實驗五-GMSK調制及相干解調實驗

實驗五GMSK調制及相干解調實驗一、實驗目的1、了解GMSK調制原理及特性2、了解GMSK解調原理及特性3、了解載波在相干及非相干時的解調特性4、掌握MSK調制與GMSK調制的差異二、實驗內容1、觀察I、Q兩路基帶信號的特征及與輸入NRZ碼的關系。2、觀察IQ調制解調過程中各信號變化。3、觀察MSK調制及GMSK調制信號的區(qū)別。4、觀察解調載波相干時和非相干時各信號的區(qū)別。三、基本原理1、GMSK調制原理GMSK調制方式，是在MSK調制器之前加入一個基帶信號預處理濾波器，即高斯低通濾波器，由于這種濾波器能將基帶信號變換成高斯脈沖信號，其包絡無陡峭邊沿和拐點，從而到達改善MSK信號頻譜特性的目的。實現(xiàn)GMSK信號的調制，關鍵是設計一個性能良好的高斯低通濾波器，它必須具有如下特性：有良好的窄帶和尖銳的截止特性，以濾除基帶信號中多余的高頻成分。脈沖響應過沖量應盡量小，防止已調波瞬時頻偏過大。輸出脈沖響應曲線的面積對應的相位為丸/2，使調制系數為1/2。高斯低通濾波器的沖擊響應為h(/)=排exp(-mam)a=「上Bln2b該濾波器對單個寬度為Tb的矩形脈沖的響應為g(tg(t)=Q2兀B(~^btJln2It+T)4ln2I2)Q(t)=j8-==exp(-t2；'2)&t72兀當BbTb取不同值時，g(t)的波形如圖5-1所示-2T「b-Tb0-2T「b-Tb0Tb2Tb圖5-1高斯濾波器的矩形脈沖響應GMSK的信號表達式為S(t)=C0S件S(t)=C0S件十rtV.T)—nT——ss2)GMSK的相位路徑如圖5-2所示。圖5-2GMSK的相位軌跡S(t)=cosgt+0(t)]從圖5-1和5-2可以看出，S(t)=cosgt+0(t)]由式〔5-4〕可得0)=2』，SagT—nT一dT=cos0(t)coswt一sin0(t0)=2』，SagT—nT一dT0式中、’2T"_8__=0(^T)+A0(t)kT<t<(k+1)T盡管g(t)的理論是在一8<t<+8范圍取值，但實際中需要對g(t)進行截短，僅取(2N+1)TS區(qū)間，這樣可以證明0(t)在碼元變換時刻的取值0(氣)是有限的。這樣我們就可以事先制作cos0(t)和sin0(t)兩張表，根據輸入數據讀出相應的值，再進行正交調制就可以正交調制器得到GMSK信號，如圖5-3所示圖5-3波形存儲正交調制法產生GMSK信號

圖5-4描述出了GMSK信號的功率譜密度。圖中，橫坐標的歸一化頻率〔（f-f）T〕，cs縱坐標為譜密度，參變量BT為高斯低通濾波器的歸一化3dB帶寬B與碼元長度T的乘積。正交調制器sssSBT=8的曲線是MSK信號的功率譜密度，由圖可見，GMSK信號的頻譜隨著BT值的減ssss小變得緊湊起來。需要說明的是，GMSK信號頻譜特性的改善是通過降低誤比特率性能換來的。前置濾波器的帶寬越窄，輸出功率譜就越緊湊，誤比特率性能變得越差。不過，當BT=0.25時，誤比特率性能下降并不嚴重。ss-120B.0.3(-40密-60-80-10000.51.01.52.0-120B.0.3(-40密-60-80-10000.51.01.52.02.50-20s/0.50.160.20\0.25'8(MSK)歸一化頻率（f-f）T

圖5-4GMSK的功率譜密度2、GMSK解調原理GMSK信號的解調可以采用相干解調，也可采用非相干解調，相干解調的原理與MSK相干解調相同，可參閱MSK相干解調原理。非相干解調在下個實驗中介紹。四、實驗原理??1、?實驗框圖及電路說明:r.!:差分編碼INRZIN串/并」■轉換波形選擇D/A轉換器I您留-A地址生成器乘法器

