MSK課程設(shè)計(jì)(systemview).doc

1 目錄 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2 二 實(shí)驗(yàn)要求 2 三 實(shí)驗(yàn)原理 2 1 MSK 的基本概念 2 2 MSK 信號(hào)的基本原理 2 3 MSK 信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào) 5 4 MSK 信號(hào)的功率譜 6 5 Systemview 軟件 6 四 實(shí)驗(yàn)分析 7 1 MSK 信號(hào)的調(diào)制 7 2 MSK 信號(hào)的解調(diào) 7 3 仿真參數(shù)設(shè)置 7 五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 8 1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 9 2 實(shí)驗(yàn)分析 12 六 心得體會(huì) 12 2 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?培養(yǎng)學(xué)生掌握電路設(shè)計(jì)的基本思路和方法 使學(xué)生掌握系統(tǒng)各功能模塊的 基本工作原理 提高學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解能力 能提高對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí) 際應(yīng)用能力 提高學(xué)生的科技論文寫作能力 二 實(shí)驗(yàn)要求 1 學(xué)習(xí) SystemView 仿真軟件的使用 2 對(duì)需要仿真的通信系統(tǒng)各功能模塊的工作原理進(jìn)行分析 3 提出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 選用合適的模塊 4 對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真 5 并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析 三 實(shí)驗(yàn)原理 1 MSK 的基本概念 最小頻移鍵控 MSK 是 2FSK 的改進(jìn) 2PSK 體制雖然性能優(yōu)良 易于實(shí)現(xiàn) 并得到廣泛的應(yīng)用 但是它也有一些不足之處 首先 它占用的頻帶寬度比 2PSK 大 即頻帶利用率較低 其次 若用開(kāi)關(guān)法產(chǎn)生 2FSK 信號(hào) 則相鄰碼元 波形的相位可能不連續(xù) 因此在通過(guò)帶通特性的電路后由于同頻帶的限制 使 得信號(hào)波形的包絡(luò)產(chǎn)生較大起伏 為了克服上述缺點(diǎn) 對(duì)于 2FSK 信號(hào)作了改進(jìn) 發(fā)展出 MSK 信號(hào) MSK 信號(hào)時(shí)一種包絡(luò)恒定 相位連續(xù) 帶寬最小并且嚴(yán)格正 交的 2FSK 信號(hào) 其波形圖如下圖所示 2 MSK 信號(hào)的基本原理 1 MSK 信號(hào)的第k個(gè)碼元可以表示為 2 cos k s k sk t T a tts ss kTtTk 1 式中 s 載波角載頻 ak 1 當(dāng)輸入碼元為 1 時(shí) ak 1 當(dāng)輸入碼元為 0 時(shí) ak 1 Ts 碼元寬度 k 第k個(gè)碼元的 初始相位 它在一個(gè)碼元寬度中是不變的 3 2 MSK 信號(hào)的相位連續(xù)性 波形 相位 連續(xù)的一般條件是前一碼元末尾的總相位等于后一碼元開(kāi)始 時(shí)的總相位即 這就是要求 由上式可以容易地寫出下列遞歸條件 由上式可以看出 第k個(gè)碼元的相位不僅和當(dāng)前的輸入有關(guān) 而且和前一 碼元的相位有關(guān) 這就是說(shuō) 要求 MSK 信號(hào)的前后碼元之間存在相關(guān)性 在用相干法接收時(shí) 可以假設(shè) k 1 的初始參考值等于 0 這時(shí) 由上式可知 下式 可以改寫為 cos ttts ksk ss kTtTk 1 式中 k t 稱作第k個(gè)碼元的附加相位 由上式可見(jiàn) 在此碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)它是t的直線方程 并且 在一個(gè)碼元持續(xù) 時(shí)間Ts內(nèi) 它變化ak 2 即變化 2 按照相位連續(xù)性的要求 在第k 1 個(gè) 碼元的末尾 即當(dāng)t k 1 Ts時(shí) 其附加相位 k 1 kTs 就應(yīng)該是第k個(gè)碼 元的初始附加相位 k kTs 所以 每經(jīng)過(guò)一個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間 MSK 碼元的 附加相位就改變 2 若ak 1 則第k個(gè)碼元的附加相位增加 2 若ak 1 則第k個(gè)碼元的附加相位減小 2 ksks kTkT s1s ks k k k kT T a kT T a 22 1 1s 時(shí) 