最小频移键控(MSK)正交调制与相干解调系统的仿真

湖南科技大学潇湘学院信息与电气工程系

课程设计报告

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课程设计任务书

题目《通信原理》课程设计

设计时间2014.7.2-2014.7.6

设计目的：

1．巩固所学的专业技术知识；

2．熟悉SystemView，Matlab 仿真环境并能在其环境下了解并掌握通信系统的一般设计方法，具备初步的独立设计能力；

3．提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力；

4．更好地将理论与实践相结合。

设计要求：

建立系统的数学模型：在System View仿真环境下，从各种功能库中选取、拖动可视化图符，组建系统，在信号源图符库、算子图符库、函数图符库、信号接收器图符库中选取满足需要的功能模块，将其图符拖到设计窗口，按设计的系统框图组建系统；设置、调整参数，实现系统模拟；设置观察窗口，分析模拟数据和波形。

总体方案实现：

调制模块：采用正交调幅方式产生MSK信号。对输入数据进行差分编码，把差分编码器的输出数据用串/并变换器分成两路，然后进行加权，最后用两路加权后的数据分别对正交载波cosωct和sinωct进行调制、叠加。

解调模块：采用相干解调的方法进行解调。

指导教师评语：

一、课程设计的目的

1.掌握电路设计的基本思路和方法；

2.掌握系统各功能模块的基本工作原理；

3.提高对所学理论知识的理解能力；

4.能提高对所学知识的实际应用能力；

二、设计方案的论证

2.1 MSK 的基本原理

MSK (Minimum Frequency Shift Keying)又称快速移频键控 (FFSK)，是 2FSK 的改进 形式。所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号，“快速” 是指在给定同样的频带内，MSK 能比 2PSK 的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量 要比 2PSK 衰减的快。

MSK 是恒定包络连续相位频率调制，其信号的表示式为

1≤≤ t , ? + t +s cos)(? = ω π a k ( ) c MSK

2T s

ωc 为载波角频率，Ts 为码元宽度，ak 为第 k 个输入码元，取值为 ±1；φk 为第 k 个 码元的相位常数，在时间 kTs ≤t ≤(k+1)Ts 中保持不变，其作用是保证在 t=kTs 时刻信号 相位连续。

令 则信号的表?

t t π a k t )( s + cos)( = θ( ω ) 示式为t θ+ )(t =

k c MSK

k k 2T s

1

; +f 当=a k π c

=+: 1时 1

ω

2π T s

2 ?f =当a k =?: 1时 1

ω π 2

c 2π T s

2

= ? f = ?f =? f 2 1 1 调制指数 ?f 0.5

2T s

s f MSK 信号的时间波形如图所示：

图 2-1 MSK 信号的时间波形图

2.2 M SK 的调制原理

由 MSK 信号的一般表示式可得

因为

所以

令则

根据上式，可采用正交调幅方式产生MSK信号，其调制的方框图如下所示。

图2-2 MSK调制的方框图

由上图可知，MSK信号产生的过程为：

对输入数据序列进行差分编码；

1、把差分编码器的输出数据用串/ 并变换器分成两路，并相互交错一个比特宽度 Ts；

2、用加权函数 cos(πt/2Ts)和 sin(πt/2Ts)分别对两路数据进行加权；

3、用两路加权后的数据分别对正交载波 cosωct 和 sinωct 进行调

制； 4、把两路输出信号进行叠加。

根据以上的MSK调制原理框图，在SystemView上设计的仿真调试图如下图-11所示：

图2-3 system view MSK调制仿真图

采样器（63）：按设定的采样速率采样，输出的结果是输入信号在采样宽度内的线性组合。原理图中的采样速率为10HZ。保持器（1.2.65）：用于采样或抽样后返回系统采样率。

增益（64）：对输入信号进行放大。延时（5.6.17）：延

时规定各单位的时间。异或们（60）：两个或两个以上

的逻辑信号异或操作。脉冲信号（0,3）：用于产生相应

的脉冲信号

首先由信号源产生一个伪随机序列（0），此伪随机序列的幅度为1V，频率为10HZ，电平为2。伪随机序列的信号波形如下图2-4所示：

图2-4

将其信号通过采样器后输入到异或们中，并将通过异或们输出的一路信号通过增益后输回到异或们，和原信号进行异或，然后在通过保持器，并输入到波形观察分析器65中，从而形成输入差分码，波形如下图2-5所示：

图2-5

将拆分编码先进行并串/变换，分为两路信号Q和I（如图---14）。I延迟T时间后与一载波频率只有基带信号频率0.25倍的载波进行相乘，然后再通过相乘器与一个载波频率等于200HZ，相位移相90度的载波进行相乘。而Q路信号，先和频率只有基带信号频率0.25倍的载波相乘，然后再和一个没有经过移相的载波频率等于200HZ的载波相乘。Q路信号和I路信号通过相加器相加，从而得到我们需要的MSK信号。MSK波形信号如图2-6所示