(MC1496)NRZ-QEEPROM

(AT2864)1差分編碼INRZIN串/并」■轉換波形選擇D/A轉換器I您留-A地址生成器乘法器

(MC1496)NRZ-QEEPROM

(AT2864)1-21.4M^波y分頻數字住、'佰延遲A波形選擇*

I地址生成器EEPROM(AT2^64)反相分頻I―?VSIN加法器（運放）JLGMSK信號基帶成型*D/A轉換器(DAC0832)乘法器

(MC1496)Q-INIQ調制圖5-6GMSK調制實驗框圖輸入GMSK信號乘法器(MC1496)1-低通—濾波—即一T」IN整形輸入GMSK信號乘法器(MC1496)1-低通—濾波—即一T」IN整形■-抽樣■■_COS分頻*位同步—恢復輸入L載波反相并/串上差分譯碼變換........忠.解.調乘法器(MC1496)—?低通—濾波—b-整形一抽樣延遲二分頻―自VSIN.碼元再生圖5-7GMSK解調實驗框圖五、實驗步驟1、正確安裝基帶成形模塊、IQ調制解調模塊、碼元再生模塊和PSK載波恢復模塊。2、GMSK調制實驗。a、用臺階插座線完成如下連接:源端口目的端口連線說明基帶模塊：PN31基帶模塊：NRZIN提供PN31偽隨機序列基帶模塊：I-OUTIQ模塊：I-IN將基帶成型后的I路信號進行調制基帶模塊：Q-OUTIQ模塊：Q-IN將基帶成型后的Q路信號進行調制b、按基帶成形模塊上“選擇”鍵，選擇GMSK模式〔GMSK指示燈亮〕。c、用示波器比照觀察“NRZIN”和“NRZOUT”信號，寫出差分編碼規(guī)則d、用示波器觀察基帶模塊上“NRZ-I”及“NRZ-Q”測試點，并分別與“NRZOUT”測試點的信號進行比照，觀察串并轉換情況。e、用示波器觀測基帶模塊上“I-OUT”和“Q-OUT”點信號，并分別與“NRZ-I”、"NRZ-Q”比照，說明GMSK信號成形規(guī)則。f、用頻譜分析儀觀測調制后GMSK信號頻譜〔可用數字示波器上FFT功能替代觀測〕，觀測點為IQ模塊調制單元的“輸出”端〔TP4〕3、GMSK相干解調實驗。a、關閉實驗箱總電源，保持步驟2中的連線不變，用同軸視頻線完成如下連接:源端口目的端口IQ模塊〔IQ調制單元〕：輸出〔J2〕IQ模塊〔IQ解調單元〕：輸入〔J3〕IQ模塊（載波單元）：輸出〔J5〕IQ模塊（載波單元）：輸入〔J4〕b、示波器探頭分別接IQ解調單元上的“I-OUT”及“Q-OUT”端，觀察解調后的波形。c、比照解調前后I路信號示波器探頭分別接IQ模塊的“I-OUT”端及“I-IN”端，注意觀察兩者是否一致。d、比照觀測解調前后Q路信號示波器探頭分別接IQ模塊的“Q-OUT”端及“Q-IN”端，注意觀察兩者是否一致。4、GMSK再生信號觀察a、關閉實驗箱總電源，保持步驟2、3中的連線不變，用臺階插座線完成如下連接:源端口目的端口連線說明IQ模塊：I-OUT再生模塊：I-IN將解調后的I路信號進行抽樣判決IQ模塊：Q-OUT再生模塊：Q-IN將解調后的Q路信號進行抽樣判決b、按再生模塊上“選擇”鍵，選擇GMSK模式〔GMSK指示燈亮〕。c、比照觀測原始NRZ信號與再生后的NRZ信號示波器探頭分別接再生模塊上“NRZ”端和基帶模塊上“NRZIN”端，觀察兩路碼元是否一致。假設一致表示解調正確，假設不一致可回到步驟2重新實驗。5、觀測載波非相干時信號波形斷開IQ模塊上載波“輸出”端與該模塊上載波“輸入”視頻線，將Q模塊上載波“輸入”端與PSK載波恢復模塊上“VCO-OUT”端連接起來，此時載波非相干。六、思考題1、MSK及GMSK基帶信號有什么區(qū)別？這些區(qū)別產生了什么結果？答：GMSK調制是在MSK〔最小頻移鍵控〕調制器之前插入高斯低通預調制濾波器這樣一種調制方式。GMSK到達了平滑相位路徑的作用，它消除了MSK相位路徑在碼元轉換時刻的相位轉折。而且GMSK信號在一碼元周期內的相位增量，不像MSK那樣固定為土生，而2是隨著輸入序列的不同而不同。2、比較MSK信號及GMSK頻譜的區(qū)別。答：由于成形后的高斯脈沖包絡無陡峭邊沿，亦無拐點，因此GMSK頻譜特性優(yōu)于MSK信號的頻譜特性。通常將高斯濾波器的3dB帶寬B和輸入碼元寬度T的乘積BT值作為設計高斯濾波器的一個主要參數。BT值越小，相鄰碼元之間的相互影響越大。理論分析和電腦模擬結果說明。BT值越小，GMSK信號功率頻譜密度的高頻分量衰減越快。主瓣越小，信號所占用的頻帶越窄，帶外能量的輻射越小，鄰道干擾也越小。七、參考實驗連線及測試曲線2.“NRZIN”和“NRZOUT”信號：差分編碼規(guī)則：在信號位開始時不改變信號極性，表示邏輯"1"在信號位開始時改變信號極性，表示邏輯”0”?！癗RZ-I”測試點與“NRZOUT”測試點的信號進行比照：“NRZ-Q”測試點與“NRZOUT”測試點的信號進行比照:■hw~~■hw~~基帶模塊上“I-OUT”點信號與“NRZ-I”比照:基帶模塊上“I-OUT”點信號與“NRZ-Q”比照:基帶模塊上“Q-OUT”點信號與“NRZ-I”比照:基帶模塊上“Q-OUT”點信號與“NRZ-Q”比照:IQ解調單元上的“I-OUT”及“Q-OUT”端:IQ模塊的“I-OUT”端及“I-IN”端:IQ模塊的“Q-OUT”端及“Q-IN”端:再生模塊上“NRZ”端和基帶模塊上“NRZIN”端:5.“NRZIN”和“NRZOUT”信號r-Tn-r“NRZ-I”測試點與“NRZOUT”測試點的信號進行比照:“NRZ-Q”測試點與“NRZOUT”測試點的信號進行比照:基帶模塊上“I-OUT”點信號與“NRZ-I”比照:基帶模塊上“I-OUT”點信號與“NRZ-Q”比照:基帶模塊上“Q-OUT”點信號與“NRZ-I”比照:EUGOL.基帶模塊上“Q-OUT”點信號與“NRZ-Q”比照:調制后GMSK信號頻譜:IQ解調單元上的“I-OUT”及“Q-OUT”端:IQ模塊的IQ模塊的“I-OUT”端及“I-IN”端:KP<-cM-iT“丹SPPI3I^KI■KTIsLIAJiillx:|Mi-Ki!|aF.frJrniiv