MSK调制与解调.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.72M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2研究目的与意义

1.3国内外研究现状

1.3.1软件无线电研究现状

1.3.2数字化调制解调技术的研究现状

1.4论文的主要工作

第二章MSK信号理论研究

2.1 MSK信号调制

2.1.1 MSK信号的基本原理

2.1.2对MSK调制方法的研究

2.2 MSK信号解调

2.2.1 MSK信号频移载波相干解调

2.2.2 MSK信号中间载波相干解调

2.2.3 MSK信号的差分检测法

2.2.4小结

2.3 MSK相干解调载波的提取

2.3.1频移载波的提取

2.3.2中间载波的提取

2.3.3仿真研究

2.3.4小结

第三章MSK信号数字化调制解调方法研究

3.1 MSK信号数字化调制方法

3.1.1 MSK信号数字化调制

3.1.2 MSK信号数字化调制方案仿真

3.2 MSK数字化解调算法

3.2.1 DFT处理数字信号原理

3.2.2基于DFT的MSK数字化解调算法

3.2.3 MSK数字化解调方案仿真

3.3 MSK信号数字化调制解调方案运算量分析

第四章准MSK信号调制解调

4.1准MSK信号

4.1.1准MSK信号原理

4.1.2准MSK信号调制原理

4.2准MSK信号数字化调制

4.3准MSK信号数字化解调

4.4小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

附录一：由正交调幅(QAM)来形成MSK信号

致谢

攻读学位期间主要的研究成果

中南大学硕士学位论文MSK数字化调制解调技术研究姓名：胡敏申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：肖大光20070401

摘要软件无线电是现代通信技术的重要研究领域和发展方向。目前，软件无线电发展的瓶颈是硬件性能和信号处理中巨大的计算量之间的矛盾。因此，进行深入地理论研究，提出新的解决方案和计算量小的信号处理算法，特别是调制解调算法，对软件无线电技术的完善和应用有着显著的意义。本文研究对象是恒定包络调制技术中的最小频移键控(MSK)。它具有相位连续、频带利用率高的特点，在无线通信系统中得到广泛地应用。本文介绍了MSK的基本原理，深入分析了相关文献中提到的MSK调制解调方法，指出了存在的一些问题，并提出了相应的改进措施。对MSK相干解调中载波同步问题进行了讨论，给出了频移载波和中间载波的提取方法。相关分析和结论都通过软件仿真进行了验证。根据软件无线电的要求和MSK信号的特点提出了改进的MSK数字化调制解调方法。该数字化调制方案是通过调用相应码元的波形数据来形成MSK调制信号，其程序简单，计算量小。解调方案采用基于离散傅立叶变换(DFT)的数字化解调算法，其基本思想是：对接收信号按一个码元宽度进行DFT运算，分别求出其与1码和0码载波频率对应的数字频率分量的幅值，然后进行判决恢复码元信息。仿真结果表明：该算法与传统解调方法相比，计算量减小，抗噪性能得到改善，且对位同步相对不敏感。最后针对MSK载波同步比较困难的问题，提出了一种频移系数h=l的准MSK信号，它保持了MSK信号的主要优点，且信号中包含了频移载波的频率分量，降低了载波同步的难度，改善了误码性能。关键词软件无线电，调制解调，MSK，载波同步，DFT

ABSTRACTSoftwareradioiSanimportantresearchfieldanddevelopmentinthemodemcommanicationtechnology．NowthelimitationondevelopmentofsoftwareradioiSthecontradictionbetweentheperformanceofhardwareandtheenormouscalculationinthesignalprocessing．Sofurtherresearchingthetheoryandputtingforwardthenewmethodsandthesignalprocessingalgorithmwiththesmallcalculation，especiallymodulationanddemodulationalgorithms．whichiSdistinctsignificanttoperfectandapplythesoftwareradiotechnology．Inthispaper,minimumfrequencyshif【keying(MSK)isresearched，whichisaconstantenvelopemodulationtechnology．Ithasthecharacteristicofcontinuousphaseandhighbandwidthutility．ItiSwidelyappliedinthewirelesscommunicationsystem．Thepaperintroduces幽ebasictheoryofMSK，andanalysesdeeplythemodulationanddemodulationmethodsforMSK，whichthecorrelativepapersmentioned．andpointsoutsomeproblems，thenputsforwardtheimprovedmethods．ThecarrierrecoverinthecoherentdemodulationforMSKisalsodiscussed．Themethodsofcarryingthefrequencyshiftcarrierandmiddlecarrierareputforward．Thecorrelativeanalysisandconclusionsarevalidatedbysimulation．AccordingtotherequestofsoftwareradioandthecharacteristicofMSK，theimproveddigitalmodulationanddemodulationmethodsforMSKareputforward．ThisdigitalmodulationmethodusesthedataofrelevantcodewaveformtoproducetheMSKsignal．itsgrogramissimpleandthecalculationissmall．ThedemodulationmethodusesthedigitaldemodulationalgorithmbasedonDFT．ItsbasicideaiStodoDFTwiththeMSKsignalsamplesineachcodecircletocalculatethesignalamplitudecorrespondtothecarderfrequenciesof1codeand0code，thenrecoverthedigitalsignalbyjudgingtheamplitude．111eresultofsimulationindicatesthatthisalgorithmhasthelesscalculation，thebeRerantinoiseperformance，andthe1esssensitivebitsynchronizationcomparedtotheclassicdemodulationmethods．Atlast。aimedatthedifficultyofcarriersynchronizationintheMSK．Ⅱ