图2-6

图2-7

2.3 MSK 的解调原理

MSK 信号属于数字频率调制信号，因此可以采用相干解调的方法进行解调，采用一般鉴频器方式进行解调误码率性能不太好，因此在对误码率有较高要求时大多采用相干解调方式。

MSK 解调的原理图如下图 2-8 所示：

图2-8 MSK解调的原理框图

基于这MSK解调的原理框图，在Systemview上对其进行系统的设计的结构如图2-9所示：

图2-9

正弦信号源（18.19）：产生正弦载波信号。巴特沃斯滤波器（20.21）：低通滤

波器用于滤除乘载波时产生的高频分量。模拟比较器（45,46）用于将并行

信号转换成串行信号。

将调制出的MSK信号首先与一幅度为1V，频率为 2.5HZ和频率为200HZ的载波进行相乘，再经过巴特沃斯滤波器后进行滤波，将采样后的波形与模拟比较器相比较，将信号进行并串转换，即可得到Q路信号和I路信号输出。其波形如图2-10所示。

图2-10

将得到的Q/I路信号与脉冲信号源提供的频率为5HZ，幅度为1V的脉冲波通过延时器相乘后，将得到解调后的差分码（如图2-11）。

图2-11

将此差分码分为两路。一路延迟后送往异或门（35），一路直接送往异或门（35）从而得到我们调制所得到的原基带信号波形（如图2-12）。

图2-12

三、设计调试及分析

在本次的仿真过程中，系统的实现是分两个阶段来完成的。首先，是要单独地实现MSK 信号的数字化调制，本次实验是对一种理想化的信号进行的调制；其次，是对与MSK 信号的数字化解调的实现，由于解调是对已调信号而言的，所以在调制完成后直接进行了解调。

在本次试验中，我采用了频率为100Hz的PN seq作为原始的输入信号，在通过采样器之后的采样值经过串并变化器后分为两路信号，并且相互交错一个码元宽度。再分别对这两路信号进行加权和正交载波调制，然后相加后得到调制后的MSK信号。

再将之前调制好的信号作为原始信号，把f=1/4T的正弦波和余弦波分别经过乘法器与已调信号相乘，然后通过科斯塔斯环，捕获高频载波，经过乘法器完成相干解调。然后再通过低通滤波器滤除高频分量，再抽样和比较判决。经抽样保持以后在进行串并转换，最后将两路信号送入加法器进行合并，得到解调信号。

参数设置：

四、心得体会

MSK信号是2FSK的改进，具有恒定包络，相位连续，频谱带宽窄等许多优点。MSK 具有两种调制方法，即正交调制和CPE+MM调制。由于MSK信号是一种2FSK信号，所以它也像2FSK信号那样，可以采用相干解调或非相干解调方法，除此之外，MSK信号还可以采用时延判决相干解调的方法。

在这为期一周的时间里，从第一天的查资料开始，这是一个从无到有的过程，在翻阅了书和许多论文资料之后，我开始着手于本次的课题：基于System View的MSK的调制与解调仿真分析。在刚开始还处于起步的状态，原理图的问题、参数的问题、波形调整的问题接连不断，例如，在MSK信号的调制过程中，有两个载波，这两个载波需要不同的频率参数，但是一开始并没有意识到只一点。很多很多的问题在后来的交流学习中得以解决。

本次的课程设计不仅让我熟悉了System View软件的操作，同时也学习了MSK信号的原理以及对其调制与解调的仿真。时间比较短，但是充实、获益良多，也锻炼了自己自主学习的能力，同时也很感谢同学与老师在此期间的帮助。

五、参考文献

[1] 樊昌信，曹丽娜.《通信原理》，国防工业出版社

[2] 李东生.《SystemView系统设计及仿真入门与应用》,电子工业出版社

[3] 杨翠蛾.《高频电子线路与课设SystemView部分》,哈尔滨工程大学出版社

正交振幅调制

《通信原理》课程设计 报告 二○一三～二○一四学年第一学期 学号 姓名 班级 电子工程系

目录 第一章绪论 (4) 1．1 QAM简介 (4) 第二章正交振幅调制 (5) 2．1 MQAM信号的星座图 (5) 2. 2 QAM的调制解调原理 (6) 第三章 16QAM调制解调系统实现与仿真 (6) 3.1 16QAM 调制模块的模型建立与仿真 (7) 3.1.1 串并转换模块 (7) 3.1.2 2/4电平转换模块 (9) 3.1.3 其余模块与调制部分的结果 (10) 3.2 16QAM解调模块的模型建立与仿真 (11) 3.2.1 相干解调 (11) 3.2.2 4/2电平判决与毛刺消除仿真电路 (11) 3.2.3 并串转换与最终解调结果对比 (13) 第四章仿真结果分析及总结 (15) 4.1 仿真结果分析 (15) 4.2 总结 (15)

