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1、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
2、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：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。脉冲响应过冲量应尽量小，防止已调波瞬时频偏过大。输出脉冲响应曲线的面积对应的相位为/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5-1 高斯滤波器的矩形脉冲响应GMSK的信号表达式为 GMSK的相位路径如图5-2所示。图5-2 GMSK的相位轨迹从图5-1和5-2可以看出，GMSK是通过引入可控的码间干扰（即部分响应波形）来达到平滑相位路
3、径的目的，它消除了MSK相位路径在码元转换时刻的相位转折点。从图中还可以看出，GMSK信号在一码元周期内的相位增量，不像MSK那样固定为/2，而是随着输入序列的不同而不同。由式（5-4）可得式中尽管g(t)的理论是在t范围取值，但实际中需要对g(t)进行截短，仅取(2N+1)Ts区间，这样可以证明在码元变换时刻的取值是有限的。这样我们就可以事先制作和两张表，根据输入数据读出相应的值，再进行正交调制就可以得到GMSK信号，如图5-3所示图5-3波形存储正交调制法产生GMSK信号图5-4描述出了GMSK信号的功率谱密度。图中，横坐标的归一化频率（），纵坐标为谱密度，参变量为高斯低通滤波器的归一化3
4、dB带宽与码元长度的乘积。的曲线是MSK信号的功率谱密度，由图可见，GMSK信号的频谱随着值的减小变得紧凑起来。需要说明的是，GMSK信号频谱特性的改善是通过降低误比特率性能换来的。前置滤波器的带宽越窄，输出功率谱就越紧凑，误比特率性能变得越差。不过，当时，误比特率性能下降并不严重。图5-4 GMSK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IQ调制基带成型1、实验框图及电路说明图5-6 GMSK调制实验框图IQ解调码元再生图5-7 GMSK解调
5、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：NRZ IN提供PN31伪随机序列基带模块：I-OUTIQ模块：I-IN将基带成型后的I路信号进行调制基带模块：Q-OUTIQ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“NRZ IN”和“NRZ OUT”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“N
6、RZ OUT”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
7、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
8、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“NRZ IN”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
9、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.“NRZ IN”
10、和“NRZ OUT”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“NRZ OUT”测试点的信号进行对比：“NRZ-Q”测试点与“NRZ OUT”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“
11、Q-IN”端：再生模块上“NRZ”端和基带模块上“NRZ IN”端：5. “NRZ IN”和“NRZ OUT”信号：“NRZ-I”测试点与“NRZ OUT”测试点的信号进行对比：“NRZ-Q”测试点与“NRZ OUT”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“NRZ IN”端：
