【正文】 瀏覽器是獨(dú)立的，但它的功能更強(qiáng)大。涉及額領(lǐng)域比SystemView廣。簡潔風(fēng)格的好處在于：當(dāng)仿真的系統(tǒng)偏大，模塊較多時(shí)，視覺上不會(huì)覺得繁雜，有利于整個(gè)仿真系統(tǒng)的檢查。而且Simulink的幫助文檔的優(yōu)點(diǎn)是無論在哪個(gè)模塊哪個(gè)窗口點(diǎn)擊幫助。立即出現(xiàn)的是相關(guān)模塊、窗El的幫助。這對(duì)使用者，尤其足初學(xué)者是說相當(dāng)方便的。因此，從幫助文檔的易用性角度來看，Simulink相當(dāng)出色。Simulink是包含在Matlab之中的仿真工具，而Matlab本身具有強(qiáng)大的編程仿真功能Simulink與Matlab、C／C++語青、DSP以及與硬件工作環(huán)境等都可以方便地實(shí)現(xiàn)。就此而言，SystemView與Simulink足無法比擬的。所以為了能更清楚地了解MSK系統(tǒng)，本文采用Matlab語言編程和Simulink實(shí)現(xiàn)MSK系統(tǒng)。2 MSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理 MSK的特點(diǎn) MSK是數(shù)字調(diào)制技術(shù)的一種。數(shù)字調(diào)制是數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為與信道特性相匹配的波形的過程。調(diào)制過程就是輸入數(shù)據(jù)控制(鍵控)載波的幅度、頻率和相位。MSK屬于恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究，主要是圍繞著充分的節(jié)省頻譜和高效率地利用可用頻帶這個(gè)中心而展開的。隨著通信容量的迅速增加，致使射頻頻譜非常擁擠，這就要求必須控制射頻輸出信號(hào)的頻譜。但是由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)中非線性器件的存在，引入了頻譜擴(kuò)展，抵消了發(fā)送端中頻或基帶濾波器對(duì)減小帶外衰減所做的貢獻(xiàn)。這是因?yàn)槠骷姆蔷€性具有幅相轉(zhuǎn)換(AM/PM)效應(yīng)，會(huì)使己經(jīng)濾除的帶外份量幾乎又都被恢復(fù)出來了。為了適應(yīng)這類信道的特點(diǎn)，必須設(shè)法尋找一些新的調(diào)制方式，要求它所產(chǎn)生的己調(diào)信號(hào)，經(jīng)過發(fā)端帶限后，雖然仍舊通過非線性器件，但是，非線性器件輸出信號(hào)只產(chǎn)生很小的頻譜擴(kuò)展。為了適應(yīng)這類信道的特性，已調(diào)信號(hào)須有以下兩個(gè)特點(diǎn):①包絡(luò)恒定或包絡(luò)起伏很小由于信道中具有非線性的輸入輸出特性，所以已調(diào)波包絡(luò)不能起伏，即不能用包絡(luò)來攜帶信息，需要采用頻移鍵控(FSK)或相移鍵控(PSK)來傳遞信息。②具有最小功率譜占用率已調(diào)波要具有快速高頻滾降的頻譜特性，要求旁瓣必須很小，這種信號(hào)經(jīng)過帶限濾波之后，只要讓主瓣無失真通過，由于旁瓣功率很小，所以濾波器的輸出信號(hào)(即非線性器件的輸入信號(hào))的包絡(luò)起伏就會(huì)很小，大大減小了AM/PM效應(yīng)，繼而頻譜擴(kuò)展的現(xiàn)象也會(huì)隨之而減小。由于已調(diào)波具有快速高頻滾降的頻譜特性，使信號(hào)能量大部分集中在一定的帶寬內(nèi)，因此提高了頻帶的利用率。 根據(jù)這些要求，人們?cè)趯?shí)踐中創(chuàng)造了各式各樣的調(diào)制方式，我們稱之為現(xiàn)代恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展方向是最小功率譜占有率的恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性。MSK(最小頻移鍵控)是移頻鍵控FSK的一種改進(jìn)形式。在二進(jìn)制FSK方式中載波頻率隨著調(diào)制信號(hào)“1”或“0”而變，其相位通常是不連續(xù)的。所謂MSK方式，就是FSK信號(hào)的相位始終保持連續(xù)變化的一種特殊方式。可以看成是調(diào)制指數(shù)為0. 5的一種CPFSK信號(hào)。MSK是一種在無線移動(dòng)通信中很有吸引力的數(shù)字調(diào)制方式，因?yàn)樗幸韵聝煞N主要的特點(diǎn):①信號(hào)能量的99. 