1、移动通信实验指导书移动通信实验指导书- 1 -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。
2、二进制 MSK 信号的表达式可写为： costSMKktTsat2Tst)1(载波角频率；c码元宽度；Ts第 k 个码元中的信息，其取值为1；ka第 k 个码元的相位常数，它在时间 中保持不变； kTstk)(当 1 时，信号的频率为： k 2fcs4移动通信实验指导书- 2 -当 1 时，信号的频率为： ka1fcTs4由此可得频率之差为： f2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= 时间内应有下式成立：kTs= （ ） （ ）k11ak21即：当 时， = ；ak当 时， = （ ）；k11若令 0，则 0 或，此式说明
3、本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入k有关，还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。 costSMKktTsat2= k）（ ttcokas）（ tTs2intcikTs)1(令 ， kcosIkacoskQ则： tSMK）（ tT2tc）（ tTs2intcikTsk)1(为了便于理解如图 2.1-2 所示：移动通信实验指导书- 3 -1234567891012314516718920123240 +1+1 +1+1+1+1+1+1-1- -1-1-1-1-1-1 -1-1-1 -1-1+ +1+1+ +1+1+kakkdkcoskkas)2sin(cosTstakk 0 000 00
4、00+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)2cos(cosTstkk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：差 分编 码 串 /并转 换 波 形 选 择 地 址生 成 器Cos ctSin ct MSK信 号波 形 选 择 地 址生 成 器EPROMEPROMD/A转 换 器 乘 法 器乘 法 器 加 法 器（ 运 放 ）D/A转 换 器CPLD时 序 电 路 低 通 滤 波 器时 序 电 路 低 通 滤 波 器IkQk延 时TsNRZ图 2.1
5、-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、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 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 DA 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。移动通信实验指导书- 4 -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
6、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： tSMKkI）（ tTs2cotckQ）（ tTs2intci把该信号进行正交解调可得到：Ik 路 k）（ tstck）（ tsitcitco= + +21I）（ tTco41It
7、Tc）（ 2o41kItTs）（ 2s +kQts）（sQtc）（oQk 路 kI）（ tTs2cotck）（ tTs2intcitcsin= + +1k）（ tin41kItc）（i41kItTsc）（ 2i +kQtTsc）（ 2sinkQtsc）（sin我们需要的是 、 两路信号，所以必须将其它频率成份21kI）（ tTsco1k）（ ti移动通信实验指导书- 5 -、 通过低通滤波器滤除掉，然后对 、）（ Tsc2）（ Tsc221kI）（ tTsco21kQ采样即可还原成 、 两路信号。）（ tsinkIQ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
8、信 号 乘 法 器乘 法 器 时 序 电 路低 通 滤 波 器低 通 滤 波 器 电 平比 较 器电 平比 较 器 抽 样判 决抽 样判 决 数 据还 原数 据还 原时 序 电 路 并 /串转 换 差 分译 码Sin ctCos ct NRZCPLDCLKBS IkQk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
9、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。六、实验步骤1、MSK 调制实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为 10000000 、0001，则调制类型选择为 MSK 调制。说明 1：为了能用示波器观察调制输出信号波形的相位关系，所以 NRZ 的码速率采用与载波相当的速率，由于本系统的载波频率为 12KHz，所以做调制实验时选择NRZ 码速率为 12Kb/s 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。 分别观察“I 路成形