第一章绪论 1.1 QAM简介 随着现代通信技术的发展，特别是移动通信技术高速发展，频带利用率问题越来越被人们关注。在频谱资源非常有限的今天，传统通信系统的容量已经不能满足当前用户的要求。正交幅度调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高频谱利用率、高功率谱密度等优势，成为宽带无线接入和无线视频通信的重要技术方案。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。作为国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式之一，正交振幅调制（QAM）在移动通信中频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。 正交振幅键控是将两种调幅信号（2ask和2psk）汇合到一个信道的方法，因此会双倍扩展有效带宽。正交调幅被用于脉冲调幅，特别是在无线网络应用。正交调幅信号有两个相同频率的载波，但是相位相差90度（四分之一周期，来自积分术语）。一个信号叫I 信号，另一个信号叫Q信号。从数学角度将一个信号可以表示成正弦，另一个表示成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。 QAM是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。该调制方式通常有二进制QAM（4QAM）、四进制QAM（l6QAM）、八进制QAM（64QAM）、…，对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，分别有4、16、64、…个矢量端点。电平数m 和信号状态M之间的关系是对于4QAM，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位矢量均与4PSK相同。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。 第二章正交振幅调制 2.1 MQAM信号的星座图 正交振幅调制（QAM）是一种矢量调制，它是将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号。正交调幅信号有两个相同频率的载波，但是相位相差90度（四分之一周期，来自积分术语）。一个信号叫I信号，另一个信号叫Q 信号。从数学角度将一个信号可以表示成正弦，另一个表示成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相和。这样与之作幅度调制（AM）相比，其频谱利用率高出一倍。

MSK信号调制与研究

摘要 由于数字通信的高速发展，信息传输的带宽效率一直为人们所关注，对高效调制技术的探索具有重大的现实意义。随着社会信息化进程的加快，人们对通信的需求日益迫切，对通信质量的要求也越来越高。然而通信频谱是有限的，频率资源严重不足与高速可靠的信息传输存在着日益突出的矛盾,高效频谱利用率的数据传输已经成为当代通信技术梦寐以求的目标。怎样更有效的使用这些有限的频谱，如何节省频谱，高效利用频带成为通信领域研究的焦点。MSK是移频键控FSK的一种改进形式，他是许多调制方案中的一种类型，MSK可以解决OQPSK调制方式中不能解决包络起伏的问题，从而能够产生恒定包络、相位连续的调制信号[1]。因此对MSK 进行了深入的理论研究，为完善数字通信技术做出一点贡献。 现代数字调制技术的发展方向是最小功率谱占有率的恒包络数字调制技术。现代数字调制技术的关键在于相位变化的连续性，从而减少频率占用。本文的研究对象就是恒包络技术中的最小频移键控调制技术，其优良的特性使其在当今无线电通信系统中得到了大量的应用。本文还引出了最小频移键控的基本原理、调制原理、及其几种调制方式，并且比较了几种调制方式的优劣，最终选用了使用C52单片机进行调制，matlab进行仿真。 关键词：最小频移键控；单片机；调制器;matlab仿真

Abstract Due to the rapid development of digital communications, bandwidth efficient transmission of information has been of concern for people, of great practical significance to explore efficient modulation techniques. With the acceleration of the process of information society, people increasingly urgent need for communication, communication quality requirements are increasing. Communications spectrum is limited, however, a serious shortage of information transmission frequency resources and the presence of high-speed and reliable increasingly prominent contradiction, efficient spectrum utilization data transfer has become the holy grail of modern communications technology. How to more efficient use of the limited spectrum of these ways to reduce the spectral efficient use of the band becomes the focus of research in the field of communication. FSK Frequency Shift Keying MSK is a modification of that he is one of many types of modulation schemes, MSK OQPSK modulation method can solve the envelope fluctuation can not solve the problem, it is possible to generate a constant envelope, continuous phase modulation signal. Therefore MSK-depth theoretical study, to improve digital communications technology to make that contribution. Development direction of modern digital modulation techniques is the smallest share of the power spectrum of constant envelope digital modulation techniques. The key technology of modern digital modulation of the phase change is continuous, thereby reducing the frequency of usage. The object of study is the constant envelope techniques minimum shift keying modulation technology, its excellent features make it get a lot of applications in today's radio communication system. It also leads to the basic principles of minimum shift keying modulation principle, and several modulation schemes, and compare the advantages and disadvantages of several modulation schemes, the final selection is modulated using a C52 microcontroller, matlab simulation. Key words:Minimum Shift Keying;MCU;Modulator; matlab simulation

