移动通信原理与应用实验(3)

到的剩余相位。式（4-3）是一直线方程式，其斜率为

?ak2Ts，截距是?k。另外，由于ak的取值为?1，故

?ak2Tst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，??t?的变化量总是增大

??，ak??1时，减小。 22?。ak??1时，2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。?k与ak之间的关系举例给出，如表4-1所示。

?(t)2??Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Tst0???(t)??/20??/2??Ts3Ts5Ts7Tst?3?/2?2?(a)?2?(b)

图4-2 附加相位函数??t?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?k与ak的关系

k ak ?k 1 1 0 0 2 ?1 3 ?1 4 1 ?2? 5 1 ?2? 6 1 ?2? ? ? ? ? ?k（模2?） 0 0 0 由以上讨论可知，MSK信号具有如下特点： （1） （2） （3） （4） （5）

已调信号的振幅是恒定的； 信号的频率偏移严格地等于?11，相应的调制指数h??f2?f1?Ts?； 4Ts2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?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；

?； 2在码元转换时刻信号的相位是连续的，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：

???SMSK?t??cos??ct?akt??k?2Tb?????cos?kcos??2Ts????t?cos?ct?akcos?ksin?t?sin?ct2T??s? (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。cos?t?和

2T?s???sin??2Ts?。cos?k是同相分量的等效数据，?akcos?k是正交分量的等效数t?称为加权函数（或称调制函数）

?据，它们都与原始输入数据有确定的关系。令cos?k?Ik，?akcos?k?Qk，代入式（4-13）可得

??????SMSK?t??Ikcos?t?cos?ct?Qksin?t?sin?ct

2T2T?s??s?(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：

cos?ctCPLD时序电路低通滤波器EEPROMIkNRZ差分编码串/并转换延时QkIkcos??t2Ts?波形选择地址生成器D/A转换器乘法器Qksin??t2Ts?波形选择地址生成器D/A转换器EEPROM时序电路低通滤波器乘法器加法器MSK（运放）调制sin?ct

图4-3 MSK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，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基带波形只有两种波形组成，见图4-4所示：

波形2波形1 图4-4 MSK成形信号

在MSK调制中，成型信号取出原理为：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数据相同，数据第一次保持时，输出的成形信号不变（如果前一数据对应波形1，那么当前数据仍对应波形1）；从第二次保持开始，输出的成形信号与前一信号相反（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，数据第一次跳变时，输出的成形信号与前一信号相反（如果前一数据对应波形1，那么当前数据对应波形2），从数据第二次跳变开始，输出的成形信号不变（如果前一数据对应波形1，那么当前数据仍对应波形1）。MSK的基带成形信号波形如图4-5所示 二进制信息00011101101100I路数据Q路数据I路成形信号Q路成形信号

图4-5 MSK的基带信号波形

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：S?t??Ikcos?t?cos?ct?Qksin?t?sin?ct

2T2T?s??s?把该信号进行正交解调可得到： Ik路：

????????t?cos?ct?Qksin?t??cos?ct?Ikcos?2T2T??s??s???? ???1Ikcos?2?2Ts???1?t??Ikcos??2?c?2Ts??4??????1?t?Icos??2?c???k2Ts????4?????t? ???????1???1????Qkcos??2?c??t??Qkcos??2?c??t?42T42T???s??s???????Qk路：

????Ikcos???2Ts????t?cos?ct?Qksin???2Ts??t??sin?ct???????1?t?Isin2??????ck2Ts?4????????t???????t? ???

??1?Qksin?2?2Ts???1?t??Iksin??2?c?2Ts???4???1??Qksin??2?c?42Ts???????1?t?Qsin??2?c???k2Ts????4??我们需要的是

??1Ikcos?2?2Ts???1t?、Qksin?2?2Ts?????t?两路信号，所以必须将其它频率成份?2?c??、

2Ts????1??t?、Qksin??2Ts?2?t?采样即可还原成Ik、Qk两路??????1通过低通滤波器滤除掉，然后对2??Icos?c??k2Ts?2??2Ts信号。

根据上面描述可构成一种MSK解调器，其方框图如图4-6所示：

乘法器（MC1496）cos?ctMSK信号低通滤波整形抽样判决位同步恢复延迟IkCPLD 并/串变换差分译码NRZsin?ct乘法器（MC1496）低通滤波整形抽样判决Qk图4-6 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。

四、实验原理

1、实验模块简介

本实验需用到基带成形模块、IQ调制解调模块、码元再生模块及PSK载波恢复模块。 （1）基带成形模块：

本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。 （2）IQ调制解调模块：

本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。 （3）码元再生模块：

本模块主要功能：从解调出的IQ基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。 （4）PSK载波恢复模块：

本模块主要功能：与IQ调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环恢复PSK已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。本实验只使用其载波源。 2、实验框图及电路说明 a、MSK调制实验

NRZ OUTNRZ-II-OUTI-INI差分编码串/并转换NRZ INPN31波形选择地址生成器D/A转换器（DAC0832）EEPROM（AT2864）EEPROM（AT2864）D/A转换器（DAC0832）Q-OUTQ-IN输出乘法器（MC1496）COSNRZ-Q21.4M载波反相二分频二分频SIN输出数字信源BS延迟波形选择地址生成器加法器（运放）MSK信号基带成型 乘法器（MC1496）QIQ调制 图4-7 MSK调制实验框图

MSK调制实验框图如图4-7所示，基带成形模块产生的PN码（由PN31端输出）输入到串并转换电路中（由NRZ IN端输入）进行差分编码，然后进行串并转换，串并转换后I路直接输出，Q路经半个码元延迟后输出，输出的IQ两路数字基带信号，经波形预取电路判断，取出相应的模拟基带波形数据，经D/A转换后输出。IQ两路模拟基带信号送入IQ调制解调模块中的IQ调制电路分别进行DSB调制，然后相加形成MSK调制信号，经放大后输出。MSK已调信号载波为10.7MHz，是由21.4MHz本振源经正交分频产生。

b、MSK解调实验

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