MSK调制解调实验报告

t）cosct
＋ Qk
sin（ 2Ts
t）sin ct
] cosct
=1 2
Ik
co（ s 2Ts
t）+
1 4
Ik
cos（ 2c
2Ts
）t
+
1 4
Ik
cos（ 2
c－
2Ts
）t
－1 4
Qk
cos（ 2c
2Ts
）t
+
1 4
Qk
cos（ 2c
2Ts
）t
Qk 路
[Ik
co（ s 2Ts
t）cosct
量
波形
点
I 路 成 形
Q 路 成 形
I 路 调 制
Q 路 调 制
调 制 输 出
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
号波形、“Q 路滤波”信号波形。
测
量
波形
点
I 路 解 调
当 ak ≠ ak 1 时， k = k 1 ±（ k 1）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。
S MSK
t
cos
ct
ak 2Ts
t
k
= cos k
co（ s
2Ts
t）cos
c
t
－
ak
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”两路数据波形。
测量点
波形
／NRZ
CH1：DI CH2：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。
测
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：
S MSK
t
cos
ct
ak 2Ts
2Ts
2
Qk
sin（ t）两路信号，所以必须将其它频率成份 2Ts
（2 c
2Ts
）、（2
c
）通 2Ts
过
低
通
滤
波
器
滤
除
掉
，
然
后
对
1 2
Ik
co（ s t）、 2Ts
1 2
Qk
sin（
2Ts
t）采样即可还原成
I
k
、
Qk
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：
MSK 基带波形只有两种波形组成，见图 2.1-4 所示：
波形1
波形2
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）。
f1 ＝
fc
－
1 4Ts
由此可得频率之差为： f
＝
f2－
f1 ＝
1 2Ts
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 = k 1 ＋（ ak 1 － a k ）
（k 1） 2
即：当 a k ＝ ak 1 时， k = k 1 ；
EEPROM
D/A转换器
乘法器
D/A转换器
乘法器
EEPROM
Sinωct
低通滤波器
加法器 MSK （运放） 信号
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 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。
ak -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 dk -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
sin（
2Ts
t）sin
ct
(k 1)Ts t kTs
令 cos k ＝ I k ， － ak cosk ＝ Qk
则： SMSK t＝
Ik
co（ s 2Ts
t）cosct
＋ Qk
sin（ 2Ts
t）sin ct
(k 1)Ts t kTs
为了便于理解如图 2.1-2 所示： k 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Q 路 解 调
I 路 滤 波
Q 路 滤 波
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 “／NRZ”波形，并观察解调输出的波形。
测量点
波形
CH1:DI CH2:DQ
／NRZ
最后比较调制端“NRZ”波形和解调端“NRZ”波形。
测量点
波形
CH1：调制端 NRZ CH2：解调端 NRZ
cos k
cos(
t 2Ts
)
ak
cos k
sin(
t 2Ts
)
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：
CPLD
时序电路
NRZ 差分
编码
Ik
波形选择地址
生成器
串/并 转换
延时
Ts Qk
波形选择地址 生成器
时序电路
Cosωct
低通滤波器
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
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：
SMSK t＝
Ik
co（ s 2Ts
t）cosct
＋ Qk
sin（ ຫໍສະໝຸດ Baidu2Ts
t）sin ct
把该信号进行正交解调可得到：
Ik 路
[
Ik
cos（
2Ts
t
k
(k 1)Ts t kTs
c ——载波角频率； Ts ——码元宽度；
a k ——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 (k 1)Ts t kTs 中保持不变；
当
ak
＝＋1
时，信号的频率为：
f2
＝
fc
＋
1 4Ts
当 ak
＝－1
时，信号的频率为：
k 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cos k +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 ak cos k -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
＋ Qk
sin（ 2Ts
t）sin ct
] sin ct
=1 2
Qk
sin（ t）+ 1 2Ts 4
Ik
sin（ 2c
2Ts
）t
+
1 4
Ik
s
in（ 2
－
c
2Ts
）t
－
1 4
Qk
sin（ 2c
2Ts
）t
+
1 4
Qk
sin（ 2c
2Ts
）t
我们需要的是 1 2
Ik
co（ s t）、 1
Cosωct
CLK
时序电路
CPLD
MSK 信号
乘法器 乘法器
低通滤波器 低通滤波器
电平 比较器
电平 比较器
抽样
数据 Ik
判决
还原
并/串 转换
差分 译码
NRZ
抽样
数据
判决
还原
Qk
Sinωct
时序电路
BS
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。
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±1/4 ，其调制指数为 0.5。
③MSK 信号的相位 (t)在一个码元内准确地线性变化
±。 ④在信号的一个 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。