移动通信实验指导书资料.docx

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移动通信实验指导书资料

移动通信实验指导书

王明志主编

信息学院

前　言

移动通信是上一世纪末三大新兴通信技术（移动通信、光纤通信、卫星通信）之一。

它使人类实现了随时随地快速可靠地进行各种信息的交换。

移动通信集各种通信最新技术之大成，是一种较为理想的通信方式。

针对不断发展的新技术，高等院校通信专业的课程设置也在不断更新，实验手段也在不断发展。

我们针对移动通信实验课与移动通信技术、设备现状，设计了相关实验，编写了这套教材。

本教材是根据多年从事移动通信教学和工程实验，并在考了国内外有关文献和资料的基础上编写而成。

移动通信网络是一个非常庞大、复杂的网络，涉及当今通信领域的方方面面。

为了让高等院校通信专业的学生对移动通信技术有一个全面的了解，“移动通信课程”的开设适应了这一形势的要求。

另一方面，在让学生对移动通信系统有一个较全面了解的同时，对其中关键技术的学习或深入地掌握是必要的。

对于这一部分知识点的学习，一方面可以通过理论课堂的学习获得，另一方面可以通信实验的环境进行加强。

ZH7005B多体制移动通信实验平台为学生们了解当今移动通信技术的发展提供了一个良好的实验平台。

在多体制移动通信实验平台中，设计了一个通用的信道硬件平台，它能支持多种模式的移动通信网络。

对目前常见的移动通信技术的关键部分“空中接口技术”，学生能有一个全面的了解：

1.最小频移键控（MSK）

2.高斯最小频移键控（GMSK）

3.π/4差分四相相移键控（π/4DQPSK）

4.CDMA/DS码分多址通信技术

5.CDMA/DS-IS95码分多址通信技术

6.跳频通信技术

实验一QPSK传输系统实验

实验二OQPSK传输系统实验

实验三/4DQPSK传输系统实验

实验四MSK传输系统实验

实验五GMSK传输系统实验

实验六16QAM传输系统实验

实验七64QAM传输系统实验

实验八CDMA传输系统实验

附录HDB3测试码序列的改进

在ZH5001通信原理实验系统中，设计了一个通用的信道硬件平台，在该实验平台上除了完成以前几章的实验外，还能完成以下实验：

1.振幅调制传输系统实验AM

2.单边带调制SSB

3.抑制载波的双边带调制DSB

4.频率调制FM

5.四相相移键控QPSK

6.四相交错相移键控OQPSK

7.最小频移键控MSK

8.高斯最小频移键控GMSK

9.π/4差分四相相移键控π/4DQPSK

10.16QAM传输系统16QAM

11.64QAM传输系统64QAM

以上实验采用数字信号处理DSP技术+PFGA技术实现，其具有较完善的测试接口：

通过这些测试接口，可以对每一种调制解调方式有一个全面的了解。

在通信原理综合实验系统中，各模块的功能实现，需初始化不同的FPGA程序与数字信号处理DSP程序，并对它们进行一定的管理。

这些都是通过操作界面，让学生进行选择、控制。

在系统加电之后，系统按照上次关机前选择的模式进行初始化，在这期间DSP+FPGA模块中的初始化灯（DV01）熄灭。

当初始化完成之后，初始化灯亮。

在这之后大约经过5秒钟之后，完成相应模式参数的设置。

在这过程中，液晶显示器一直显示以下内容：

通信原理实验

完成初始化与参数设定后，液晶显示：

调制方式选择

之后，将等待学生的输入，学生必须按下箭头键（除复位键外，其它键将不起作用），将进入前一次学生选择的界面。

学生通过上、下箭头键进行下列菜单的选择：

菜单１：

调制方式选择（该菜单上只有下箭头和右箭头起作用）

菜单２：

FSK传输系统