幅度调制与相位调制

幅度/相位调制 过去几十年随着数字信号处理技术与硬件水平的发展，数字收发器性价比已远远高于模拟收发器，如成本更低，速度更快，效率更高。更重要的是数字调制比模拟调制有更多优点，如高频谱效率，强纠错能力，抗信道失真以及更好的保密性。正是因为这些原因，目前使用的无线通信系统都是数字系统。 数字调制和解调的目的就是将信息以比特形式（0/1）通过信道从发送机传输到接收机。数字调制方式主要分为两类：1）幅度/相位调制和2）频率调制。两类调制方式分别又成为线性调制和非线性调制，在优劣势上也各有不同，因此，调制方式的选择最终还需要取决于多方面的最佳权衡。 本文就对幅度/相位调制加以讨论，全文整体思路如下： 1 信号空间分析 在路径损耗与阴影衰落中已提出发送信号与接收信号的模型以复信号的实部来表示，而在本文中为了便于分析各调制解调技术，我们必须引入信号的几何表示。 数字调制将信号比特映射为几种可能的发送信号之一，因此，接收机需要对各个可能的发送信号做比较，从而找出最接近的作为检测结果。为此我们需要一个度量来反映信号间的距离，即将信号投影到一组基函数上，将信号波形与向量一一对应，这样就可以利用向量空间中的距离概念来比较信号间的距离。 1.1 信号的几何表示 向量空间中各向量可由其基向量表示，而在无线通信中，我们也可把信号用其相应的基函数来表示。本文我们讨论的幅度/相位调制的基函数就是由正弦和余弦函数组成的： 21()()cos (2)c t g t f t φπ=(1) 22()()sin (2)c t g t f t φπ=(2) 其中g (t )是为了保证正交性，即保证 220()cos (2)1T c g t f t dt π=? (3) 20()cos(2)sin(2)0T c c g t f t f t dt ππ=? (4) 则信号可表示为 12()()cos(2)()sin(2)i i c i c s t s g t f t s g t f t ππ=+ (5) 则向量s i =[s i1，s i2]T 便构成了信号s i (t )的信号星座点，所有的星座点构成信号星座图，我们把信号s i (t )用其星座点s i 表示的方法就叫做信号的几何表示。而两个星座点s i 和s k 之间的距离就是采用向量中长度的定义，这里不再赘述。 2 幅度/相位调制 相位/幅度调制主要分为3种： 1）脉冲幅度调制(MPAM)：只有幅度携带信息；

MSK调制与解调

信息科学与技术学院 通信原理 课程设计报告 课题名称：MSK系统的调制和解调 学生姓名： 学号： 专业年级：电子信息工程10级 班级：二班 指导教师： 完成时间：2013-7-10

目录 1.直流电机控制系统概述 .................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1系统描述.......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2直流电机概述.................................................................................. 错误！未定义书签。 2.题目及要求........................................................................................................ 错误！未定义书签。 2.1 题目................................................................................................. 错误！未定义书签。 2.2要求.................................................................................................. 错误！未定义书签。3直流电机功能设计及描述 ................................................................................. 错误！未定义书签。 3.1直流电机的介绍.............................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.1直流电机的结构.................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.2直流电机的工作原理.......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.3直流电机主要技术参数...................................................... 错误！未定义书签。 3.1.4直流电机的特点.................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.5直流电机的用途.................................................................. 错误！未定义书签。 3.2数码管转速显示.............................................................................. 错误！未定义书签。 3.3电动机驱动电路设计...................................................................... 错误！未定义书签。 3.4控制直流电机的状态...................................................................... 错误！未定义书签。 3.5模块流程.......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.总体方案设计 .................................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1 设计思路....................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 设计原理....................................................................................... 错误！未定义书签。 4.3运行环境.......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.4详细设计.......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.4.1 所需元件及功能................................................................. 错误！未定义书签。 5.直流电动机调速控制电路仿真 ........................................................................ 错误！未定义书签。 5.1原理图布局...................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2运行结果图...................................................................................... 错误！未定义书签。 6.总结.................................................................................................................... 错误！未定义书签。 7.参考文献............................................................................................................ 错误！未定义书签。 8.源代码................................................................................................................ 错误！未定义书签。

SystemView16进制正交振幅调制(16QAM)

例十：16进制正交振幅调制（16QAM ） 一、实验原理 在系统带宽一定的条件下，多进制调制的信息传输速率比二进制高。也就是说，多进制调制系统的频带利用率高。但是，多进制调制系统频带利用率的提高是通过牺牲功率利用率来换取的。因为随着M 值的增加，在信号空间中各信号点间的最小距离减小，相应的信号判决区域也随之减小。因此，当信号受到噪声和干扰的损害时，接收信号错误概率也将随之增大。振幅相位联合键控（APK ）方式就是为了克服上述问题而提出来的。在这种调制方式下，当M 值较大时，可以获得较好的功率利用率。 16进制的正交振幅调制（16QAM ），就是一种振幅相位联合键控信号。所谓的正交调制（QAM ）就是用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱的正交性来实现两路并行的数字信息的传输。 16QAM 系统方框图为： 1．调制部分 16QAM 的产生有两种方法： （1）正交调幅法：它是用两路正交的四电平振幅键控信号叠加而成。 （2）复合相移法：它是用两路独立的四相移相键控信号叠加而成。 本实验采用正交调幅法。实验中省略了串并变换和并串变换部分，而用两路独立的四电平基带信号代替。 × 载波 提取 × t c ωcos t c ωsin 串/并 转 换 2－4 电平转换 2－4 电平转换 二进制 输 入 × Σ × 低通 低通 并/串 转 换 二进制 输 出 图2.10.1 16QAM 调制解调系统组成 图2.10.2 16QAM 系统仿真电路