quasi．MSKsignalisputforwardwhosemoduleoffrequencyshiftish=l·ItinheritsthemainadvantagesofMSKsignal，andthereisthefrequencyshiftcarrierinthesignal．Itreducesthedifficultyofcartierrecoveryandimprovestheperformanceoferrorbitrate．KEYWORDSsoftwareradio，modulationanddemodulation，MSK，carriersynchronization，DFT11I

原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：!邀日期：缱年上月鱼日关于学位论文使用授权说明本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。日期：坞b上月卫日

硕士学位论文第一章绪论1．1课题背景第一章绪论19世纪开始发展电通信以来，通信技术的发展速度很快，特别是在本世纪50年代以后发展更为迅速，其快速发展的基础一方面是元器件技术的进步，另一方面则是当代在通信理论上的研究成果。目前，通信技术的研究热点和发展方向是软件无线电。所谓软件无线电就是要在无线通信设备中尽可能多地用软件来完成无线通信系统中的各种功能，例如信号方式识别、调制解调、数据加密、差错控制编码、通信协议执行等等flI。其中，调制解调技术在软件无线电以及通信理论中都居于核心地位。本课题源于研究适合于软件无线电的信号处理算法，主要涉及软件无线电及通信理论中的调制解调技术。从七、八十年代开始，随着数字处理技术的发展和成熟，无线电台系统的控制、信源信道编解码、硬件技术等多方面都实现了从模拟到数字的过渡。微电子技术的发展也使得器件的集成度越来越高，各种数字电路和数字芯片广泛应用于通信设备中，使无线电台的体积、重量和功耗都大大减小，在功能和性能方面都有了长足的进步。有人提出了全数字收发信机的概念，将电台中的绝大部分用数字电路来替代，将模拟信号经A／D采样数字化，运用数字处理技术对信号进行处理，完成信息的接收和发射，这是无线传输设备在本质上的一次飞跃Ⅲ。但是，数字电台仍存在许多不足之处，其功能的实现对于硬件有很强的依赖性，特定的电台仅能在特定的通信系统中使用，不能在不同的通信系统中实现通用。另外，随着功能业务的扩展，新老电台的兼容也很困难。因此，面对无线通信系统中的多种制式，现有的无线电台已无法满足未来通信的目标。为了适应通信技术的快速发展，首先必须解决不同通信系统之间的互通问题。1992年5月，MILTR公司的JoeMitola在美国电信系统会议上首次明确提出了“软件无线电(SoftwareRadio)”的概念。其基本思想是构造一个通用的开放性可编程硬件平台，通过加载相应的软件模块来实现相应的电台功能。在通用平台上，只需更改相关软件就可以很方便地完成对电台功能的修改及扩展，而不必重新设计构造硬件电路。这样的软件无线电台很容易实现与现有的或未来的多种电台的兼容，最大限度地满足互联互通的要求，而且电台更新时还可以节省大量的开发时间和研制费用，在无线通信领域具有广阔的应用前景13I。软件无线电的主要特点是：(1)减少了通信设备的硬件电路，使系统的可靠性大大提高(软件是不会发生老化、变质和损坏的)，生产和维护十分简单：

