实验一MSK调制解调实验

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1、移动通信实验指导书实验一 MSK 调制解调实验一、实验目的1、掌握MSK调制和解调的原理。2、理解MSK的优缺点。二、实验内容1、观察MSK调制过程中各信号的波形。2、观察MSK解调过程中各信号的波形。三、预备知识1、MSK调制和解调的基本原理。2、MSK调制和解调部分的工作原理及电路说明。四、实验器材1、 移动通信原理实验箱一台2、 20M 双踪示波器一台五、实验原理1、MSK 调制原理MSK称为最小移频键控，是移频键控(FSK)的一种改进型。这里“最小”指的是能以 最小的调制指数(即0.5)获得正交信号，它能比PSK传送更高的比特速率。二进制MSK信号的表达式可写为：SMsKL cos 帥

2、 + Hst +甲k丿(k - 1) Ts t kTs 载波角频率；cTs 码元宽度；a k第k个码元中的信息，其取值为1;J 第k个码元的相位常数，它在时间(k - 1)Ts t kTs中保持不变；k1当a = + 1时，信号的频率为：f2 = / +k2 c 4Ts当ak=1时，信号的频率为：f1 = fc4Ts那么MSK信号波形如图2.1-1所示:由此可得频率之差为：Af = f2 - fi = 2TS图 2.1-1 MSK 信号波形 为了保持相位的连续，在 t=kTs 时间内应有下式成立9 = 9+( akk -1k -1-a )k(才(k-1)即：当a = a 时，9 = 9kk -

3、1k k -1当a工akk -1时，9 = 9 ( k 1) n ；kk -1若令9 =0,则9 =0或土n ,此式说明本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入 0k有关，还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。S()= COS CD t + k t + 9msk( c2Tsk 丿兀冗= COS9 cos t) cosD t a cos9 sin( t) sind tk2Tsc k k2Tsc(k 1) Ts t kTs令 cos 9 k = Ik ak Cos9k = Qk则： sMsK(t)= Ikco(s兀2Tst)cosD tQcksin(冗2Tst)sinD tc(k - 1)Ts

4、 t kTs为了便于理解如图 2.1-2所示：456 I 789 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 |21 |22 |23 |24dk+1 +11-1 -1 -1 -1+1 +1 +1 +1+1-1 -1 -1 -1+1 +1 +1-1+1 +1 +1000兀兀兀兀0000兀兀兀兀兀兀00000000cos Qk+1 +1 +11-1 -1 -1 -1 1+1 +1 +1 +11 -1 -1 -1 -1 -1 丨+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1a cos Qkk+1 +1-1 -1 -1 -1+1 +1 +1 +1 +1 +1

5、-1 -1 -1 -1+1 +1-1 -1-1 -1+1 +1cos Q cos(ka cos Q sin(kk-1 -1 +H-1 +1 +1 +1 亠 +1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 亠 +1 +1 -1 -1 +1 +1图 2.1-2 码元变换及成形信号波形图根据上面描述可构成一种MSK调制器，其方框图如图2.1-3所示:图 2.1-3 MSK 调制原理框图输入数据NRZ,然后通过CPLD电路实现差分编码及串/并转换，得到Ik、Qk两路数据。 波形选择地址生成器是根据接受到的数据（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

6、输出的地址来输出相应的数据，然后通过D/A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调制信号。MSK基带波形只有两种波形组成，见图2.1-4所示：图 2.1-4 MSK 成形信号在 MSK 调制中，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位数据相同，输出的成形信 号就相反(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，输出的成形信号就相同(如果前一数据对应波形1，那么当前数据仍对应波形1)。2、MSK 解调原理MSK 信号的解调与 F

7、SK 信号相似，可以采用相干解调，也可以采用非相干解调方式 本实验模块中采用一种相干解调的方式。已知：Scos( t) cos t Qsin( t) sin tMSK k2Tsc k2Tsc把该信号进行正交解调可得到：【k路Ik co(t) cosro t Q sin( t) sinro t cosro t2Tsc k2Tsc cQk 路Ikco(s712Tst) cosroctQksin(冗2Tst) sinro t sinro tcc1p=2 Qksin(2TSt)+4 -sin (2roc + 2TS)t+ 丄 I sin(2ro 兀)t4kc2Tst+ Q sin(2ro -工)t4k

