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移动通信实验(现代数字调制、解调实验)
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2010-04-06
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移动通信经典实验集,其中包含了QPSK,MSK等一些重要实验原理的讲解。实验十二(选做) 现代数字调制、解调实验。 随着通信业务量的增加,频谱资源日趋紧张,为了提高系统的容量,信道间隔已由最初的100kHz减少到25kHz,并将进一步减少到12.5kHz,甚至更小,由于数字通信具有建网灵活,容易采用数字差错控制技术和数字加密,便于集成化,并能够进入ISDN网,所以通信系统都在由模拟制式向数字制式过渡。 因此系统中必须采用数字调制技术,然而一般的数字调制技术,如ASK、PSK和FSK因传输效率低而无法满足移动通信的要求,为此,需要专门研究一些抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高的数字调制技术,尽可能地提高单位频谱内传输数据的比特率,以适用于移动通信窄带数据传输的要求。如最小频移键控(MSK-Minimum Shift Keying),高斯滤波最小频移键控(GMSK-Gaussian Filtered Minimum Shift Keying),四相相移键控(QPSK-Quadrature Reference Phase Shift Keying),交错正交四相相移键控(OQPSK-Offset Quadrature Reference Phase Shift Keying),四相相对相移键控(DQPSK-Differential Quadrature Reference Phase Shift Keying)和π/4正交相移键控(π/4-DQPSK-Differential Quadrature Reference Phase Shift Keying),已在数字蜂房移动通信系统中得到广泛应用。
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实验十二(选做) 现代数字调制、解调实验
一、实验目的
1.了解用 FPGA 进行电路设计的基本方法。
2.掌握 MSK、GMSK 的概念以及它们之间的关系和不同。
3.掌握 MSK、GMSK 调制和解调原理。
4.掌握 QPSK、OQPSK、DQPSK、π/4-DQPSK 的概念以及它们之间的关系。
5.掌握 QPSK、OQPSK、DQPSK、π/4-DQPSK 调制和解调原理。
二、实验内容
1. 观察 MSK、GMSK、QPSK、OQPSK、DQPSK、π/4 -DQPSK 调制各信号波形。
2. 观察 MSK、GMSK、QPSK、OQPSK、DQPSK、π/4 -DQPSK 解调各信号波形。
三、实验器材
1. 信号源模块
2. 现代数字调制模块
3. 现代数字解调模块
4. 20M 双踪示波器 一台
5. 频率计(选用) 一台
四、实验原理
随着通信业务量的增加,频谱资源日趋紧张,为了提高系统的容量,信道间隔已由最
初的 100kHz 减少到 25kHz,并将进一步减少到 12.5kHz,甚至更小,由于数字通信具有建
网灵活,容易采用数字差错控制技术和数字加密,便于集成化,并能够进入 ISDN 网,所
以通信系统都在由模拟制式向数字制式过渡。
因此系统中必须采用数字调制技术,然而一般的数字调制技术,如 ASK、PSK 和 FSK
因传输效率低而无法满足移动通信的要求,为此,需要专门研究一些抗干扰性强、误码性
能好、频谱利用率高的数字调制技术,尽可能地提高单位频谱内传输数据的比特率,以适
用于移动通信窄带数据传输的要求。如最小频移键控(MSK-Minimum Shift Keying),高
斯滤波最小频移键控(GMSK-Gaussian Filtered Minimum Shift Keying),四相相移键控
(QPSK-Quadrature Reference Phase Shift Keying),交错正交四相相移键控( OQPSK-
Offset Quadrature Reference Phase Shift Keying ) , 四 相 相 对 相 移 键 控 ( DQPSK -
Differential Quadrature Reference Phase Shift Keying)和 π/4 正交相移键控(π/4-DQPSK-
Differential Quadrature Reference Phase Shift Keying),已在数字蜂房移动通信系统中得到广
泛应用。
1. MSK 调制、解调原理
MSK 调制原理
21-1
MSK 叫最小移频键控,它是移频键控(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。
二进制 MSK 信号的表达式可写为:
——载波角频率;
——码元宽度;
——第 k 个码元中的信息,其取值为±1;
——第 k 个码元的相位常数,它在时间 中保持不变;
当 =+1 时,信号的频率为: = +
当 =-1 时,信号的频率为: = -
由此可得频率之差为: = - =
那么 MSK 信号波形如图 21-1 所示:
图 21-1 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:
= +( - ) ( )
即:当 = 时, = ;
当 ≠ 时, = ±( )π;
若令 =0,则 =0 或±π,此式说明本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输
入有关,还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。
21-2
= -
令 = , - =
则: = +
为了便于理解如图 21-2 所示:
图 21-2 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 21-3 所示:
21-3
图 21-3 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 I
k
、Q
k
两路数据。
波形选择地址生成器是根据接收到的数据(I
k
或 Q
k
)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 21-4 所示:
图 21-4 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)。
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:
21-4
I
k
路 [ + ]
= + +
- +
Q
k
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。
根据上面描述可构成一种 MSK 解调器,其方框图如图 21-5 所示:
21-5
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资源评论
- ruoruozhangxiaopang2015-05-18非常好用,很详细
- 白佳彦2020-09-12还行吧,谢谢
xxjyh
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