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 ϕπω2

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 ϕ——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 ϕ=1-k ϕ＋（1-k a －k a ）(

2

π

（1-k ）)

即：当k a ＝1-k a 时，k ϕ=1-k ϕ；

当k a ≠1-k a 时，k ϕ=1-k ϕ±（1-k ）π；

若令0ϕ＝0，则k ϕ＝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 ϕπω2

=k ϕcos ）（

t Ts

2cos π

t c ωcos －k

a k ϕcos ）（t Ts

2sin π

t c ωsin

kTs t Ts k ≤≤-)1(

令k ϕcos ＝k I ， －k a k ϕcos ＝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

ϕk

d k ϕcos k

k a ϕcos

cos a k k ϕ0

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 ϕk 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。