MSK课程设计(systemview).docVIP

1 目录 一 实验目的 2 二 实验要求 2 三 实验原理 2 1 MSK 的基本概念 2 2 MSK 信号的基本原理 2 3 MSK 信号的产生和解调 5 4 MSK 信号的功率谱 6 5 Systemview 软件 6 四 实验分析 7 1 MSK 信号的调制 7 2 MSK 信号的解调 7 3 仿真参数设置 7 五 实验结果分析 8 1 实验结果 9 2 实验分析 12 六 心得体会 12 2 一 实验目的 培养学生掌握电路设计的基本思路和方法 使学生掌握系统各功能模块的 基本工作原理 提高学生对所学理论知识的理解能力 能提高对所学知识的实 际应用能力 提高学生的科技论文写作能力 二 实验要求 1 学习 SystemView 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 三 实验原理 1 MSK 的基本概念 最小频移键控 MSK 是 2FSK 的改进 2PSK 体制虽然性能优良 易于实现 并得到广泛的应用 但是它也有一些不足之处 首先 它占用的频带宽度比 2PSK 大 即频带利用率较低 其次 若用开关法产生 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同频带的限制 使 得信号波形的包络产生较大起伏 为了克服上述缺点 对于 2FSK 信号作了改进 发展出 MSK 信号 MSK 信号时一种包络恒定 相位连续 带宽最小并且严格正 交的 2FSK 信号 其波形图如下图所示 2 MSK 信号的基本原理 1 MSK 信号的第k个码元可以表示为 2 cos k s k sk t T a tts ss kTtTk 1 式中 s 载波角载频 ak 1 当输入码元为 1 时 ak 1 当输入码元为 0 时 ak 1 Ts 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 3 2 MSK 信号的相位连续性 波形 相位 连续的一般条件是前一码元末尾的总相位等于后一码元开始 时的总相位即 这就是要求 由上式可以容易地写出下列递归条件 由上式可以看出 第k个码元的相位不仅和当前的输入有关 而且和前一 码元的相位有关 这就是说 要求 MSK 信号的前后码元之间存在相关性 在用相干法接收时 可以假设 k 1 的初始参考值等于 0 这时 由上式可知 下式 可以改写为 cos ttts ksk ss kTtTk 1 式中 k t 称作第k个码元的附加相位 由上式可见 在此码元持续时间内它是t的直线方程 并且 在一个码元持续 时间Ts内 它变化ak 2 即变化 2 按照相位连续性的要求 在第k 1 个 码元的末尾 即当t k 1 Ts时 其附加相位 k 1 kTs 就应该是第k个码 元的初始附加相位 k kTs 所以 每经过一个码元的持续时间 MSK 码元的 附加相位就改变 2 若ak 1 则第k个码元的附加相位增加 2 若ak 1 则第k个码元的附加相位减小 2 ksks kTkT s1s ks k k k kT T a kT T a 22 1 1s 时 当 时当 11 k 11 11 2 kk kkk kkkk aak aa aa k 2 mod 0 或 k 2 cos k s k sk t T a tts k k k t T a t s 2 k k k t T a t s 2 4 附加相位的全部可能路径图 Ts3Ts5Ts 9Ts 7Ts 11Ts 0 k t 模 2 运算后的附加相位路径 Ts3Ts5Ts 9T 7T 11T 0 k t 3 MSK 信号的正交表示法 式中 1cos kk p 1cos kkkkk paaq 上式表示 此信号可以分解为同相 I 和正交 Q 分量两部分 I 分量的载 波为 cos st pk中包含输入码元信息 cos t 2Ts 是其正弦形加权函数 Q sss s ks s k s s kks s kk kTtTkt T t qt T t p t T t at T t ts 1 sin 2 sincos 2 cos sin 2 sincoscos 2 coscos 5 分量的载波为 sin st qs中包含输入码元信息 sin t 2Ts 是其正弦形 加权函数 3 MSK 信号的产生和解调 1 MSK 信号的产生 MSK 信号可以用两个正交的分量表示 t T t qt T t pts s s kskk sin 2 sincos 2 cos s ss kTtTk 1 根据上式构成的方框图如下 MSK 信号的产生方法 2 MSK 信号的解调方法 由于 MSK 信号时一种 2FSK 信号 所以它也像 2FSK 信号那样 可以采用相干解 调或者非相干解调 MSK 信号非相干解调方框图 6 MSK 信号相干解调方框图 4 MSK 信号的功率谱 MSK 信号的归一化 平均功率 1 W 时 单边功率谱密度Ps f 的计算结果 如下 按照上式画出的曲线在下图中用实线示出 应当注意 图中横坐标是以载频为 中心画的 即横坐标代表频率 f fs 5 Systemview 软件 SystemView 是一个信号级的系统仿真软件 主要用于电路和通信系统的设计 仿真 是一个强有力的动态系统分析工具 