基于SystemView的MSK调制系统实现以及特性分析.docx

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基于SystemView的MSK调制系统实现以及特性分析

基于SystemView的

MSK调制系统实现以及特性分析

1．实现内容

创建一个正交调制方式的MSK调制系统，以PN码作为二进制信源，码速率Rb＝100bps，载频速率为1000Hz。

观测其I通道和Q通道各个信号的波形，并在无噪声和加入加性高斯白噪声的情况下分别观测调制输出的MSK波形和功率谱。

实现QPSK的调制，码速率，噪声参数与MSK一致。

将MSK与QPSK的功率谱以及相位转移图等进行对比，分析两者的不同。

2．MSK调制系统

2.1MSK调制系统原理图

Token2，Token3实现差分编码。

Token30，Token31，Token32，Token33，Token34对差分编码进行串并转换。

Token12产生频率为25Hz的正弦波，Token17产生频率为1KHz的载波。

Token24为无噪声的MSK调制信号输出，它是上路同相分量与下路正交分量的和。

Token28为标准差是0.1V的加性高斯白噪声发生器。

2.2MSK各点波形示意图

图2.2.1与图2.2.2分别为输入的PN序列以及差分编码之后的序列。

粗略考察前16个码元：

输入为：

-1-1-1-1-1111-1111-1111

编码后：

-11-11-1-1-1-11111-1-1-1-1

与图相对应。

由此也可以判断出，差分编码器相当于DPSK中的码变换器（双稳触发器），但是令此时的双稳触发器仅当数据为“-1”时才翻转。

图2.2.1输入PN序列

图2.2.2差分编码后序列

下两图为差分编码后序列进行串并转换之后的结果。

从理论分析上看（前16个码元），上支路pk和下支路qk分别为：

pk：

-1-1-1-111-1-1以及qk：

11-1-111-1-1

每个码元相当于原来码元两倍时间周期，检验波形正确。

从图中也可以看出，pk和qk两者不能同时改变符号。

前者只有在k是奇数时跳变，而后者在k是偶数时跳变。

图2.2.3串并转换后pk序列

图2.2.4串并转换后qk序列

Token20和Token21反映的是MSK同相分量与MSK正交分量的输出波形，如图2.2.5及图2.2.6所示。

图2.2.5MSK同相分量输出波形

图2.2.6MSK正交分量输出波形

下两个图分别给出了经过1000Hz正弦波调制后，无噪声以及加入标准差为0.1V的加性高斯白噪声时的MSK调制输出时域波形。

图2.2.7无噪声时MSK调制输出

图2.2.8标准差为0.1V的加性高斯白噪声下的MSK调制输出

图2.2.9以及图2.2.10是经过1000Hz正弦波调制后，无噪声和有噪声时的MSK调制输出功率谱图。

图2.2.9无噪声MSK调制输出功率谱（1000Hz）

图2.2.10噪声下MSK调制输出功率谱（1000Hz）

可以看出经过调制后的MSK的功率谱旁瓣衰减快，信号能量主要集中在调制信号的频率1000Hz附近。

3.QPSK调制系统

3.1QPSK调制系统框图

QPSK没有进行差分编码，其他参数与MSK系统一致。

3.2QPSK各点波形示意图

与MSK分析类似，QPSK调制系统各个输出点波形示意图如下：

图3.2.1QPSK输入序列

图3.2.2串并变换后同相支路序列

图3.2.3串并变换后正交支路序列

图3.2.4同相支路PSK调制输出

图3.2.5正交支路PSK调制输出

图3.2.6无噪声QPSK调制输出功率谱（1000Hz）

图3.2.7噪声下QPSK调制输出功率谱（1000Hz）

直观上观察可得，QPSK信号能量分布较平坦。

4.MSK系统与QPSK系统特性比较

4.1从相位转移图上分析

图4.1（a）与4.1（b）给出了MSK与QPSK调制系统不同的相位转移图。

其中QPSK考虑的是理想情况下的相位转移图。

（a）MSK相位转移图（b）QPSK相位转移图（理想）

图4.1.1MSK与QPSK相位转移图

从图中可以看出，MSK的相位转移路径是一个圆周，而QPSK是一个带对角线的正方形。

MSK的相位转移路径说明了MSK信号是相位连续，即没有相位突变的。

而在QPSK的相位转移图（理想）中，四个相位点（45°，135°，225°以及315°）在码元转换时刻产生90°或者180°的相位转换，其相位是不连续的。

4.2从功率谱上分析

MSK与QPSK输出功率谱如图4.2.1以及图4.2.2所示（均为100bps码元速率，未经过1000Hz正弦信号调制）。

从图中看出，MSK的衰减更加迅速，大约在200Hz时功率谱已降到-40dB以下。

相对来讲QPSK的功率谱则要平坦的多。

这说明MSK的信号能量比QPSK的信号能量更加集中。

图4.2.1MSK调制输出功率谱（无噪声）

图4.2.2QPSK调制输出功率谱（无噪声）

4.3从功率谱密度上分析

图4.3.1与4.3.2为MSK与QPSK调制输出的功率谱密度。

图4.3.1MSK调制输出功率谱密度

从图中测量，MSK的功率谱密度从最高峰（>=0dB）到第一次峰谷（<=-40dB）大约是73Hz的横坐标距离，与3/4Ts=75Hz相一致。

图4.3.2QPSK调制输出功率谱密度

而对QPSK的功率谱密度进行观察，其从最高峰（>0dB）到第一次峰谷（<-40dB）的横坐标距离大约为50Hz，与1/2Ts=50Hz相一致。

4.4分析总结

从以上分析可以得到，MSK与QPSK最大的不同特性体现在于其相位是连续没有突变的，因此其频谱较窄且包络恒定，其功率谱旁瓣滚降很快，信号能量更加集中。

这意味着MSK占用带宽较窄，适合在窄带信道中传输，并且对于相邻信道的干扰较小。