MBC-6A移动通信实验指导书

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1、MBC-6A移动通信实验指导书目 录实验一 移动通信系统组成及功能1实验二 DS-CDMA（直扩码分多址）移动通信31实验三 TD/FH（时分加跳频）混合多址移动通信49实验四 组网干扰88参考文献108附录1 无绳电话标准、原理及手机使用方法109附录2 实验箱工作原理及使用方法112附图1(a) BS测量收发信机 (TRX-BS)121附图1(b) MS测量收发信机（TRX-MS）122实验一 移动通信系统组成及功能一、实验目的1了解移动通信系统的组成。2了解移动通信系统的基本功能。3了解基带话音的基本特点。二、实验内容1按网络结构连接各设备，构成移动通信实验系统。2完成有线有线、有线无线

2、及无线有线呼叫接续，观察呼叫接续过程，熟悉移动通信系统的基本功能。3用实验箱及示波器观测空中传输的话音波形。三、基本原理图1-1是与公用电话网（PSTN）相连的蜂窝移动通信系统方框图。系统包括大量移动台MS、许多基站BS、若干移动交换中心MSC及若干与MSC相连的数椐库(HLR、VLR等，图中未画出)，MSC通过中继线与公用电话网PSTN的交换机EX相连，接入公用电话网。系统的基本功能是：移动台能与有线电话或其它移动台通话(或传输数椐等信息)。蜂窝移动通信系统公用电话网（PSTN） MS ( Mobile Station ) : 移动台 BS ( Base Station ) : 基地台 MS

3、C ( Mobile Switch Center ) : 移动交换中心(包括交换机和数据库) EX ( Exchanger ) : 公用电话网(PSTN)程控交换机 TEL (Telephone ) : 有线电话MSMSEXMSCBSBSTELTEL图1-1 移动通信系统方框图这样庞大复杂的系统无法放在实验桌上由同学自己动手做实验。我们想将系统合理简化到可以放到实验桌上，简化的原则是：(1).应包含图1-1实际系统的所有功能部件；(2).应保持图1-1实际系统各功能部件的基本连接关系（系统基本网络结构）。按以上简化原则，将图1-1实际系统全部交换机EX及MSC合并成一部交换机，基站BS及移动台

4、MS各选用一台，有线电话采用二部，再按图1-1关系连接各功能部件就得到图1-2所示简化移动通信系统。 它与图1-1实际系统在包含的各种功能设备(交换机、基站、移动台及有线电话)、系统基本网络结构(各设备的连接关系)及系统功能等特征方面是相同的。MS ( Mobile Station ) : 移动台BS ( Base Station ) : 基地台EX ( Exchanger ) : 程控交换机TEL (Telephone ) : 有线电话MSBSEXTELTEL图1-2 简化的移动通信系统方框图常用的移动通信系统主要有三类：蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统及无绳电话系统，它们的功能及应用场合

5、各不相同，但它们涉及的基本工作原理及技术是相同的。移动通信的多址方式主要有FDMA、TDMA、CDMA三大类。FDMA系统一般为模拟移动通信制式，TDMA及CDMA（实际上，通常为TDMA/FDMA及CDMA/FDMA混合多址方式）为数字移动通信制式。FDMA发展早，已成功应用于各种移动通信系统多年，目前在一些领域仍在应用。数字移动通信是在模拟移动通信基础上发展、演进而来的，在网络组成、设备配置、系统功能和工作方式上二者都有许多相同之处。基于以上原因，为了得到体积小巧、价格低廉、可放在实验桌上由学生动手操作的移动通信教学实验系统。在图1-2中，BS、MS实际选用基于FDMA技术、采用数字信令的

6、中国CT1无绳电话，EX选用小型程控交换机，TEL为有线电话。为了测试上述小型移动通信系统无线部分的功能，采用了一台实验箱（SDT），构成一套完整的移动通信教学实验系统，如图1-3所示。MS ( Mobile Station ) : 移动台（无绳电话手机）BS ( Base Station ) : 基地台（无绳电话座机）EX ( Exchanger ) : 程控交换机TEL (Telephone ) : 有线电话SDT : 实验箱 SDTMSBSEXTELTEL图1-3 移动通信教学实验系统下面对图1-3各部分实际采用的设备及本实验内容介绍如下：1CT1无绳电话CT1无绳电话属于FDMA系统，

7、数十个双工频道被全部无绳电话共用,采用话音模拟调频及数字信令技术。系统有一个基地台，即无绳电话座机，通过用户线接入电话网交换机；可带1-4部移动台即无绳电话手机（每一时刻，只能有一部手机通话）。无绳电话是为方便有线电话用户而提出的。它将有线电话座机与通话手柄之间的电缆（绳）去掉，用无线信道代替之，通话手柄成为无绳电话手机。用户持无绳手机在以座机为中心的小范围内移动通话，十分方便。虽然从使用功能上看，无绳电话是有线电话的无线延伸，但其工作原理及使用的技术都属于移动通信范畴。CT1无绳电话及在其后发展起来的各种数字无绳电话组成的无绳电话大家族，成为常用的四类移动通信系统之一。我国的CT1无绳电话技

8、术标准、工作原理及手机使用方法见附录1。通常，同一实验室内有许多组实验系统，相距很近，为了防止互相干扰，必须降低无绳电话的发射功率及接收机灵敏度，以减小电磁波作用范围。在此条件下，为了保证同一套实验系统内部接收信号足够强，能正常完成各实验，必须加强无线设备间的无线耦合： 无绳座机BS的天线垂直竖立但不要拉出。实验箱”BS收发信机”天线放置在无绳座机天线与座机外壳之间的缝隙中，使二者无线紧耦合。 无绳手机MS的天线不要拉出。将实验箱”MS收发信机”天线的芯线与地线夹在一起后套在无绳手机天线上，使二者无线紧耦合。2程控交换机本教学实验系统中程控交换机采用2拖8小型用户程控交换机，2条外线可接8部内

