实验五GMSK调制及相干解调实验.docx

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实验五GMSK调制及相干解调实验

实验五--GMSK调制及相干解调实验

实验五GMSK调制及相干解调实验

一、实验目的

1、了解GMSK调制原理及特性

2、了解GMSK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

4、掌握MSK调制与GMSK调制的差别

二、实验内容

1、观察I、Q两路基带信号的特征及与输入NRZ码的关系。

2、观察IQ调制解调过程中各信号变化。

3、观察MSK调制及GMSK调制信号的区别。

4、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。

三、基本原理

1、GMSK调制原理

GMSK调制方式，是在MSK调制器之前加入一个基带信号预处理滤波器，即高斯低通滤波器，由于这种滤波器能将基带信号变换成高斯脉冲信号，其包络无陡峭边沿和拐点，从而达到改善MSK信号频谱特性的目的。

实现GMSK信号的调制，关键是设计一个性能良好的高斯低通滤波器，它必须具有如下特性：

①有良好的窄带和尖锐的截止特性，以滤除基带信号中多余的高频成分。

②脉冲响应过冲量应尽量小，防止已调波瞬时频偏过大。

③输出脉冲响应曲线的面积对应的相位为π/2，使调制系数为1/2。

高斯低通滤波器的冲击响应为

该滤波器对单个宽度为Tb的矩形脉冲的响应为

当BbTb取不同值时，g（t）的波形如图5-1所示

图5-4GMSK的功率谱密度

2、GMSK解调原理

GMSK信号的解调可以采用相干解调，也可采用非相干解调，相干解调的原理与MSK相干解调相同，可参阅MSK相干解调原理。

非相干解调在下个实验中介绍。

四、实验原理

1、实验框图及电路说明

图5-6GMSK调制实验框图

图5-7GMSK解调实验框图

五、实验步骤

1、正确安装基带成形模块、IQ调制解调模块、码元再生模块和PSK载波恢复模块。

2、GMSK调制实验。

a、用台阶插座线完成如下连接：

源端口

目的端口

连线说明

基带模块：

PN31

基带模块：

NRZIN

提供PN31伪随机序列

基带模块：

I-OUT

IQ模块：

I-IN

将基带成型后的I路信号进行调制

基带模块：

Q-OUT

IQ模块：

Q-IN

将基带成型后的Q路信号进行调制

b、按基带成形模块上“选择”键，选择GMSK模式（GMSK指示灯亮）。

c、用示波器对比观察“NRZIN”和“NRZOUT”信号，写出差分编码规则

d、用示波器观察基带模块上“NRZ-I”及“NRZ-Q”测试点，并分别与“NRZOUT”测试点的信号进行对比，观察串并转换情况。

e、用示波器观测基带模块上“I-OUT”和“Q-OUT”点信号，并分别与“NRZ-I”、“NRZ-Q”对比，说明GMSK信号成形规则。

f、用频谱分析仪观测调制后GMSK信号频谱（可用数字示波器上FFT功能替代观测），观测点为IQ模块调制单元的“输出”端（TP4）

3、GMSK相干解调实验。

a、关闭实验箱总电源，保持步骤2中的连线不变，用同轴视频线完成如下连接：

源端口

目的端口

IQ模块（IQ调制单元）：

输出（J2）

IQ模块（IQ解调单元）：

输入（J3）

IQ模块（载波单元）：

输出（J5）

IQ模块（载波单元）：

输入（J4）

b、示波器探头分别接IQ解调单元上的“I-OUT”及“Q-OUT”端，观察解调后的波形。

c、对比解调前后I路信号

示波器探头分别接IQ模块的“I-OUT”端及“I-IN”端，注意观察两者是否一致。

d、对比观测解调前后Q路信号

示波器探头分别接IQ模块的“Q-OUT”端及“Q-IN”端，注意观察两者是否一致。

4、GMSK再生信号观察

a、关闭实验箱总电源，保持步骤2、3中的连线不变，用台阶插座线完成如下连接：

源端口

目的端口

连线说明

IQ模块：

I-OUT

再生模块：

I-IN

将解调后的I路信号进行抽样判决

IQ模块：

Q-OUT

再生模块：

Q-IN

将解调后的Q路信号进行抽样判决

b、按再生模块上“选择”键，选择GMSK模式（GMSK指示灯亮）。

c、对比观测原始NRZ信号与再生后的NRZ信号

示波器探头分别接再生模块上“NRZ”端和基带模块上“NRZIN”端，观察两路码元是否一致。

若一致表示解调正确，若不一致可回到步骤2重新实验。

5、观测载波非相干时信号波形

断开IQ模块上载波“输出”端与该模块上载波“输入”视频线，将IQ模块上载波“输入”端与PSK载波恢复模块上“VCO-OUT”端连接起来，此时载波非相干。

六、思考题

1、MSK及GMSK基带信号有什么区别？

这些区别产生了什么结果？

答：

GMSK调制是在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式。

GMSK达到了平滑相位路径的作用，它消除了MSK相位路径在码元转换时刻的相位转折。

而且GMSK信号在一码元周期内的相位增量，不像MSK那样固定为

，而是随着输入序列的不同而不同。

2、比较MSK信号及GMSK频谱的区别。

答：

由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此GMSK频谱特性优于MSK信号的频谱特性。

通常将高斯滤波器的3dB带宽B和输入码元宽度T的乘积BT值作为设计高斯滤波器的一个主要参数。

BT值越小，相邻码元之间的相互影响越大。

理论分析和计算机模拟结果表明。

BT值越小，GMSK信号功率频谱密度的高频分量衰减越快。

主瓣越小，信号所占用的频带越窄，带外能量的辐射越小，邻道干扰也越小。

七、参考实验连线及测试曲线

2.“NRZIN”和“NRZOUT”信号：

差分编码规则：

在信号位开始时不改变信号极性，表示逻辑"1"　　在信号位开始时改变信号极性，表示逻辑"0"。

“NRZ-I”测试点与“NRZOUT”测试点的信号进行对比：

“NRZ-Q”测试点与“NRZOUT”测试点的信号进行对比：

基带模块上“I-OUT”点信号与“NRZ-I”对比：

基带模块上“I-OUT”点信号与“NRZ-Q”对比：

基带模块上“Q-OUT”点信号与“NRZ-I”对比：

基带模块上“Q-OUT”点信号与“NRZ-Q”对比：

调制后GMSK信号频谱：

IQ解调单元上的“I-OUT”及“Q-OUT”端：

IQ模块的“I-OUT”端及“I-IN”端：

IQ模块的“Q-OUT”端及“Q-IN”端：

再生模块上“NRZ”端和基带模块上“NRZIN”端：

5.“NRZIN”和“NRZOUT”信号：

“NRZ-I”测试点与“NRZOUT”测试点的信号进行对比：

“NRZ-Q”测试点与“NRZOUT”测试点的信号进行对比：

基带模块上“I-OUT”点信号与“NRZ-I”对比：

基带模块上“I-OUT”点信号与“NRZ-Q”对比：

基带模块上“Q-OUT”点信号与“NRZ-I”对比：

基带模块上“Q-OUT”点信号与“NRZ-Q”对比：

调制后GMSK信号频谱：

IQ解调单元上的“I-OUT”及“Q-OUT”端：

IQ模块的“I-OUT”端及“I-IN”端：

IQ模块的“Q-OUT”端及“Q-IN”端：

再生模块上“NRZ”端和基带模块上“NRZIN”端：