logo资料库

MATLAB仿真MSK信号的载频及相位恢复.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：4.00M 资料格式：doc 举报 版权申诉
第1页 / 共24页
第2页 / 共24页
第3页 / 共24页
第4页 / 共24页
第5页 / 共24页
第6页 / 共24页
第7页 / 共24页
第8页 / 共24页
资料共24页，剩余部分请下载后查看
    1绪论
    1.1现代数字调制技术介绍
    1.1.1正交振幅调制(QAM)
    1.1.2最小频移键控(MSK)
    1.1.3高斯最小频移键控(GMSK)
    1.2载波恢复技术的发展
    1.3 MATLAB及Simulink建模环境简介
    2MSK的调制与解调原理
    2.1 MSK信号的基本原理
    2.1.1 MSK信号的频率间隔
    2.1.2 MSK信号的相位连续性
    2.1.3 MSK信号的正交表示法
    2.2 MSK的调制
    2.3 MSK的解调
    3MSK信号载波的相位及频率恢复
    3.1 载波恢复的基本原理
    3.2 基本载波恢复方法
    3.2.1 传统方法
    3.2.2 RC算法
    4利用MATLAB仿真MSK信号的载波及相位恢复
    4.1关键模块介绍
    4.1.1 Bernoulli Binary Generator(伯努利二进制产生器)
    4.1.2 MSK Modulator Baseband
    4.1.3 AWGN Channel（加性高斯白噪声）
    4.1.4 Discrete-Time Scatter Plot Scope（离散时间发散图）
    4.2 频率及相位恢复仿真
    4.3 结果及分析
    4.3.1误码率分析
    4.3.2 星座图分析
    5总结与展望
    参考文献
    Matlab 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 分类号：TP317.4 U D C：D10621-408-(2010)1175-0 密 级：公 开 编 号：2007101027 MATLAB 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 MATLAB 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 摘 要 本文首先介绍了主要的几种现代数字调制技术，QAM、MSK、GMSK 及各 自的优点。然后简要叙述了载波恢复技术的发展与 simulink 建模环境。深入分析 了 MSK 的基本原理及其调制与解调方法。载波恢复是数字通信系统中一个必不 可少的单元，它补偿了信号在信道传输和解调过程中所造成的频偏损害和相位抖 动。本文首先阐述了载波恢复技术的思想和基本原理，在此基础上给出了两种载 波恢复算法，传统载波恢复方法和 RC 算法。在有了以上的理论基础后，进行了 MATLAB 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复，分析了仿真结果，得到结论，载波 移通 07.1——何小刚 I
    MATLAB 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 恢复技术可以很大程度的降低系统的误码率。 关键词：MSK 载波恢复 MATLAB 仿真 MATLAB simulation carrier Frequency and Carrier Phase Recovery abstract Firstly, this paper introduces several major modern digital modulations, such as QAM, MSK, GMSK and their respective advantages. And then describe the development of carrier recovery and simulink circumstance in general. Finally, we deeply analyse the basic MSK principle and its modulation and demodulation methods. It is necessary in digital communication system that carrier recovery can compensate frequency offset and phase jitter brought by transmission and modulation．we introduce the principle of carrier recovery and give some algorithms of them，the traditional method of carrier recovery and RC algorithm. Based on the 移通 07.1——何小刚 II
    MATLAB 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 previous principles ,we simulate the MSK carrier recovery in MATLAB, and then make a conclusion that the carrier recovery can seriously reduce the BER of the system. Key words: MSK carrier recovery MATLAB simulation 目录 21 页 1 绪论 ............................................................................................................................................ 1 1.1 现代数字调制技术介绍 ..................................................1 论文总页数: 1.1.1 正交振幅调制(QAM) ...............................................1 1.1.2 最小频移键控(MSK) ...............................................1 1.1.3 高斯最小频移键控(GMSK) ..........................................2 1.2 载波恢复技术的发展 ....................................................2 1.3 MATLAB 及 Simulink 建模环境简介 ........................................4 MSK 的调制与解调原理 ............................................................................................................. 4 2.1 MSK 信号的基本原理 ....................................................5 2 2.1.1 MSK 信号的频率间隔 ..............................................5 移通 07.1——何小刚 III
