移动通信原理与应用实验(2)

输入OQPSK信号I-OUTI-INI乘法器（MC1496）COS低通滤波整形抽样判决BS二分频输入载波位同步恢复延迟SINNRZ反相二分频乘法器（MC1496）低通滤波Q-OUTQ-IN并/串变换整形IQ解调 抽样判决Q码元再生 图2-7

OQPSK解调实验框图

OQPSK解调实验框图如图2-7所示。OQPSK已调信号送入IQ调制解调模块中的IQ解调电路分别进行PSK相干解调，相干载波由调制端的本振源经正交分频产生。解调输出的I、Q两路模拟基带信号送入码元再生模块进行抽样判决，转换为数字信元后再进行并串转换后输出。抽样判决前I、Q两路信号需经整形变为二值信号，并且需恢复位同步信号。位同步信号恢复由码元再生模块中的数字锁相环完成。IQ两路抽样判决的位同步信号相差半个码元。

IQ解调电路的载波也可由PSK载波恢复模块上的本振源提供，此时解调变为非相干解调，从解调输出的模拟基带信号可以看出信号失真很大，无法进行码元再生。

五、实验步骤

1、 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）、

码元再生模块（以下简称再生模块）和PSK载波恢复模块。 2、 OQPSK调制实验。

a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成如下连接：

源端口 基带模块：PN31 基带模块：I-OUT 基带模块：Q-OUT 目的端口 基带模块：NRZ IN IQ模块：I-IN IQ模块：Q-IN 连线说明 提供PN31伪随机序列 串并变换后的I路信号输入 串并变换后的Q路信号输入 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。

b、按基带成形模块上“选择”键，选择OQPSK模式（OQPSK指示灯亮）。

c、用示波器观察基带模块上“I-OUT”及“Q-OUT”测试点，并分别与“NRZ IN”测试点的信号进行对比，观察串并转换情况

d、用频谱分析仪观测调制后OQPSK信号频谱（可用数字示波器上FFT功能替代观测），观测点为IQ

模块调制单元的“输出”端（TP4） 3、 OQPSK相干解调实验。

a、关闭实验箱总电源，保持步骤2中的连线不变，用同轴视频线完成如下连接：

源端口 IQ模块（IQ调制单元）：输出（J2） IQ模块(载波单元)：输出（J5） * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。

b、示波器探头分别接IQ解调单元上的“I-OUT”及“Q-OUT”端，观察解调波形。 c、对比观测解调前后I路信号

示波器探头分别接IQ模块的“I-OUT”端及“I-IN”端，注意观察两者是否一致。（若一致表示解调正确，若不一致则可能是载波相位不对，可按IQ模块复位键S1复位或重新开关该模块电源复位。）

d、对比观测原始Q路信号与解调后Q路信号

示波器探头分别接IQ模块的“Q-OUT”端及“Q-IN”端，注意观察两者是否一致。（若一致表示解调正确，若不一致则可能是载波相位不对，可将按IQ模块复位键S1复位或重新开关该模块电源复位。)

4、 OQPSK再生信号观察

a、关闭实验箱总电源，保持步骤2、3中的连线不变，用台阶插座线完成如下连接：

源端口 IQ模块：I-OUT IQ模块：Q-OUT 目的端口 再生模块：I-IN 再生模块：Q-IN 连线说明 将解调后的I路信号进行抽样判决 将解调后的Q路信号进行抽样判决 目的端口 IQ模块（IQ解调单元）：输入（J3） IQ模块(载波单元)：输入（J4） * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。

b、按再生模块上“选择”键，选择OQPSK模式（OQPSK指示灯亮）。 c、对比观测原始NRZ信号与再生后的NRZ信号

示波器探头分别接再生模块上“NRZ”端和基带模块上“NRZ IN”端，观察两路码元是否一致（注意解调出的NRZ码与输入的NRZ码相比存在延迟）。若一致表示解调正确，若不一致可回到步骤2重新实验。

5、 观测载波非相干时信号波形

断开IQ模块上载波“输出”端与该模块上载波“输入”视频线，将IQ模块上载波“输入”端与PSK载波恢复模块上“VCO-OUT”端连接起来，此时载波不同步。从步骤2开始再次观察各信号。

六、思考题

QPSK及OQPSK基带信号有什么区别？这些区别产生了什么结果？

实验二 MSK调制及相干解调实验

一、实验目的

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

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。

三、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h?0.5时的特例：当h?0.5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：

???SMSK(t)?cos??ct?akt??k?

2Ts??(k?1)Ts?t?kTs

(4-1)

或者

这里

SMSK?t??cos??ct???t??

(4-2)

??t???2Tsakt??k,(k?1)Ts?t?kTs

(4-3)

?c——载波角频率；

Ts——码元宽度；

ak——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

由式（4-1）可见，当ak＝＋1时，信号的频率为

当ak＝＋1时，信号的频率为

由此可得频率间隔为

?f?f2?f1?h??fTs?1 2Tsf2?12?????c?2T?s?? ?(4-4)

f1?12??????c2T?s?? ?(4-5)

(4-6)

11?Ts??0.5 2Ts2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

??sin2??f2?f1?Tssin4?fcTs?

2??f2?f1?Ts4?fcTs(4-7)

式中，fc??f1?f2?/2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2??f2?f1?Ts?k?（k＝1，2，3?），令k等于其最小值1，则

f2?f1?1 2Tsf1?fc?14Ts12Tsfcf2?fc?14Ts(a)＋－－＋＋＋－－(b)

图4-1 MSK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4?fcTs?n?（n=1，2，3?），即

1?1Ts?n????

?4?fc(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

fc?n1m?1???N?? 4Ts?4?Ts(4-9)

（N为正整数；m＝0，1，2，3）

相应地

?f?f?1??N?m?1?1??2c?4Ts?4?Ts? ?1m?11???f1?fc???N???4T4?Ts??s (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?k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

?k??k?1??ak?1?ak??

???k?1?????2?

?, a?a?k?1kk?1?????k?1??k?1??, ak?ak?1(4-11)

上式表明，MSK信号在第k个码元的相位常数不仅与当前的ak有关，而且与前面ak－1的及相位常数?k?1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，?k的起始参考值可以假定为零，因此，从式（4-11）可以得到

?k?0或??模2??

(4-12)

式（4-3）中的??t?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

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