8、c2Ts1 Q sin (2ro +)4 kc 2Ts我们需要的是2 Ikcos(詁、2 Qk sin(和)两路信号所以必须将其它频率成份(2ro + 丄)、c2Ts/宀兀 、(2ro-)通过低通滤波器滤除掉，c 2Ts然后对 i 7k co(2Tst)1 cos(兀t)+1Icos(2ro+ )t+11cos(2ro冗、_ )t2k2Ts4kc2Ts一4k一c2Ts一_ 1Qcos(2ro+ )t+丄Qcos(2ro冗、_) t4kc2Ts4kc2TsQk皿肘）采样即可还原成I、Qk两路信号。根据上面描述可构成一种MSK解调器，其方框图如图2.1-5所示:CLK-CPLDCos3 ct低通滤

9、波器-电平 比较器低通滤波器电平 比较器抽样判决-数据 还原抽样判决数据 还原时序电路时序电路I并/串转换Qk4差分 译码NRZ图 2.1-5 MSK 解调原理框图将得到的MSK调制信号正交解调，通过低通滤波器得到基带成形信号，并对由此得到的 基带信号的波形进行电平比较得到数据，再将此数据经过CPLD的数字处理，就可解调得到 NRZ 码。在实际系统中，相干载波是通过载波同步获取的，相干载波的频率和相位只有和调制端 载波相同时，才能完成相干解调。由于载波同步不是本实验的研究内容，因此在本模块中的 相干载波是直接从调制端引入，因此解调器中的载波与调制器中的载波同频同相。载波同步 的实验可在本实验箱

10、的 CDMA 系统中实现。六、实验步骤1、MSK调制实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为10000000、0001，则调制类型选择为MSK调制。 说明1：为了能用示波器观察调制输出信号波形的相位关系，所以NRZ的码速率采 用与载波相当的速率，由于本系统的载波频率为12KHz,所以做调制实验时选择NRZ 码速率为 12Kb/s 分别观察差分编码后的“/NRZ”处波形，并由此串并转换得到的“DI”、“DQ”两 路数据波形。 分别观察“I路成形”信号波形、“Q路成形”信号波形、“I路调制”同相调制信号 波形、“Q路调制”正交调制信号波形、“调制输出”波形。说明2：如果在步骤、中发现波形不正确，请按“

11、调制复位”键后继续观察。 用示波器观察“I路成形”信号、“Q路成形”信号的X-Y波形。说明3：此波形即为MSK调制的星座图。用示波器的双踪分别接“I路成形”和“Q 路成形”，并选择示波器的“X-Y ”模式。2、MSK解调实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为 10000000、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为 10000000、0100,则解调类型选择为MSK解调。说明 4：为了能在解调端滤波时能得到与调制端成形信号一致的波形，须加大载波信 号与NRZ码速率之间的频率差值，所以NRZ的码速率采用比载波频率小得多的码速 率，由于本系统的载波频率为12KHz,所以做解凋实验时选择NRZ码速率为

12、1.5Kb/s。 分别观察“I路解调”信号波形、“Q路解调”信号波形、“I路滤波”信号波形、“Q 路滤波”信号波形。 分别观察解调的“DI”、“DQ”两路数据波形，由此并/串转换得到的差分编码“ /NRZ”波形，并观察解调输出的波形。 最后比较调制端“NRZ”波形和解调端“NRZ”波形，看解调是否正确。 说明5：如果发现解调输出波形不正确，请按下“解调复位”键后继续观察。七、实验思考题1 、什么是最小移频键控？2、MSK信号具有哪些特点？八、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出MSK分别在调制和解调中的各测量点的波形图。3、画出MSK在调

13、制和解调中的X-Y波形图（即星座图）。4、对实验思考题加以分析，并画出原理图。实验二n /4DQPSK调制解调实验一、实验目的1、掌握n /4-DQPSK调制解调原理。2、理解n /4-DQPSK的优缺点。二、实验内容1、观察n /4-DQPSK调制过程各信号波形。2、观察n /4-DQPSK解调过程各信号波形。三、预备知识1、n /4-DQPSK调制解调的基本原理。2、n /4-DQPSK调制解调模块的工作原理及电路说明。四、实验器材1、 移动通信原理实验箱一台2、 20M 双踪示波器一台五、实验原理1、n /4-DQPSK调制原理n /4-DQPSK是对QPSK信号特性的进行改进的一种调制

