中频数字接收机的MSK调制解调仿真

黄 嵩， 姚远程, 蔡晓丽

（西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621010）

0 引言

经典的数字调制系统包括幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)以及相移键控(PSK)，它们在数据改变的瞬间，波形相位是不连续的，而这种相位突变将给信号频谱造成较大的旁瓣[1]，同时可能对相邻信道产生干扰，对于某些场合，这些调制方式都是不合适的。而利用窄带滤波器清楚PSK信号的旁瓣虽然可以不影响信息的传输，但是滤波后的信号不再是等包络的，经过非线性信道之后会产生包络失真[3]，因此需要对已滤除的旁瓣重新恢复，降低了信道频谱的利用率[4]。连续相位频移键控（CPFSK）信号功率谱的带外衰减远快于其他相位不连续的数字调制信号的功率谱。而最小频移键控（MSK）调制是CPFSK中调制指数 1/2h= 的特例。因为其恒定包络、频带利用率高等特点，在无线通信系统中得到了广泛应用，这里提出了一种利用Simulink模块来实现MSK调制解调的方法，这对利用软件无线电平台来实现MSK是有重要意义的。

1 MSK信号模型

MSK信号可以表示为：

其中：

这里的A为载波幅度；cf为载波频率；rect为矩形函数，na和nb取值均为1±，分别对应于1和0，他们是输入信息序列经过串/并变换得到的两个二进制序列。所以这里可以写成I/Q两路正交调制的形式[5]。在下面 Simulink仿真软件中也采用这种方式来生成调制模块。

2 MSK模块的构成

2.1 MSK调制部分Simulink模块的构成

MSK作为一种调制解调模式，具有和其他数字发射机和接收机相同的模块，如图1所示：即发射机、加性高斯白噪声信道（AWGN信道）和接收机三部分组成[4]。

图1 数字调制解调的基本模块

在这里以数据率 Rb= 1 00Kb/s,载波频率 fc= 4 00kHz的信号为例，仿真MSK调制解调的过程。根据公式（1），这里可以写成I/Q两路正交调制的形式，在这里采用这种方式来生成调制模块。

其中发射机部分组成为图2。

图2 MSK调制的Simulink模块

2.2 加性高斯白噪声信道

加性高斯白噪声信道（AWGN信道）是直接利用Simulink自带的AWGN模块，可以通过设置其中的信噪比来改变信道的性能。

2.3 MSK解调部分Simulink模块的构成

MSK作为一种特殊的2FSK，如果把MSK看成是正交2FSK，用2FSK方法进行相干解调，并且每隔bT时刻做出判决，则与最佳接收时相比性能要下降3 dB。而如果把MSK看成正交 2FSK，采用鉴频器的方法进行非相干解调，其误码性能与正交2FSK相干解调时相比还要下降约3.6 dB。因此此处采用一种 MSK最佳接收机的方式对其解调[2,6]。MSK解调的Simulink模块如图3所示。

图3 MSK解调的Simulink模块

3 仿真结果

由发射机构成框图可以观察到，输入的信息序列依次经过差分预编码、串并转换之后形成IQ两路信号，在Q路经过bT延迟之后，并行的两路信号经过波形成形与载波信号相乘最终得到MSK的调制信号，由Scope可以观察到MSK调制信号的波形如图4、图5所示。

图4 MSK调制波形

图5 MSK调制局部放大波形

由图4与图5可以看到MSK调制以后的波形为包络恒定的波形，并且波形的相位是连续的。

通过改变 AWGN信道的信噪比（SNR）参数可以得到不同的误比特率（BER）如表1所示。

表1 信噪比与误比特率

在MSK调制信号通过干扰信道以后，可以观察到如图4的MSK调制信号经过AWGN信道的波形如图6所示。

图6 MSK经过AWGN信道之后的波形

从图 3解调部分的框图中可以看到，通过噪声信道的MSK信号经过载波恢复，数字低通滤波器，然后经过最佳状态接收机处理[2]，由判别电路实现并/串转换，最后通过差分解码恢复出信息序列。

从图7可以观察到解调之后的信息序列基本对输入序列进行了恢复，达到了预期的效果，达到了设计的目的。

图7 延迟后的输入信息序列和解调信息序列

4 结语

MSK作为数字通信中最重要的调制方式之一，在移动通信等领域中广泛应用，根据一款中频数字软件无线电接收机的研制要求，分析了 MSK在数字通信中调制解调的原理，并用Simulink对其进行了仿真，通过仿真验证了 MSK调制解调的正确性，从而保证了工程可实现性。

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