【附代码片解释】MSK正交调制&正交解调&mskmod函数 |
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近在做MSK的正交调制解调仿真,有一些心得体会,也踩了一些坑,再次记录一下。 我的目标是,自己写一个正交调制解调,其性能和matlab自带的mskmod和mskdemod函数性能相近,功能相同,输出相同。 一、 mskmod函数初探发现了一些mskmod函数的一些秘密,在此记录一下 mskmod - Minimum shift keying modulation This MATLAB function outputs the complex envelope y of the modulation of the message signal x using differentially encoded minimum shift keying (MSK) modulation. y = mskmod(x,nsamp) y = mskmod(x,nsamp,dataenc) y = mskmod(x,nsamp,dataenc,ini_phase) [y,phaseout] = mskmod(...)从help mskmod函数我们可以得到mskmod函数的使用方法 1. 基础用法最基础的是直接输入需要调制的信息序列和输入上采样倍数 信息序列:输入需要是01序列,不能是+1/-1这种 上采样:即一个波形采样多少个点,比如一个波形时间为1s,采样率为100Hz,那么上采样倍数就是100,如果一个波形时间为2s,采样率为100Hz,上采样倍数就是50 在实际的仿真代码中,我是这样设置的: R = 1e1; % The bit speed Fc = 1e1; % The carrier frequency Fs = 1e2; % the sample frequency Ts = 1/Fs; Upsample = Fs/R; 2.编码mskmod函数第三个参数是是否做数据差分编码,默认情况下,mskmod是’diff’方式进行调制,也就是默认情况下,mskmod函数认为你的输入是已经经过差分编码的 ’nondiff’ 表示输入的数据是未经差分编码 ’diff’ 表示输入的数据是经过差分编码的 但是要注意,这里有一个大坑!!!! 起初我认为,我在mskmod函数里输入diff,是让mskmod函数帮我做一个差分编码,但是仿真结果总是出错,后来我扣了扣mskmod代码注解的字眼 dataenc can be either ‘diff’ for differentially encoded MSK or ‘nondiff’ for nondifferentially encoded MSK. 这里他用的encoded,意思是已经编码过的,非常坑!! 言归正传,由于msk有相位模糊的问题,因此一般是加上差分编码,这里附上差分编码的代码: % msk差分编码 b0=1; for i=1:N encode_output(i)=b0*bitstream(i);%对应bk b0=bitstream(i); end这里也有一个误区,有两种常见的差分编码形式,需要好好区分,用对才可以 msk需要的差分编码是如下图这种方式![]() 而另一种差分编码(查分曼彻斯特码)的编码方式通常用在bpsk里: b0=1; for i=1:N encode_output(i)=-b0*bitstream(i); b0=encode_output(i); end %差分编码 3.初相初相这个我没有太多研究,一般都是设置为0,默认也是0 二、 正交调制经过对mskmod函数的探索,我将mskmod配置到我需要的形式,然后进行正交调制,我的目标是,正交调制的输出和mskmod函数输出相同,参考的是书上这段表格 正交调制的代码为: I=[];Q=[];%奇数进I路、偶数进Q路 bitstream3 = [bitstream1(1),bitstream1]; I = bitstream3(1:2:length(bitstream3)); Q = bitstream3(2:2:length(bitstream3)); %调制 I_data=[];Q_data=[]; base_wave=-1/R:1/Fs:1/R-1/Fs; % I_data = kron(I,cos(pi*base_wave/(2*T))); n = -Upsample:length(I)*2*Upsample-Upsample-1; cos_I = cos(pi*n*Ts*R./2); I_data_temp = kron(I,ones(1,2*Upsample)).* cos_I; I_data = I_data_temp(Upsample+1:end+Upsample*(mod(N,2)-1));%取出零时刻的值 %此处考虑了总共有奇数个bit需要传输的情况,实际上不需要考虑 % Q_data = kron(Q,sin(pi*base_wave/(2*R))); n = 0:length(Q)*2*Upsample-1; sin_Q = sin(pi*n*Ts*R./2); Q_data_temp = kron(Q,ones(1,2*Upsample)) .