参数设置 Token0、1：信号发生器—PN码序列（Amplitude=1，Rate=50Hz，No.Levels=4） Token6、10：信号发生器—正弦载波（Amplitude=1，frequency=1000Hz，phase=0）Token9：高斯噪声发生器 Token13、14：模拟低通滤波器（截止频率=225Hz） 1．运行时间的设置 运行时间=1.5秒采样频率：10000赫兹 2．运行系统 在System View系统窗内运行电路，观察各信号接收器的波形。 在Token2处观察到的一路四元基带信号波形为： 16QAM调制波形 对应Token2的解调波形

正交调制解调

多进制正交振幅调制技术及其在衰落信道下实现 1.背景： 在数字通信中．调制解调方式有三种基本方式：振幅键控、频移键控和相位键控。但单纯的这三种基本方式在实际应用中都存在频谱利用率低、系统容量少等不足。而在现代通信系统中，通信用户数量不仅在不断增加，人们亦不满足传统通信系统的单一语音服务，希望进行图像、数据等多媒体信息的通信。因此，传统通信调制解调方式的容量已经越来越不能满足现代通信的要求。近年来，如何在有限的频率资源中提供高容量、高速率和高质量的多媒体综合业务，是数字通信调制解调领域中一个令人关注的课题。 通过近十多年来的研究，分别针对无线通信信道和有线通信信道的特征，提出了不同的高频谱利用率和高质量的调制解调方案。其中的QAM调制解调方案为：发送数据在比特／符号编码器内被分成速率各为原来1／2的两路信号，分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。接收端完成相反过程，解调出两个正交码流．均衡器补偿由信道引起的失真，判决器识别复数信号并映射回二进制信号。不过．采用QAM调制技术，信道带宽至少要等于码元速率，为了码元同步，还需要另外的带宽，一般要增加15％左右。 2.QAM基本原理： 在QAM（正交幅度调制）中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。模拟信号的相位调制和数字信号的PSK（相移键控）可以被认为是幅度不变、仅有相位变化的特殊的正交幅度调制。因此，模拟信号相位调制和数字信号的PSK（相移键控）也可以被认为是QAM的特例，因为其本质上就是相位调制。 QAM是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q分量（对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向）采用幅度调制，分别对应调制在相互正交（时域正交）的两个载波（coswt和sinwt）上。这样与幅度调制(AM)相比，其频谱利用率将提高1倍。QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率，QAM最高已达到1024-QAM（1024个样点）。样点数目越多，其传输效率越高，例如具有16个样点的16-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，16-QAM有16态，每4位二进制数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种载波和相位的组合，16-QAM 的每个符号和周期传送4比特。 QAM调制器的原理是发送数据在比特/符号编码器（也就是串–并转换器）内被分成两

实验-正交幅度调制16QAM

实验五正交幅度调制16QAM 一概述 由于通信信道受频带的限制，必须不断提高频带利用率，如M（M>2）调制方式的研究。一般说来，多进制都能在相同频带内以更快的速率来传递信息，但是，随着M的增加，信号空间图中的各点最小距离减小，相应的判决区也减小，从而信号的可靠性降低了。要保证可靠性，必须提高发射功率。 振幅相位联合键控（APK）在M较大的情况下，不仅可以提高系统的频带利用率，且设备简单。16QAM是APK的一种实现方式，是用两路数字信号分别对两个互相正交的同频载波进行同步调制，再将两个已调的双边带信号合成后进行传输。由于采用了幅度调制与解调，不但设备简单，且在频带和功率利用上也最有效。但16QAM不属于恒定包络调制方式，因而不适用于具有非线性部件的信道。 二原理及框图 16QAM第i个信号的表达示为：Si(t)=Aicos(ω 0t+ φ i) I=1,2,…. 1 调制部分：16QAM的产生有两种方法： 正交调幅法：它是用两路正交的4电平ASK信号叠加而成； 复合相移法：它是用两路正交的4电平PSK信号叠加而成； 在这里采用正交调幅法。 原理框图如下： 2解调部分 由于是采用正交调幅法，所以它的解调器必是一个正交相干解调器。 三步骤 1根据16QAM调制解调原理,用Systemview软件建立一个仿真电路:

2元件参数配置 Token0,3 基带信号—PN码序列（频率=50HZ；电平=2） Token 2,5,7,8 相乘器 Token 4,15 载波（频率=1000HZ，[4]正弦，[15]余弦） Token 9,10 模拟低通滤波器（极点数=9，截止频率=275HZ） Token 6 相加器 Token 1,11,12,13,14 信号观察点—分析窗 3运行时间设置运行时间= 1秒；采样频率=8000HZ 4运行系统 在系统窗运行系统后，转到分析窗观察所设五个点的波形。 5在分析窗内绘出星座图 四16QAM运行结果 1 调制信号波形放大后如图： 2 原信号和解调后的信号

