陕西理工学院毕业设计（论文）
MSK通信系统的仿真与研究
傅昊
（陕西理工学院 电信工程系 电子信息工程 2007级4班 陕西汉中 723003）
指导老师：李翠华
[摘要]本文介绍了MSK通信系统的一般调制和解调方法，以及MSK调制方式有一些优点与不足。MSK调制
的波形在时域内具有恒定包络结构，在频域内具频谱有很小的旁瓣，主瓣宽度窄，带外辐射小的优点，并且在主瓣带宽之外旁瓣的下降也更加迅速，从而克服了一般FSK，PSK,QAM等调制方式具有相位突变而影响以调信号高频分量衰减的特点。采用基于MATLAB仿真的MSK的调制与解调,MSK信号由同相分量和正交分量组成，解调采用相干解调，最后对误码率和最佳接收作了介绍。
[关键字]数字带通调制，MSK
Simulation and research of MSK communication system
Fu Hao
(Grade 07,Class 4,Major electronics and information engineering,Electronics and Information Engineering
Dept.,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi)
Tutor: Li Cui Hua
[Abstract] this thesis describes the gene method of MSK modulation and demodulation communication system. MSK
modulation wave has a constant envelope in the area, and in the frequency spectrum there is a very small side lobe, a narrow width of the main valve, small radiation and the main valve outside the bandwidth side lobe of the power spectrum also decreased more rapidly, thereby overcomeing the general FSK,PSK,QAM modulation , such as a phase mutation has been affected by high frequency components for signal attenuation shortcoming. It is precisely because of this background ,this issue will be on a MSK modulator. The thesis introduces that modulation and demodulation of MSK base on MATLAB simulation.MSK signal is composed by In-phase component and Orthogonal components. Demodulator uses coherent demodulation, the last ,best receiver on the error rate was introduced.
[key word]digital band-pass modulation, MSK
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目 录
引言 ...................................................... 1 1 MSK概述及原理 ........................................... 2
1.1 二进制频移键控（2FSK） ...................................................... 2
1.2 最小频移键控（MSK） ......................................................... 2
1.2.1 最小频移键控（MSK）的一些基本概念 ..................................... 2 1.2.2最小频移键控（MSK）的特性 ............................................. 4
2 MSK信号调制与解调的实现 ................................. 9
2.1 MSK信号的产生方法和框图 .................................................... 9
2.2 MSK产生框图各点波形 ....................................................... 10 2.3 MSK 另一种仿真实现simulink实现 ............................................ 12 2.4 MSK解调 .................................................................. 15
3 MSK分析 ................................................ 19
3.1 眼图 ...................................................................... 19 3.2 MSK功率谱密度 ............................................................ 20
4 数字信号最佳接收机和误码率 ............................. 22
4.1 数字信号最佳接收机 ......................................................... 22 4.2 确知数字信号最佳接收的误码率 ............................................... 24
4.2.1 总误码率 ............................................................ 24 4.2.2 先验概率对误码率的影响 .............................................. 24 4.2.3 先验概率相等时误码率的计算 .......................................... 25
5 总结 ................................................... 28 结束语 ................................................... 29 致 谢 ................................................... 30 参考文献 ................................................. 31 附录 ..................................................... 32
