1、引言

　　本課程設計主要用于MSK信號的調(diào)制與解調(diào)，同時進一步了解MSK信號的的解調(diào)調(diào)制原理以及其性能。再次基礎上進一步對信號疊加噪聲，并繪制相應波形，同時進行分析。

　　1.1課程設計目的

　　利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來實現(xiàn)MSK的調(diào)制解調(diào)，并繪制出解調(diào)前后的時域和頻域波形及疊加噪聲時解調(diào)前后的時頻波形，根據(jù)運行結(jié)果和波形來分析該解調(diào)過程的正確性及信道對信號傳輸?shù)挠绊憽Ｍㄟ^這次課程設計進一步加深了我對最小二進制相移鍵控（MSK）調(diào)制解調(diào)性能的理解與掌握，同時將課堂上學到的理論知識用于實踐。增強了我在模擬仿真方面的能力，為以后系統(tǒng)開發(fā)和通信系統(tǒng)仿真打下了良好的基礎。

　　1.2課程設計要求

　　通過課程設計，掌握M文件的使用，同時進一步加深MSK調(diào)制解調(diào)的原理，在此基礎上編寫出MSK調(diào)制解調(diào)的程序。并繪制出MSK信號解調(diào)前后在時域和頻域中的波形，觀察解調(diào)前后頻譜有何變化以加深對MSK信號解調(diào)原理的理解。通過這一些之后再加上噪聲，對信號解調(diào)，并繪制出解調(diào)前后信號的時頻波形，改變噪聲功率進行解調(diào)，分析噪聲對信號傳輸造成的影響。

　　1.3課程設計步驟

　　先定義MSK輸入信號的參數(shù)然后用dmod函數(shù)做輸入的調(diào)制，之后畫相應的頻譜圖。再用dedmod做解調(diào)輸出。然后加入噪聲，再進行解調(diào)輸出。

　　1.定義載波頻率Fs，輸出信號頻率Fd，采樣頻率Fs。

　　2．設置輸入信號X，同時做信號的調(diào)制。

　　3.畫出相應的波形圖。

　　4.做輸出信號的解調(diào)波形，同時畫解調(diào)波形圖。

　　5.加入高斯白噪聲。再進行信號的解調(diào)輸出，畫相應的波形。

　　6.對結(jié)果進行比較分析。

　　1.4課程設計平臺

　　本課程設計中應用M文件設計MSK信號調(diào)制解調(diào)程序。所以在本課程設計中有必要對MATLAB進行簡要的描述。

　　MATLAB語言是當今國際上科學界最具影響力、也是最具活力的軟件。它具有強大的數(shù)學運算能力、方便實用的繪圖功能及語言的高度集成性。MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）之意。MATLAB除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算、文字處理、可視化建模仿真和實時控制等功能。

　　MATLAB的出現(xiàn)使得通信系統(tǒng)的仿真能夠用計算機模擬實現(xiàn)，免去構建實驗系統(tǒng)的不便，而且操作十分簡便，只需要輸入不同的參數(shù)就能得到不同情況下系統(tǒng)的性能，而且在結(jié)果的觀測和數(shù)據(jù)的存儲方面也比傳統(tǒng)的方式有很多優(yōu)勢。因而MATLAB在通信仿真領域得到越來越多的應用。MATLAB的一大特點是提供了很多專用的工具箱和模塊庫，例如通信工具箱和模塊庫、數(shù)字信號處理工具箱和模塊庫、控制工具箱和模塊庫等，MATLAB在這些工具箱和模塊庫中提供了很多常用的函數(shù)和模塊，使得仿真更容易實現(xiàn)。

　　在本課程設計里，我們主要利用MATLAB中的M文件實現(xiàn)MSK解調(diào)器的設計，對解調(diào)前后波形進行比較，繪制時域波形。

　　2、MSK調(diào)制解調(diào)原理

　　MSK信號是一種包絡恒定、相位連續(xù)、帶寬最小并且嚴格正交的2FSK信號，其波形如圖2-1所示。

　　2.1MSK基本原理

　　MSK信號是一種相位連續(xù)、包絡恒定并且占用帶寬最小的二進制正交FSK信號。它的第k個碼元可以表示為：

　　MSK信號具有特點如下：①MSK信號是正交信號；②其波形在碼元間是連續(xù)的；③其包絡是恒定不變的；④其附加相位在一個碼元持續(xù)時間內(nèi)線性地變化2/??；⑤調(diào)制產(chǎn)生的頻率偏移等于T4/1?Hz；⑥在一個碼元持續(xù)時間內(nèi)含有的載波周期數(shù)等于1/4的整數(shù)倍。

　　2.2MSK正交表示法

　　式（2-1）可以用頻率為sf的兩個正交分量表示。將式（2-1）進行三角公式變換，得到：

　　式（2-2）表示，此MSK信號可以分解為同相分量（I）和正交分量（Q）兩部分。

　　2.3MSK信號的調(diào)制

　　由式（2-2）可知，MSK信號可以用兩個正交的分量表示。根據(jù)該式構成的MSK信號的產(chǎn)生方框圖如圖2-2所示。

　　2.4MSK信號的解調(diào)

　　由于MSK信號是最小二進制FSK信號，所以它可以采用解調(diào)FSK信號的相干法和非相干法解調(diào)。

　　圖2-3是MSK信號的解調(diào)原理框圖。

　　3、仿真實現(xiàn)過程

　　3.1MSK信號的產(chǎn)生

　　因為MSK信號可以用兩個正交的分量表示：

　　式中：右端第1項稱作同相分量，其載波為；第2項稱作正交分量，其載波為。

　　在仿真時先設置輸入信號的參數(shù)：載波頻率Fc調(diào)制后，數(shù)字信號速率Fd，模擬信號采樣率Fs。之后產(chǎn)生要調(diào)制的隨機數(shù)字信號x;然后用dmod函數(shù)進行調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)制信號。dmod函數(shù)是MATLAB中一個常用來進行信號調(diào)制的函數(shù)，它后面的參數(shù)包括被調(diào)制信號，載波信號的頻率，輸出信號的速率以及采樣速率和所進行調(diào)制的函數(shù)。

