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。
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