基于SystemView的MSK的仿真實(shí)現(xiàn)

1、JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程設(shè)計(jì)題目 : 基于SystemView的MSK的仿真實(shí)現(xiàn) 班 級 ： 學(xué) 號 ： 姓 名 ： 指導(dǎo)教師姓名 ： 錢志文 任艷玲 設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 60#507 目錄序言 第一章 SystemView軟件介紹 3第二章 MSK調(diào)制原理 42.1 MSK信號 42.2 MSK信號計(jì)算原理 42.3 MSK信號調(diào)制原理 4第三章 基于SystemView的MSK調(diào)制的仿真實(shí)現(xiàn) 73.1 MSK的仿真系統(tǒng)參數(shù) 73.2 MSK的調(diào)制程 7 3.2.1 MSK的調(diào)制仿真總電路圖 73.2.2 差分編

2、碼電路 93.2.3 串并變換電路 93.2.4 加權(quán)調(diào)制和載波調(diào)制11參考文件 14體會(huì)與建議 15附錄 16 序言人類社會(huì)是建立在信息交流基礎(chǔ)上的，通信是推動(dòng)人類社會(huì)文明、進(jìn)步與發(fā)展的巨大動(dòng)力，特別是當(dāng)今信息社會(huì)，通信更是整個(gè)社會(huì)的高級“神經(jīng)中樞”。而通信系統(tǒng)的質(zhì)量在很大程度上依賴與所采用的調(diào)制方式。隨著數(shù)字通信技術(shù)的日益發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字調(diào)制技術(shù)作為這個(gè)領(lǐng)域中極為重要的一個(gè)方面得到了迅速發(fā)展。特別是今年來隨著遠(yuǎn)距離數(shù)字通信的發(fā)展，系統(tǒng)中出現(xiàn)了新的問題信道中同時(shí)存在著帶限與線性的特性。在這種信道條件下，傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制方式則面臨這一場新的挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)這類信道的特性，又發(fā)展起來了一種新的數(shù)

3、字調(diào)制方式技術(shù)現(xiàn)代恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 現(xiàn)代恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展過程，就是已調(diào)波的相位路徑不斷得到改進(jìn)與完善的過程。因?yàn)橐粋€(gè)已調(diào)波的頻譜特性與其相位路徑有著緊密的聯(lián)系（）。為了控制已調(diào)波的頻譜特性，則必須控制它的相位路徑。首先出現(xiàn)的是二相移相鍵控（BPSK），繼而，為了提高信道頻帶利用率，又在它的基礎(chǔ)上提出了四相移相鍵控（QPSK）。這兩種調(diào)制方式所產(chǎn)生的已調(diào)波，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻上都可能產(chǎn)生180o相位突跳，使得功率譜高頻滾降緩慢，帶外輻射大。為了消除180o相位突跳，在QPSK基礎(chǔ)上又提出了交錯(cuò)正交移相鍵控（OQPSK），它雖然克服了180o相位突跳的問題，但是，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻上仍可能

4、有90o的相位突跳，同樣使的功率譜高頻不能很快地滾降，為了徹底解決相位突跳的問題，人們很自然地會(huì)想到相鄰碼元間的相位變化不應(yīng)該瞬時(shí)地突變，而應(yīng)該在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)逐漸累積來完成，從而保持碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻相位聯(lián)系，于是又提出了最小移頻鍵控（MSK）。MSK是一種線性連續(xù)相位路徑的恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它徹底消除了相位突跳問題，載波相位隨時(shí)間是連續(xù)變化的，信號功率譜在主瓣以外衰減得較快，帶外輻射小，對鄰道的干擾也較小。第1章SystemView軟件介紹SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)去描述程序，

5、無需與復(fù)雜的程序語言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從System View配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。SystemView的庫資源十分豐富，包括含若干圖標(biāo)的基本庫（Main Library）及專業(yè)庫(Optional Library)，基本庫中包括多種

6、信號源、接收器、加法器、乘法器，各種函數(shù)運(yùn)算器等；專業(yè)庫有通訊（Communication）、邏輯（Logic）、數(shù)字信號處理（DSP）、射頻/模擬（RF/Analog）等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證，尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析，及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路（混合器、放大器、RLC電路、運(yùn)放電路等）進(jìn)行理論分析和失真分析。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析方面，SystemView還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形。在窗口內(nèi)，可以通過鼠標(biāo)方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動(dòng)等。另外

