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1、重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 实验三实验三 基带信号预成形技术实验基带信号预成形技术实验 一、实验目的一、实验目的 1、了解正交调制中基带信号的产生原理及方法 2、了解基带滤波器的作用 3、了解工程中常用的设计原理及方法 二、实验内容二、实验内容 1、了解基带信号预成形的原理及方法。 2、观察 MSK 及 GMSK 基带信号。 三、基本原理三、基本原理 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。同时，由于数字通信具有建网灵活，容易
2、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，所以目前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。 数字信号调制的基本类型分为振幅键控（ASK） 、频移键控（FSK）和相移键控（PSK） 。然而一般的数字调制技术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，以适用于移动通信的窄带数据传输的要求。如最小频移键控（MSKMinimum Shift Keying） ，高斯滤波最小频移键控（GMSKGaussian Filtered Minimum
3、 Shift Keying） ，四相相移键控（QPSKQuadrature Reference Phase Shift Keying） ，交错正交四相相移键控（OQPSKOffset Quadrature Reference Phase Shift Keying） ，四相相对相移键控（DQPSKDifferential Quadrature Reference Phase Shift Keying）和/4 正交相移键控（/4-DQPSKDifferential Quadrature Reference Phase Shift Keying）已在数字蜂窝移动通信系统中得到广泛应用。 数字调制技术
4、又可分为两类：一类是线性调制技术，主要包括 PSK、QPSK、DQPSK、OQPSK、/4DQPSK 和多电平 PSK 等。这一类调制技术要求通信设备从频率变换到放大和发射过程中保持充分的线性， 因此在制造移动设备中会增加难度和成本， 但可以获得较高的频谱利用率。另一类是恒包络调制技术，主要包括 MSK、GMSK、GFSK、TFM 等。这重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 类调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求， 不足之处是其频谱利用率通常低于线性调制技术。 由于这两类调制技术各有优势， 因此被不同的移动通信系统所采用。
5、 如 GSM 系统中采用的就是 GMSK 调制， 而 IS-95CDMA 系统采用的是 QPSK和 OQPSK 调制。 为了使用户能够对各种移动通信中常用的数字调制技术的特点、区别和实现方式有清楚和全面地认识，本实验系统提供了 MSK（最小移频键控） 、GMSK（高斯最小移频键控） 、QPSK（四相绝对移相键控） 、OQPSK（交错正交四相相移键控） 、PSK（二进制移相键控） 。 大家都知道，一个理想的恒包络信道的频谱几乎是无限宽的，这样的信道对频谱资源来说完全是无法忍受的， 为了克服恒包络调制中的频谱利用率低的问题， 我们通常会对信号进行频谱限制，即通过滤波的方法对每一个信道进行滤波，以降
6、低其信道带宽，但这样做的一个缺点就是带来了信号的失真， 为避免频谱限制所引起的失真， 我们在调制之前必须对基带信号进行处理，降低基带信号的占用带宽，这一处理即为基带成形。 基带成形原理基带成形原理 MSK 基带波形只有两种波形组成，如图 3-1 所示： 波形1波形2图 3-1 MSK 基带信号波形 在 MSK 调制方式中，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（
7、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 3-2 所示 重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 00011101101100二进制信息I路数据Q路数据I路成形信号Q路成形信号图 3-2 MSK 的基带信号波形 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
8、，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。 四、实验原理四、实验原理 1、实验模块简介 本实验只需用到基带成形模块。 （1）基带成形模块： 本模块主要功能：产生 PN31 伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。 2、实验框图及电路说明 重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 PN31 NRZ IN 串/并 转换波形选择 地址生成器波形选择 地址生成器D/A转换器 （DAC0832）EEPROM （AT2864）D/
9、A转换器 （DAC0832）EEPROM （AT2864）数 字 信 源BSNRZ OUTNRZ-QQ-OUTI-OUT延迟I路成形Q路成形差分 编码NRZ-I图 3-3 基带成形实验框图 基带成形实验框图如图 3-3 所示。基带成形模块产生的PN码（由PN31 端输出）输入到差分编码电路（由NRZ IN端输入）中进行差分编码（观测点为NRZ OUT） ，然后再进行串并转换，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收到的数据（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
10、， 然后通过DA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/GMSK调制信号。 五、实验步骤五、实验步骤 1、 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块） 。 2、 关闭实验箱总电源，按如下要求连接好连线： 源端口源端口 目的端口目的端口 连线说明连线说明 基带模块：PN31 基带模块：NRZ IN 提供 PN31 伪随机序列 * 检查连线是否正确，检查无误后打开实验箱总电源。* 检查连线是否正确，检查无误后打开实验箱总电源。 3、 观测 MSK 的基带信号 a、按基带模块上“选择”键，选择 MSK 模式（MSK 指示灯亮） 。 b、用示波器对比
11、观察基带模块上“NRZ IN”及“NRZ OUT”测试点，观察差分编码情况。 c、用示波器观察基带模块上“I-OUT”及“Q-OUT”测试点，并分别与“NRZ OUT”测试点的信号进行对比，观察串并转换情况。 重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 4、 观测 GMSK 的基带信号 a、按基带模块上“选择”键，选择 GMSK 模式（GMSK 指示灯亮） 。 b、用示波器对比观察基带模块上“NRZ IN”及“NRZ OUT”测试点，观察差分编码情况。 c、用示波器观察基带模块上“I-OUT”及“Q-OUT”测试点，并分别与“NRZ OUT”测试点的信号进行对比，观察串并转换情况。 六、思考题六、思考题 MSK 及 GMSK 基带信号有说明区别？简述基带信号成形原理 重庆邮电大学通信技术与网络实验中心 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书
