MSK调制解调实验报告汇总
实验一 MSK 调制解调实验报告
一、实验原理及工作过程
1、MSK 调制原理
MSK 称为最小移频键控,是移频键控(FSK )的一种改进型。这里“最小”指的是能以最小的调制指数(即0.5)获得正交信号,它能比PSK 传送更高的比特速率。
二进制MSK 信号的表达式可写为:
()cos =t S MSK ??
?
?
?++k k c t Ts
a t ?πω2
kTs t Ts k ≤≤-)1(
c ω——载波角频率; Ts ——码元宽度;
k a ——第k 个码元中的信息,其取值为±1;
k ?——第k 个码元的相位常数,它在时间kTs t Ts k ≤≤-)1(中保持不变;
当k a =+1时,信号的频率为:2f =c f +Ts 41 当k a =-1时,信号的频率为:1f =c f -Ts 41
由此可得频率之差为:f ?=2f -1f =Ts
21
那么MSK 信号波形如图2.1-1所示:
图2.1-1 MSK 信号波形
为了保持相位的连续,在t =kTs 时间内应有下式成立:
k ?=1-k ?+(1-k a -k a )(
2
π
(1-k ))
即:当k a =1-k a 时,k ?=1-k ?;
当k a ≠1-k a 时,k ?=1-k ?±(1-k )π;
若令0?=0,则k ?=0或±π,此式说明本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入有关,还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。
()cos =t S MSK ??
?
?
?++k k c t Ts
a t ?πω2
=k ?cos )(
t Ts
2cos π
t c ωcos -k
a k ?cos )(t Ts
2sin π
t c ωsin
kTs t Ts k ≤≤-)1(
令k ?cos =k I , -k a k ?cos =k Q 则:()t S MSK =k I )(
t Ts
2cos π
t c ωcos +k Q )(
t Ts
2sin π
t c ωsin
kTs t Ts k ≤≤-)1(
为了便于理解如图2.1-2所示:
1
23
4
5
67
8
9101112131415161718192021222324
+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1k a k
?k
d k ?cos k
k a ?cos
cos a k k ?0
π0
πππ
0000
ππππππ
0000000+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1
cos k ?k 图2.1-2 码元变换及成形信号波形图
根据上面描述可构成一种MSK 调制器,其方框图如图2.1-3所示:
图2.1-3 MSK 调制原理框图
输入数据NRZ ,然后通过CPLD 电路实现差分编码及串/并转换,得到I k 、Q k 两路数据。波形选择地址生成器是根据接受到的数据(I k 或Q k )输出波形选择的地址。EEPROM (各种波形数据存储在其中)根据CPLD 输出的地址来输出相应的数据,然后通过D /A 转换器得到我们需要的基带波形,最后通过乘法器调制,运放求和就得到了我们需要的MSK 调制信号。
MSK 基带波形只有两种波形组成,见图2.1-4所示:
图2.1-4 MSK 成形信号
在MSK 调制中,成形信号取出原理为:由于成形信号只有两种波形选择,因此当前数据取出的成形信号只与它的前一位数据有关。如果当前数据与前一位数据相同,输出的成形信号就相反(如果前一数据对应波形1,那么当前数据对应波形2);如果当前数据与前一位数据相反,输出的成形信号就相同(如果前一数据对应波形1,那么当前数据仍对应波形1)。
2、MSK 解调原理
MSK 信号的解调与FSK 信号相似,可以采用相干解调,也可以采用非相干解调方式。本实验模块中采用一种相干解调的方式。
已知:()t S MSK =k I )(
t Ts
2cos π
t c ωcos +k Q )(
t Ts
2sin π
t c ωsin
把该信号进行正交解调可得到:
I k 路 [k I )2(
cos t Ts
πt c ωcos +k Q )(t Ts 2sin πt c ωsin ]t c ωcos
=
2
1
k I )(t Ts 2cos π+41k I ??????+t Ts c )(22cos πω+41k I ??
?
???t Ts c )-(22cos πω -
4
1
k Q ?????
?+
t Ts c )(22cos π
ω+41k Q ???
???-t Ts c )(22cos πω
Q k 路 [k I )(
t Ts
2cos π
t c ωcos +k Q )(
t Ts
2sin π
t c ωsin ]t c ωsin
=
2
1
k Q )(t Ts 2sin π
+41k I ??????+t Ts c )(22sin πω+41k I ??
????t Ts c )-(22sin πω -
4
1k Q ??
????+t Ts c )(22sin πω+41k Q ???
???-t Ts c )(22sin πω 我们需要的是
2
1k I )(t Ts 2cos π、2
1k Q )
(t Ts
2sin π
两路信号,所以必须将其它频率成份)(Ts
c 22π
ω+
、)
(Ts
c 22π
ω-
通过低通滤波器滤除掉,然后对2
1
k I )
(t Ts 2cos π
、2
1k Q )
(
t Ts
2sin π
采样即可还原成k I 、k Q 两路信号。 根据上面描述可构成一种MSK 解调器,其方框图如图2.1-5所示:
图2.1-5 MSK 解调原理框图
将得到的MSK 调制信号正交解调,通过低通滤波器得到基带成形信号,并对由此得到的基带信号的波形进行电平比较得到数据,再将此数据经过CPLD 的数字处理,就可解调得到NRZ 码。
在实际系统中,相干载波是通过载波同步获取的,相干载波的频率和相位只有和调制端载波相同时,才能完成相干解调。由于载波同步不是本实验的研究内容,因此在本模块中的相干载波是直接从调制端引入,因此解调器中的载波与调制器中的载波同频同相。载波同步的实验可在本实验箱的CDMA 系统中实现。
二、实验数据记录
1、MSK调制实验
分别观察差分编码后的“/NRZ”处波形,并由此串并转换得到的“DI”、“DQ
分别观察“I路成形”信号波形、“Q路成形”信号波形、“I路调制”同相调制信号波形、“Q路调制”正交调制信号波形、“调制输出”波形。
用示波器观察“I路成形”信号、“Q路成形”信号的X-Y波形。
2、MSK解调实验
分别观察“I路解调”信号波形、“Q路解调”信号波形、“I路滤波”信
分别观察解调的“DI”、“DQ”两路数据波形,由此并/串转换得到的差分编码
最后比较调制端“NRZ”波形和解调端“NRZ”波形。
NRZ
NRZ
三、实验思考题
1、什么是最小移频键控?
调制指数h=0.5的CPFSK称为最小移频键控(MSK)
2、MSK信号具有哪些特点?
①MSK信号包络恒定,即为等幅波。
②MSK信号的频偏必须等于±1/4T b,其调制指数为0.5。
③MSK信号的相位θ(t)在一个码元内准确地线性变化
。
±π
2
④在信号的一个T b内,载波波形的个数为载波周期四分之一的整数倍。
⑤码元转换时,信号相位连续,即信号的波形无跳变。
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书籍是人类知识的总统——莎士比亚
书籍是人类思想的宝库——乌申斯基
书籍——举世之宝——梭罗
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书籍使人们成为宇宙的主人——巴甫连柯
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