第 25 页 表2-4-1
编 号 0 1 2 3 4 5 6 7 10 15
图符块属性 （Attribute） Source Comm Source Logic Source Logic Source Operator Source Logic 类型 （Type） PN Train Pulse Gen PN Train FF-D-1 Sinusoid FF-D-1 Sinusoid NOT Sinusoid FF-D-1 参数设置 （Parameters） Amp=2v, Freq=1000Hz, PulseW=5.e-4sec, Offset=-1v , Phase=0 deg Reg Len=10,Taps=[3-10],Seed=123, Threshold=0, True=1, False=-1 Amp=2v, Freq=500Hz, PulseW=1.e-3sec, Offset=-1v , Phase=90 deg Gate Delay=0sec, Threshold=0v, True Output =1v, False Output =-1v, Set*=t4 Output0, Data =t1 Output0, Clock=t2 Output0,Clear*=t4 Output0 Amp=1v, Freq=0Hz Gate Delay=0sec, Threshold=0v, True Output =1v, False Output =-1v, Set*=t6 Output0, Data=t1 Output0, Clock=t7 Output0, Clear*=t6 Output0 Amp=1v, Freq=0Hz Threshold=0v, True=1, False=-1 Amp=1v,Freq=2000Hz,Phase=0 deg Gate Delay=0sec, Threshold=0v, True Output =1v, False Output =-1v, Set*=t6 Output0, Data =t5 Output0, Clock=t2 Output0,Clear*=t6 Output0 第3步：创建完仿真系统后，单击运行按钮，分别由Sink13 、Sink12和 Sink14显示PN码、同相分量和正交分量的时域波形，如图2-4-4所示（1/0字符非系统所给出）。
1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1
1 1 1 0 0 1 0 1 0
图2-4-4 PN码、同相分量和正交分量的时域波形
第4步：观察同相2PSK信号、正交2PSK信号和相加后的QPSK信号波形。为了观察波形更清楚，需调整“系统定时”，将停止时间调成0.01秒，最后可得到三个信号波形，如图2-4-5所示。
第5步：观察QPSK信号的功率谱。按照前边介绍的操作方法，可得如图2-4-6所示QPSK功率谱。
第 26 页
第6步：观察Sink12和Sink14组成的理想QPSK信号相位转移图。利用前边介绍的操作方法，可得到如图2-4-7所示相位转移图。图中，四个圆点为四相（45°、135°、225°和315°）信号点，图中的连线表示四个相位点之间的相位转换路径，在码元转换时刻，QPSK信号产生的相位跳变量最小为90°，最大为180°，而MSK信号在码元转换时刻的相位跳变量仅为90°。相位转换过程也可利用“动画模拟”功能形象观察。
图2-4-5 同相2PSK信号、正交2PSK信号和QPSK信号波形
图2-4-6 QPSK功率谱 图2-4-7 QPSK相位转换图
2.5 MSK调制原理分析
【分析内容】创建一个正交调制方式的MSK调制系统，被调载频为1000Hz，以PN码作为二进制信源，码速率Rb＝100bit/s。分别观测其I通道和Q通道各个信号的波形、调制输出的MSK波形和功率谱。将得到的MSK功率谱与GMSK功率谱进行对照，将QPSK、OQPSK、MSK的相位转移图进行对比得出结论。
【分析目的】通过分析理解MSK正交调制的基本工作原理，明确QPSK、OQPSK、
第 27 页
MSK的关系。
【系统组成】最小频移键控称为MSK，它可视为一种特殊的相位连续2FSK信号，即保证两个频率键控信号正交的前提下，使用最小的频偏，此时必须满足：
1
?f?f1?f0? 2Tb其中，Tb为MSK调制器输入的二进制码序列的码元周期（间隔）。MSK信号可表为正交信号形式，即： SMSK(t)?A[I(t)cos2?fct?Q(t)sin2?fct] ?tI(t)?ang[t?(2k?1)Tb]cos() 2Tbk?t Q(t)?ang[t?2kTb]sin()2T kb其中，{an}为二进制码序列，g(t)为门函数。显然，MSK也可视为一种特殊2PSK信号。