菜单３：

BPSK传输系统

菜单４：

DBPSK传输系统

菜单5：

输入数据选择

菜单6：

外部数据信号

菜单7：

全１码

菜单8：

全０码

菜单9：

０／１码

菜单１0：

特殊码序列

菜单１1：

m序列

菜单１2：

工作方式选择

菜单１3：

匹配滤波

菜单14：

ADPCM

菜单15：

增强调制选择

菜单16：

AM

菜单17：

FM

菜单18：

QPSK

菜单19：

OQPSK

菜单20：

PI4QPSK

菜单21：

MSK

菜单22：

GMSK

菜单23：

16QAM

菜单24：

64QAM（在该菜单上只有上箭头和左箭头起作用）

通过上下箭头，学生可以在菜单１到菜单24之间移动，对已选择的模式或参数的菜单打勾，否则显示小手。

如要选择某一种模式，当移至该菜单时按确认键即可。

如果对已选择的模式打勾为阴影，则说明该实验箱不支持该种模式。

如确需此功能，需进行功能升级。

当学生可在菜单2到菜单4、菜单16到菜单23任一菜单上进行确认时，系统对学生选择的模式进行初始化，在这期间左边的初始化灯（DV01）熄灭。

当初始化完成之后，初始化灯亮。

在这之后大约经过5秒钟，完成相应模式参数的设置，并且在该菜单上打勾。

菜单2－4是调制方式选择；菜单6－11是输入数据选择；菜单13是一个复选菜单：

第一次确认选择，第二次按确认则取消该参数的设置；菜单14－15是语音编码方式选择。

实验一

QPSK传输系统实验

一、实验目的

1、了解QPSK调制的基本工作原理；

2、掌握QPSK发送眼图的观察；

二、预备知识

1、数字信号传输的工作方式与基本工作过程；

2、QPSK的基本工作原理；

3、Nyquist成形滤波；

4、软件无线电的基本概念；

三、实验仪器

1、ZH5001A通信原理实验系统一台；

2、20MHz示波器一台；

四、实验原理

QPSK是在一个调制符号中传输两个比特，其比BPSK的带宽效率高两倍。

载波的相位为四个间隔相等的值，每一个相位值对应于唯一的一对消息，如下图所示。

QPSK的星座图

QPSK信号一般可表示为：

其中：

Ts为符号持续时间，等于两个比特周期。

使用三角恒等变换，上式在0≤t≤Ts可重写为：

因而，在等效基带信号中，QPSK可以表示成I、Q两路信号，其分别为：

对QPSK信号的调制过程如下：

输入比特流a（t）分为两路比特流I（t）、Q（t）（同相和正交流），每个的比特率为Rs=Rb/2。

比特流I（t）叫做“偶流”，Q（t）叫做“奇流”。

两个二进制序列分别用两个正交的载波进行调制，Q支路的载波相位较I支路的相位滞后900。

两个已调信号每一个都可以看作是一个BPSK信号（只不过对它们的调制载波存在限制），对它们相加产生一个QPSK信号。

与BPSK一样，每一支路在进行调制之前一般要进行Nyquist成形滤波使QPSK信号的功率谱限制在分配的带宽内。

这样可以防止信号能量泄漏到相邻的信道，还能去除在调制过程中产生的带外杂散信号。

同时还必需保证不产生码间串扰。

在一般通信系统中，脉冲成形在基带进行。

对QPSK的成形滤波一般也是在基带采用查表法实现，具体的实现方法与过程见BPSK调制实验一节，这儿不再叙述。

对QPSK调制与解调框图如下：

五、实验步骤

1、准备：

首先通过菜单将“通信原理综合实验系统”调制方式设置成“QPSK传输系统”模式；用示波器测量TPMZ07测试点的信号，如果有脉冲波形，说明实验系统已正常工作；如果没有脉冲波形，则需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。