9、部电话。本系统中不用其外线端口，只使用内部8条用户线端口，其技术参数与使用方法与PSTN程控交换机相同，相当于8门PSTN程控交换机。图1-4为小型程控交换机的外观图。8个用户线插座可连接8部电话（包括无绳电话座机），插座下方号码为对应电话的号码。交换机由220VAC市电供电，通电后电源指示LED灯连续闪烁。用户电话摘机后对应的LED指示灯亮。 外线（不接）LINE8182。220VAC电源指示 LED灯用户摘机指示LED灯用户号码用户线插座88图1-4 小型程控交换机外观图3实验箱实验箱包含的电路模块很多，功能齐备，它既是测量仪器，又可作为被测量对象，其电路原理及使用方法详见附录2。在实验一

10、实验四中实验箱作为测量仪器，在实验一中用来观测无绳电话发射在空中的话音波形，了解话音的特点。4移动通信教学实验系统的组成及功能根据上面介绍的各设备原理，按照图1-3的布局顺序放置并连接设备，就构成了移动通信实验系统。本系统可实现以下呼叫通话功能：（1）无绳手机呼叫有线电话（无线呼叫有线）；（2）有线电话呼叫无绳手机（有线呼叫无线）；（3）有线电话呼叫有线电话（有线呼叫有线）。在同时满足以下两个条件时，主、被呼用户才可能建立话路，进入通话：（1）被呼用户空闲；（2）主、被呼用户之间至少有一条空闲路径。由以上实验可了解移动通信系统的基本网络结构及功能。另外，在手机与有线电话通话时，用示波器在实验箱

11、上观测发射在空中的话音波形，可了解话音的基本特征。话音是由发音器官中的声音激励源和口腔声道形状的不同而形成的。话音分为浊音和清音，浊音包括元音及浊辅音。浊音对应于声带振动，每个单词中至少包括1个浊音。浊音，又称有声音。发浊音时声带在气流作用下准周期地闭合或开启，从而在声带中激励起准周期的声振动，形成浊音声波，如图1-5所示。图中TP为基音周期，则基音频率fp=1/Tp。通常fp在70300Hz范围内，则Tp=313ms。基音频率一般女声较高，男声较低。清音又称无声音。发清音时声带不振动，声道被气流冲击产生较小辐度的声波，其波形与噪声相似，清音信号没有准周期性。包括浊音及清音的话音能量主要集中在

12、3003400Hz频率范围内。相对声压图1-5 浊音的准周期波形四、实验步骤1按图1-3的布局顺序放置设备并连接成系统：两部有线电话用户线插入交换机号码81、82的用户线插孔；无绳电话座机用户线(带用户线信号测量板LINE.PCB)插入交换机号码88的用户线插孔。这些号码就是各部电话对应的号码。将交换机、无绳电话座机及手机充电器都接通220VAC电源。无绳电话座机、手机及实验箱使用上次实验已经对好码的同一套系统或由教师实验前完成对码，使三者识别码及呼叫信道一致（对码步骤详见实验四的实验步骤1）。2重新设置无绳电话及实验箱识别码（ID码）及专用呼叫信道（1）仍按图1-3的布局放置设备并连接成系统

13、。设置实验箱为系统测量方式（按K1键至SYST灯亮）。（2）连续按住实验箱”对码”键超过4秒，实验箱进入对码及搜索专用呼叫信道状态，守候在CH7准备接收无绳座机发送的新ID码，信道号LED数码管显示CH7。然后释放”对码”键。（3）在挂机状态下，按住无绳座机“对码”键，座机进入对码状态，随机产生16位新的ID码，在CH7信道上发射出去。实验箱正确收到ID码后发出一长声蜂鸣声指示。仍按住座机“对码”键不放，再按住手机“对码”键，手机正确收到座机发射的新ID码后，发出蜂鸣声指示，新ID码设置完毕。无绳电话座机、手机及实验箱三者的ID码一致了，并且无绳电话座机及手机的新呼叫信道也确定了。释放座机及手

14、机“对码”键，双方返回正常工作的挂机状态。几秒钟后实验箱进入搜索专用呼叫信道状态，循环搜索20个信道，信道号LED数码管循环显示对应的信道号。（4）有线电话拨号呼叫无绳电话，无绳手机振铃，无绳座机在新的专用呼叫信道上向无绳手机发振铃信令。实验箱循环搜索到专用呼叫信道，就停留在该信道并发出连续蜂鸣声。（5）按实验箱K3键，实验箱存储新ID码及新呼叫信道号于E2PROM后返回系统测量工作方式，SYST灯亮。3无绳手机按“通话”键摘机，听到拨号音后拨有线电话1或有线电话2的号码，有线电话振铃，无绳手机听回铃。有线电话摘机通话，通话完毕挂机（其中，无绳手机再按“通话”键或将手机放回充电器则挂机）。4有

