2010年新编移动通信实验指导书.doc

第 1 页 共 235 页 目目 录录 目录目录 1 第一章数字调制与解调技术第一章数字调制与解调技术 3 实验一四相移相键控（QPSK）调制及解调实验 3 实验二交错四相移相键控（OQPSK）调制及解调实验 11 实验三基带信号预成形技术实验 19 实验四 MSK 调制及相干解调实验 24 实验五 GMSK 调制及相干解调实验 36 实验六 MSK、GMSK 非相干数字解调实验 44 实验七矢量调制星座图实验 51 第二章同步技术第二章同步技术 55 实验八 PSK 信号载波恢复 55 实验九 NRZ 码位同步提取实验 62 第三章扩展频谱技术第三章扩展频谱技术 68 实验十 m 序列产生及其特性实验 68 实验十一 Gold 序列产生及其特性实验 80 实验十二直接序列扩频实验 86 实验十三解扩实验 95 第四章移动信道传播特性（选做）第四章移动信道传播特性（选做）105 实验十四白噪声信道模拟实验 105 实验十五多径衰落信道模拟实验 109 实验十六慢衰落信道模拟实验 116 LTE-YD-02B 移动通信实验系统 第 2 页 共 235 页 第五章抗衰落技术第五章抗衰落技术 119 实验十七卷积码编码及译码实验 119 实验十八块交织及解交织实验 130 第六章通信系统实验第六章通信系统实验 136 实验十九 CDMA 扩频通信系统实验 136 实验二十 FH－CDMA（跳频码分多址）移动通信（选做）147 实验二十一 TDMA（时分多址）移动通信（选做）153 实验二十二 TD/FH（时分加跳频）混合多址移动通信（选做）160 实验二十三 TD/DS（时分加直扩）混合多址移动通信（选做）162 实验二十四 GSM 通信系统实验 166 第七章移动通信网络实验第七章移动通信网络实验 171 实验二十五 GSM/GPRS 移动台主呼及被呼叫过程实验 171 实验二十六 GSM/GPRS 移动台短消息发送及接收实验 177 实验二十七无线数据传输实验 182 实验二十八 AT 命令控制功能实验 185 实验二十九 CDMA 移动台主呼及被呼叫过程实验（选做）186 实验三十 CDMA 移动台短消息发送及接收实验（选做）193 附录一 CDMA 通信系统组成框图 197 附录二移动实验系统软件说明书 198 第 3 页 共 235 页 第一章第一章 数字调制与解调技术数字调制与解调技术 实验一实验一 四相移相键控（四相移相键控（QPSK）调制及解调实验）调制及解调实验 一、一、 实验目的实验目的 1、了解 QPSK 调制解调原理及特性。

2、了解载波在 QPSK 相干及非相干时的解调特性 二、二、 实验内容实验内容 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、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别 三、三、 基本原理基本原理 1、QPSK 调制原理 QPSK 又叫四相绝对相移调制，它是一种正交相移键控 QPSK 利用载波的四种不同相位来表征数字信息由于每一种载波相位代表两个比特 信息，因此，对于输入的二进制数字序列应该先进行分组，将每两个比特编为一组，然后 用四种不同的载波相位来表征我们把组成双比特码元的前一信息比特用 a 代表，后一信 息比特用 b 代表双比特码元中两个信息比特 ab 通常是按格雷码排列的，它与载波相位的 关系如表 1-1 所示，矢量关系如图 1-1 所示图 1-1（a）表示 A 方式时 QPSK 信号矢量图， 图 1-1（b）表示 B 方式时 QPSK 信号的矢量图 由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在 A 方式中：45°、135°、 225°、315°，则数据、通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±；B 方 k I k Q2/2 式中：0°、90°、180°、270°，则数据、通过处理后输出的成形波形幅度有三种 k I k Q 取值±1、0。

LTE-YD-02B 移动通信实验系统 第 4 页 共 235 页 表 1-1 双比特码元与载波相位关系 双比特码元载波相位 aBA 方式B 方式 0 1 1 0 0 0 1 1 225° 315° 45° 135° 0° 90° 180° 270° (1,1) (0, 1) (0, 0)(1,0) 45° (1,0) (1, 1) (0, 1) (0,0) 0° ①①①① ①①①① (a)(b) 图 1-1 QPSK 信号的矢量图 下面以 A 方式的 QPSK 为例说明 QPSK 信号相位的合成方法 串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行序列，然后通过基带成形得到的双 极性序列（从 D/A 转换器输出，幅度为±） 设两个双极性序列中的二进制数字分别2/2 为 a 和 b，每一对 ab 称为一个双比特码元双极性的 a 和 b 脉冲通过两个平衡调制器分别 对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图1-2 中虚线矢量，将两路输出叠加，即得到 QPSK 调制信号，其相位编码关系如表1-2 所示 第 5 页 共 235 页 a(1) b(1) b(0) a(0) (-1,1) (1,-1)(-1,-1) (1,1) 图 1-2 矢量图 表 1-2 QPSK 信号相位编码逻辑关系 a1－1－11 b11－1－1 a 路平衡调制器输出 b 路平衡调制器输出 合成相位 0° 90° 45° 180° 90° 135° 180° 270° 225° 0° 270° 315° 用调相法产生 QPSK 调制器框图如图 1-3 所示。