14、方式。改进之一是将QPSK的 最大相位跳变土n，降为3n/4,从而改善了n /4-DQPSK的频谱特性，改进之二是解调方 式，QPSK只能用于相干解调，而n /4-DQPSK既可以用相干解调也可以采用非相干解调。 n /4-DQPSK已用于美国的IS-136数字蜂窝系统，日本的（个人）数字蜂窝系统（PDC）和 美国的个人接入通信系统（PACS）。设n /4-DQPSK 信号为：Sk C）二 cos （ t + Qk）式中，申为（k - 1）Ts t kTs 之 kc kk间的附加相位。上式可展开成： S （t） =cos t cos 弔 一 sin 3 t sin 弔kckck当前码元的附加相

15、位申k是前一码元附加相位化】与当前码元相位跳变量AO之和，k -1k即: 9 k =9 k-1 +M kU = cos 9kk= cos(9k-1+ A9 ) = cos 9kk -1cos A9k- sin 9 1k -1sinA9kVk= sin 9= sin(9 1 + A9 ) = sin 9 1 cos A9k -1kk -1k+ cos 9k-1sin A9k其中，Uk-1二cos9z Vk-1 = sin9k_1，上面两式可改写为：U = Ucos A9 一 V sin A9kk -1kk -1kV = V cos A9 + Usin A9kk 一1kk 一1k这是n /4-DQ

16、PSK的一个基本关系式。它表明了前一码元两正交信号Uk一,匕一与当前码 元两正交信号Uk, Vk之间的关系。它取决于当前码元的相位跳变量A9 k，而当前码元的相位 跳变量A9k则又取决于相位编码器的输入码组Ik、Qk，它们的关系如表2.6-1所规定。表2.6-1 n /4-DQPSK的相位跳变规则IkQkApkcos Apksin Ap屮k11n /4i/V21M;，2013n /41/21/003n /41M21/210n /41/J21/丿2上述规则决定了在码元转换时刻的相位跳变量只有土 n /4和土 3n /4四种取值。n /4-DQPSK的相位关系如图2.6-1所示，从图中可以看出信号

17、相位跳变必定在图中的“。”组 和“X”组之间跳变。即在相邻码元，仅会出现从“。”组到“X”组相位点（或“X组”到 “。”组）的跳变，而不会在同组内跳变。同时也可以看到，订口Vk只可能有0,1/巨， 土1五种取值，分别对应于图2.6-1中八个相位点的坐标值。图2.6-1 n /4-DQPSK的相位关系由上面描述可得n /4-DQPSK的原理框图如图2.6-2所示，输入数据经串/并转换之后得 到两路序列Ik、Qk，然后通过相位差分编码、基带成形，得到成形波形卩丘、Vk，最后再分 别进行正交调制合成，就得到了n /4-DQPSK信号。n相位差分 编码IkQkVCLKBSNRZ信号Cos3 ct低通滤

18、波器$讪3 ct低通滤波器CPLD时序电路时序电路*波形选择地址 牛成器*波形选择地址 牛成器NRZ串/并 转换乘法器乘法器EEPROMEEPROMD/A转换器D/A转换器加法器 （运放）图2.6-2 n /4-DQPSK调制原理框图2、n /4-DQPSK解调原理n /4-DQPSK解调采用相干解调的方法，其实验原理框图如图2.6-3所示:2.6-3 n /4-DQPSK解调原理框图由于U和V分别有0, 土 1/込,1五种取值，因此在它们的基带信号中就有五种电平, kk则同前面的双电平比较不同，这里采用四电平比较器，然后将比较后的数据进行相位差分译码就可还原成I、Q，最后在通过并串转换就得到

19、NRZ码。kk六、实验步骤1、n /4-DQPSK调制实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为00000010、0001，则调制类型选择为n /4-DQPSK 调制。 分别观察串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。 分别观察“I路成形”信号波形、“Q路成形”信号波形、“I路调制”同相调制信号 波形、“Q路调制”正交调制信号波形、“调制输出”波形。 用示波器观察“I路成形”信号、“Q路成形”信号的X-Y波形（即星座图）。说明1：如果在步骤、中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。2、n /4-DQPSK解调实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为00000010、 0100，“解调类型

20、选择”拨码开关拨为 00000010、0100，则解调类型选择为n /4-DQPSK解调。 分别观察“I路解调”信号波形、“Q路解调”信号波形、“I路滤波”信号波形、“Q 路滤波”信号波形。 分别观察解调的“DI”、“DQ”两路数据波形，并观察解调“NRZ”输出的波形 说明 2：如果发现解调输出波形不正确，请按下“解调复位”键后继续观察。说明3：在n /4-DQPSK解调实验时，如果按复位键始终不能得到正确的解调波形，则 说明现代数字解调上的电位器RW700、RW701、RW702、RW703 （在出厂前均以调试好）在 运输过程中或者其它原因导致过调，因此用户须重新调节电位器。采用双踪示波器进