15、线电话摘机拨号(88)呼叫无绳手机，手机振铃，有线电话听回铃。手机按“通话”键摘机通话，通话完毕挂机。5将双踪示波器两个探头分别接至实验箱”BS测量”及”MS测量”面板上接收机解调输出端AFo。接通实验箱电源（K5置ON），置系统测量自动AUTO工作方式(按”工作方式”控制面板K1键至SYST灯亮，再按K2键使K2灯亮)，实验箱守候在无绳电话控制信道。关发射机（”发射机控制”面板上的K6置OFF），关信令存储显示模块（”无线信令存储显示”面板上的K10置OFF）。手机按“通话”键摘机，与座机一起由控制信道转移到某空闲通话信道，实验箱检测到摘机信令后自动跟踪扫描，锁定于该通话信道。若实验箱因误码

16、未检测到手机摘机信令仍停在控制信道，则按K3键启动实验箱扫描信道（SCAN），最后锁定于该通活信道。实验箱锁定于通话信道的标志是：信道扫描仃止并且”BS测量”及”MS测量”面板同时显示各自的接收频率。手机拨号呼叫有线电话进入通话后，示波器可观测到通话双方的话音波形，记录浊音波形，测出浊音的基音频率。五、实验报告内容1画出移动通信实验系统的网络结构方框图，给出系统功能，并说明它是如何由常用的蜂窝移动通信系统在保持基本特证不变条件下合理简化而来。2总结主呼方从摘机、拨号、通话到挂机的各个阶段听到那些信号音。3画出自己话音浊音波形，给出所测基音频率，与同组同学比较。实验二 DS-CDMA（直扩码分多

17、址）移动通信一、实验目的了解DS-CDMA（直扩码分多址）移动通信原理。二、实验内容1测量单信道DS-CDMA通信系统发端及收端波形，了解发端扩频调制及收端相关检测原理，初步了解直扩码分多址逻辑信道形成原理。2测量2信道DS-CDMA通信系统发端及收端波形，进一步了解发端扩频调制、收端相关检测及码分多址逻辑信道形成原理。三、基本原理图2-1为直扩码分多址DS-CDMA（Direct Sequence Spread Spectrum-Code Division Multiple Access）通信系统原理框图。DS-CDMA利用高速率的正交码序列ci（互相关函数值为0或很小的码序列）作为地址码，

18、与用户信息数据di相乘（或模2加）得到信息数据的直接序列扩频信号，经过相应的信道传输后，在接收端与本地产生的地址码进行相关检测，从中将地址码与本地地址码一致的用户数据选出，把不一致的用户数据除掉。码分多址通信系统可完成时域、频域及空间上混叠的多个用户数据的同时传输，或者说，利用正交地址码序列在同一载频上形成了多路逻辑信道，可动态地分配给用户使用。信码d1(Rb)fcC1CLKd1sEX(t)调制解调0Tb ( ) dt采样解扩d1时钟同步地址码同步载波同步S(t)s1(t)s(t)载波fc地址码c1(Rp=pRb)调制载波fc地址码cN相关检测扩频信码dN图2-1 DS-CDMA移动通信系统原

19、理框图SN(t)其工作原理如下9,10,11：1正交码序列（1）定义设ci(t),i=1,2, N是序列周期为T的一组码序列（一序列周期内子码元数为p，子码周期为TP=T/p）。若它们的互相关函数为0，即 （2-1）则称为正交码序列组，可作为DS-CDMA系统的地址码。为便于收端实现地址码的同步，它们应具有尖锐的自相关峰，即满足 （2-2）实际地址码互相关函数及自相关函数不一定严格满足以上关系。迄今为止，实际用于DS-CDMA的地址码，按互相关性能可分成二类： 互相关函数值在任意值下，与自相关函数峰值相比都很小，但不一定为0，称为准正交。 互相关函数值在指定的时刻（例如=0）才为0，才是正交的

20、；而在其它时刻互相关函数值可能很大。地址码按自相关性能可分为以下二类： 自相关峰很尖锐且在一序列周期内（变化T）只有一个自相关峰，与白噪声的自相关函数相近，称为PN序列( PseudoNoise sequence 伪噪声序列)。 自相关峰不尖锐或在一序列周期内有多个自相关峰，自相关特性不好，不属于PN序列。（2）常用正交码序列常用正交码序列有以下三种： Walsh（沃尔什）序列：在指定时刻（=0）正交，自相关特性不好(不属于PN序列)。 m序列：准正交，自相关特性很好(属于PN序列)。 Gold序列：准正交，自相关特性很好(属于PN序列)。下面通过一个例子来了解正交码序列。表2-1给出8阶Wa

21、lsh序列1。表示0号8阶Walsh序列，其它依此类推。在研究8阶Walsh序列的正交性前，先研究一下如何计算及用什么电路实现式（2-1）、（2-2）所示的相关运算。表2-1 8阶沃尔什(Walsh)序列（0，1）域（-1，+1）域0 0 0 0，0 0 0 0-1-1-1-1，-1-1-1-10 1 0 1，0 1 0 1-1 1-1 1，-1 1-1 10 0 1 1，0 0 1 1-1-1 1 1，-1-1 1 10 1 1 0，0 1 1 0-1 1 1-1，-1 1 1-10 0 0 0，1 1 1 1-1-1-1-1， 1 1 1 10 1 0 1，1 0 1 0-1 1-1 1，

22、 1-1 1-10 0 1 1，1 1 0 0-1-1 1 1， 1 1-1-10 1 1 0，1 0 0 1-1 1 1-1， 1-1-1 1注：表中规定二元数椐(0,1)域与(-1,+1)对应转换关系为：0-1，1+1，与一般资料上的规定(0+1，1-1)相反。这样规定物理概念清晰，结果亦不失一般性,见以下分析。二进制数用0，1表示，在常用的正逻辑数字电路里面的形式是低电平（L）、高电平（H）。两个二进制序列A、B由异或门及模拟乘法器进行处理的电路及输出波形如图2-2所示。1 1 0 001 1 10 0BA1 1 1 1 -1 -1 -1-1 -1-1 -A，B = -1(B=0)：AA