串并变换 电平产生 电平产生 载波 发生器 移相90o 二进制信息QPSK信号 I(t) Q(t) cosAt sinAt 图 1-3 QPSK 调制器框图 LTE-YD-02B 移动通信实验系统 第 6 页 共 235 页 01010011011100 +1 -1 +1 -1 000 1 0 1 0 0 11111 0 I (t ) Q (t ) 图 1-4 二进制码经串并变换后码型 由图 1-3 可以看到，QPSK 的调制器可以看作是由两个 BPSK 调制器构成，输入的串行 二进制信息序列经过串并变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二 电平信号 I（t）和 Q（t） ，然后对和进行调制，相加后即可得到 QPSK 信号cosAtsinAt 经过串并变换后形成的两个支路如图 1-4 所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这 两个支路互为正交，一个称为同相支路，即 I 支路；另外一路称为正交支路，即 Q 支路 2、QPSK 解调原理 由于 QPSK 可以看作是两个正交 2PSK 信号的合成，故它可以采用与 2PSK 信号类似的 解调方法进行解调，即由两个 2PSK 信号相干解调器构成，其原理框图如图 1-5 所示。

并串 变换 载波 发生器 移相90o 二进制信息 QPSK信号 整形判决 整形判决 位定时 恢复 图 1-5 QPSK 解调原理框图 四、四、 实验原理实验原理 第 7 页 共 235 页 1、实验模块简介 本实验需用到基带成形模块、IQ 调制解调模块、码元再生模块及 PSK 载波恢复模块 （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）IQ 调制解调模块： 本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大； 完成射频信号正交解调 （3）码元再生模块： 本模块主要功能：从解调出的 IQ 基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串 转换后输出 （4）PSK 载波恢复模块： 本模块主要功能：与 IQ 调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯 环恢复 PSK 已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源本实验只使用其载波源 2、实验框图及电路说明 a、QPSK 调制实验 PN31 NRZ IN 串/并 转换 波形选择 地址生成器 乘法器 （MC1496） 加法器 （运放） 波形选择 地址生成器 乘法器 （MC1496） 21.4M 载波 反相 二分频 D/A转换器 （DAC0832） EEPROM （AT2864） D/A转换器 （DAC0832） EEPROM （AT2864） 二分频 10.7M晶 体滤波器 10.7M晶 体滤波器 数 字 信 源 BS NRZ-I NRZ-Q Q-OUT I-OUT I-IN Q-IN 输出 I Q SIN COS 输出 QPSK信号 图 1-6 QPSK 调制实验框图 QPSK 调制的实验框图如图 1-6 所示，基带成形模块产生的 PN 码（由 PN31 端输出，码 IQ 调制基带成型 LTE-YD-02B 移动通信实验系统 第 8 页 共 235 页 型为 111100010011010）输入到串并转换电路中（由 NRZ IN 端输入）进行串并转换，成为 IQ 两路基带信号，输出的 IQ 两路数字基带信号（观测点为 NRZ-I，NRZ-Q） ，经波形预取 电路判断，取出相应的模拟基带波形数据，经 D/A 转换后输出（观测点为 I-OUT，Q- OUT，分别于 NRZ-I，NRZ-Q 波形反相） 。

IQ 两路模拟基带信号送入 IQ 调制解调模块中的 IQ 调制电路分别进行 PSK 调制，然后相加形成 QPSK 调制信号，经放大后输出QPSK 已 调信号载波为 10.7MHz，是由 21.4MHz 本振源经正交分频产生 b、QPSK 解调实验 乘法器 （MC1496） 乘法器 （MC1496） 反相 二分频 二分频 晶体 滤波器 晶体 滤波器 输入 输入 SIN COS 低通 滤波 低通 滤波 QPSK信号整形 整形 抽样 判决 位同步 恢复 并/串 变换 抽样 判决 Q-INQ-OUT I-OUTI-IN BS NRZ 载波 I Q 图 1-7 QPSK 解调实验框图 QPSK 解调实验原理框图如图 1-7 所示，QPSK 已调信号送入 IQ 调制解调模块中的 IQ 解调电路分别进行 PSK 相干解调，相干载波由调制端的本振源经正交分频产生解调输出 的 IQ 两路模拟基带信号送入码元再生模块进行抽样判决，转换为数字信元后再进行并串转 换后输出抽样判决前 IQ 信号需经整形变为二值信号，并且需恢复位同步信号位同步信 号恢复由码元再生模块中的数字锁相环完成 IQ 解调电路的载波也可由 PSK 载波恢复模块上的本振源提供，此时解调变为非相干解 调，从解调输出的模拟基带信号可以看出信号失真很大，无法进行码元再生。

五、五、 实验步骤实验步骤 1、 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块） 、IQ 调制解调模块（以下简 称 IQ 模块） 、码元再生模块（以下简称再生模块）和 PSK 载波恢复模块 IQ 解调 码元再生 第 9 页 共 235 页 2、 QPSK 调制实验 a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成如下连接： 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 基带模块：I-OUTIQ 模块：I-IN 串并变换后的 I 路信号输入 基带模块：Q-OUTIQ 模块：Q-IN 串并变换后的 Q 路信号输入 * * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源检查连线是否正确，检查无误后打开电源 b、按基带成形模块上“选择”键，选择 QPSK 模式（QPSK 指示灯亮） 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 IN”测 试点的信号进行对比，观察串并转换情况 d、用示波器观测 IQ 调制模块上“输出”点（TP4 处）的已调 QPSK 信号,并调节电位器 “W1” ，注意波形的变化情况 e、用频谱分析仪观测调制后 QPSK 信号频谱（可用数字示波器上 F。