* sin_Q; Q_data = Q_data_temp(1:end-Upsample*mod(N,2));%%取出零时刻的值 %此处考虑了总共有奇数个bit需要传输的情况,实际上不需要考虑 % Q路延迟半个符号 number_delay=length(base_wave)/2; % Q_data1=[zeros(1,number_delay),Q_data(1:length(Q_data)-number_delay)]; % 载波信息 bit_t=0:1/Fs:N/R-1/Fs; I_carrier=cos(2*pi*Fc*bit_t); Q_carrier=sin(2*pi*Fc*bit_t); % 调制 I_band = I_data.*I_carrier; Q_band = Q_data.*Q_carrier; % 两路合成一路 MSK_signal = I_band + 1i*Q_band;其正交调制框图参考书上的结构: 最终得到的波形图为 解调部分就比较简单,就是正常的正交解调 I_output = MSK_receive.*I_carrier; I_filter_ouput_delay=[I_output(number_delay+1:end) zeros(1,number_delay)]; Q_output = MSK_receive.*Q_carrier;这里需要对i路进行一个补偿和延迟,这是因为: 仔细观察书上的那个表格,其实要传输的序列应该是从0时刻开始,而-2和-1时刻是人为补偿的数据,为了能够进行差分编码,因此i路传输的数据其实是6个数据,前面包含了一个自己设置的1,而这个1与我们的数据没有关系,因此在解调是应该去除半个周期的头部,但是这样操作会使得i路数据变短了,无法解调出最后一个数据,因为缺了半个周期,因此我们这里进行补零,补零不影响数据的解调,只是补足了缺少的数据。 解调时,先进行一次本地相关,然后积分判决就可以得到iq数据,代码如下: %第二次本地相关解调 I_dected = real(I_filter_ouput_delay).*cos_I(2*number_delay+1:end); Q_dected = imag(Q_output).*sin_Q; %积分判决 for i=1:round(N/2) I_recover(i) = sign(sum(I_dected((i-1)*2*number_delay+1:i*2*number_delay))); Q_recover(i) = sign(sum(Q_dected((i-1)*2*number_delay+1:i*2*number_delay))); end % 合并IQ两路 bit_recover = zeros(1,N); bit_recover(1:2:end) = Q_recover; bit_recover(2:2:end) = I_recover; bit_recover = (bit_recover+1) / 2;至此,我们完成了所有的代码,可以比对数据得到误码率了 仿真得到的误码率曲线为: 都看到这里了,我就告诉你一个小秘密,不知道你注意到了没有,代码中没有低通滤波!! 是的,我故意的,没想到吧,但是别急着骂我,上面代码仿真出来的结果肯定和理论值相同的,代码没问题,仿真没问题,结果也没问题,那是我有问题 ? 从理论上来说,与本地载波自相关后肯定要过一个低通滤波来滤除高频项,而且我与本地载波进行了两次自相关,应该要用两个低通滤波才行,这就涉及到下面我说的两个问题了 . . 这里有我本人也没搞清楚的两个点,希望大家一起讨论: 先说第二次自相关和第二个理论上的低通滤波: 这里其实我是用累加来代替低通滤波了,高频项在累加过程中,sin或cos函数转了一圈,积分为0,因此变相的完成了低通滤波第一次与本地载波自相关后我没有加入低通滤波 其实这里我本来在代码中写了低通滤波器的,并且仿真得到的结果与理论值也是一样的,但是我突然想,如果我去掉这个低通滤波,我只用一个低通滤波可不可以? 这里以I路的公式为例,如果第一次相关后不做低通滤波,那么高频项会一直保留,在第二次相关时产生高频。一开始我直观的想,我进行累加,第二次相关的2到5项都会积分得到零,所以仿真中我去掉了第一个低通滤波,进行仿真,结果和不进行第一次低通滤波的误码率相同。 但是实际上,只有第二项可以在累加求和中得到零,其他项由于存在Wc频率的sin或cos,导致积分不为零,因此,从理论上讲这会影响我的误码率,但是仿真结果是正确的,而且我也考虑了Wc和Ts的倍数关系,我将两者设置成不是整倍数的数值,仿真结果也是正确的,这让我很费解![]() |
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