    MATLAB 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 2.1.2 MSK 信号的相位连续性 ............................................5 2.1.3 MSK 信号的正交表示法 ............................................6 2.2 MSK 的调制 ............................................................7 2.3 MSK 的解调 ............................................................8 MSK 信号载波的相位及频率恢复 ...........................................................................................10 3.1 载波恢复的基本原理 .................................................. 10 3.2 基本载波恢复方法 .................................................... 11 3 3.2.1 传统方法 ...................................................... 11 3.2.2 RC 算法 ........................................................12 4 利用 MATLAB 仿真 MSK 信号的载波及相位恢复 ....................................................................12 4.1 关键模块介绍 .........................................................12 4.1.1 Bernoulli Binary Generator(伯努利二进制产生器) ................ 12 4.1.2 MSK Modulator Baseband ........................................ 13 4.1.3 AWGN Channel（加性高斯白噪声） ................................ 13 4.1.4 Discrete-Time Scatter Plot Scope（离散时间发散图） ............ 13 4.2 频率及相位恢复仿真 .................................................. 14 4.3 结果及分析 .......................................................... 15 4.3.1 误码率分析 .....................................................15 4.3.2 星座图分析 .................................................... 16 5 总结与展望.............................................................................................................................. 17 参考文献 .......................................................................................................................................... 19 谢 ..........................................................................................................错误！未定义书签。 致 明 ..........................................................................................................错误！未定义书签。 声 移通 07.1——何小刚 IV
    Matlab 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 1 绪论 1.1 现代数字调制技术介绍 数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制这三种基本的数字调制方式都 存在不足之处，如频谱利用率低、抗多径抗衰落能力差、功率谱衰减慢带外辐射 严重等。 为了改善这些不足，近几十年来人们不断地提出一些新的数字调制解调技 术，以适应各种通信系统的要求。例如，在恒参信道中，正交振幅调制(QAM) 和 正交频分复用(OFDM)方式具有高的频谱利用率，QAM 在卫星通信和有线电视网络 高速数据传输等领域得到广泛应用。而 OFDM 在非对称数字环路 ADSL 和高清晰 度电视 HDTV 的地面广播系统等得到成功应用。高斯最小移频键控(GMSK)和/4 DQPSK 具有较强的抗多径抗衰落性能，带外功率辐射小等特点，前者用于泛欧数 字蜂窝移动通信系统(GSM)，后者用于北美和日本的数字蜂窝移动通信系统。 1.1.1 正交振幅调制(QAM) 随着通信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率高的数字调制方式已成为数 字 通 信 系 统 设 计 、 研 究 的 主 要 目 标 之 一 。 正 交 振 幅 调 制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 就是一种频谱利用率很高的调制方式。在中、大容量数字 微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到广泛应用。 在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变 化。过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视，并进行 了广泛深入的研究。 正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进 行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实 现两路并行的数字信息传输。 正交振幅调制信号的一般表示式为：  m )( t   [ n ( tgA n  nT s )] cos( tw 0   n ) (1.1.1) 1.1.2 最小频移键控(MSK) 一般的移频键控信号由于相位不连续、频偏较大等原因，其频谱利用率较低。 最小移频键控 MSK(Minimum Frequency Shift Keying)也称为快速移频键控，是二 移通 07.1——何小刚 1