21、行调节， 先将X、Y通道接地，并使它们的零电平对齐，使X、Y的幅值档拨为相同。先调试I路电平：将X、Y通道分别接“I路滤波”、U706的第6脚，调节电位器RW700使U706的第6脚电平调至在“I路滤波”波形的1和1M-2电平之间（如下图所示）；再将X、 Y通道分别接“I路滤波”、U706的第10脚，并调节电位器RW701使U706的第10脚电平 在“I路滤波”波形的一1和一1/込电平之间（如下图所示）。（Q路滤波后的波形）I路滤波后的波形再调试Q路电平：将X、Y通道分别接“Q路滤波”、U707的第6脚，并调节电位器 RW702使U707的第6脚电平调至在“Q路滤波”波形的1和i八2电平之间（

22、如下图所示）； 再将X、Y通道分别接“Q路滤波”、U707的第10脚，并调节电位器RW703使U707的第 10脚电平在“Q路滤波”波形的一1和一1/込电平之间（如下图所示）。（U707的第6脚电平通过调节RW702）U706的第6脚电平通过调节RW7000电平U706的第10脚电平通过调节RW701（U707的第10脚电平通过调节RW703）七、实验思考题1、分析n /4-DQPSK相对于QPSK有哪些改进?2、n /4-DQPSK有哪些优点？八、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出n /4-DQPSK分别在调制解调中的各测量点的波 形

23、图。3、画出n /4-DQPSK在调制解调中的X-Y波形图（即星座图）。4、对实验思考题加以分析，并画出原理图。实验三 扩频与解扩实验一、实验目的1、掌握扩频的基本原理。2、理解扩频增益的概念。二、实验内容1、观察基带信号扩频前后波形（频谱）。2、观察扩频前后PSK调制的波形（频谱）。三、预备知识1、了解扩频的基本原理。2、了解扩频的基本实现方法。3、了解扩频增益的概念。四、实验器材1、移动通信原理实验箱一台2、20M 双踪示波器一台3、频谱分析仪或带FFT功能的数字示波器（选用）一台五、实验原理扩展频谱通信系统是指将待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展成为宽频带信号 后送入信道中传输，在

24、接收端利用相应手段将信号解压缩，从而获取传输信息的通信系统。 也就是说在传输同样信息时所需的射频带宽，远比我们已熟知的各种调制方式要求的带宽要 宽得多。扩频带宽至少是信息带宽的几十倍甚至几万倍。信息不再是决定调制信号带宽的一 个重要因素，其调制信号的带宽主要由扩频函数来决定。这一定义包括以下三方面的意思：1、信号频谱被展宽了。在常规通信中，为了提高频率利用率，通常都是采用大体相当带 宽的信号来传输信息，即在无线电通信中射频信号的带宽和所传信息的带宽是属于同一个数 量级的，但扩频通信的信号带宽与信息带宽之比则高达1001000，属于宽带通信，原因是为 了提高通信的抗干扰能力，这是扩频通信的基本思

25、想和理论依据。扩频通信系统扩展的频谱 越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。2、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。由信号理论知道，脉冲信号宽度越窄， 其频谱就越宽，信号的频带宽度和脉冲宽度近似成反比，因此，所传信息被越窄的脉冲序列 调制，则可产生很宽频带的信号。扩频码序列就是很窄的脉冲序列。3、在接收端用与发送端完全相同的扩频码序列来进行解扩。扩频技术的理论依据定性的讨论有以下几点： 首先，扩频技术的理论基础可用香农信道容量公式来描述：C = W log2(l + S / N)式中：C为信道容量；W 为系统传输带宽；S/N 为传输系统的信噪比。该公式表明，在高斯信道中当传输系统的信噪比S

26、/N下降时，可用增加系统传输带宽W 的办法来保持信道容量C不变。对于任意给定的信噪比可以用增大传输带宽来获得较低的 信息差错率。扩频技术正是利用这一原理，用高速率的扩频码来达到扩展待传输的数字 信 息带宽的目的。故在相同的信噪比条件下，具有较强的抗噪声干扰的能力。香农指出：在高斯噪声干扰下，在限平均功率的信道上，实现有效和可靠通信的最佳信 号是具有白噪声统计特性的信号。目前人们找到的一些伪随机序列的统计特性逼近于高斯白 噪声的统计特性。使用于扩频系统中，可以使得所传输信号的统计特性逼近于高斯信道要求 的最佳信号形式。早在 50年代，哈尔凯维奇就从理论上证明：要克服多径衰落干扰的影响，信道中传输