23、AB = AB 01AAB( a )AB =A， B=0：A， B=1： 1 1 A-AB( b )A， B = +1(B=1)：图22 两个二进制序列通过(a)异或门及(b)模拟乘法器图中，假定A=010011，B是长串的连0及连1。模拟乘法器输入、输出端有自己的正常静态偏置电平，故与前后电路必须通过隔直流电容相联。输入二进制序列0、1经过隔直后，以模拟乘法器输入偏置电平为参考，成为负电平、正电平，归一化后为-1、+1，即0-1，1+1。由图2-2可见，除了倒相之外，两电路的输出波形完全相同。而倒相的差别，很容易通过加一级倒相器来消除，可以不予考虑。将A、B互换或改为其它数椐重画波形，可得到

24、相同结果。如果加一级倒相器在模拟乘法器的二个输入端则两个电路的输出相同，这就是一般资料上规定的二元数椐在(0,1)域与(-1,+1)域的对应转换关系：0+1，1-1，与前述转换关系没有本质区别，为使物理概念清楚些我们采用前者。由以上分析可得到以下结论：（1）、（0，1）域上的二进制序列作乘法运算，必须首先转换到（-1，+1）域上（0-1，1+1）然后再相乘。（2）、二进制序列在（0，1）域上模二加（异或）运算与其在（-1，+1）域上的乘法运算等效。即对二进制序列可以用模二加代替乘法运算。当然，对于两路输入为多个数字序列波形线性叠加成的多电平信号时，就不能用模二加代替乘法运算了。下面就可按式（2

25、-1）以表2-1中的、为例来研究沃尔什序列的正交性。图2-3是用模拟乘法器求、互相关函数值R1,7的有关波形。由图可见，在求互相关函数值积分过程中，积分值在t=0时刻为0，然后围绕0起伏变化，在t=T的最后时刻得互相关函数值R1,7=0。t图23 W18、W78及互相关函数值TTPW18W78W18W78+1-1+1-1+1-1直接计算的结果与图2-3中一致： 由上式也可见，求数字序列相关函数Rij(=nTp)，即为码周期Tp整数倍时，只需将两序列(-1,+1)域对应位相乘再求和(再乘以码周期)即可得到。或者Rij(nTp)=(A-D)Tp，式中，A为两序列对应位相同的个数，D为两序列对应位不

26、同的个数。相关系数 ij(nTp)=(A-D)/P，式中P=A+D等于序列包含的码元数。当然，以上讨论对求自相关函数/系数同样有效。同法可求出其它任意二个序列之间的互相关函数都为0。Walsh序列的正交性在0时急剧恶化。例如：由表2-1，循环左移1位（=-TP）等于，循环左移2位（=-2TP）等于，互相关函数值都等于自相关函数的峰值。 2DS-CDMA移动通信系统图2-1为DS-CDMA移动通信系统原理框图。系统中采用包含N个码序列的正交码组C1，C2，CN作为地址码，分别与信码d1,d2,dN模2加或相乘实现扩频调制。信码速率Rb（单位：b/s，比特/秒）、周期Tb=1/Rb；地址码速率Rp

27、（单位：c/s，码片/秒或子码/秒）、周期Tp=1/Rp，地址码序列每周期包含p个子码元，序列周期。通常设置 （2-3）即 （2-4）地址码速率Rp是信息速率Rb的p整数倍，1个信码周期Tb对应一个地址码序列周期T。信息码与地址码相乘后占据的频谱宽度扩展了p倍。由N个正交地址码在一对双工载频上构成N个逻辑信道，可供N对用户同时通信。图中画出发端的N个用户及收端第1个用户。DS-CDMA系统的载波调制方式可采用调频或调相，以调相方式应用最广。以2PSK调制为例，发端用户1发射的信号为 （2-5a）上式中，d1(t).c1(t)是（-1，+1）域二元数据，则S1(t)是0/调相的2PSK信号。故载

28、波调制器就是模拟乘法器。式（2-5a）可写成如下形式 （2-5b） 或 （2-5c）上式表明，发端的DS-CDMA射频信号，可通过先扩频调制再载波调制（式（2-5b）或先载波调制再扩频调制（式（2-5c）得到，二者是等效的。与此对应，收端也有二种等效的解调方案。本实验系统采用的方案是：发端先扩频调制再载波调制，收端先载波解调再扩频解调。发端N个用户发射在空中的信号在时域、频域完全混叠在一起，收端每一个用户都可收到。收端第1个用户天线收到的信号（2-6）载波解调后的信号 (2-7)经过与本地地址码c1(t)相关检测后输出信号 上式中，T为地址码序列周期，等于信码周期Tb，故积分号中信码di(t)

29、是常数可提出，得 代入式（2-1）地址码的正交性关系可得 （2-8）上式中为c1(t)的自相关函数峰值。经采样后得到方波形式的信码d1(t)。收端用户1从发端N个用户发射在空中，在时域及频域完全混叠的DS-CDMA信号中，接收到发端用户1的信码。3DS-CDMA移动通信的关键技术（1）正交码序列的研究、选择及配置。（2）为克服远近效应，要进行精确，快速的发射功率控制。由前面式（2-6）（2-8）的分析可见，如果地址码组严格正交，并且收端对接收信号采用相关检测(与地址码相乘再积分)，则式（2-8）所示收端输出只包含有用信息，而不包含其它地址的信息，即不存在多址干扰。但实际情况并不是如此理想： 实