　　部分程序代碼和仿真圖如下所示：

　　由調(diào)制波形圖可以看出MSK的調(diào)制信號特性與2FSK調(diào)制信號的特性非常的相似，即：當輸入信號為“1”時，調(diào)制后的波形比輸入信號為“0”時的波形要密。同時MSK信號的包絡是恒定的，相位則是連續(xù)的。帶寬相對于一般的2FSK信號要小，而且正交。

　　3.2MSK解調(diào)實現(xiàn)

　　由于MSK信號是最小二進制FSK信號，所以它可以采用解調(diào)FSK信號的相干法和非相干法解調(diào)。

　　在進行程序仿真時，用ddemod函數(shù)進行調(diào)制信號的解調(diào)。同時畫出解調(diào)前后的時域與頻域的波形圖。在畫頻域的波形圖時先對已調(diào)信號與解調(diào)信號進行DTFT變換，之后畫出相應的波形。ddemod函數(shù)是與dmod函數(shù)相對應，用來對已調(diào)信號進行解調(diào)的。其后面的參數(shù)與dmod函數(shù)后的一模一樣。

　　部分程序與仿真波形圖如下所示：

　　由解調(diào)信號的時域波形可以看出，解調(diào)后的波形與原始輸入信號的波形完全一致。同時不難發(fā)現(xiàn)解調(diào)后的信號很穩(wěn)定。

　　由解調(diào)后的頻域波形可以看出MSK信號的穩(wěn)定性很好，說明MSK信號的抗噪聲性能很強。

　　通過調(diào)制前和解調(diào)后的頻域波形比較，發(fā)現(xiàn)解調(diào)非常的成功，波形被完整無誤的輸出來。

　　3.3疊加噪聲的MSK解調(diào)

　　由于信號在傳輸?shù)倪^程中難免要受到外來噪聲的影響，所以在進行通信仿真時務必要在理想的模擬通信系統(tǒng)中加入高斯白噪聲對系統(tǒng)進行影響，以此來判斷一個通信系統(tǒng)抗噪聲性能的好壞。

　　在這次課程設計中，我利用awagn函數(shù)對已調(diào)信號加入信噪比為0.001的高斯白噪聲。然后對加入了噪聲的已調(diào)信號進行解調(diào)，同時畫出其時域與頻域的波形，將其與沒有加噪聲的調(diào)制信號進行比較，不難發(fā)現(xiàn)：加入噪聲后對已調(diào)信號的影響很大，但對解調(diào)信號而言，噪聲對解調(diào)后的影響還是有一定限度的。這說明MSK解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能很強。

　　仿真的部分程序與相應的仿真波形圖如下所示：

　　通過symerr函數(shù)對解調(diào)信號的誤碼率進行測定，得到的誤碼率為0.0024.因為輸入的隨機序列長度為10000，錯了24個。說明MSK信號的抗噪聲性能很強。當將信噪比變?yōu)?時，輸出的誤碼率很快發(fā)生了變化，由原來的0.0024變?yōu)榱?.0000e-004.圖形也同時發(fā)生了變化。通過圖形的比較，可以發(fā)現(xiàn)噪聲對調(diào)制信號的影響很大，但通過解調(diào)后影響相對減小了很多。

　　在多次改變信噪比后，將信噪比與誤碼率聯(lián)合做了如圖3-8所式的波形圖。

　　通過圖形可知，隨著系統(tǒng)信噪比的增加，解調(diào)后輸出的誤碼率隨之減小，當信噪比增加到一定程度時，誤碼率變?yōu)?。說明噪聲對信號的影響在一定程度上是可以減小，但很難消除，因為每一個系統(tǒng)都不可能是理想系統(tǒng)，總會受到外界的干擾。

　　4、遇到的問題及解決辦法

　　遇到的問題一：在設計程序時由于一開始使用的不是隨機序列，同時MSK信號的抗噪聲性能很強，當輸入的是有限個序列時，很難判斷出噪聲對信號的影響。所以在加入噪聲后再進行解調(diào)時根本就無法發(fā)現(xiàn)噪聲對信號的影響。

　　解決辦法：利用randint函數(shù)來產(chǎn)生100個隨機序列，然后再在調(diào)制好了的信號上加入高斯白噪聲，之后對調(diào)制信號解調(diào)。這樣發(fā)現(xiàn)噪聲對信號的一點點影響。遇到的問題二：在畫解調(diào)信號前后的頻域波形時，由于忽略了調(diào)制信號和解調(diào)后的信號長度不一致，所以只設置了一個參數(shù)n1，當進行仿真畫圖時一直都無法畫出來。解決辦法：在老師的指導下，我又重新檢查了一變程序。后來發(fā)現(xiàn)錯誤，并重新添加了參數(shù)n2，然后在進行DTFT轉(zhuǎn)換后畫圖得到了正確的結(jié)果。

　　遇到的問題三：在加入高斯白噪聲時，由于不清楚awgn這個函數(shù)，所以我一直按照參考書上的方法進行噪聲的添加，但噪聲卻一直沒有成功的添加。

　　解決辦法：在老師的知道下，我通過MATLAB里的help幫我很快了解了awgn函數(shù)，后來成功加入噪聲也是可想而知的了。