A 英文文献 ................................................................... 32 B 英文翻译 ................................................................... 34 C MATLAB介绍 ................................................................. 36 D 程序 ....................................................................... 37
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引言
数字通信与模拟通信相比，无论是传输质量上还是技术、经济上都有其显著的优点。它抗干扰能力强、传输质量与通信线路长短无关、可靠性高、经济性好、便于加密处理。
根据已调信号的频谱结构特点的不同，数字调制可分为线性调制和非线性调制。在线性调制中，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只不过频率位置搬移了；在非线性调制中，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同，不是简单的频谱搬移，而是有其他新的频率成分出现。振幅键控属于线性调制，而频移键控和相移键控属于非线性调制。
实现解调一般有两种选择：相干解调和非相干解调。相干解调是由接收信号于本地参考信号相互关系完成的，然后按照预先的门限作出判决的。非相干解调不需求由载波的初始参数，与相干解调比较，减小了接收机的复杂性。对于不同的调制方式，采用不同的独特的解调方法。
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。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来决定的。显然，不同类型的信道特性，将相应存在着不同类型的调制方式。
随着大容量与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，系统中出现了一个新的问题：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新的挑战。为适应这类信道的特性，人们在传统的数字调制方式基础上，探索新的数字调制技术：恒包络数字调制技术。由该调制方式所产生的已调波具有以下两个特点,包络恒定或包络起伏很小和具有最小功率谱占用率。
50年代末相继出现了二相相移键控(BPSK)和四相相移键控(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180 相位突跳，使得频谱高频滚降缓慢，带外辐射大。为了消除180的相位突跳，到60年代末又在OPSK基础上提出了交错正交相移键控(OQPSK)。它虽然克服了180的相位突跳的问题，但是，在码元转换时刻仍可能有90的相位突跳，同样使得频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，相邻码元之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上的相位连续。70年代初提出了最小频移键控(MSK)。1975年又提出了正弦频移键控(SFSK)，相继出现的还有串行的MSK，以及频移交错正交调制(FSOO)，它们都可以看成是MSK的改进型。
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1 MSK概述及原理
数字调制是数字信号转换为与信道特性相匹配的波形的过程。PSK和FSK一般具有恒定的包络波形。这个特性使它们不易受幅度的非线性干扰。但是对一些PSK，譬如BPSK(二相相移键控)、QPSK(四相相移键控或称正交相移键控)和OQPSK(交错正交相移键控)都属于不连续相位路径的数字调制，它们没有根本消除相位突变，所以频谱滚降仍然比较慢。最小频移键控(MSK)是在OQPSK基础上发展起来的一种线性连续相位路径有数字调制技术，它消除了相位突变，其频谱滚降得到显著改善。
MSK是二进制连续相位频移键控(CPFSK)的一种特殊情况。因此本章首先简单介绍FSK，然后分析MSK的原理、调制特点，最后研究MSK接收机的原理实现。
1.1 二进制频移键控（2FSK）
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为：
Acos(w1t+&n) 发送“1”时
E2FSK(t)=
Acos(w2t+&n) 发送“0”时
一个2FSK信号可以看成是两个不同载波的2ASK信号的叠加。因此，2FSK信号的时域表达式又可以写成
E2FSK(t)=[
?anng(t?nTs)]cos(w1t+&n)+[?ag(t?nT)]cos(w2+&n)
n?式中：g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为Ts; an=
0
? 1 概率为P
概率为1－p
??a是an的反码，若an=1则a＝0.若an＝0则a＝1
&n和&1分别是第N个信号码元（1或0）的初始相位。在频移键控中，相位不携带信息，通常令初始相位为0.。
1.2 最小频移键控（MSK）
1.2.1 最小频移键控（MSK）的一些基本概念
最小频移键控（Minimum Shift keying,MSK）是FSK的改进。2FSK体制虽然性能优良，易于实现，并得到了广泛应用，但是它也有一些不足之处。首先，他占用的频带宽度比2PSK大，其次，若用开关发产生2FSK信号，则相邻码元波形的相位可能不连续，因此在通过带通特性的电路后由于同频带的限制，使得信号波形的包络产生较大起伏。此外，一般来说，2FSK信号的两种码元波形不一定严
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格正交。若二进制信号的两种码元相互正交，则误码率性能将更好。
为了克服上述缺点，对于2FSK信号作了改进，发展出MSK信号。MSK信号是一种包络恒定，相位连续，带宽最好并且严格正交的2FSK信号，下图为MSK信号波形。
图1.1 MSK原始波形和调制后的波形
在理论上，若两个信号相互正交，我们就可以把他完全分开。假设2FSK信号的码元标示为：
Acos(w1t+&n) 发送“1”时
s(t)=
Acos(w2t+&n) 发送“0”时 试中W1≠W2
为满足正交条件，要求：
?Ts0[cos(w1??1)*cos(w0??0)]dt?0
即要求
1TS{cos[(w1?w0)t??1??0]?cos[(w1?w0)Ts??1??0]}dt?0 ?02上式积分结果为
sin[(w1?w0)Ts??1??0]sin[(w1?w0)Ts??1??0]sin(?1??0)sin(?1??0)????0
w1?w0w1?w0w1?w0w1?w0
( 1.1 ）
假设w1?w0》1，则上式1项和3项近似等于0，则他可以简化 Cos(?1??0)sin(w1?w0)TS+sin(?1??0)[cos(w1-w0)Ts-1]=0 由于＆1和＆2是任意常数，故必须同时有
Sin(w1?w0)Ts=0 （1.2） Cos(w1?w0)TS=1 （1.3） (公式1.1)才能为0
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