能满足从数字信号处理 滤波器设 计 直到复杂的通信系统等不同层次的设计 仿真要求 SystemView 为我们提 供了模块化合交互式的界面 因此使用SystemView 我们只需关注此项目的设计 思想和过程 而不必花费大量时间去编程建立系统仿真模型 我们只需调用所 需要的模块即可完成复杂的系统设计和测试 鉴于其在通信系统使用方便 功 能强大的特点 我们用其来完成MSK 通信系统的设计 2 22 s 2 161 2cos32 ss ss s Tff TffT fP 7 四 实验分析 1 MSK 信号的调制 实现 MSK 信号的调制过程为 先对基带信号进行差分编码 再用差分编 码输出数据进串 并变换器分成 PQ 两路 并相互交错一个码元宽度 用加权函 数 cos 和 sin 分别对 PQ 两路加权 对加权后的数据进行正交波调 Tb t 2 Tb t 2 制 2 MSK 信号的解调 根据 MSK 信号解调框图 画出仿真电路图 3 仿真参数设置 Start Time 0sec Stop Time 0 04sec Sample Rate 10000Hz 编号图符块属性类型参数设置 0SourcePN SeqAmp 1v Offset 0v Rate 100Hz Level 2 Phase 0 deg 1 49OperatorSamplerInterpolating Rate 100Hz 2OperatorSmpl DelyFill Last Register Delay 2 Samples 8 3OperatorSamplerFill Last Register Delay 1 Samples 4 5 29 30 32 OperatorSamplerInterpolating Rate 50Hz 6 7 35 42 OperatorHoldLast Value Gain 1 Out Rate 10 e 3 sec 8 34 36 39OperatorDelayNon Interpolating Delay 10 e 3 sec 11SourceOperatorAmp 1v Freq 25Hz Phase 90 deg 14SourceOperatorAmp 1v Freq 1000Hz Phase 0 deg 15OperatorGainGainUnits Linear Gain 1 50LogicXORGate Delay 0s FalseOutput 1 Threshold 0 3v Rise Time 0s True Output 1 Fall time 0s 48OperatorGainGain 1 51OperatorLinear sys Filter Analog Butterworth Bandpass BPFilterOrder 3 Lowcottof 35hz Hicuttof 45hz 23SourceSinusoidAmp 1v Fre 25Hz Phase 0 deg 26CommunicationCostasVco Fre 100Hz Voc phase 0 deg Mod Gain 1Hz V 27 28OperatorLinear sys Filter Analog Butterworth lowpass BP Filter Order 3 Lowcottof 6Hz 31 41OperatorComparea b True Output 1v False Output 1v 33SourceAmp 0v Start Time 0sec Offset 0v 37SourcePlus TrainAmp 1v Fre 25Hz Plus Wideth 10e 3sec Offset 0v Plase 0deg 9 五 实验结果分析 1 实验结果 1 源码 基带信号 2 输入差分码 在信号被调制前 用差分编码来克服后面的相位模糊 差分码波形 3 串 并变换后的信号及加权信号 10 串 并变换后的 P 路信号 P 路加权信号 串并变换后的 Q 路信号 Q 路加权信号 11 4 MSK 调制信号 MSK 调制输出信号 5 MSK 解调信号 MSK 解调输出信号 6 MSK 信号调制功率谱 12 2 实验分析 在实验的过程中 系统的功能是由三个阶段完成的 首先 单独实现 MSK 的数字化调制 其次 单独实现信号的解调 最后 是实现系统的整个功能 MSK 信号调制和解调 1 首先实现的是信号的 MSK 调制 该实验中我采用的频率是 100Hz 的 PN seq 作为原始的信号输入 经过差分编码再经过串 行变换后成为两路信号 并 且相互交错一个码元宽度 再对两路信号进行加权和正交载波调制 然后相加 后得到 MSK 信号 2 其次是对已调信号的解调功能 本实验中采用的是相干解调 将调制出 来的 MSK 信号直接作为原始信号 通过科斯塔斯环捕获高频载波 提取载波 后经过低通滤波器滤除高频分量 再经过抽样判决 串 并转换变成一路信号 输出原始信号 3 最后是整个系统的调制与解调同时实现 将上述两个阶段连接起来 设 置好参数 再进行全面的仿真 六 心得体会 在本次课程设计中 通过利用SystemView软件对MSK进行仿真模拟 使我了 解到了MSK系统的工作原理 加深了对通信系统的整体理解 在设计过程中 也 遇到了一定