MSK系统在Simulink里的仿真学习资料

M S K系统在 S i m u l i n k里的仿真

系统设计与仿真 总体设计 MSK 只是多种调制解调模式中的一种。如下图所示：即信号源、调制部分、加性高斯白噪声信道（AWGN信道）和解调部分组成。 通过以下步骤进行研究： 1.对MSK数字通信系统调制解调原理进行分析研究并利用MATLAB软件建立仿 真模型。 2.通过前面的理论研究理解，设置仿真模型里的参数。 3.运用MATLAB软件的仿真功能，得出MSK数字通信系统各点的仿真波形图。 图 1 总体设计框图MSK系统在Simulink里的仿真仿真设计 图 2 MSK系统仿真

（1）信源部分 信源采用的是随机整数序列产生器，可以产生由0，1构成的序列。 图 3 随机整数产生器 （2） MSK调制部分 根据MSK信号表示函数可写成I/Q两路正交调制的形式，在这里采用这种方式来生成调制模块。 图 4 MSK信号调制部分 （3）加性高斯白噪声信道 加性高斯白噪声信道（AWGN 信道）是直接利用 Simulink 自带的 AWGN 模块，可以通过设置其中的信噪比来改变信道的性能。 （4） MSK解调部分 MSK作为一种特殊的2FSK，如果把MSK看成是正交2FSK，用2FSK方法进行相干解调。这里采用的是延时判决相干解调法。

图 5 MSK解调部分 仿真参数设置 调制部分 （1）随机整数产生器（Random Integer Generator） 该模块的设计主要是产生一组随机的0、1等概序列。 图 6 随机整数产生器 （2）载波与正弦形加权函数 载波可以分为I路载波和Q路载波。正弦形加权函数有同相分量正弦形加权函数和正交分量正弦形加权函数两种。

数字调制之MSK资料

现代数字调制 ---之最小频移键控 摘要：最小频移键控（MSK ）是在2FSK 基础上的改进。首先介绍了2FSK 的不足，在其基础上我们研究了MSK 的工作情况。具体涉及MSK 的工作原理和特点以及实际中的应用，当然对于它的前景也是我们所关注的。 关键字：最小频移键控（MSK ）、2FSK 1. 研究背景 2FSK 体制虽然性能优良、易于实现，并得到了广泛的应用，但是它的不足也是不容忽视的。首先，它占用的频带宽度比2PSK 大，即频带利用率比较低。其次，若用开关无法产生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通频带的限制，使得信号波形的包络产生较大起伏。这种起伏是我们不希望有的。此外，一般来说，2FSK 信号的两种码元波形不一定严格正交。 为了克服上述缺点，对于2FSK 信号作了改进，发展出MSK 。 2. MSK 信号的基本原理 MSK 定义:最小频移键控（MSK ）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK 信号，其波形图如下： 2. 2.1 MSK 信号的频率间隔 MSK 信号的第k 个码元可以表示为: )2cos()(k s k s k t T a t t s ?π ω++ =

式中，ωs － 载波角载频；a k = ± 1（当输入码元为“1”时，a k = + 1 ;当输入码元为“0”时，a k = - 1 ）；T s － 码元宽度; ?k － 第k 个码元的初始相位，它在一个码元宽度中是不变的。 由上式可以看出，当输入码元为“1”时， a k = +1 ，故码元频率f 1等于 f s + 1/(4T s )；当输入码元为“0”时， a k = -1 ，故码元频率f 0等于f s - 1/(4T s )。所以， f 1 和f 0的差等于1 / (2Ts )。这是2FSK 信号的最小频率间隔。 2.2 MSK 码元中波形的周期数 可以改写为 式中 由于MSK 信号是一个正交2FSK 信号，它应该满足正交条件，即 上式左端4项应分别等于零，所以将第3项sin(2?k ) = 0的条件代入第1项，得到要求 即要求 或 上式表示，MSK 信号每个码元持续时间T s 内包含的波形周期数必须是1 / 4 周期的整数倍，即上式可以改写为 式中，N ― 正整数；m=0,1,2,3 并有 ) 4/(1) 4/(101s s s s T f f T f f -=+=0 )() 0sin()()2sin(])sin[(]2)sin[(010*********=--+--+-++++ωωωω?ωω?ωωωω?ωωk k s k s T T 0)2sin(=s s T ω... ,3,2,1, 4==n n T f s s ππs s f n T 41 =...,3,2,1=n s 1)4(4T m N T n f s s +==s s s s s T m N T f f T m N T f f 1 4141141410s 1? ?? ??-+=-=??? ??++=+ =)2cos()(k s k s k t T a t t s ?π ω++ =s s kT t T k ≤<-)1()2cos()(k s k s k t T a t t s ?π ω++ =s s kT t T k ≤<-)1(?? ?-=++=+=1 ), 2cos(1), 2cos()(01k k k k k a t f a t f t s 当当?π?πs s kT t T k ≤<-)1(

