实验四 MSK调制解调实验
一.实验目的
1. 了解MSK调制和解调的基本原理； 2．熟悉软件完成MSK的过程。 二.实验内容
1．熟悉MSK调制和解调过程； 2．通过示波器测试MSK各点的波形；
3*.设计通过DSP程序完成MSK的程序，加强对MSK的理解。 三.实验原理
当信道中存在非线性的问题和带宽限制时，幅度变化的数字信号通过信道会使己滤除的带外频率分量恢复，发生频谱扩展现象，同时还要满足频率资源限制的要求。因此，对己调信号有两点要求，一是要求包络恒定；二是具有最小功率谱占用率。因此，现代数字调制技术的发展方向是最小功率谱占有率的恒包络数字调制技术。现代数字调制技术的关键在于相位变化的连续性，从而减少频率占用。
MSK（最小频移键控）是移频键控FSK的一种改进形式。在FSK方式中，每一码元的频率不变或者跳变一个固定值，而两个相邻的频率跳变码元信号，其相位通常是不连续的。所谓MSK方式，就是FSK信号的相位始终保持连续变化的一种特殊方式。可以看成是调制指数为0.5的一种连续相位的FSK信号。其主要特点是包络恒定，带外辐射小，实现较简单。其数学表达式为：
S(t)??cos(?ct?akn?2Tbt??n)
式中，Tb为码元的宽度，an为＋1，－1。?n是第n个码元的初始相位，并且
???n??n?1??n?n?当输入＋1时，发送的角频率为：?c?an?an?1
an?an?1?2Tb。当输入-1时，发送的角频率为：?c??2Tb。
在一个码元内相位增加?/2或者减小?/2，所以相位的变换是连续的。
图4-11-1给出一种MSK调制信号产生的方法。
TP201cos(数据输入TP206串并转换?t2Tb)cos(?ct)TP308MSK输出90o90oTP202图4-11-1 MSK的调制框图
实现MSK调制的过程为：先将输入的基带信号将其分成I、Q两路，并互相交错一个码元宽度，再用加权函数cos(?2Tbt)和sin(?2Tbt)分别对I、Q两路数据加权，最后将两路数据
分别用正交载波调制。MSK使用相干载波最佳接收机解调，如图4-11-2所示。
TP203积分清洗判决cos(?ct)MSK输出相干载波数据输出串并转换90oTP204积分清洗判决
图4-11-2 MSK的相干解调框图
在MSK实验中，我们采用了DSP软件来实现MSK调制和解调。本实验中由DSP产生一个数据源，并进行串并转换，分为I路和Q路，同时产生同频的正弦信号和余弦信号，分别和
I、Q路相乘，再将I、Q路合路，进行MSK调制，通过DSP的MCBSP2口串行发送，再通过
D/A转换和上变频进行传输。接收方通过下变频和A/D变化，将数据通过DSP的MCBSP2串行交给DSP，DSP做相干解调，恢复出原始数据信息。 四.实验步骤
1. 打开移动实验箱电源，等待实验箱初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，
此时可以进行下面操作；
2. 先按下“菜单”键，再按下数字键“5”选择“五. 数字调制解调”，再按数字键“4”选择“4. MSK调制”；
3. 在测试点TP206测试输入的基带数据波形。 4. 在测试点TP201测试发送的I路数据； 5. 在测试点TP202测试发送的Q路数据；
6. 在测试点TP308测试I路和Q路调制复合后的波形； 7. 在测试点TP203测试接收的I路解调数据波形； ８. 在测试点TP204测试接收的Q路解调数据波形。 五. 实验任务
1．画出各点波形，熟悉MSK调制的过程；
2. 观测调制之后的信号频率变化，及有否相位跳变，理解MSK的概念；
3*.根据提供的仿真器和JTAG接口，自主设计一个DSP软件程序，通过DSP的MCBSP2串口、A/D、D/A电路和上下变频电路，来完成一个MSK的调制、传输和解调实验。并根据上述各测试点，测试各点波形。
*：选作，需要计算机和DSP的仿真器
实验五 GMSK调制解调实验
一、实验目的
1. 了解GMSK调制和解调的基本原理； 2．熟悉软件完成GMSK的过程。 二、实验内容
1．熟悉GMSK调制和解调过程； 2．通过示波器测试GMSK各点的波形；
3*.设计通过DSP程序完成GMSK的程序，加强对GMSK的理解。 三、实验原理
尽管MSK信号已具有较好的频谱和误码率性能，但仍不能满足无线通信中临道辐射低于主瓣达到60db以上的要求。因此，需要在MSK的基础上采取一定的措施，加快其带外衰减速度。于是提出了改进的MSK调制方式，即GMSK调制。GMSK调制是在MSK调制前，将基带信号线通过一个高斯型低通滤波器。
图 GMSK调制器结构原理图
该高斯低通滤波器也被称为与调制滤波器，假设其3dB带宽为Bb，则其冲击响应为：
高斯低通滤波器MSK调制器h(t)???2Bbexp(??2a2t2)ln2GMSK信号的带外衰减由BbTb决定，BbTb值越大，带外衰减越大。当BbTb=0.3时，即可满足GSM系统带外衰减60dB的要求。在BbTb一定时，频道间隔Δf和Tb的乘积 ΔfTb越大，则邻临道干扰越小；在ΔfTb一定时，BbTb越小则邻道干扰越小。
实际上，MSK是2电平矩形基带信号进行调频得到的，MSK信号在任一码元间隔内，其相位变化（增加或减小）pi/2，而在码元转换时刻则保持相位连续。但MSK信号相位变化率为一折线，在码元转换时刻会出现尖角，从而使其频谱特性的旁瓣滚降缓慢，带外辐射相对较大。为了解决这一问题，可将数字基带信号先经过一个高斯滤波器整形，由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，于是经调制后的已调频波相位路径在MSK基础上获得平滑。这被成为GMSK调制。其和MSK信号的相位变化如下页图所示：
通过相位分析可以看出，GMSK通过引入可控的码间干扰来达到相位平滑的目的，消除了MSK在码元转换时刻的相位转折。
?(t)?MSKGMSK?/20??/212345678t/Tb??GMSK信号的解调器可以采用和MSK一样的解调方式，但需要提取相干载波，这在高速的无线传输系统中式比较困难的。在实际中，常采用二比特延迟差分检测的非相干解调方式。
三、实验步骤及内容
1. 打开移动实验箱电源，等待实验箱初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作；
2. 先按下“菜单”键，再按下数字键“5”选择“五. 数字调制解调”，再按数字键“5”选择“5. GMSK调制”；
3. 在测试点TP201测试输入的基带数据。 3. 在测试点TP206测试输入的基带数据波形。 4. 在测试点TP201测试发送的I路数据； 5. 在测试点TP202测试发送的Q路数据；
6. 在测试点TP308测试I路和Q路调制复合后的波形； 7. 在测试点TP203测试接收的I路解调数据波形； ８. 在测试点TP204测试接收的Q路解调数据波形。 五、 实验任务
1．画出各点波形，熟悉GMSK调制的过程；
2. 观测调制之后的信号频率变化，和MSK相比较说出两者的差别；
3*.根据提供的仿真器和JTAG接口，自主设计一个DSP软件程序，通过DSP的MCBSP2串口、A/D、D/A电路和上下变频电路，来完成一个GMSK的调制、传输和解调实验。并根据上述各测试点，测试各点波形。
*：选作，需要计算机和DSP的仿真器