本科學(xué)生綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)號114090315姓名李開斌學(xué)院物電學(xué)院專業(yè)、班級11電子實(shí)驗(yàn)課程名稱MSK調(diào)制與解調(diào)教師及職稱金爭開課學(xué)期2023至2023學(xué)年下學(xué)期填報(bào)時(shí)間2023年6月10日云南師范大學(xué)教務(wù)處編印一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?．認(rèn)識Matlab/Simulink的根本功能。2．了解Simulink的根本圖符庫，并能做出MSK調(diào)制與解調(diào)的仿真。3．理解MSK信號的調(diào)制與解調(diào)原理。實(shí)驗(yàn)儀器，用具1.裝有Matlab的電腦一臺實(shí)驗(yàn)原理：1．MSK調(diào)制與解調(diào)MSK信號是調(diào)制指數(shù)h為1/2的連續(xù)相位調(diào)制〔CPFSK〕.文獻(xiàn)[2]給出了MSK信號的第n個(gè)碼元的時(shí)間函數(shù)〔1〕式中，二進(jìn)制數(shù)碼的取值為+1或-1；是載波頻率；A是載波幅度；T是碼元周期；是nT時(shí)刻的相位累積值。從式〔1〕可以看到，MSK的調(diào)制可以通過兩路正交的幅度調(diào)制載波信號相加來實(shí)現(xiàn)，其中兩路正交載波分別是和，幅度都為A，調(diào)制在上的基帶信號稱為I路，調(diào)制在上的基帶信號稱為Q路。具體的MSK調(diào)制器和解調(diào)器實(shí)現(xiàn)框圖〔圖1和圖2〕實(shí)現(xiàn)的依據(jù)就是上述的MSK調(diào)制和解調(diào)的等效I-Q正交圖1MSK信號的調(diào)制器原理框圖圖2MSK信號的解調(diào)器原理框圖值得注意點(diǎn)是，串/并轉(zhuǎn)換前后的信號應(yīng)該符合如圖(3)所示的時(shí)間關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)上述原理框圖仿真MSK信號的調(diào)制與解調(diào)。圖3串/并轉(zhuǎn)換前后的信號時(shí)序關(guān)系2．實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)的仿真模型文件是msk.mdl，翻開msk.mdl可以看到仿真模型分為兩個(gè)主要局部：MSK調(diào)制和解調(diào)。1〕MSK調(diào)制MSK調(diào)制的仿真模型結(jié)構(gòu)如圖4所示，該模型用I-Q正交形式實(shí)現(xiàn)了MSK信號的調(diào)制。首先由隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)的{0,1}序列，然后進(jìn)行差分編碼〔為了有更多的連續(xù)信號〕，并轉(zhuǎn)化為{-1，+1}的序列；接著經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為I、Q兩路信號，其中Q路信號要經(jīng)過額外的Tb時(shí)間的延遲；然后I、Q兩路分別進(jìn)行正交幅度調(diào)制，最后兩路信號相加即得到MSK信號。仿真中隨機(jī){0,1}序列的發(fā)生周期是1ms，即Tb=1ms。圖4MSK調(diào)制仿真模型圖2〕MSK解調(diào)MSK信號的解調(diào)模型如圖5所示，該模塊采用相干解調(diào)的方式實(shí)現(xiàn)了MSK信號的解調(diào)，正確恢復(fù)出發(fā)送數(shù)據(jù)。首先，接收到已調(diào)MSK信號分別經(jīng)過I路和Q路正交幅度解調(diào)；然后通過積分器，積分時(shí)間長度是2Tb,之后進(jìn)行抽樣判決；判決結(jié)果通過串/并轉(zhuǎn)換和差分解碼恢復(fù)出發(fā)送數(shù)據(jù)。圖5MSK解調(diào)仿真模型結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理〔包括列出必要的算式和誤差處理〕：1．翻開matlab應(yīng)用軟件，如圖6所示。2．在圖6中右邊的命令窗(CommandWindow)的光標(biāo)處輸入：simulink,回車。圖6Matlab界面3．在圖6中，選擇：File>New>Model新建文件，保存在matlab工作目錄下，并取名為msk.mdl。4．在Find命令行處輸入：XORExclusiveOR，就在窗口的右邊找到了該仿真模塊圖標(biāo)。用鼠標(biāo)右鍵選擇該模塊，將其添加到創(chuàng)立的msk窗口中。5．