硕士学位论文第一章绪论(2)可以通过更新软件来实现系统功能和性能指标的升级；(3)可以用很低的代价扩展系统的功能，达成对多种信号体制兼容的工作能力；(4)通过改进数字信号处理算法，可以获得比基于电路的传统通信设备更好的性能指标【41。软件无线电概念一经提出。立即受到人们的极大关注，近年来得到了迅速发展。它利用同样的硬件设备和不同的软件模块来适应不同频段、不同调制方式下的通信。典型的软件无线电系统结构如图1．1所示，主要由天线、射频前端、宽带A／D．D／A转换器、通用或专用数字信号处理器(DSP)以及各种软件组成。与传统的无线通信系统相比，理想的SDR接收机是在靠近天线的地方使用宽带A／D转换器，尽早地完成数字化，是以软件为核心的崭新无线通信体系结构【51【“。在软件无线电中，最重要和最具挑战性的部分就是高性能的A／D、D／A变换器和以DSP为核心的实时信号处理器。而具有高速运算能力的数字信号处理器则是整个软件无线电系统的灵魂所在，从前端接收到的信号或是将要发射出去的信号都要经过DSP地处理。软件无线电的灵活性、开放性，兼容性等特点主要是通过以数字信号处理器为中心的通用硬件平台以及DSP软件来实现的。圈1-1软件无线电基本结构软件无线电对数字运算要求实时性、准确性，包括运算速度、运算能力、数据存储容量、数据吞吐速率等。现有的DSP无论在功能还是性能上，还不能完全满足软件无线电的要求。因此，软件无线电中需要的大量运算需求与目前硬件水平所能提供的运算资源之间的矛盾成为了其发展瓶颈。解决这一矛盾可从以下两个方面着手：一方面努力发展集成电路，提高器件性能；另一方面则应超越器件水平的限制，进行深入地理论研究，提出新的解决方案和计算量小的信号处理算法【，】，特别是其中的调制解调算法。因为在各种信号处理算法中，调制解调算法占据着极其重要的地位，尤其是解调算法，不仅相当复杂，而且直接决定了系统的工作性能。由于软件无线电提供不同系统之间的互操作，因此在软件无线电中对各种调制方式的信号都有研究的必要性，有针对性地开发相应的解调算法。2

硕士学位论文第一章绪论1．2研究目的与意义本课题的研究内容主要涉及在无线电通信中广泛应用的最小频移键控信号(MSK)的调制解调原理以及数字化调制解调方法。与其他数字调制信号相比，MSK信号的优点在于：功率谱密度集中，频带利于率高；频带较窄，在跳频扩频通信中可以增加跳频点；具有恒包络特性，适用于功率受限进行非线性放大的场合；l码和0码信号的波形正交，有利于构成最佳接收系统来降低误码率。基于它具有的许多优点，MSK信号在理论和应用中都占有十分重要的地位。在现有的文献资料中，还没有关于MSK信号数字化调制解调技术完整的和令人信服的理论，对MSK信号的原理也存在进一步讨论的必要。通过对MSK信号调制解调原理的分析以及数字化调制解调方法的研究，提出更好的信号处理算法将对软件无线电技术的完善和推广应用有着显著的意义。课题研究的目的在于：在探讨MSK信号调制解调系统的原理和设计原则的基础上，进一步提出MSK信号数字化调制解调的具体方案，并用软件仿真的手段对它们的可行性和性能指标进行研究。1．3国内外研究现状1．3．1软件无线电研究现状软件无线电概念的提出和最初的应用都是在军用通信中，而目前对软件无线电的研究呈现上升趋势。美军已经成功地研制了Speakeasy多频段多模式电台，它能同时处理四种不同信号的波形(包括AM到M．QAM等)，能够兼容美军15种以上的电台(这些电台在频段、通信方式、组网方式、调制方法、语音速率、编码方式以及信息保密方法上都有很大差异)【2J。近年来软件无线电在各种民用通信系统中也显露出了广阔的应用前景。随着模／数转换器与数字信号处理器件地迅速发展，软件无线电技术广泛地应用于蜂窝移动通信、卫星通信和全球定位系统等，而且成为了第二、三代移动通信系统的研究热点18】。Ericsson、Motorla等公司就软件无线电在移动通信基台方面进行了深入的研究。美国Arinet公司已研制出可以灵活配置的移动通信基台。此外，在欧共体的ACTSFIRST项目中，则将软件无线电技术应用于设计多频／多模(可兼容GSM、DCSl800、WCDMA及现有的大多数体制)可编程手机。软件无线电技术在我国也受到了高度地重视。1996年软件无线电技术被列入国家“863”计划通信主题的研究项目，1999年被列入国家自然科学基金的重3

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