當(dāng) 時(shí)當(dāng) 11 k 11 11 2 kk kkk kkkk aak aa aa k 2 mod 0 或 k 2 cos k s k sk t T a tts k k k t T a t s 2 k k k t T a t s 2 4 附加相位的全部可能路徑圖 Ts3Ts5Ts 9Ts 7Ts 11Ts 0 k t 模 2 運(yùn)算后的附加相位路徑 Ts3Ts5Ts 9T 7T 11T 0 k t 3 MSK 信號(hào)的正交表示法 式中 1cos kk p 1cos kkkkk paaq 上式表示 此信號(hào)可以分解為同相 I 和正交 Q 分量?jī)刹糠?I 分量的載 波為 cos st pk中包含輸入碼元信息 cos t 2Ts 是其正弦形加權(quán)函數(shù) Q sss s ks s k s s kks s kk kTtTkt T t qt T t p t T t at T t ts 1 sin 2 sincos 2 cos sin 2 sincoscos 2 coscos 5 分量的載波為 sin st qs中包含輸入碼元信息 sin t 2Ts 是其正弦形 加權(quán)函數(shù) 3 MSK 信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào) 1 MSK 信號(hào)的產(chǎn)生 MSK 信號(hào)可以用兩個(gè)正交的分量表示 t T t qt T t pts s s kskk sin 2 sincos 2 cos s ss kTtTk 1 根據(jù)上式構(gòu)成的方框圖如下 MSK 信號(hào)的產(chǎn)生方法 2 MSK 信號(hào)的解調(diào)方法 由于 MSK 信號(hào)時(shí)一種 2FSK 信號(hào) 所以它也像 2FSK 信號(hào)那樣 可以采用相干解 調(diào)或者非相干解調(diào) MSK 信號(hào)非相干解調(diào)方框圖 6 MSK 信號(hào)相干解調(diào)方框圖 4 MSK 信號(hào)的功率譜 MSK 信號(hào)的歸一化 平均功率 1 W 時(shí) 單邊功率譜密度Ps f 的計(jì)算結(jié)果 如下 按照上式畫出的曲線在下圖中用實(shí)線示出 應(yīng)當(dāng)注意 圖中橫坐標(biāo)是以載頻為 中心畫的 即橫坐標(biāo)代表頻率 f fs 5 Systemview 軟件 SystemView 是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件 主要用于電路和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 仿真 是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具 能滿足從數(shù)字信號(hào)處理 濾波器設(shè) 計(jì) 直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì) 仿真要求 SystemView 為我們提 供了模塊化合交互式的界面 因此使用SystemView 我們只需關(guān)注此項(xiàng)目的設(shè)計(jì) 思想和過(guò)程 而不必花費(fèi)大量時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型 我們只需調(diào)用所 需要的模塊即可完成復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試 鑒于其在通信系統(tǒng)使用方便 功 能強(qiáng)大的特點(diǎn) 我們用其來(lái)完成MSK 通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 22 s 2 161 2cos32 ss ss s Tff TffT fP 7 四 實(shí)驗(yàn)分析 1 MSK 信號(hào)的調(diào)制 實(shí)現(xiàn) MSK 信號(hào)的調(diào)制過(guò)程為 先對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼 再用差分編 碼輸出數(shù)據(jù)進(jìn)串 并變換器分成 PQ 兩路 并相互交錯(cuò)一個(gè)碼元寬度 用加權(quán)函 數(shù) cos 和 sin 分別對(duì) PQ 兩路加權(quán) 對(duì)加權(quán)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行正交波調(diào) Tb t 2 Tb t 2 制 2 MSK 信號(hào)的解調(diào) 根據(jù) MSK 信號(hào)解調(diào)框圖 畫出仿真電路圖 3 仿真參數(shù)設(shè)置 Start Time 0sec Stop Time 0 04sec Sample Rate 10000Hz 編號(hào)圖符塊屬性類型參數(shù)設(shè)置 0SourcePN SeqAmp 1v Offset 0v Rate 100Hz Level 2 Phase 0 deg 1 49OperatorSamplerInterpolating Rate 100Hz 2OperatorSmpl DelyFill Last Register