基于SystemView的MSK通信系统仿真与分析

２０１３牟ｇｌｌ期　文章编号：１００９—２５５２（２０１３）１１—０１４０—０４　中图分类号：ＴＮ９１１　文献标识码：Ａ　基于ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ的ＭＳＫ通信系统仿真与分析　汤巧治　（闽南理工学院电子与电气工程系，福建石狮３６２７００）　摘要：介绍了连续载波相位调制技术中最小移频键控（ＭＳＫ）的特点，详细阐述了ＭＳＫ调制　解调技术的工作原理。给出了基于ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ的ＭＳＫ系统仿真图以及仿真输出的波形图，并对　ＭＳＫ系统的仿真结果进行了细致地分析。仿真结果证实了ＭＳＫ技术的可行性及优越性。　关键词：ＳｙｔｅｍＶｉｅｗ；ＭＳＫ；调制解调；仿真　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＭＳＫ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ　ＴＡＮＧ　Ｏｉａｏ—ｚｈｉ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｍｉｎｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌａｏｇｙ，Ｓｈｉｓｈｉ　３６２７００，Ｆｕｊｉｎ　ａＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｍｕｍ　Ｓｈｉｔｆ　Ｋｅｙｉｎｇ（ＭＳＫ）ｉｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｐｈａｓｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗｅｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＭＳＫ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ＭＳＫ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｄｉａｇｒａｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ　ｗｅｒｅ　ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ　ｏｆ　ＭＳＫ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ；ＭＳＫ；ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　０　引言　最小移频键控（ＭＳＫ）是移频键控（２ＦＳＫ）的一　种改进型，它是在两个频率跳变的相邻码元之间，使　其相位始终保持连续不变的一种调制技术　１　Ｊ。ＭＳＫ　数字调制和解调方式作为恒包络调制解调技术的代　表，具有许多其他窄带调制方式所不能比拟的优越　性，它具有相位连续、带宽较窄、频谱主瓣能量集中、　旁瓣滚降衰落快、频谱利用率高的特点，在军事领域　通信网干线的微波通信中广泛被采用　Ｊ。　ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ是美国Ｅｌａｎｉｘ公司推出的基于个人　ｓ　（ｔ）：ｃ。ｓ［　＋　（ｔ）］，　（ｆ）：　（ｋ一１）　＜ｔ＜＜．ｋＴｓ　ｆ＋　（１）　式中，０　（ｔ）称作第ｋ个码元的附加相位；０７。为载波　角载频；　＝４－１（当输入码元为“１”时，ａ　＝＋１；当　计算机Ｗｉｎｄｏｗｓ环境的动态通信系统仿真工具　ｊ。　