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实验四 MSK调制及相干解调实验 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时的特例。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： 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 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 式中，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（k＝1，2，3…），令k等于其最小值1，则 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（n=1，2，3…），即 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 （N为正整数；m＝0，1，2，3） 相应地 相位常数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 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，的起始参考值可以假定为零，因此，从式（4-11）可以得到 式（4-3）中的称为附加相位函数，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到的剩余相位。式（4-3）是一直线方程式，其斜率为，截距是。另外，由于的取值为，故是分段线性的相位函数（以码元宽度Ts为段）。 与ak之间的关系举例给出，如表4-1所示。 （a）附加相位函数；（b）附加相位路径网格 表4-1 相位常数与的关系 k 1 2 3 4 5 6 ak 1 1 1 1 1 1 0 （模） 0 0 0 0 由以上讨论可知，MSK信号具有如下特点： 已调信号的振幅是恒定的； 信号的频率偏移严格地等于，相应的调制指数； 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； 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。 MSK信号表达式可正交展开为下式： 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。和称为加权函数（或称调制函数）。是同相分量的等效数据，是正交分量的等效数据，它们都与原始输入数据有确定的关系。令，，代入式（4-13）可得 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： 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： 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 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： 把该信号进行正交解调可得到： Ik路： Qk路： 我们需要的是、两路信号，所以必须将其它频率成份、通过低通滤波器滤除掉，然后对、采样即可还原成、两路信号。 图4-6 MSK解调原理框图 实验原理 1、实验模块简介 （1）基带成形模块：