用相同的方法創(chuàng)立幀狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊〔FrameStatusConversion〕、選擇輸出模塊〔Selector〕、傳輸延時(shí)模塊〔TransportDelay〕、脈沖序列發(fā)生器〔PulseGenerator〕、積分器〔Intergrator〕、關(guān)系符操作模塊〔RelationalOperator〕和矩陣合并模塊〔MatrixConcatenation〕,觀察每個(gè)設(shè)備的連接點(diǎn)，用鼠標(biāo)左鍵把設(shè)備連接起來，如圖4、圖5所示。6。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“運(yùn)行仿真模型按鈕〞即可運(yùn)行msk.mdl,觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。7．注意：〔1〕MSK調(diào)制中關(guān)鍵的子模塊差分編碼由一個(gè)異或模塊和一個(gè)延遲模塊構(gòu)成，如圖7所示。圖7差分編碼串/并轉(zhuǎn)換由圖8中的4個(gè)模塊組成，其中緩存器模塊〔Buffer〕將串行單比特?cái)?shù)據(jù)流緩沖成兩個(gè)比特一組，緩存器模塊的輸出是基于幀的數(shù)據(jù)流；接著通過一個(gè)幀狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊將基于幀的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換位基于采樣的數(shù)據(jù)流，取消每一組的兩個(gè)比特之間的采樣時(shí)間差異；最后通過兩個(gè)選擇模塊將每一組的兩個(gè)比特分別分配到I、Q兩路。圖8串/并轉(zhuǎn)換調(diào)制模型的最后局部是正交幅度調(diào)制局部，如圖9所示。對于I路，前一個(gè)正弦波模塊產(chǎn)生，而對于Q路，前一個(gè)正弦波模塊產(chǎn)生。比擬仿真中串/并轉(zhuǎn)換模塊的輸出〔包括Q路延遲Tb〕和圖1中的時(shí)序關(guān)系，可以看到仿真中的信號比圖1中的信號延遲了3Tb,所以在這兩個(gè)正弦波模塊中要各自增加的相位延遲。I、Q兩路的后一個(gè)正弦波模塊產(chǎn)生載波信號，仿真中設(shè)定載波頻率是2kHz。最后將I、Q兩路信號相加得到已調(diào)MSK信號。圖9正交調(diào)制〔2〕MSK解調(diào)的關(guān)鍵子模塊積分器的模型結(jié)構(gòu)如圖〔10〕所示。積分前的延時(shí)模塊將I、Q兩路信號做適當(dāng)?shù)难舆t，使I、Q兩路的碼元邊界對齊2nTb(n為整數(shù))時(shí)間點(diǎn)；脈沖發(fā)生器的作用是周期性地〔在2nTb時(shí)間點(diǎn)上〕產(chǎn)生積分器的復(fù)位脈沖；積分器在復(fù)位脈沖的控制下以2Tb為積分周期對碼元進(jìn)行時(shí)間積分。圖10積分器抽樣判決的模型結(jié)構(gòu)如圖11所示。抽樣模塊的抽樣時(shí)刻是2nTb，和積分器的復(fù)位時(shí)間相同，即積分器的輸出在2nTb時(shí)刻發(fā)生跳變，為了防止抽樣時(shí)信號發(fā)生跳變，在抽樣判決前用延遲模塊將信號做了微小的延遲；抽樣采用了零階抽樣保持模塊實(shí)現(xiàn)，而判決那么采用了關(guān)系符操作模塊實(shí)現(xiàn)，判決的結(jié)果是{0,1}二進(jìn)制序列。圖11抽樣判決并/串轉(zhuǎn)換模塊由3個(gè)Simulink模塊組成，如圖12所示。矩陣合并模塊將I路和Q路的數(shù)據(jù)流合并為矩陣數(shù)據(jù)流；幀狀態(tài)轉(zhuǎn)換器給矩陣中的兩個(gè)元素賦予不同的時(shí)間意義，即將這兩個(gè)元素視為對同一信號的相鄰時(shí)刻的兩次采樣；最后通過解緩存模塊將矩陣〔并行〕數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為串行輸出。圖12并/串轉(zhuǎn)換8.實(shí)驗(yàn)結(jié)果運(yùn)行msk.mdl，可以得到如下的仿真結(jié)果。如圖13給出了已調(diào)MSK信號和原始發(fā)送數(shù)據(jù)〔輸入二進(jìn)制序列〕的比擬，可以明顯看出，數(shù)據(jù)0對應(yīng)較低的頻率，而數(shù)據(jù)1對應(yīng)較高的頻率，而且信號幅度恒定，相位保持連續(xù)。另外還可以比擬輸入二進(jìn)制序列和解調(diào)后的輸出二進(jìn)制序列，除了一個(gè)延遲之外，兩個(gè)序列是相同的。圖13輸入二進(jìn)制序列與輸出MSK信號討論1MSK信號對每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間Ts內(nèi)包含的載波周期數(shù)有何約