7、，分析窗中還帶有一個(gè)功能強(qiáng)大的"接收計(jì)算器"，可以完成對仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、譜分析、濾波。System View還具有與外部文件的接口，可直接獲得并處理輸入/輸出數(shù)據(jù)。提供了與編程語言VC+或仿真工具M(jìn)atlab的接口，可以很方便的調(diào)用其函數(shù)。還具備與硬件設(shè)計(jì)的接口:與Xilinx公司的軟件Core Generator配套，可以將SystemView系統(tǒng)中的部分器件生成下載FPGA芯片所需的數(shù)據(jù)文件;另外，SystemView還有與DSP芯片設(shè)計(jì)的接口，可以將其DSP庫中的部分器件生成DSP芯片編程的C語言源代碼。第2章MSK調(diào)制原理2.1 MSK信號MSK信號是一種相

8、位連續(xù)、包絡(luò)恒定并且占用帶寬最小的二進(jìn)制正交FSK信號。MSK通常又被成為最小頻移鍵控。2.2 MSK信號計(jì)算原理MSK是恒定包絡(luò)連續(xù)相位頻率調(diào)制，其信號的表示式為 (1.1-1)其中 , =0,1,令 , (1.1-2)則式（1.1-1）可表示為 (1.1-3)式中，稱為附加相位函數(shù)；為載波角頻率；為碼元寬度；為第個(gè)輸入碼元，取值為；為第個(gè)碼元的相位常數(shù)，在時(shí)間中保持不變，其作用是保證在時(shí)刻信號相位連續(xù)。 當(dāng)，信號頻率 （2.2-2） 當(dāng)，信號頻率 （2.2-3） （2.2-4）由公式（2.2-2）和（2.2-3）可知，在一個(gè)碼元內(nèi)含有1/4載波周期的整數(shù)倍，由公式（2.2-4）可是，輸入的

9、碼元相位線性變化。2.3 MSK信號的調(diào)制原理由MSK信號的一般表示式（1.1-3）可得 (1.1-17)因?yàn)榇?(1.1-17)可得 (1.1-18)上式即為MSK信號的正交表示形式。其同相分量為 (1.1-19)也成為I支路。其正交分量為 (1.1-20)也成為Q支路。 稱為加權(quán)函數(shù)。由式（1.1-18）可以畫出MSK信號調(diào)制器原理圖如圖e所示。圖中，輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列經(jīng)過差分編碼和串/并變換后，I支路信號經(jīng)加權(quán)調(diào)制和同相載波相乘輸出同相分量。Q支路信號先延遲，經(jīng)加權(quán)調(diào)制和正交載波相乘輸出正交分量。和相減就可得到已調(diào)MSK信號。圖1-1 MSK 信號正交調(diào)制原理框圖第3章 基于Syste

10、mView的MSK的仿真實(shí)現(xiàn)3.1 MSK的仿真系統(tǒng)參數(shù) 碼元速率： 碼元寬度： 頻偏（也即加權(quán)函數(shù)頻率）： 載波頻率：(為了能然最后圖波形清楚特意設(shè)小了些） 傳信頻率： 這樣，在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，剛好完成周，剛好完成周。我們假定傳“+1”時(shí)，信號頻率是，即在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，的波形有1.75個(gè)周期；傳“-1”時(shí)，信號頻率是，即在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，的波形有2.25個(gè)周期。3.2 MSK的調(diào)制過程3.2.1 MSK的調(diào)制仿真總電路圖 輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列經(jīng)過查分編碼和串/ 并變換，變成兩路速率減半的序列，在經(jīng)過加權(quán)函數(shù)輸出同相分量和正交分量，分別對兩個(gè)正交的載波進(jìn)行調(diào)制，相減即可得到需要的MSK信號。

11、原理框圖如圖1-1。 將原理圖在systemview中仿真出來，仿真圖如圖2-1。調(diào)制過程各圖符參數(shù)如表2-2。圖2-1 MSK仿真調(diào)制總圖表2-2 調(diào)制過程各圖符參數(shù)圖符編號庫/圖符名稱參 數(shù)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 Output=-1v4Oper

12、ator 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/SinusoidAmp=1v, Freq

