【文章內(nèi)容簡介】 （218)　　式中，等號右邊的第一項(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信號的產(chǎn)生步驟：l 先對輸入數(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)和分別對和進(jìn)行加權(quán)。 l 最后，對加權(quán)數(shù)據(jù)用正交載波和分別進(jìn)行調(diào)制，并相加，相加之后的信號通過低通濾波器后即可得到MSK信號。 MSK的解調(diào)原理MSK信號的解調(diào)與FSK信號相似，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信號的時(shí)域表達(dá)式:； （222)　　MSK信號的功率譜密度可表示為 (223)。與2PSK相比較可以看出:l MSK信號的功率譜更加緊湊，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信號功率譜的主瓣所占的頻帶寬度比2PSK信號窄。在主瓣帶寬之外，功率譜旁瓣的下降也更迅速。即MSK信號的功率主要包含在主瓣之內(nèi)。因此，MSK信號比較適合在窄帶信道中傳輸，對鄰道的干擾也較小。l 由于MSK信號占用帶寬窄，故MSK信號的抗干擾性能要優(yōu)于2PSK。這就是目前廣泛采用MSK調(diào)制的原因。 MSK與2PSK信號的歸一化功率譜然而，在某些通信場合，如移動(dòng)通信中，對信號帶外輻射功率的限制十分嚴(yán)格，要求對鄰近信道的衰減達(dá)70dB～80dB以上。因此，近來對MSK信號作些改進(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信號和QPSK信號的誤碼率性能相同，因?yàn)榭梢园裃PSK信號看作是兩路正交的2PSK信號，在作相干接收時(shí)這兩路信號是不相關(guān)的。OQPSK信號只是將這兩路信號偏置了，所以其誤比特率也和前兩種信號的相同?，F(xiàn)在的MSK信號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)級仿真工具。目前，隨著軟件的升級換代，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)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的強(qiáng)有力工具。②Simulink是Matlab中的一種可視化仿真工具， 是一種基于Matlab的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulinkamp。reg是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與Matlabamp。reg。 緊密集成，可以直接訪問Matlab大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。結(jié)束正極性為“1”抽樣判決負(fù)極性為“0”加法器相加載波提取加法器相加，并用低通濾波器濾波同相分量的等效數(shù)據(jù)正交分量的等效數(shù)據(jù)用對進(jìn)行加權(quán)用對進(jìn)行加權(quán)用正交載波進(jìn)行調(diào)制用正交載波進(jìn)行調(diào)制對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼串并轉(zhuǎn)換開始產(chǎn)生隨機(jī)輸入的序列乘法器相乘Matlab強(qiáng)大之處在于它可以用編程語言繪制想要模擬的系統(tǒng)最終輸出的圖形，通過Matlab編程MSK系統(tǒng)，可以得到各環(huán)節(jié)的圖形，編寫MSK系統(tǒng)的Matlab語言見附錄，接下來就對程序運(yùn)行后的圖形進(jìn)行分析說明。如下圖所示：原信號為{1 0 0 0 0 1 1 0 1 1}，其中高電平用“1”表示，低電平“0”表示。，差分編碼的規(guī)則是:可以看出參考位為1，利用上式，可以得到差分編碼信號為{0 0 0 0 0 1 0 0 1 0}。再經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換得到同相信號和正交信號，這兩路信號，每個(gè)碼元寬度是串并變換之前信號寬度的2倍。 Icos(wct)cos(wt)和Qsin(wct)sin(wt)這兩路信號分別是同相分量和正交分量乘以載波后的波形，這兩個(gè)波形在信號幅值變換時(shí)都有明顯的波形相位變化，變動(dòng)相位。當(dāng)兩者相加后就構(gòu)成了相位連續(xù)的MSK信號。即： 第三個(gè)圖就是MSK信號波形圖，可以看出其相位連續(xù)，波形疏密和FSK相似。其中密集的代表“1”，稀疏的代表“0”。由其波形圖可看出，它所攜帶的信號為{1 0 0 0 0 1 1 0 1 1}，和原信號一致。下圖所示為：加噪對信號有一定的干擾，會(huì)影響信號的波形。即：MSK信號經(jīng)過信道傳輸后，有噪聲的干擾。如下圖加噪后再通過帶通濾波器得到MSK信號dm，噪聲頻譜寬，信號只有一定的頻譜，進(jìn)過帶通濾波器后，帶外噪聲被濾除，只剩帶內(nèi)的噪聲對信號造成影響。同時(shí)為了改善信號傳輸可靠性，可以將信號乘以一高頻載波，這樣可以抵抗低頻干擾，在接受端再乘以該載波就可恢復(fù)原信號。ds1波形和ds2波形分別乘以載波，由于載波頻率比較高，可以通過低通濾波器濾除載波保留解調(diào)后的同相和正交分量。得到的是幅值不是嚴(yán)格一致的s11和s22波形。想得到原波形，還需進(jìn)行抽樣判定。，帶通參數(shù)為150~350和150~350。低通參數(shù)為0~200和200~0。前兩圖為其的頻譜圖，可以看出，MSK具有最小功率譜占用率。sa和sb為還原出的同相分量和正交分量，由于存在噪聲，與原來的有一定差別。，調(diào)制和解調(diào)信號大致相當(dāng)，由于程序中MSK信號是加了噪聲的，故存在一定的錯(cuò)誤，統(tǒng)過計(jì)算MSK錯(cuò)誤概率為:%。但有其獨(dú)特的特點(diǎn)，即：信號能量的99. 5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率的1. 5倍的帶寬內(nèi)。信號包絡(luò)是恒定的，系統(tǒng)可以使用廉價(jià)高效的非線性器件。其相位始終保持連續(xù)不變的一種調(diào)制信號。 運(yùn)用Simulink設(shè)計(jì)MSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) Simulink MSK調(diào)制模塊在調(diào)制模塊中運(yùn)用隨機(jī)序列產(chǎn)生調(diào)制信號，通過增益變化，改變原始信號的極性，由單極性變化為雙極性。串并變換采用采樣保持方法實(shí)現(xiàn)，后級電路采用正交調(diào)制法。最后將同相分量和正交疊加構(gòu)成MSK信號。 產(chǎn)生MSK信號的Simulink模型 Simulink MSK解調(diào)模塊 解調(diào)模塊先利用相干載波解調(diào)方法再通過低通濾波器得出兩路信號，然后通過抽樣判決電路得出信號 MSK信號過零比較解調(diào)的Simulink模型抽樣判決類似過零比較電路。等效框圖如下。