27、的 最佳信号形式也应该是具有白噪声统计特性的信号形式。由于扩频函数逼近白噪声的统计特 性，因此扩频通信又具有抗多径干扰的能力。常用的扩展频谱方式可分为：1、直接序列扩频CDMA (DS-CDMA)：用待传信息信号与高速率的伪随机码序列相乘 后，去控制射频信号的某个参量而扩展频谱。2、跳频扩频CDMA(FH-CDMA)：数字信息与二进制伪随机码序列模二相加后，去离 散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。3、跳时扩频CDMA(TH-CDMA)：跳时是用伪随机码序列来启闭信号的发射时刻和持 续时间。发射信号的“有”、“无”同伪随机序列一样是伪随机的。4、混合式：由

28、以上三种基本扩频方式中的两种或多种结合起来，便构成了一些混合扩频 体制，如 FH/DS，DS/TH，FH/TH 等。在本实验中我们采用的是直接序列扩频。图 4.3-1 和 4.3-2 分别是扩频前后 PSK 信号的频谱。mBd0Atten 10 dBCenter 10.7 MHzRes BN 10 kHzWBW 10 kHz Sweep 15.46 ms (401 pts)图4.3-1扩频前PSK信号的频谱Atten 10 dBk汨ge op L10 dB/AACenter 10.7 MHz.Res Bh 10 kHzUBH 10 kHz Sweep 15.46 ms (401 pts)图4.

29、3-2扩频后PSK信号的频谱通过对比可以发现PSK信号的频谱大大展宽了。图4.3-3为直接序列扩频的示意图：图4.3-3 直接序列扩频直接序列扩频通信的过程是将待传送的信息码元与伪随机序列相乘，在频域上将二者的 频谱卷积，将信号的频谱展宽，展宽后的频谱呈窄带高斯特性，经载波调制之后发送出去。 在接收端，一般首先恢复同步的伪随机码，将伪随机码与调制信号相乘，这样就得到经过信 息码元调制的载波信号，再作载波同步，解调后得到信息码元。我们采用“扩频增益” Gp的概念来描述扩频系统抗干扰能力的优劣，其定义为解扩接收机输出信噪比与其输入信噪比的比值，即：G输出信噪比G =p输入信噪比它表示经扩频接收处理

30、之后，使信号增强的同时抑制输入到接收机的干扰信号能力的大 小，越大，则抗干扰能力愈强。在直接序列扩频通信系统中，扩频增益Gp为：G _ 10l r扩频码速率）p -01皆信息码速率从上式中可以看到，提高扩频码速率或者降低信息码速率都可以提高扩频增益。六、实验步骤1、安装好发射天线和接收天线。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关 pOWER301、pOWER302、POWER401 和 POWER402,对应的发光二极管 LED301、LED302、LED401 和 LED402 发光， CDMA 系统的发射机和接收机均开始工作。3、发射机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“

31、扩频”、“编码”均拨下，接收机拨位 开关“信码速率”、“扩频码速率”、“跟踪”、“解码”均拨下。此时系统的信码速率为1 Kbit/s， 扩频码速率为 100Kbit/s。4、观察基带信号扩频前后波形（频谱）变化的实验 将“SIGN1置位”设置成不为全0或全1的码字，设置“G0LD1置位”。用示波器分 别观察“SIGN1”和“S1-KP”的波形，并做对比。 （选做）用带FFT功能的数字示波器分别观察“SIGN1”和“S1-KP”的频谱，并做对 比。 分别改变发射机的信码速率和扩频码速率，重复上一步骤。5、（选做）观察扩频前后PSK调制频谱的实验 码字设置不变，将“扩频”开关拨下，用频谱仪观察“P