它的用户界面友好，分析窗口功能强大，可用于ＤＳＰ　信号处理、滤波器设计以及复杂的通信系统数学模　型的建立和仿真分析。　输入码元为“０”时，ａ　＝一１）；　为码元宽度；　为第ｋ个码元的初始相位，它在一个码元宽度中　是不变的。　ＭＳＫ信号的相位连续性要求：前一码元末尾的　总相位０㈦（ｔ）等于后一码元开始时的总相位　０　（ｔ），由式（１）可得相位递推关系式为…：　＋　（　。　＿Ｉ’　）＝　当ａｋ＝ａｋ一１日寸　ｒ，、　【　一１土ｋ＇ｒｒ，当口　≠口　一１时　收稿日期：２０１３—０４一Ｏ８　１　ＭＳＫ数字调制技术　ＭＳＫ信号的表达式可写为：　作者简介：汤巧治（１９８３一），男，助教，硕士，从事通信技术领域的　教学与研究工作。　．－－－——１４０－－－－——　显然ＭＳＫ信号前后码元之间存在相关性。在　ＭＳＫ用相干法接收时，可以假设　一。的初始参考值　等于０。所以有：　＝０或叮Ｔ，（ｍｏｄ２，ｒｒ）。　写成两个正交分量之和的形式　Ｊ：　ｃｏｓ（　）ＣＯＳ０２　ｓｉｎ（　ｔ＋ｆｐｋ）　ＭＳＫ信号是改进型的２ＦＳＫ信号，所以其另一　种表达式可写为：　．ｓ　《　：　（ｋ一１）　＜ｔ≤Ｊｊ｝　：　（３）　ｓｉｎｔｏ￣ｔ＝（ｃｏｓ　ｃ。ｓ￣ｋ－ｓｉｎ　ｓｉｎ￣ｏｋ　（Ｉ　Ｓｉｍｎ　ｃ　∞。ｏｓ　ｃ　∞ｏｓ　ｓ　ｓｉｎ￣ｏ　。ｋ）Ｊ　ｓｉｎｅ）　考虑到：ｔｐ　＝０或订，　（ｍｏｄ２，ｒｒ），则ｓｉｍｐ　＝０，　ｃｏｓ　＝４－１，ａ　＝±１，所以有：　。ｓ由于ＭＳＫ信号是一个正交的２ＦＳＫ信号，所以　对于ＭＳＫ信号的相干接收而言，保证正交的ＭＳＫ　信号的最小频率间隔等于１／２７，。　爰ｃｏｓ　ｓｉｎ　ｓｉ　￡，　（６）　＝土１，且ｑ　＝ａｋｃ０ｓ　＝ａ　（７）　ａｆ＝　—ｆｏ　１，　＝ａｆ。　方×　＝０・５　（４）　（ｋ一１）　＜　≤后　并且：Ｐ　ｃ０　Ｐ　＝±１　显然ＭＳＫ也是二进制连续相位调制中调制指　数ｈ＝０．５的特殊形式　Ｊ。并且ＭＳＫ信号每个码元　持续时间　内包含的波形周期数必须是１／４周期　的整数倍，即：　＝公式（６）表示，ＭＳＫ信号可以分解为同相（Ｉ）和　正交（Ｑ）分量两部分：公式（６）中右边的第一项是　同相分量，第二项是正交分量。ｃ。ｓ署和ｓｉｎ矛称　为加权函数（或称调制函数），二者都是正负符号不　考＝（Ｎ＋寻）寺，　＝　＋壶：　同的半个正弦波周期。这样就保证了波形的连续　一（Ⅳ＋　）专　：　一　１＝（Ⅳ＋　｝）　（５）　式中，Ⅳ为正整数；ｍ＝０，１，２，３…。上式给出一　个码元持续时间　内包含的正弦波周期数。由此　式看出，无论两个信号频率　和　等于何值，这两　种码元包含的正弦波数均相差１／２个周期。　将ＭＳＫ信号表达式（１）利用三角公式展开改　性。公式（７）中的　、ｑ　中包含有输入码元信息，进　步分析可得Ｐ　ｑ　二者不可能同时改变符号：ｐ　只有在ｃｏｓ　的过零点处才可能改变，且ｑ　只可能　在ｓｉｎ　的过零点处改变…。由￣Ａ　ｌ－＿分析可得产　二』ｓ　生ＭＳＫ信号的原理图如图ｌ所示。　图１　ＭＳＫ信号正交调制器　输入序列ａ　＝ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，…，经过差分编　码器后得到输出序列ｂ　＝ｂ　，ｂ　，ｂ　，ｂ　，…。可以　ｂｌ　Ｐ１　Ｐ２，ｂ２　ｑ２　ｑ３ｂ３　Ｐ３　Ｐ４，ｂ４　ｑ４　ｑ５，…　（８）　证明ａ　和ｂ　满足差分编码关系　Ｊ。序列ｂ　经过　串／并变换，分成Ｐ　支路和ｇ　支路：ｂ　，ｂ　，ｂ，，ｂ　，　ｂ５，ｂ６，…＝Ｐ１，ｑ２，Ｐ３，ｑ４，Ｐ５，ｑ６，…。串／并变换　这里的Ｐ　和ｑ　的长度仍是原来的　。换句话　说，因为Ｐ　＝Ｐ　＝ｂ，，所以由Ｐ　和Ｐ　构成一个长度　等于２Ｔ，的取值为ｂ　的码元。Ｐ　和ｑ　再经过两次　相乘，就能合成ＭＳＫ信号了。　输出的支路码元长度为输入码元长度的两倍，若仍　然采用原来的序号后，将每一支路的第ｋ个码元长　度仍当作为　，则可以写成：　．．．——１４１　－———