5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率的1. 5倍的帶寬內(nèi)。譜密度隨頻率(遠(yuǎn)離信號(hào)帶寬中心)倒數(shù)的四次冪而下降，而通常的離散相位FSK信號(hào)的譜密度卻隨頻率倒數(shù)的平方下降。因此，MSK信號(hào)在帶外產(chǎn)生的干擾非常小。這正是限帶工作情況下所希望有的寶貴特點(diǎn)。②信號(hào)包絡(luò)是恒定的，系統(tǒng)可以使用廉價(jià)高效的非線性器件。從相位路徑的角度來看，MSK屬于線性連續(xù)相位路徑數(shù)字調(diào)制，是連續(xù)相位頻移鍵控(CPFSK)的一種特殊情況，有時(shí)也叫做最小頻移鍵控(MSK )。MSK的“最小(Minimum )”二字指的是這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)(h= )獲得正交的調(diào)制信號(hào)。 MSK的調(diào)制原理最小移頻鍵控又稱快速移頻鍵控(FFSK)。這里“最小”指的是能以最小的調(diào)制指數(shù)()獲得正交信號(hào)。而“快速”指的是對(duì)于給定的頻帶，它能比PSK傳送更高的比特速率。①二進(jìn)制MSK信號(hào)的表達(dá)式可寫為； （21)或者這里， （22)式中 載波角頻率。　　 碼元寬度。（在程序中用Tb來表示） 第k個(gè)碼元中的信息，其取值為。（在程序中對(duì)應(yīng)a[……]里面的內(nèi)容）　　 第k個(gè)碼元的相位常數(shù)，它在時(shí)間中保持不變。由式①可見，當(dāng)時(shí)，信號(hào)的頻率為 （23)當(dāng)時(shí)，信號(hào)的頻率為 (24)由此可得頻率間隔為 (25) (26)MSK信號(hào)與普通2FSK信號(hào)的差別在于:選擇兩個(gè)傳信頻率與，使這兩個(gè)頻率的信號(hào)在一個(gè)碼元期間的相位積累嚴(yán)格的相差。，“+”信號(hào)與“”信號(hào)在一個(gè)碼元期間恰好相差二分之一周期。下面來說明MSK信號(hào)的頻率間隔是如何確定的。若初始相位為零，則取值為0或。由式(1)可推出其正交表達(dá)式為：②MSK信號(hào)的頻率間隔對(duì)于一般移頻鍵控(2FSK),兩個(gè)信號(hào)波形具有以下的相關(guān)系數(shù) （27)式中，是載波頻率。　　MSK是一種正交調(diào)制，其信號(hào)波形的相關(guān)系數(shù)等于零。因此，對(duì)于MSK信號(hào)來說，式(27)應(yīng)為零，也就是上式右邊兩項(xiàng)均應(yīng)為零。第一項(xiàng)等于零的條件是( 令等于其最小值1,則 (28)這正是MSK信號(hào)所要求的頻率間隔。第二項(xiàng)等于零的條件是 ，即 (29)這說明，MSK信號(hào)在每一碼元周期內(nèi)，必須包含四分之一載波周期的整倍數(shù)。由此可得 (210)相應(yīng)地 (211) (212)，的特殊情況。相位常數(shù)的選擇應(yīng)保證信號(hào)相位在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻是連續(xù)的。根據(jù)這一要求，由式(22)可以導(dǎo)出以下的相位遞歸條件，或者稱為相位約束條件，即 (213)　　上式表明，MSK信號(hào)在第k個(gè)碼元的相位常數(shù)不僅與當(dāng)前的有關(guān)，而且與前面的及相位常數(shù)有關(guān)。或者說，前后碼元之間存在相關(guān)性。對(duì)于相干解調(diào)來說，的起始參考值可以假定為零，因此，從式(213)可以得到　　式(22)中的稱為附加相位函數(shù)，它是MSK信號(hào)的總相位減去隨時(shí)間線性增長的載波相位而得到的剩余相位。式(12)是一直線方程式，其斜率為，截距是。另外，由于的取值為，故是分段線性的相位函數(shù)(以碼元寬度為段)。在任一個(gè)碼元期間內(nèi)，的變化量總是。當(dāng)時(shí)，增大。當(dāng)時(shí)，減小。 (a)附加相位函數(shù) (b)附加相位路徑網(wǎng)絡(luò) 附加相位函數(shù)及附加相位路徑網(wǎng)絡(luò)(a)是針對(duì)一特定數(shù)據(jù)序列畫出的附加相位軌跡。(b)表示的是附加相位路徑的網(wǎng)格圖，它是附加相位函數(shù)由零開始可能經(jīng)歷的全部路徑。 相位常數(shù)與的關(guān)系K1234561111110222(模2)0000因?yàn)?