2、QPSK调制基带信号眼图观测

（1）通过菜单选择不激活“匹配滤波”方式（未打勾），此时基带信号频谱成形滤波器全部放在发送端。

以时钟（TPMZ07）作同步，观测发送信号眼图（TPi03）的波形。

成型滤波器使用升余弦响应，ɑ=0.4。

判断信号观察的效果。

（2）通过菜单选择激活“匹配滤波”方式（打勾），此时系统构成收发匹配滤波最佳接收机，重复上述实验步骤。

仔细观察和区别与上述两种方式下发送信号眼图（TPi03）的波形。

注：

当通过选择菜单激活“匹配滤波”方式时，表示系统按匹配滤波最佳接收机组成，即发射机端和接收机端采用同样的开根号升余弦响应滤波器。

当未激活“匹配滤波”方式时，系统为非匹配最佳接收机，整个滤波器滚降特性全部放在发射机端完成，但信道成型滤波器特性不变。

思考：

怎样的系统才是最佳的？

3、I路和Q路调制信号的相平面（矢量图）信号观察

（1）测量I支路（TPi03）和Q支路信号（TPi04）李沙育（x-y）波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPi03和TPi04的合成矢量图，其相位矢量图应为四种相位。

（2）通过菜单选择“匹配滤波”方式设置，重复上述实验步骤。

仔细观察和区别两种方式下矢量图信号。

思考：

什么样的相位轨迹说明调制之后信号包络的起伏度。

4、QPSK调制信号包络观察：

QPSK调制为非恒包络调制，调制载波信号包络具有明显的过零点。

通过本测量让学生熟悉QPSK调制信号的包落特征。

5、QPSK调制信号频谱测量

此项测量视学校仪表情况而定，无频谱仪可不测量。

测量时，用一条中频电缆将频谱仪连结接到调制器的KO02端口。

调整频谱仪中心频率为1.024MHz，扫描频率为10KHz/DIV，分辨率带宽为1～10KHz左右，调整频率仪输入信号衰减器和扫描时间为合适位置。

观测QPSK信号频谱，测量调制频谱占用带宽、电平等，记录实际测量结果，画下测量波形。

6、解调器失锁时的眼图信号观测

（1）准备：

用中频电缆连结KO02和JL02，建立中频自环（自发自收）。

（2）将跳线开关KL01设置在2_3位置（开环），使收发端的频差可以通过电位器WL01进行调整。

（3）通过调整电位器WL01增加收发频差。

（4）用时钟信号TPMZ07作同步，观测失锁时的解调器眼图信号TPJ05，熟悉QPSK调制器失锁时的眼图信号（未张开）。

观测失锁时正交支路解调器眼图信号TPJ06波形。

注意：

将示波器时基从正常位置调整2～5ms/DIV对比观测。

7、在大频差情况下，接收端I路和Q路解调信号的相平面（矢量图）波形观察

（1）通过调整电位器WL01增加收发频差。

（2）测量I支路（TPJ05）和Q支路信号（TPJ06）李沙育（x-y）波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPJ05和TPJ06的合成矢量图。

在收发频偏较大时为什么观察不到QPSK的星座图。

8、调整减小收发频差观察解调器接收端I路和Q路的相平面（矢量图）波形观察

（1）通过调整电位器WL01减小收发频差调整电位器WL01（改变接收本地载频——即改变收发频差），同时观察发端载波TPK06与接收端本地载波TPLZ04，使两点TPK06、TPLZ04波形达到相干。

（2）观测接收端失锁时I路和Q路的合成矢量图。

掌握解调器时I路和Q路解调信号的相平面（矢量图）波形的变化，分析测量结果。

通过该实验说明载波恢复在通信中的重要性。

9、接收端解调器眼图信号观测

（1）通过调整电位器WL01减小收发频差：

调整电位器WL01（改变接收本地载频——即改变收发频差），同时观察发端载波TPK06与接收端本地载波TPLZ04，使两点TPK06、TPLZ04波形达到相干。

（2）低通滤波之前QPSK解调测量：

观察QPSK解调基带信号测试点TPJ01的波形，观测时仍用时钟TPMZ07（TPN02）作同步进行观察。

（3）低通滤波之后QPSK解调测量：

观察QPSK解调基带信号经滤波之后在测试点TPJ05的波形（在A/D模块内），观测时仍用时钟TPMZ07（TPN02）作同步，比较其两者的对应关系。

分析TPJ01、TPJ05波形的差异。

将接收端与发射端眼图信号TPI03进行比较，观测接收眼图信号有何变化（有噪声、频差）。

（4）观测正交Q支路眼图信号测试点TPJ06（在A/D模块内）波形，比较与TPJ05测试波形有什么不同？

（相同还是不同