30、际使用的地址码一般都不是严格正交，或者只在指定的相对相位关系下才是严格正交； 传输引起信号波形畸变及收端地址码同步精度不高，使地址码正交性恶化。在上述两种实际应用情况下，接收端就存在多址干扰。这样一来，接收机收到的近地发射机来的无用的强信号对远地发射机来的有用的弱信号会产生严重多址干扰。另一方面，由于接收机前端电路的线性动态范围有限，近地强干扰信号会造成接收机的阻塞，亦会抑制远地有用弱信号的接收。以上二个原因造成的近地强信号对远地弱信号接收的抑制现象称为“远近效应”。同一小区内各移动台与基站距离不同，各移动台发射信号到达基站接收机的传输距离不同，存在远近效应；而基站发射的多路信号到达某一移动台

31、接收机的传输距离相同，不存在远近效应。克服远近效应的方法是对移动台发射功率进行精确、快速及大幅度的控制，使任一移动台无论处于什么位置，其发射信号到达基站接收机时，都具有相同的电平，而且刚刚达到要求的信干比门限；基站发射信号虽不存在远近效应，但仍进行慢速及小幅度的控制，使移动台接收机收到基站发射来的信号刚刚达到要求的信干比门限。各移动台的发射机是物理上独立的发射机，可按需要独立进行功率控制。基站发射机及功率控制由于下述原因而大为简化。原则上，基站需为每条DS-CDMA逻辑信道配置一台发射机，但由于这些发射机处于同一基站，所以发射载频是相干的（同频、同相），故基站总的发射信号可表示为 （2-9）由

32、式（2-9）可见，基站各信道发射的射频信号，可先在中频wIF实现扩频调制及载波调制，经线性叠后由1台发射机上变频到射频再功率放大后发射出去。调整各信道中频信号幅度，就调整了各信道射频信号幅度（功率）。基站发射的多路射频信号另外一种形式为 （2-10）即，可先将各信道扩频调制后的基带信号线性叠加，再对同一载波进行调制后发射出去。调整各信道扩频基带信号的幅度，就调整了各信道射频信号幅度。（3）地址码同步由图2-1可见，DS-CDMA收端同步除了有一般数字通信系统的载波同步、时钟同步（位同步）及帧同步以外，地址码同步是它所特有的，它包括捕获及跟踪二部分。常用的地址码捕获方法为滑动相关法。参考图2-1

33、接收端。根据地址码的自相关峰值特性确定一个检测门限。逐步滑动接收机本地地址码相位，检测相关器的输出，在输出超过检测门限时停止滑动相位，完成捕捉，然后转入跟踪。以上几方面详细内容及DS-CDMA的处理增益、抗多径衰落等性能请参考有关资料。4实验系统原理根据上述DS-CDMA移动通信原理介绍及实验箱中已有的二套调频收发信机平台，由实验箱电路组合成的DS-CDMA实验系统框图如图2-4所示。发端采用二个正交地址码C1及C2，通过异或门分别对两路信码D1及D2实现扩频调制，得到两路信码各自的扩频(调制)相关检测umAF0DK1信码D2信码D1(Rb=300b/s)(RX-MS)(清除)时钟CLKDK2

34、调制解调0Tb( ) dt采样DK(D1/D2)地址码CI(C1/C2)(TX-BS)图2-4 DS-CDMA移动通信实验系统DE2DE1地址码c1(Rp=8Rb)地址码c2(采样)BSMS1/ MS2幅度幅度基带信号DE1、DE2，它们线性叠加为两路信码的扩频基带信号um。TX-BS作为系统基站BS的发射机，um对载波FSK调制,再发射出去。收端RX-MS载波FSK解调输出扩频基带信号AFO。通过切换本地地址码Ci为C1/C2，再经过相关检测得到信码D1/D2，模拟二个移动台MS1/MS2的接收机。实验系统采用二个正交地址码，在同一载频上形成二个DS-CDMA逻揖信道。信码D1=101011

35、00（周期循环），D2=01010011（周期循环），码速率为Rb=300b/s。地址码C1=01010101, C2=01101001，子码速率为Rp=8Rb=2.4kc/s（2.4千子码/秒），则有Tb=8Tp=T。接收端地址码同步及时钟同步电路都认为是理想的，不作为本实验的研究内容，收端地址码Ci及时钟CLK实际上与发端D1、D2、C1、C2一起由同一单片机产生。需要指出，基站中2个用户各自的扩频基带信号DE1及DE2是二值信号+1/-1，它们线性叠加为um后就成为三值信号：0(+1)+(-1)、+2(+1)+(+1)及-2(-1)+(-1)，归一化值为0、+1、-1。更多个用户扩频基带

36、信号线性叠加成的um为多值信号9。实验系统有如下几种子工作方式（1）单信道DS-CDMA通信 发端发D1(C1)，收端本地地址码为C1，收到D1； 发端发D2(C2)，收端本地地址码为C2，收到D2； 发端发D2(C2)，收端本地地址码为C1，收不到D2。（2）2信道DS-CDMA通信 发端发D1(C1)+ D2(C2)，收端本地地址码为C1，收到D1； 发端发D1(C1)+ D2(C2)，收端本地地址码为C2，收到D2。由单信道DS-CDMA通信实验可初步了解DS-CDMA通信原理，观察地址码C1、C2各自的自相关检测及互相关检测波形DK2，为研究2信道DS-CDMA通信实验做准备。2信道D