，所以MSK信號(hào)也可以看作是由兩個(gè)彼此正交的載波與分別被函數(shù)與進(jìn)行振幅調(diào)制而合成的。已知，,因而 (216) (217) 故MSK信號(hào)可表示為 （218)　　式中，等號(hào)右邊的第一項(xiàng)是同相分量，也稱為I分量。第二項(xiàng)是正交分量，也稱為Q分量。 和稱為加權(quán)函數(shù)(或稱調(diào)制函數(shù))。是同相分量的等效數(shù)據(jù)，是正交分量的等效數(shù)據(jù)，它們都與原始輸入數(shù)據(jù)有確定的關(guān)系。令，代入式(218)可得 (219)根據(jù)上式，可構(gòu)成一種MSK調(diào)制器。 MSK調(diào)制器的方框圖MSK信號(hào)的產(chǎn)生步驟：l 先對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼，這是收端相干載波解調(diào)的需要。 l 把差分編碼器的輸出用串/并變換器合成兩路，并相互錯(cuò)開一個(gè)碼元寬度，得到和。 l 用加權(quán)函數(shù)和分別對(duì)和進(jìn)行加權(quán)。 l 最后，對(duì)加權(quán)數(shù)據(jù)用正交載波和分別進(jìn)行調(diào)制，并相加，相加之后的信號(hào)通過低通濾波器后即可得到MSK信號(hào)。 MSK的解調(diào)原理MSK信號(hào)的解調(diào)與FSK信號(hào)相似，可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)。關(guān)于相干解調(diào)的原理與2FSK信號(hào)時(shí)沒有什么區(qū)別。這里，重點(diǎn)討論延時(shí)判決法的原理。下面舉例說明在時(shí)間內(nèi)判決出一個(gè)碼元信息的基本原理。 MSK信號(hào)相干解調(diào)原理方框圖設(shè)時(shí)間內(nèi)，在時(shí)刻，的可能相位為0、?，F(xiàn)如果把這時(shí)的接收信號(hào)與相干載波相乘，則相乘輸出為 (220)濾掉高頻分量，可得 (221)我們可知:如果經(jīng)抽樣判決后為正極性，則可斷定數(shù)字信息不是“11”就是“10”,于是可判定第一個(gè)比特為“1”，而第二個(gè)比特等下一次再作決定。這里，利用了第二個(gè)碼元提供的條件，所以判決的第一個(gè)碼元所含信息的的正確性就有所提高。這就是延時(shí)判決法的基本含義?！　≥斎隡SK信號(hào)同時(shí)與兩路的相應(yīng)相干載波相乘，并分別進(jìn)行積分判決。這里的積分判決是交替工作的，每次積分時(shí)間為。如果一積分在進(jìn)行，則另一積分在進(jìn)行，兩者相差。 MSK的性能分析①功率譜：MSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式:； （222)　　MSK信號(hào)的功率譜密度可表示為 (223)。與2PSK相比較可以看出:l MSK信號(hào)的功率譜更加緊湊，并且它的第一個(gè)零點(diǎn)是在處，而2PSK的第一個(gè)零點(diǎn)是在處。這表明MSK信號(hào)功率譜的主瓣所占的頻帶寬度比2PSK信號(hào)窄。在主瓣帶寬之外，功率譜旁瓣的下降也更迅速。即MSK信號(hào)的功率主要包含在主瓣之內(nèi)。因此，MSK信號(hào)比較適合在窄帶信道中傳輸，對(duì)鄰道的干擾也較小。l 由于MSK信號(hào)占用帶寬窄，故MSK信號(hào)的抗干擾性能要優(yōu)于2PSK。這就是目前廣泛采用MSK調(diào)制的原因。 MSK與2PSK信號(hào)的歸一化功率譜然而，在某些通信場合，如移動(dòng)通信中，對(duì)信號(hào)帶外輻射功率的限制十分嚴(yán)格，要求對(duì)鄰近信道的衰減達(dá)70dB～80dB以上。因此，近來對(duì)MSK信號(hào)作些改進(jìn)，如改進(jìn)兩正交支路的加權(quán)函數(shù)，稱為“高斯最小頻移鍵控”GMSK調(diào)制方法等。②誤碼率性能：2PSK信號(hào)和QPSK信號(hào)的誤碼率性能相同，因?yàn)榭梢园裃PSK信號(hào)看作是兩路正交的2PSK信號(hào)，在作相干接收時(shí)這兩路信號(hào)是不相關(guān)的。OQPSK信號(hào)只是將這兩路信號(hào)偏置了，所以其誤比特率也和前兩種信號(hào)的相同。現(xiàn)在的MSK信號(hào)是用極性相反的半個(gè)正（余）弦波形去調(diào)制兩個(gè)正交的載波。因此，當(dāng)用匹配濾波器分別接受每個(gè)正交分量，MSK信號(hào)的誤比特率和2PSK,QPSK及OQPSK等的性能一樣。