基于matlab的正交振幅调制与解调

题目：基于MATLAB的正交振幅 调制与解调仿真 学生姓名： 学生学号： 系别： 专业： 届别： 指导教师： 电气信息工程学院制 2012年5月

基于MATLAB的正交振幅调制与解调仿真 学生： 指导老师： 电气信息工程学院 1课程设计的任务与要求 1.1课程设计的任务 本课程设计通过Matlab，Simulink软件来仿真正交振幅调制和解调，要求进一步理解QAM，并掌握Matlab，Simulink软件的使用。 1.2课程设计的要求 设计平台为Matlab集成环境，在Matlab，Simulink软件下输入仿真程序，运行该程序，观察波形前后的变化。独立完成所有的设计。 1.3课程设计的研究基础 正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM ）是一种高效的数字调制解调方式，它在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高数据传输、卫星通信等领域被广泛使用。 在多进制键控体制中，相位键控的带宽和功率占用方面都具有优势，即带宽占用小和比特信噪比要求低。因此，MPSK和MDPSK为人们所喜用。但是，在MPSK体制中，随着Ｍ的增大，相邻相位的距离逐渐减小，使噪声容限随之减小，误码率难以保证。为了改善在M大时的噪声容限，发展出了QAM体制。在QAM体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到调制[1]。 正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM ）是一种振幅和相位联合键控。正交振幅调制是二进制的PSK、四进制的QPSK调制的进一步推广，通过相位和振幅的联合控制，可以得到更高频谱效率的调制方式，从而可在限定的频带内传输更高速率的数据。正交振幅调制（QAM）的一般表达式为 y(t)= A cos c w t+m B sin c w t 0≤t＜s T(1) m 上式由两个相互正交的载波构成，每个载波被一组离散的振幅｛ A｝、｛m B｝所调制， m 故称这种调制方式为正交振幅调制。式中， T为码元宽度；m=1,2,…,M,M为m A和m B s 电平数。

MSK仿真实验报告

通达学院 2012/2013 学年第一学期 课程设计实验报告 模块名称 专业 学生班级 25 学生学号 09002522 学生姓名李x x 指导教师王x 数字msk调制系统的dsp实现 一.设计目的与任务 本课程总的目的是让学生通过实验学习数字信号处理器的开发软件ccs的使用，掌握数 字信号处理算法的软件仿真及dsp实现，培养学生的实际动手能力。要求学生理解实验原理 及实验方案，掌握正确的操作规程；完成所列课题中的学习任务，结合自己的兴趣，选择完 成综合设计课题。 本组选择的是数字msk调制系统的dsp实现，要求基带码元速率为1000b，载频为3000hz。 进行调制并给出仿真结果。 二.相关知识 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。调制波是二进制（或m进 制）的已编码的数字基带码流。调制的过程就是输入数据控制（键控）载波的幅度、频率和 相位。msk 是在数字调制技术上发展起来的。它是二进制连续相位频移键控（cpfsk）的一种 特殊情况。 2.1最小频移键控（msk） 频移键控和相位键控一样，由于调制信号包络恒定，有利于在非线性的信道中传输。msk 是二进制连续相位fsk 的一种特殊情况，有时叫做快速频移键控（ffsk），有时也叫做最小 频移键控（msk）。这两种名称的侧重点不同：msk 的“最小（minimum）”二字指的是这种调 制方式能以最小的调制指数（h=0.5）获得正交的调制信号，而ffsk 的“快速”二字指的是 对于给定的频带，它能比bpsk 传输更高速率的数据。 2.2 msk的基本概念 若cpfsk 信号表示为： 式中相位?(t )是时间t 的连续函数，标称载频fc是f2和f1的算术平均值，即: 式中，频率f2代表所传输数字序列{ak}中符号“1”，f1代表符号“－1”。（实际上传输 数字序列{ak}中符号“1”和“－1”，相当于二进制数据中的“1”和“0”，如下图）。 这样cpfsk信号用以下形式区分符号“1”和“－1”： 式中，?k是t=ktb时刻?(t)的值，它与调制过程的以往状态有关，它是为了保证t=ktb 时相位连续而加入的相位常数。调制指数为： (1) 考虑?k取值和调制指数h，可把（1）式统一表达式如下 : (2) 当（2）式中的h=0.5时，就得到了msk信号的数学表达式： 式中，ak取值±1。而波形相位为： (3) 可以看出：

基于SystemView的MSK的调制与解调仿真

一、实验名称：基于System View的MSK通信系统的仿真 二、实验环境：一台电脑、操作系统、System View软件 三、实验目的：1.掌握电路设计的基本思路和方法； 2.掌握系统各功能模块的基本工作原理； 3.提高对所学理论知识的理解能力； 4.能提高对所学知识的实际应用能力； 四、实验要求：1.学习System View仿真软件的使用； 2.对需要仿真的通信系统各功能模块的工作原理进行分析； 3.提出系统的设计方案，选用合适的模块； 4.对所设计系统进行仿真； 5.并对仿真结果进行分析。 五、实验原理： 1、MSK 的调制原理 MSK(最小频移键控)是移频键控FSK的一种改进形式。在FSK方式中，每一码元的频率不变或者跳变一个固定值，而两个相邻的频率跳变码元信号，其相位通常是不连续的。MSK方式，是FSK信号的相位始终保持连续变化的一种特殊方式，可以看成是调制指数为0．5的一种CPFSK信号。它是2FSK的一种特殊情况，在相邻符号交界处相位保持连续，具有正交信号的最小频差。 最小频移键控（MSK）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，其波形图如下： MSK 信号可以看成是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：