37、S-CDMA通信实验可深入观测、了解DS-CDMA通信原理，了解时域、频域完全混叠的DS-CDMA多用户信号如何通过相关检测(同时进行本路用户数椐的自相关函数检测及其它路用户数据的互相关函数检测，在采样时刻前者为最大值、后者为零，只有本路数据对采样值有贡献)，分离出所需的那一路数椐，DS-CDMA系统的多路逻辑信道是如何形成的。四、实验步骤（一）单信道DS-CDMA通信1设置实验箱为单信道DS-CDMA通信工作方式（按K1至T/CDMA灯亮，再按K3使K3灯亮），打开BS发射机TX-BS（K6置ON，K7置BS，”BS测量”面板上的”发射”灯亮），置内调制（K9置”内调制”），实验箱内部组合成

38、图2-4所示DS-CDMA通信系统，图中收发两端有关信号都已引到”BS测量”及”MS测量”面板上，便于用示波器观测。2反复按K3键，系统循环步进处于表2-2所示三种子工作方式之一，发端只发送一路扩频数椐。表2-2 单信道DS-CDMA通信子工作方式(T/CDMA灯常亮)子方式序号K3灯指示子工作方式闪速占空比11Hz0.1发D1(C1)，收D1(C1)21Hz0.5发D2(C2)，收D2(C2)31Hz0.9发D2(C2)，收D1(C1)3双踪示波器设置为：双踪/切换(CHOP) 扫描方式；二个通道都为DC、12V/DIV；扫描速率1ms/DIV5ms/DIV；置外触发，外触发输入接至实验箱”

39、BS测量”或”MS测量”面板TRI端。顺时针调节”发射机控制”面板上的”幅度”电位器到最夹，使收端信号幅度足够大，便于观测。4从发端至收端顺着信号流向，测得三种子方式下系统各点信号波形分别见图2-5、2-6、2-7(见本实验最后三页)。注意收端相关检测输出信号DK2在每一个地址码序列周期即每一个信码周期内的波形：1或2子工作方式下波形类似，以1子工作方式为例进行说明。DK2为C1的自相关运算波形-锯齿波乘以对应的数椐D1(+1/-1)，为正/负极性锯齿波，最后时刻的相关运算值为自相关函数峰值R1(0)再乘以对应的数椐D1，对其采样/比较判决（与0电平(+2V)比较，采样值大于0电平判为1，小于

40、0电平判为0）/保持得输出DK= D1。在接收机本地地址码与接收到的扩频信号地址码相同时，经过相关检测就接收到了发端的数椐。子工作方式3下，DK2为C1与C2的互相关运算波形乘以数椐D2(+1/-1)。开始时刻因为刚刚清除过，DK2值为0电平(+2V)，然后上下起伏，最后时刻的相关运算值为互相关函数值R1,2，为0电平(+2V)，由于叠加有信道噪声其值在0电平上/下起伏，对其采样/判决/保持得到的输出DK为0或1的随机乱码。在接收机本地地址码与接收到的扩频信号地址码不同时，就接收不到发端的数椐。5关断TX-BS（K6置OFF，”BS测量”面板上的”发射”灯灭），再测量收端各点信号。（二）2信道

41、DS-CDMA通信1设置实验箱为2信道DS-CDMA通信工作方式（按K1键至T/CDMA灯亮，再按K4键使K4灯亮），打开发射机TX-BS（K6置ON，K7置BS，”BS测量”面板上的”发射”灯亮），置内调制（K9置”内调制”），实验箱内部组合成图2-4所示DS-CDMA通信系统。2反复按K4键，系统循环步进处于表2-3所示二种子工作方式这一。表2-3 2信道DS-CDMA通信子工作方式(T/CDMA灯常亮)子方式序号K4灯指示子工作方式闪速占空比11Hz0.1发D1(C1)+D2(C2)，收D1(C1)21Hz0.9发D1(C1)+ D2(C2)，收D2(C2)二种子工作方式中，发端都是发送

42、时域、频域混叠在一起的二路DS-CDMA数据。子工作方式1中，收端本地地址码Ci为C1，经相关检测可从混叠的二路扩频信码中分离出地址为C1的那一路信码D1；子方式2中，收端地址码Ci为C2，则可收到信码D2。3双踪示波器及发射基带信号幅度的设置同（一）3。4顺着信号流向测量并用座标纸记录二种子方式下系统发端D1、C1、DE1、D2、C2、DE2、um至收端AFO、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK各点信号波形，注意比较发端扩频调制(异或门)、收端解扩(相乘器)及相关检测(相乘-积分)输入/输出波形，比较发端及收端数据。特别注意收端相关检测是对接收到的二路扩频数椐同时进行相关检测，其中对

43、与本地地址码相同的那一路扩频数椐是进行自相关运算，而对与本地地址码不同的那一路扩频数椐是进行互相关运算，则相关检测输出信号DK2是本实验步骤四（一）中相同地址码自相关运算波形(+/-极性的锯齿波形)及不同地址码互相关运算波形(围绕着0电平上下起伏的波形)的线性叠加。在采样时刻采样值为自相关函数峰值与互相关函数值的线性叠加，而互相关函数值为0，对采样值没有影响，则采样/比较判决/保持输出数椐为与本地地址码相同的那一路输入扩频信号数椐。接收端经相关检测，从时域频域混叠在一起的二路扩频信号中分离出与本地地址码相同的那一路扩频信号数椐，亦即用正交码作为扩频地址码可以在同一载频上同时传输多路数椐，构成多