13、=40Hz18Adder Non Paramtric圖標(biāo)38,39,40,32,31,33,25,34,35為圖形分析符號，分別分析原碼波形，差分之后的波形，加權(quán)調(diào)制后的（同向和反向）波形，載波調(diào)制后的（同向和反向）波形以及調(diào)制好了的MSK波形。3.2.2 差分編碼電路 MSK是一種特殊的FSK波形，其是用相鄰碼元的電平的跳變來表示消息碼。因?yàn)樵谡{(diào)制過程中，載波的相位是不可以控制的，所以用差分波形傳送代碼，這樣可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響。差分編碼電路圖如圖3-1。原碼與差分譯碼后的波形如圖3-2。 圖3-1差分編碼電路圖圖3-2 原碼與差分譯碼（上原碼，下差分譯碼）差分編碼公式：，則；由圖讀出

14、原碼：110011100 ：111100101 ：001111001可以看出是的延時(shí)信號，所以可以得出差分電路的設(shè)計(jì)是對的。 3.2.3串并變換電路MSK是兩路嚴(yán)格正交的FSK信號，所以我們要將一路信息碼元轉(zhuǎn)換成兩路碼元進(jìn)行加權(quán)和載波調(diào)制。采用的串并變換電路圖如圖3-3串并轉(zhuǎn)換電路。將一路碼元分為兩路，因?yàn)樾盘柺峭瑫r(shí)到達(dá)圖符8,圖符9，所以在圖符9前加了延遲符號，延遲一個(gè)碼元。上路采集第一個(gè)碼元下路就可以采集第二個(gè)碼元。將圖符8,9設(shè)置成Decimate By 2，壓縮采樣拓寬一倍碼元寬度，這樣上路就可以采集第三個(gè)碼元下路采集第四碼元。此后上路就可以形成奇碼元序列，下路就是偶碼元序列。如圖3-

15、4上路波形，下路波形。 圖3-3 串并轉(zhuǎn)換電路 圖3-4 上路和下路波形由圖3-4可得上路碼元為：110111001。Q路碼元為;110011011.將兩路碼元合成一路111100101111000111與圖3-2波形相同?？芍趥€(gè)串并轉(zhuǎn)換電路是對的。3.2.4 加權(quán)調(diào)制和載波調(diào)制加權(quán)信號的頻率為5kHz,如圖符15，載波信號的頻率為40kHz如圖符18。SystemView中信號源庫中的正弦信號產(chǎn)生器可以根據(jù)用戶自己的要求生成一個(gè)任意頻率、幅度、相位的正弦信號，在與相乘器的連接時(shí)，0代表的是正弦信號，1代表的是余弦信號，這就省去了原理圖中的/2移相器。如圖3-5加權(quán)調(diào)制和載波調(diào)制。 圖3-5

16、加權(quán)調(diào)制和載波調(diào)制 圖符27是為了使碼元相位一直，沒有加圖符27是，加權(quán)后的圖像沒有呈現(xiàn)/2變化。其他圖符為乘法器。加權(quán)后的上路和下路波形如圖3-6，圖3-7。調(diào)制后的上路和下路的波形如圖3-8,圖3-9。以及最終經(jīng)過加法器，形成的MSK波形，如圖3-10。圖3-6上路加權(quán)后波形圖3-7下路加權(quán)后波形圖3-8 上路調(diào)制后波形圖3-8 下路調(diào)制后波形圖3-10 MSK波形我們可以從圖3-10上可以看出，該信號里包含了兩種頻率的信息，且相位連續(xù)，包絡(luò)恒定，這些特點(diǎn)都滿足MSK波形的特點(diǎn)，所以MSK調(diào)制成功。參考文獻(xiàn)1夏平.MSK通信系統(tǒng)的SystemView設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.中國有線電視，2007，第

17、6期：563-565.2張志平 李曼.SystemView在通信系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用研究J.現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用200 例，2009，第6期：195-196.3樊昌信.通信原理M.北京：國防工業(yè)出版社，2014.4鄭文秀.MSK信號的參數(shù)估計(jì)J.電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2011（4），第16卷第2期：23-27.5郭建鵬.基于SystemView的串行MSK調(diào)制與解調(diào)的仿真研究J.計(jì)算機(jī)與數(shù)學(xué)工程，2008，第11期：170-181.體會(huì)與建議 最小移頻鍵控（MSK）是二進(jìn)制連續(xù)相位FSK的一種特殊形式。MSK信號具有恒定包絡(luò)，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻相位保持連續(xù)，以載波為基準(zhǔn)的信號相位在一個(gè)碼元期間內(nèi)線性地變換，信號功率譜在主瓣以外衰減較快，帶外輻射小等特點(diǎn)。MSK屬于連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)，其調(diào)制指數(shù)h=1/2。這些以前只在書上看