    MATLAB 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 进制连续相位 FSK 的一种特殊形式。 所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号； 而“快速”是指在给定同样的频带内，MSK 比 2PSK 的数据传输速率更高，且在 带外的频谱分量要比 2PSK 衰减的快。 关于 MSK 的原理，本文后面会有更详细的 介绍。 1.1.3 高斯最小频移键控(GMSK) MSK 调制方式的突出优点是已调信号具有恒定包络，且功率谱在主瓣以外衰 减较快。但是，在移动通信中，对信号带外辐射功率的限制十分严格，一般要求 必须衰减 70dB 以上。从 MSK 信号的功率谱可以看出，MSK 信号仍不能满足这样 的要求。高斯最小移频键控(GMSK)就是针对上述要求提出来的。GMSK 调制方式 能满足移动通信环境下对邻道干扰的严格要求，它以其良好的性能而被数字蜂窝 移动通信系统(GSM)所采用。 MSK 调制是调制指数为 0.5 的二进制调频，基带信号为矩形波形。为了压缩 MSK 信号的功率谱，可在 MSK 调制前加入预调制滤波器，对矩形波形进行滤波， 得到一种新型的基带波形， 使其本身和尽可能高阶的导数都连续，从而得到较 好的频谱特性。GMSK(GaussianFiltered Minimum Shift Keying)调制原理图如图所 示。 预调制 滤波器 输入 MSK 调制器 输出 图 1.1 GMSK 调制原理图 GMSK 信号的表达式为 s GMSK ( ) t  cos  t   c    t 2       n a g n (   nT b  T b 2 )     d    (1.1.2) 1.2 载波恢复技术的发展 载波恢复技术是半个世纪以来一直被研究的课题。众所周知最早的有 1956 年科斯塔斯发明的同相正交环。1964 年普罗基斯等人(Proakis，et a1)以及纳 塔利和瓦尔贝塞(Natali＆Walbesser)描述了一种面向判决相位估计法。普赖斯 早期的工作也推动了面向对象估计的研究。关于锁相环综合性的论述，首先出现 在维特比(Viterbi，1966 年)和加得纳(gardner，1979 年)的著作中。锁相环(PLL) 有模拟和数字两种实现方法，林塞与切(Linsay&Chie，1981)的论文专门分析了 数字 PLL。此外，弗兰克斯(Franks．1980 年)撰写的论文描述了载波相位的方法， 移通 07.1——何小刚 2
    MATLAB 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 其 中 包 括 基 于 最 大 似 然 估 计 准 则 的 方 法 。 在 限 制 小 信 噪 比 的 情 况 下 Monenelaey&Joghe 提出了 P 阶功率估计法则，以及后人在此基础上提出的 P 阶 功率改进算法。在接收机中，有两种基本的方法处理载波同步。一种是复用法， 通常在频域采用称为导频的特殊频率，这种方法允许接收机提取导频，并使本地 震荡器与接收信号的载波频率和相位同步。插入导频法提取载波要使用窄带滤波 器，这个窄带滤波器可以用锁相环(PLL)来代替，因为 PLL 本身就是一个性能良 好的窄带滤波器。第二种方法是从已调信号直接导出载波相位的估计值，在实践 中这种方法更为普遍。该方法有一个很明显的优点，即全部发送功率都分配给了 携带信息的信号。实际上在对载波恢复的处理中仅限于第二种算法，因此假定发 送信号是抑制载波的。抑制载波的双边带信号虽然不包含载波分量，但对该信号 进行某种非线性交换后，就可以直接从其中提取出载波分量来。 随着高速系统的应用发展，比如数字电视，已经把系统设计者推向了更有效 的调制解调方案设计。高阶 QAM 以其较好的性能而被应用于众多领域，但它带来 的问题之一就是载波相位的捕获。QAM 可以被看作是 QPSK 逻辑上的扩展，可以 用适于 QPSK 的载波恢复算法，如 4 阶功率法和误差判决导向(DD-PLL)，但是随 着 QAM 数的增加，那些不在对角线上的点使得环路跟踪变得十分困难，这些算法 的性能必会下降。这样载波恢复应用上的一个重要问题就是盲接收，它不需要训 练序列，只从接收信号本身捕获频偏和跟踪相偏。在实际系统中，首先要进行频 偏捕获，等到信号星座不再旋转了(或者仅以相对于符号率来说很小的速率旋转 着)，然后再转换模式进入跟踪状态，将剩下的很小的频偏或相偏准确的纠正掉。 这样载波相位同步过程就被分成了捕获和跟踪两部分。在许多系统中，跟踪都是 由简单有效的误差判决导向(DD)完成的,而捕获则有多种方法。传统的 DD 算法采 用全星座图判决，它的捕获频偏的能力很小，通常小于±10K：有人提出了载波 相位口的极大似然估计的正确概念，利用极大似然方法导出了一个非线性估计方 程，此估计方程式无显解。在信噪比很高的情况下，利用线形逼近的技术给出了 近似的线性方程。求解此线性方程所得到的载波相位的估计值是无偏估计，但是 估计量的方差计算是十分困难的，因此实际应用是很困难的；Jablon 也提出了 用 RC PLL 的鉴频鉴相算法 14。这种简化星座判决可以看作是 DD 算法的改进， 它仅仅根据具有最大信噪比的角点符号鉴相以提高捕获的准确性，对于低制式的 QAM 信号，它的确大大扩大了锁相环的频偏捕获能力，但是对于高制式的 QAM 星 座．在整个星座图上角点符号出现的概率太低导致锁相环不能够捕获大的频偏， 而且它也不适用于 32、128QAM 等不存在角点符号的星座情况；本文要重点介绍 的极性判决算法可以看成是 RC PLL 的扩展，它对一簇相对来说信噪比较高的角 信号进行鉴相，并通过调整环路带宽来增加频偏捕获能力；此外还有一种非常简 移通 07.1——何小刚 3
    MATLAB 仿真 MSK 信号的载频及相位恢复 单实用的传统捕获频偏的方法那就是扫频。顾名思义这种算法就是以一个初始频 率出发，以扫频调整步长递增。在每个调整周期(扫频时间间隔)内计算判决前后 信号的均方误差 MSE，在跟踪到频偏的时候 MSE 会显著下降，通过比较 MSE 与一 个门限值来确定是否扫到频偏，进而决定是否停止扫频。如果在某一频率处，载 波恢复环路锁定,则停止频率扫描。 1.3 MATLAB 及 Simulink 建模环境简介 MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数 据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真 和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直 观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清 晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，基于以上优点 Simulink 已被 广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软 件和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink。 Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具，是一种基于 MATLAB 的 框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于 线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可 以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多 速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。 2 MSK 的调制与解调原理 MSK 信号具有以下特点： 1.MSK 信号的包络是恒定不变的； 2.MSK 是调制指数为 0.5 的正交信号，频率偏移等于(1/4T s )HZ; 3.MSK 波形相位在码元转换时刻是连续的； 4.MSK 附加相位在一个码元持续时间内线性的变化  /2 等； 移通 07.1——何小刚 4
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    课程资源

    共收录17145份资料，累计13个分类，关注成员有19位，主要包括：PHP,网络管理,网页制作,Java,.Net,数据库,3G/移动开发,C/C++,游戏开发,嵌入式,讲义,软件测试,专业指导

    热门标签

    PHP 网络管理 网页制作 Java .Net 数据库 3G/移动开发 C/C++ 游戏开发 嵌入式 讲义 软件测试 专业指导

    最新资料