44、个DS-CDMA逻揖信道。5关断TX-BS（K6置OFF，”BS测量”面板上的”发射”灯灭），再测量收端各点信号。五、实验报告内容1整理实验记录，在座标纸上画出2信道DS-CDMA通信系统二种子工作方式下发端D1、C1、DE1、D2、C2、DE2、um及收端AFO、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK各点波形，分析同一载频上的二个DS-CDMA逻辑信道是如何形成的，总结DS-CDMA通信工作原理。2比较单信道DS-CDMA通信系统及2信道DS-CDMA通信系统收端相关检测输出波形，对照式（2-6）（2-8），回答2信道DS-CDMA通信系统收端线性模拟乘法器能用非线性的异和门代替吗？3回

45、答关断发射机后，收端还能收到信号吗？DE1um(发)AFo (收)Ci = C1DK1DK2CLKC1D1D2C2D2DE2DK图2-5 单信道DS-CDMA通信子工作方式1各点波形+1 110101100101011002V / 0电平1 (+1)0 (1)1010000(与DE1同相)2V / 0电平(与发端同相)(积分,采样,清除)1 0 (上升沿有效,先采样后清除) (比发端延时1码元)(与发端反相，故AFo(收)=D1 C1)( DE1=D1 C1= D1 C1)2V (有毛刺)um(发)AFo(收)Ci = C2DK1DK2CLKD1C1D2DE1DKDE2C2D2图2-6 单信道

46、DS-CDMA通信子工作方式2各点波形01010011010100111 (+1)0 (1)2V / 0电平+1 1000(与DE2同相)2V / 0电平(与发端反相，故AFo(收)=D2 C2)2V (有毛刺)(积分,采样,清除)1 0 (上升沿有效) (比发端延时1码元)10(DE2=D2 C2= D2 C2)10(与发端同相)um (发)AFo(收)Ci = C1DK1DK2CLKD1C1D2DE1DKDE2C2D2图2-7 单信道DS-CDMA通信子工作方式3各点波形+1 10001 (+1)0 (1)2V / 0电平(与DE2同相)2V/ 0电平2V (有毛刺)(积分,采样,清除)1

47、 0 (上升沿有效) (采样值0/1随机变化)10(DX2=D2 C2= D2 C2)10(与发端反相，AFo(收)=D2 C2)01010011实验三 TD/FH（时分加跳频）混合多址移动通信一、实验目的了解TD/FH（时分加跳频）混合多址移动通信原理。二、实验内容测量TD/FH混合多址移动通信实验系统收发两端各点信号波形及数据，分析、了解TD/FH混合多址移动通信工作原理。三、基本原理TDMA系统收发信机按FH-CDMA方式随机跳频就构成TD/FH混合多址通信系统。TDMA及FH-CDMA各自的工作原理已分别在实验七及实验五中介绍，不再重述。由实验箱电路组合成的TD/FH混合多址移动通信实

48、验系统如图3-1所示，TX-BS是实验箱BS的发射机，RX-MS是实验箱MS的接收机。系统TDMA方式包含二个时隙TS1及TS2（二个TDMA信道），信码的设置同实验七；跳频序列的设置同实验五。收端RX-MS通过切换时钟CLK为TS1/TS2时钟，分别接收TS1/TS2信息数据d1/d2，模拟二个移动台MS1/MS2的接收机。其中，d1=1010(每时隙4bit，周期循环), d2=1100（每时隙4bit，周期循环），D1=10101100（每帧8bit，2个时隙，周期循环）。(RX-MS)AF0时钟CLK(TS1/TS2)DK(d1/d2)D1(清除)DK1DK2调制解调0Tb( )dt

49、dt采样(TX-BS)图3-1 TD/FH混合多址移动通信实验系统(采样)BSMS1/ MS2信码d2(TS2)信码d1(TS1)复接频率合成器频率合成器跳频序列（15跳/秒）跳频序列幅度um四、实验步骤1设置实验箱为TD/FH混合多址工作方式（按K1键至HYMA灯亮，再按K3键使K3灯亮），打开发射机TX-BS（K6置ON，K7置BS，”BS测量”面板的”发射”灯亮），置内调制（K9置” 内调制”），实验箱内部组合成图3-1所示TD/FH混合多址移动通信系统。2反复按K3键，系统循环步进处于表3-1所示三种子工作方式之一。表3-1 TD/FH混合多址移动通信子工作方式(HYMA灯常亮)子方式

50、序号K3灯指示子工作方式闪速占空比11Hz0.1发D1，同地址同步FH，收D1的TS1(d1)21Hz0.5发D1，同地址同步FH，收D1的TS2(d2)31Hz0.9发D1，不同地址FH，收D1的TS1(d1)3双踪示波器设置为：双踪/切换(CHOP) 扫描方式；二个通道为DC、1V/DIV2V/DIV；扫描速率1ms/DIV5ms/DIV；外触发，外触发输入接至实验箱”BS测量”或”MS测量”面板TRI端。4顺着信号流向测量并用座标纸记录三种子方式下系统发端D1及收端AFO、DK1、DK2、CLK、DK波形及数椐，其中收端某时隙的输出数据DK要对比本地时钟CLK（上升沿有效）来读取。分析、

51、了解TD/FH混合多址移动通信原理。五、实验报告内容1. 整理实验记录，分别画出三种子工作方式下系统发端D1及收端AFO、DK1、DK2、CLK（上升沿有效）、DK波形，分析、总结TD/FH混合多址移动通信工作原理。2. 试回答，若TD/FH混合多址移动通信系统中，TDMA方式每帧包含N个时隙，FH-CDMA方式包含M个正交跳频序列，系统总共包含多少个信道。实验四 组网干扰一、实验目的1了解同频道干扰。2了解邻道干扰。3了解互调干扰。二、实验内容1用二台实验箱及示波器观测同频道干扰。2用二台实验箱及示波器观测邻道干扰。3用二台实验箱及示波器观测互调干扰。三、基本原理1同频道干扰设接收机工作频率