Delay 2 Samples 8 3OperatorSamplerFill Last Register Delay 1 Samples 4 5 29 30 32 OperatorSamplerInterpolating Rate 50Hz 6 7 35 42 OperatorHoldLast Value Gain 1 Out Rate 10 e 3 sec 8 34 36 39OperatorDelayNon Interpolating Delay 10 e 3 sec 11SourceOperatorAmp 1v Freq 25Hz Phase 90 deg 14SourceOperatorAmp 1v Freq 1000Hz Phase 0 deg 15OperatorGainGainUnits Linear Gain 1 50LogicXORGate Delay 0s FalseOutput 1 Threshold 0 3v Rise Time 0s True Output 1 Fall time 0s 48OperatorGainGain 1 51OperatorLinear sys Filter Analog Butterworth Bandpass BPFilterOrder 3 Lowcottof 35hz Hicuttof 45hz 23SourceSinusoidAmp 1v Fre 25Hz Phase 0 deg 26CommunicationCostasVco Fre 100Hz Voc phase 0 deg Mod Gain 1Hz V 27 28OperatorLinear sys Filter Analog Butterworth lowpass BP Filter Order 3 Lowcottof 6Hz 31 41OperatorComparea b True Output 1v False Output 1v 33SourceAmp 0v Start Time 0sec Offset 0v 37SourcePlus TrainAmp 1v Fre 25Hz Plus Wideth 10e 3sec Offset 0v Plase 0deg 9 五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1 源碼 基帶信號(hào) 2 輸入差分碼 在信號(hào)被調(diào)制前 用差分編碼來(lái)克服后面的相位模糊 差分碼波形 3 串 并變換后的信號(hào)及加權(quán)信號(hào) 10 串 并變換后的 P 路信號(hào) P 路加權(quán)信號(hào) 串并變換后的 Q 路信號(hào) Q 路加權(quán)信號(hào) 11 4 MSK 調(diào)制信號(hào) MSK 調(diào)制輸出信號(hào) 5 MSK 解調(diào)信號(hào) MSK 解調(diào)輸出信號(hào) 6 MSK 信號(hào)調(diào)制功率譜 12 2 實(shí)驗(yàn)分析 在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中 系統(tǒng)的功能是由三個(gè)階段完成的 首先 單獨(dú)實(shí)現(xiàn) MSK 的數(shù)字化調(diào)制 其次 單獨(dú)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào) 最后 是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整個(gè)功能 MSK 信號(hào)調(diào)制和解調(diào) 1 首先實(shí)現(xiàn)的是信號(hào)的 MSK 調(diào)制 該實(shí)驗(yàn)中我采用的頻率是 100Hz 的 PN seq 作為原始的信號(hào)輸入 經(jīng)過(guò)差分編碼再經(jīng)過(guò)串 行變換后成為兩路信號(hào) 并 且相互交錯(cuò)一個(gè)碼元寬度 再對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行加權(quán)和正交載波調(diào)制 然后相加 后得到 MSK 信號(hào) 2 其次是對(duì)已調(diào)信號(hào)的解調(diào)功能 本實(shí)驗(yàn)中采用的是相干解調(diào) 將調(diào)制出 來(lái)的 MSK 信號(hào)直接作為原始信號(hào) 通過(guò)科斯塔斯環(huán)捕獲高頻載波 提取載波 后經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻分量 再經(jīng)過(guò)抽樣判決 串 并轉(zhuǎn)換變成一路信號(hào) 輸出原始信號(hào) 3 最后是整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)同時(shí)實(shí)現(xiàn) 將上述兩個(gè)階段連接起來(lái) 設(shè) 置好參數(shù) 再進(jìn)行全面的仿真 六 心得體會(huì) 在本次課程設(shè)計(jì)中 通過(guò)利用SystemView軟件對(duì)MSK進(jìn)行仿真模擬 使我了 解到了MSK系統(tǒng)的工作原理 加深了對(duì)通信系統(tǒng)的整體理解 在設(shè)計(jì)過(guò)程中 也 遇到了一定