MSK信号第n个码元的时间函数： MSK 具体调制过程如下：先将输入的基带信号进行差分编码，然后经串/并转换将其分成I、Q 两路，并互相交错一个码元宽度，再用加权函数cos（πt/2T b）和sin（πt/2T b）分别对I、Q 两路数据加权，然后将两路数据分别用正交载波调制，最后将I、Q 两路调制信号相加即得到MSK 调制信号。调制原理如图（1）所示。 2、MSK 的解调原理 由于MSK信号是他、一种2FSK信号，所以它也像2FSK信号那样，可以采用相干解调或非相干解调的方法，除此之外，MSK信号还可以采用延时判决相干解调的方法。

MSK调制解调技术的原理及应用分析

MSK调制解调技术的原理及应用分析 姓名:莫波微班级:05921001 学号:1120101489 MSK是数字调制技术的一种。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。调制过程就是输入数据控制(键控)载波的幅度、频率和相位。 MSK属于恒包络数字调制技术。现代数字调制技术的研究，主要是围绕着充分的节省频谱和高效率地利用可用频带这个中心而展开的。随着通信容量的迅速增加，致使射频频谱非常拥挤，这就要求必须控制射频输出信号的频谱。但是由于现代通信系统中非线性器件的存在，引入了频谱扩展，抵消了发送端中频或基带滤波器对减小带外衰减所做的贡献[}}o}。这是因为器件的非线性具有幅相转换(AM/PM)效应，会使己经滤除的带外份量几乎又都被恢复出来了。为了适应这类信道的特点，必须设法寻找一些新的调制方式，要求它所产生的己调信号，经过发端带限后，虽然仍旧通过非线性器件，但是，非线性器件输出信号只产生很小的频谱扩展。 因此MSK是一种特殊的连续相位的频移键控（CPFSK），其最大频移为比特率的1/4。换句话说，MSK是调制系数为0.5的连续相位的FSK。FSK信号的调制系数类似于FM调制系数，定义为k FSK=（2Δf）/R b，其中ΔF是最大射频移，R b是比特率。调制系数0.5对应着能够容纳两路正交FSK信号的最小频带，最小频移键控的由来就是指这种调制方法的频率间隔（带宽）是可以进行正交检测的最小带宽。 MSK是一种高效的调制方法，特别适合在移动无线通信系统中使用。它有很多好的特性，例如恒包络、频谱利用率高、误比特率低和自同步性能。 MSK信号也可以看成是一类特殊形式的OQPSK。在MSK中，OQPSK的基带矩形脉冲被半正弦脉冲取代。 可以看出MSK信号是二进制信号频率分别为f c+1/4T和f c-1/4T的FSK信号。MSK信号的相位在每一个比特期间是线性的。 MSK信号的旁瓣比QPSK和OQPSK信号低。MSK信号99%的功率位于带宽B=1.2/T之中。而对于QPSK和OQPSK信号，包纳99%功率的带宽B=8/T。MSK信号在频谱上衰落快是由于其采用的脉冲函数更为平滑。MSK信号的主瓣比QPSK

：正交幅度调制信号(QAM)调制解调系统的性能分析

摘要 正交幅度调制技术（QAM）是一种功率和带宽相对高效的信道调制技术，因此在大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛使用。 由于信道资源越来越紧张，许多数据传输场合二进制数字调制已无法满足需要。为了在有限信道带宽中高速率地传输数据，可以采用多进制(M进制，M>2)调制方式，MPSK则是经常使用的调制方式，由于MPSK的信号点分布在圆周上，没有最充分地利用信号平面，随着M值的增大，信号最小距离急剧减小，影响了信号的抗干扰能力。MQAM称为多进制正交幅度调制，它是一种信号幅度与相位结合的数字调制方式，信号点不是限制在圆周上，而是均匀地分布在信号平面上，是一种最小信号距离最大化原则的典型运用，从而使得在同样M值和信号功率条件下，具有比MPSK更高的抗干扰能力。 关键词：QAM 调制解调星座图误码率

目录 摘要 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。前言 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。一基本原理 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 1.1硬件方面 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1.1芯片SHT10介绍.................................................................. 错误！未定义书签。 1.1.2 CC2530介绍........................................................................ 错误！未定义书签。 1.2软件方面 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2.1 zigbee协议介绍................................................................ 错误！未定义书签。 1.2.2 zigbee协议栈结构............................................................ 错误！未定义书签。二系统分析 .................................................................................................. 错误！未定义书签。三详细设计 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 3.1 总体软件结构图............................................................................. 错误！未定义书签。 3.2硬件模块设计.................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3 编码 ................................................................................................ 错误！未定义书签。四总结 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。五参考文献 .................................................................................................. 错误！未定义书签。六致谢 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。附录 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。