………………………………………………………… 4 2.2 MSK信号计算原理……………………………………………………… 4 2.3 MSK信号调制原理 …………………………………………………………4

第三章 基于SystemView的MSK调制的仿真实现 ………………………7

3.1 MSK的仿真系统参数 ………………………………………………… 7 3.2 MSK的调制程 ……………………………………………………… 7 3.2.1 MSK的调制仿真总电路图 ……………………………………………… 7 3.2.2 差分编码电路…………………………………………………………… 9 3.2.3 串并变换电路…………………………………………………………… 9 3.2.4 加权调制和载波调制………………………………………………………11

参考文件 …………………………………………………………………14 体会与建议 ………………………………………………………………15 附录 …………………………………………………………………16

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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（??d??t?）。为dt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。

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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(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 Library)，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。

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第2章MSK调制原理

2.1 MSK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

???aSmsk?t??cos??ct?kt??k? (1.1-1)

2Ts??其中 kTs?t??k?1?Ts , k=0,1,… 令 ?k?t???ak2Tst??k , kTs?t??k?1?Ts (1.1-2)

则式（1.1-1）可表示为Smsk?t??cos???ct??k?t??? (1.1-3)

式中，?k?t?称为附加相位函数；?c为载波角频率；Ts为码元宽度；ak为第k个输入码元，取值为错误！未找到引用源。；?k为第k个码元的相位常数，在时间kTs?t??k?1?Ts中保持不变，其作用是保证在t?kTs时刻信号相位连续。

当ak??1，信号频率f1?1?1(?c?)?fc? （2.2-2） 2?2Ts4Ts1?1(?c?)?fc- （2.2-3） 2?2TS4Ts 当ak??1，信号频率f2? f1?f2?1 （2.2-4） 2Ts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

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（2.2-4）可是，输入的码元相位线性变化?90o。

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

Smsk?t??cos???ct??k?t????cos?k?t?cos?ct?sin?k?t?sin?ct (1.1-17)

因为?k?t???ak2Tst??k

代入 (1.1-17)可得

??t???t?Smsk?t??cos?kcos??cos?ct?akcos?ksin??sin?ct

2T2T?s??s???t?Ik?t?cos??2Ts???t?cos?t?Qtsin???sin?ct (1.1-18) ck????2Ts?上式即为MSK信号的正交表示形式。其同相分量为

??t?xI?t??cos?kcos??cos?ct (1.1-19)

2T?s?也成为I支路。其正交分量为

??txQ?t??akcos?ksin??2Ts??sin?ct (1.1-20) ????t?sin错误！未找到引用源。 ???称为加权函数。

??2Ts???t也成为Q支路。cos??2Ts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

??t数据序列经过差分编码和串/并变换后，I支路信号经cos??2Ts??加权调制和同相载波???加权调制和正交载???tcos?ct相乘输出同相分量xI?t?。Q支路信号先延迟Ts，经sin??2Ts波sin?ct相乘输出正交分量xQ?t?。xI?t?和xQ?t?相减就可得到已调MSK信号。

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图1-1 MSK 信号正交调制原理框图

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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：RB?20Hz fs?20Hz

码元宽度：TB?1s 20 频偏（也即加权函数频率）：?f??2TB

载波频率：fc?40Hz(为了能然最后图波形清楚特意设小了些） 传信频率：

f1?fc?11?40?5?35Hz f2?fc??40?5?45Hz 4TB4TB

这样，在一个码元时间TB内，f2刚好完成f2/fs?45?20?2.25周，f1刚好完成

f1/fs?35?20?1.75周。我们假定传“+1”时，信号频率是f1，即在一个码元时间内，

f1的波形有1.75个周期；传“-1”时，信号频率是f2，即在一个码元时间内，f2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。

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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 0 1,6 Source Library/PN Seq Operator Library/Sampler 3 Logic Library/XOR Delay=0sec, Threshold=500e-3v, TrueOutput=1v, False Output=-1v 4 5,10,11 7 Operator Library/Delays Operator Library/Hold Delay=0.05 Gain=1 , Last Value 参 数 Amp=1v,Offset=0v,Rate=20Hz,Levels=2,Phase=0deg Rate=20Hz,Aperture=0 sec Operator Library/Smpl Delay=1 samples, Attribute=Passive, Fill Last Register, Delay Initial Condition=0v Decimate By 2 8,9 Operator Library/Decimator 14 17 18 Source Library/Sinusoid Source Library/Sinusoid Adder Amp=1v, Freq=5Hz Amp=1v, Freq=40Hz 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。

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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）

差分编码公式：bn?an?bn?1，则bn?1?an?bn； 由图读出原码an：110011100

bn：111100101 bn?1：001111001

可以看出bn?1是bn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

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u00f.html