10、”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。说明 2：如果在步骤、中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。 用示波器观察“I 路成形 ”信号、 “Q 路成形”信号的 X-Y 波形。移动通信实验指导书- 6 -说明 3：此波形即为 MSK 调制的星座图。用示波器的双踪分别接“I 路成形”和“Q 路成形” ，并选择示波器的 “X-Y”模式。2、MSK 解调实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为 10000000、0100， “解调类型选择”拨码开关拨为 10000000、0100，则解调类型选择为 MSK 解调
11、。说明 4：为了能在解调端滤波时能得到与调制端成形信号一致的波形，须加大载波信号与 NRZ 码速率之间的频率差值，所以 NRZ 的码速率采用比载波频率小得多的码速率，由于本系统的载波频率为 12KHz，所以做解凋实验时选择 NRZ 码速率为1.5Kb/s。 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。 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。 最后比较调制端“NRZ”波形和解调端“NRZ”波形，看解调是否正确。说明 5：如果发现解调输出波形不正确，请按下
12、“解调复位”键后继续观察。七、实验思考题1、什么是最小移频键控？ 2、MSK 信号具有哪些特点？八、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出 MSK 分别在调制和解调中的各测量点的波形图。3、画出 MSK 在调制和解调中的 X-Y 波形图（即星座图）。4、对实验思考题加以分析，并画出原理图。移动通信实验指导书- 7 -实验二 /4DQPSK 调制解调实验一、实验目的1、掌握 /4-DQPSK 调制解调原理。2、理解 /4-DQPSK 的优缺点。二、实验内容1、观察 /4-DQPSK 调制过程各信号波形。2、观察 /4-DQPSK 解调过程各信
13、号波形。三、预备知识1、/4-DQPSK 调制解调的基本原理。2、/4-DQPSK 调制解调模块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、/4-DQPSK 调制原理/4-DQPSK 是对 QPSK 信号特性的进行改进的一种调制方式。改进之一是将 QPSK 的最大相位跳变，降为3/4，从而改善了 /4-DQPSK 的频谱特性，改进之二是解调方式，QPSK 只能用于相干解调，而 /4-DQPSK 既可以用相干解调也可以采用非相干解调。/4-DQPSK 已用于美国的 IS-136 数字蜂窝系统，日本的（个人）数字蜂窝系统（PDC）和美国
14、的个人接入通信系统（PACS） 。设 /4DQPSK 信号为： 式中， 为）（ kckttSosk之间的附加相位。kTstsk)1(上式可展开成： kckck tttSsinios移动通信实验指导书- 8 -当前码元的附加相位 是前一码元附加相位 与当前码元相位跳变量 之和，k1kk即： k1 kkkkkkkU sinicoss)cos(s 111kV iinini其中， ，上面两式可改写为：111si,coskkVkkUikVsincos11这是 /4-DQPSK 的一个基本关系式。它表明了前一码元两正交信号 与当前1,kVU码元两正交信号 之间的关系。它取决于当前码元的相位跳变量 ，而当前
15、码元的kU, k相位跳变量 则又取决于相位编码器的输入码组 ，它们的关系如表 2.6-1 所规定。k kQI、表 2.6-1 /4-DQPSK 的相位跳变规则kIkQkkcosksin1 1 /4 2/12/10 1 3/4 /0 0 3/4 2/1 2/11 0 /4 / /上述规则决定了在码元转换时刻的相位跳变量只有/4 和3/4 四种取值。/4-DQPSK 的相位关系如图 2.6-1 所示，从图中可以看出信号相位跳变必定在图中的“。 ”组和“”组之间跳变。即在相邻码元，仅会出现从“。 ”组到“”组相位点（或“组”到“。 ”组）的跳变，而不会在同组内跳变。同时也可以看到， 和 只可能有kU
16、V0， ，1 五种取值，分别对应于图 2.6-1 中八个相位点的坐标值。2/移动通信实验指导书- 9 -（ 1， 0）0（ 0， 1）（ 1， 0） （ 0， 1）， （ 2/2/ ）， （ 2/2/ ）， （ 2/2/）， （ 2/2/ kUkV图 2.6-1 /4-DQPSK 的相位关系由上面描述可得 /4-DQPSK 的原理框图如图 2.6-2 所示，输入数据经串/并转换之后得到两路序列 ，然后通过相位差分编码、基带成形，得到成形波形 ，最后再kQI、 kVU、分别进行正交调制合成，就得到了 /4-DQPSK 信号。串 /并转 换 波 形 选 择 地 址生 成 器 Cos ctSin ct /4-DQPSK 信 号波 形 选 择 地 址生 成 器 EPROMEPROMD/A转 换 器 乘 法 器乘 法 器 加 法 器（ 运 放 ）D/A转 换 器CPLDCLKBSNRZ 时 序 电 路 低 通 滤 波 器时 序 电 路 低 通 滤 波 器IkQkNRZ UKVK相 位 差 分编 码图 2.6-2 /4-DQPSK 调制原理框图2、/4-DQPSK 解调原理/4-DQPSK 解调采用相干解调的方法，其实验原理框图如图 2.6-3 所示：