52、为f0、带宽为B，则所有处于频率范围f0B/2的输入射频信号都会对有用输入信号产生同频道干扰。同频道干扰包括两种情况（1）小区制蜂窝网，在相隔一定距离后可频率再用，因而可极大提高频率利用率，在系统频道数不变时，极大提高系统容量，并且可以通过小区分裂进一步扩容。但是频率再用会带来同频道干扰。（2）任何处于接收机通带内的其它干扰信号都能产生同频道干扰。为减小同频道干扰的影响，保证接收信号的质量，必须使接收机输入有用信号电平与同频道干扰电平之比信干比S/I大于某值，该信干比数值称为门限信干比(S/I)S或射频防护比。同频道干扰影响与调制制度有关。对于要求中等话音质量（3级），在有用信号及干扰信号均为

53、调频电话（F3E）时，射频防护比为8dB1。接收话音的主观评定五级标准如下3：5级（优）：话音完全可懂，噪声完全可以忽略。4级（良）：话音很易听懂，略有噪声。3级（中）：话音可懂，需稍加注意，个别需重复，以便听清。2级（差）：话音听起来相当吃力，经常需重复才能听懂。1级（劣）：话音无法听懂。统计表明：90%用户认为3级的话音，对应C/N12dB。90%用户认为4级的话音，对应C/N18dB。将以上C/N值代入式（11-8）得，3级话音对应于So/No=12+11.7=23.7dB；4级话音对应于So/No=18+11.7=29.7dB。这与资料8P373-374给出的数据（3级话音相当于S/N

54、=1420dB；4级话音相当于S/N=2530dB）相近。2邻道干扰邻道干扰是相邻或邻近频道的信号相互干扰。目前常用的VHF、UHF调频电台及CT1调频无绳电话，频道间隔是25KHz。然而，调频信号的频谱是很宽的，理论上，调频信号含有无穷多个边频分量，当落入邻道接收机通道内边频分量功率较大时，就造成邻道干扰，使接收机输出信噪比恶化。减小邻道干扰，即减小落入邻道的边频分量的主要措施是防止发射机的瞬时频偏超过最大允许值。为此，在调制信号送入VCO前加入一瞬时频偏控制电路（IDC），它由放大、限幅和滤波三部分组成，它限制了调制信号的最大幅度，从而限制了最大调制频偏。对数字调制信号，其频谱与模拟调频一

55、样也是很宽的。虽然其大部分能量落在规定频带内，但总有一部分能量落在邻频道。因此，FDMA及TDMA移动通信系统同一小区内尽量避免采用相邻频道。3互调干扰互调干扰是二个或多个不同频率干扰信号在经过传输通道的非线性电路时，会产生许多谐波和组合频率分量，其中与有用信号频率f0相同的或相近的组合频率分量会顺利通过接收机通带而形成干扰。设wA、wB为二个干扰信号频率，wC为有用信号频率，它们处于同一频段内。三阶互调干扰的条件是2wA-wB=wC，即wA-wB=wC-wA=Dw （4-1）或2wB-wA=wC，即wB-wA=wC-wB=Dw （4-2）其频率关系如图4-1所示，由图可见，等频率间隔的信号，

56、可形成三阶互调干扰。(A)(B)CBA( a )(B)(A)( b )BAC图4-1 三阶互调干扰频率关系五阶互调干扰的条件是3wA-2wB=wC，即wC-wA=2(wA-wB)=2Dw （4-3）或3wB-2wA=wC，即wC-wB=2(wB-wA)=2Dw （4-4）(B)(A)CAB2( a )2(B)(A)( b )BAC其频率关系如图4-2所示。由于非线性电路的五阶及更高阶的非线性项系数比三阶的小得多，所以五阶及更高阶互调干扰信号幅度比三阶的小得多，故在实际组网时一般只考虑三阶互调干扰。图4-2 五阶互调干扰频率关系四、测量步骤（一）测量同频道干扰1按图4-3连接系统。其中，RX-M

57、S1为被测接收机，TX-BS1产生有用输入信号。TX-BS2产生同频干扰信号。内调制(K9)被测接收机有用信号源干扰信号源实验箱1实验箱2AFo600Hz(K8)TX BS21KHz AFTX BS1RX MS1示波器 CH1600Hz AF1KHz(K8)RX MS2GND内调制(K9)图4-3 同频干扰测量系统方框图2二套实验箱都设置为系统测量工作方式（按K1至SYST灯亮），则同一套实验箱上二台收发信机工作于同一频道。3按步进（STEP）键K4设置二套实验箱收发信机工作于相同频道，例如CH10。4关断干扰信号源TX-BS2 (实验箱2的K6置OFF)；打开有用信号源TX-BS1，加上内部1KHz音频调制（实验箱1的K6置ON，K7置BS，K9置”内调制”，K8置1KHz）；用示波器CH1通道监测接收机RX-MS1解调输出1KHz音频信号，旋转实验箱1的”幅度”电位器调整调制音频信号幅度，使解调输出幅度为3Vp-p，对应于TX-BS1调制频偏为3KHz。调整TX-BS1天线至RX-MS1天线之间的距离及相对位置，使RX-MS1输出S/N30dB（Sp-p/Np-p15/1，见表11-1）。此后保持二者天线位置不变。5关断有用信号源TX-BS1(实验箱1的K6置OFF)；打开干扰信号源TX-BS2，加上内部600Hz音频调制(实验箱2的K6置ON，K7置BS，K9置”