MSK调制及相干解调实验.doc

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1、实验四MSK调制及相干解调实验一、实验目的和要求1、了解MSK调制原理及特性2、了解MSK解调原理及特性3、了解载波在相干及非相干时的解调特性二、实验内容和原理1）、实验内容1、观察I、Q两路基带信号的特征及与输入NRZ码的关系。2、观察IQ调制解调过程中各信号变化。3、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。2）、基本原理1、MSK调制原理MSK称为最小移频键控调制，是一种恒包络调制，这是因为MSK属于二进制连续相位移频键控（CPFSK）的一种特殊情况，它不存在相位跃变点，因此在带限系统中，能保持恒包络特性。恒包络调

2、制有以下优点：极低的旁瓣能量；可使用高效率的C类功率放大器；容易恢复用于相干解调的载波；已调信号峰平比低。MSK是CPFSK满足移频系数时的特例：当时，满足在码元交替点相位连续的条件，是移频键控为保证良好的误码性能所允许的最小调制指数；且此时波形的相关性为0，待传送的两个信号是正交的。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：(4-1)或者(4-2)这里(4-3)——载波角频率；——码元宽度；——第k个码元中的信息，其取值为±1；——第k个码元的相位常数，它在时间中保持不变由式（4-1）可见，当ak

3、＝＋1时，信号的频率为(4-4)当ak＝＋1时，信号的频率为(4-5)由此可得频率间隔为(4-6)如图4-1（a）所示，由图4-1（b）中的波形可以看出，“＋”信号与“－”信号在一个码元期间恰好相差二分之一周，即相差π。下面我们就来说明MSK信号的频率间隔是如何确定的。对于一般移频键控（2FSK），两个信号波形具有以下的相关系数(4-7)式中，是载波频率。MSK是一种正交调制，其信号的波形的相关系数等于零。因此，对MSK信号来说，式（4-7）应为零，也就是上式右边两项均应为零。第一项等于零的条件是（k＝1，2，3…），令

4、k等于其最小值1，则图4-1MSK信号的频率间隔与波形这正是MSK信号所要求的频率间隔。第二项等于零的条件是（n=1，2，3…），即(4-8)这说明，MSK信号在每一个码元周期内，必须包含四分之一载波周期的整数倍。由此可得(4-9)（N为正整数；m＝0，1，2，3）相应地(4-10)图4-1（b）中的信号波形是N＝1，m＝3的特殊情况。相位常数的选择应保持信号相位在码元转换时刻是连续的。根据这一要求，由式（4-3）可以导出以下的相位递归条件，或者称为相位约束条件，即(4-11)上式表明，MSK信号在第k个码元的相位常数不

5、仅与当前的ak有关，而且与前面ak－1的及相位常数有关。或者说，前后码元之间存在着相关性。对于相干解调来说，的起始参考值可以假定为零，因此，从式（4-11）可以得到(4-12)式（4-3）中的称为附加相位函数，它是MSK信号的总相位减去随时间线性增长的载波相位而得到的剩余相位。式（4-3）是一直线方程式，其斜率为，截距是。另外，由于的取值为，故是分段线性的相位函数（以码元宽度Ts为段）。在任一个码元期间内，的变化量总是。时，增大，时，减小。图4-2（a）是针对一特定数据序列画出的附加相位轨迹；图4-2（b）表示的是附加相

6、位路径的网格图，它是附加相位函数由零开始可能经历的全部路径。与ak之间的关系举例给出，如表4-1所示。图4-2附加相位函数及附加相位路径网格（a）附加相位函数；（b）附加相位路径网格表4-1相位常数与的关系k123456ak1111110（模）0000由以上讨论可知，MSK信号具有如下特点：（1）已调信号的振幅是恒定的；（2）信号的频率偏移严格地等于，相应的调制指数；（3）以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内准确的线性化变化；（4）在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波周期的整数倍；（5）在码元转换时刻信号的相位

7、是连续的，或者说，信号的波形没有突跳。下面我们讨论MSK信号的调制与解调方法MSK信号表达式可正交展开为下式：(4-13)式中，等号后面的第一项是同相分量，也称I分量；第二项是正交分量，也称Q分量。和称为加权函数（或称调制函数）。是同相分量的等效数据，是正交分量的等效数据，它们都与原始输入数据有确定的关系。令，，代入式（4-13）可得(4-14)根据上面描述可构成一种MSK调制器，其方框图如图4-3所示：图4-3MSK调制原理框图输入数据NRZ，经过差分编码后，然后通过CPLD电路进行串/并转换，串并转换后I路直接输出，

8、Q路经半个码元延迟后输出，得到Ik、Qk两路数据。波形选择地址生成器是根据接受到的数据（Ik或Qk）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