MSK调制实验

实验一 MSK 调制解调实验

一、实验目的

1、掌握MSK 调制和解调的原理。

2、理解MSK 的优缺点。

二、实验内容

1、观察MSK 调制过程中各信号的波形。

2、观察MSK 解调过程中各信号的波形。

三、预备知识

1、MSK 调制和解调的基本原理。

2、MSK 调制和解调部分的工作原理及电路说明。

四、实验器材

1、移动通信原理实验箱

一台 2、20M 双踪示波器

一台

五、实验原理

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：

123456789101112131415161718192021222324

0+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 ϕ

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 ）（

t Ts

2cos π

t c ωcos ＋k Q ）（

t Ts

2sin π

t c ωsin ]t c ωcos

=

21k I ）（t Ts 2cos π+41k I ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+t Ts c ）（22cos πω+41k I ⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡t Ts c ）－（22cos πω －

41k Q ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+t Ts c ）（22cos πω+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

=

21k Q ）（t Ts 2sin π

+41k I ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+t Ts c ）（22sin πω+41k I ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡t Ts c ）－（22sin πω －

41k Q ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+t Ts c ）（22sin πω+4

1k Q ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡-t Ts c ）（22sin πω 我们需要的是

21k I ）（t Ts 2cos π、21k 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

21k I ）（t Ts

2cos π

、21k 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：