但是，若把它當(dāng)作FSK信號(hào)用相干解調(diào)法在每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間Ts內(nèi)解調(diào)，則其性能將比2PSK信號(hào)的性能差3dB。3 MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Matlab仿真 Matlab中 Simulink及m語言的簡單介紹在MATLAB通信工具箱中有SLMULINK仿真模塊和MATLAB函數(shù)，形成一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊的集合體，用來進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。通信工具箱中的模塊可供直接使用，并允許修改，使用起來十分方便，因而完全可以滿足使用者設(shè)計(jì)和運(yùn)算的需要。 MATLAB通信工具箱中的系統(tǒng)仿真，分為用SIMULINK模塊框圖進(jìn)行仿真和用MATLAB函數(shù)進(jìn)行的仿真兩種。在用SIMULINK模塊框圖的仿真中，每個(gè)模塊，在每個(gè)時(shí)間步長上執(zhí)行一次，就是說，所有的模塊在每個(gè)時(shí)間步長上同時(shí)執(zhí)行。這種仿真被稱為時(shí)間流的仿真。而在用MATLAB函數(shù)的仿真中，函數(shù)按照數(shù)據(jù)流的順序依次執(zhí)行，意味著所處理的數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過一個(gè)運(yùn)算階段，然后再激活下一個(gè)階段，這種仿真被稱為數(shù)據(jù)流仿真。某些特定的應(yīng)用會(huì)要求采用兩種仿真方式中的一種，但無論是哪種，仿真的結(jié)果是相同而且很方便。①近幾年來，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域，Simulink已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的軟件之一。Simulink可以很方便地創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)完整地模塊，評(píng)估不同地算法和結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。由于Simulink是采用模塊組合方式來建模，從而可以使得用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，特別是對(duì)復(fù)雜的不確定非線性系統(tǒng)，更為方便。Simulink模型可以用來模擬線性和非線性、連續(xù)和離散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說它可以用來模擬幾乎所有可能遇到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外Simulink還提供一套圖形動(dòng)畫的處理方法，使用戶可以方便的觀察到仿真的整個(gè)過程。Simulink沒有單獨(dú)的語言，但是它提供了S函數(shù)規(guī)則。所謂的S函數(shù)可以是一個(gè)M函數(shù)文件、FORTRAN程序、C或C++語言程序等,通過特殊的語法規(guī)則使之能夠被Simulink模型或模塊調(diào)用。S函數(shù)使Simulink更加充實(shí)、完備，具有更強(qiáng)的處理能力[6]。同Matlab一樣，Simulink也不是封閉的,他允許用戶可以很方便的定制自己的模塊和模塊庫。同時(shí)Simulink也同樣有比較完整的幫助系統(tǒng)，使用戶可以隨時(shí)找到對(duì)應(yīng)模塊的說明，便于應(yīng)用。綜上所述，Simulink就是一種開放性的，用來模擬線性或非線性的以及連續(xù)或離散的或者兩者混合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)有力的系統(tǒng)級(jí)仿真工具。目前，隨著軟件的升級(jí)換代，在軟硬件的接口方面有了長足的進(jìn)步，使用Simulink可以很方便地進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)控制和處理、信息通信以及DSP的處理。世界上許多知名的大公司已經(jīng)使用Simulink作為他們產(chǎn)