MSK信号属于恒定包络调制信号，此处“恒定包络”的含义并非指产生的信号幅度包络恒定，而是指移相键控信号通过限带信道或非线性系统后，幅度包络几乎不产生AM／PM转换效应，这取决于移相键控信号在码元转换时刻的相位变化是否剧烈、相位路径是否连续平缓，因为相位特性直接影响信号的功率谱旁瓣是否快速收敛，信号能量是否集中等特性。事实上，现代数字通信要求以最小的信号功率付出和频带资源最高效率地利用进行数据传输，数字调制技术改进过程中的许多工作几乎就是围绕如何改进调制信号的相位路径特性进行的。MSK信号是一种正交连续相位移频键控（CP-FSK）信号，在码元转换时刻无相位突变，且相位变化量仅为90°。MSK调制系统组成如图2-5-1所示。
MSK QPSK/OQPSK
I通道 × × Rb/2
二进制码输入 ?tcos()cos?ct 串MSK输出
2Tb数据源/ Σ Rb并 ?tsin()sin?ct
2Tb
Rb/2延迟
Q通道 × × T b??QPSK
图2-5-1 MSK调制系统组成
OQPSK称为“偏移四相移相键控”，它与QPSK的不同在于Q通道基带数字信号被延迟了一个二进制码元周期，即半个四进制码元周期，使相位变化量限制在90°，改进了相位特性，但仍然不如MSK的相位特性好，这一点可通过后边的相位转移图看出。 【创建分析】
第1步：进入SystemView系统视窗，设置“时间窗”参数如下：
① 运行时间：Start Time: 0秒；
OQPSK MSK 第 28 页
Stop Time: 0.04秒； ② 采样频率：Sample Rate=10000Hz。
第2步：调用图符块创建如图2-5-2所示的仿真分析系统，图中采用了与QPSK仿真系统（图2-4-2）不同的构造方式，即：
（1）利用不同参数的数字延迟器（Token2,3）、采样器（Token1,4,5）和保持器（Token6,7）构成“串／并转换器”。如果需要对数字方波信号进行延迟处理，必须保证“数字延迟器-采样器-保持器”级联使用，否则波形严重失真；数字延迟器的延迟量，按照它前边采样器适用的采样间隔的整数倍计算，故要对Token7输出QPSK的Q分量延迟半个四进制码元周期（形成OQPSK的Q分量）时，不能再用数字延迟器，而要使用模拟延迟器（Token8），其延迟量可自由确定，单位为秒；
（2）Token17,18,19,20,21这种图符块是第一次采用，它们来自Sink库，称为实时观测图符块（Real Time），利用它只能观察时域波形，放置该图符块的同时还出现一个波形显示框，将鼠标置于框内，单击右键，弹出一个操作菜单，可编辑显示框的底色、波形颜色及是否需要坐标线；用鼠标压住框可移动位置并可改变大小。如果使用“Real Time”块而不是“Analysis”块来观察时域波形，不必进入分析视窗，随着运算的进行，可直接观察时域波形。仿真系统中的主要图符块设置参数如表2-5-1所示。
表2-5-1
图2-5-2 MSK调制仿真分析系统
编 号 0 1 2 图符块属性 （Attribute） Source Operator Operator 类型 （Type） PN Seq Sampler Smpl Delay 参数设置 （Parameters） Amp=1v, Offset=0v , Rate=100Hz, Level=2, Phase=0 deg Interpolating, Rate=100Hz Fill Last Register, Delay=2 Samples 第 29 页
3 4,5 6,7 8 11 14 15 17-21 22 Operator Operator Operator Operator Source Source Operator Sink Sink Smpl Delay Sampler Hold Delay Sinusoid Sinusoid Gain Real Time Analysis Fill Last Register, Delay=1 Samples Interpolating, Rate=50Hz Last Value, Gain=1, Out Rate=10.e+3 Hz Non-Interpolating, Delay=10.e-3 sec Amp=1v,Freq=25Hz, Phase=90 deg Amp=1v,Freq=1000Hz,Phase=0 deg Gain Units=Linear, Gain= -1 -- -- 第3步：创建完仿真系统后，单击运行按钮，各个“Real Time”图符块的显示框中二进制数据信号及OQPSK、MSK的I、Q分量波形如图2-5-3所示。
图2-5-3 二进制数据信号及OQPSK、MSK的I、Q分量波形
第4步：观察OQPSK信号和MSK信号的相位转移图，并与QPSK信号的相位转移图进行对比，体会这些数字调制信号相位特性的改进过程。组合显示Token6 和Token8输出波形为
(a) OQPSK相位转移图
图2-5-4
(b) MSK相位转移图