32、SK1”的频谱。 将“扩频”开关拨上，观察“PSK1”的频谱，并与实验步骤5-中的结果比较。 分别改变发射机的信码速率和扩频码速率，重复上述步骤。 说明：改变拨位开关后，应按复位键。6、解扩实验 将拨位开关恢复到实验步骤3要求的设置，按“发射机复位”键。 将拨位开关“第一路”连接，拨位开关“第二路”断开，此时发射机输出G0LD1为 扩频码的第一路扩频信号。 将拨码开关“G0LD3置位”拨为与“G0LD1置位”一致，按“接收机复位”键。 根据实验二步骤811的方法，调节“捕获”和“跟踪”旋钮，使接收机与发射机 GOLD码完全一致，此时“TX2”处输出即为解扩后的PSK信号。 用示波器双踪分别观察

33、“SIGN1”和“TX2”处的波形。 （选做）用频谱仪观察“TX2”处的频谱，并与实验步骤5中的结果比较。七、实验思考题1、当“SIGN1设置”拨码开关全部设为全1或全0时，比较“S1-KP”与“GOLD1 ”信 号波形，并分析出现这种现象的原因。2、目前商用的 CDMA 系统是采用的哪种扩频方式？查找相关资料画出该系统的组成框 图。3、实验步骤5-中分别改变发射机的信码速率和扩频码速率，“PSK1”处扩频前后的频 谱分别发生了什么样的变化，说明了什么问题？八、实验报告要求1、分析直接扩频电路的工作原理，并用框图表示其实现的方法。2、根据实验测试记录，画出各测量点的频谱图和波形图，并根据实验步

34、骤中的要求做对 比，分析频谱的变化情况。3、对实验思考题加以分析，并按照要求做出答案。实验四 CDMA 移动通信系统实验一、实验目的1、掌握CDMA （码分多址）的基本原理2、了解DS-CDMA （直扩码分多址）移动通信系统原理及组成。二、实验内容1、测量单信道DS-CDMA通信系统发射机和接收机各点波形，了解发射机扩频调制及接 收机相关检测的原理。2、测量2信道DS-CDMA通信系统发射机和接收机各点波形，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、预备知识1、码分多址的原理。2、DS-CDMA移动通信系统的组成。四、实验器材1、移动通信原理实验箱一台2、20M 双踪

35、示波器一台3、频谱分析仪（选配）一台五、实验原理1、DS-CDMA移动通信系统图4.9-1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相乘或模2加实现扩频调制。信码速 率fb （单位：b/s,比特/秒）、周期Tb=1/fb；地址码速率fp （单位：c/s,子码/秒或码片/秒）、 周期Tp=1/fp，地址码序列每周期包含p个子码元，序列周期T = p - T。通常设置pf 二 K P f（4.9-1）pb即T = K p Tbp（ 4.9-2）=K T式中，K为正整数。式（4.9-1）、（4.9-2）表明，地址

36、码速率fp是信息速率fb的KP整数 倍，1个信码周期Tb对应K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 KP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4.9-3a)S (t) = d (t).c (t).cos t111c上式中，d (t).c (t)是(-1，+1)域二元数据，则S1 (t)是0/n调相的2PSK信号。故载 11波调制器就是模拟乘法器。式(4.9-3a)可写成如下形

37、式S (t) = d (t).c (t).cos t111c二d (t) - c (t)cos w t(4.9-3b)11c或S (t) = d (t).c (t).cos t111c=d (t) - cos w t - c (t)1c 1可通过先扩频调制再载波调制(式(4.9-3b收端也有二种等接收机先解扩再上式表明，发端的DS-CDMA射频信号，或先载波调制再扩频调制(式(4.9-3c)得到，二者是等效的。与此对应, 效的解调方案 解调。本实验系统采用的方案是：发射机先扩频调制再载波调制，4.9-3c)地址码cN载波fNc图 4.9-1 DS-CDMA 移动通信系统原理框图发端N个用户发射

38、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。下面我们已接收机先解调再解扩的次序来推导码分多址的原理：收端第 1 个用户天线收到的信号4.9-4)ii=1S(t)=迓 S (t)=迓 A .d (t).c (t).cosw ti i ici=1解调后的信号SEX(t)=兰 Aid (t).c (t)i i i4.9-5)i=1经过与本地地址码 c1(t)相关检测后输出信号d = f Tb S (t ).c (t )dt1 0 EX 1=艺 A.f Tb d (t).c (t).c (t)dti 0 i i 1 i=1上式中，Tb为信码周期，故积分号中信码di(t)是常数可提

39、出，得d =送 A.d (t)f Tbc (t).c (t)dt1i i 0 i 1i =10=A d (t) KfTc (t)c (t)dti i 0 i 1i =1 0根据地址码的正交性关系R ,(T) = J Tc.(t) - c (t -t)dt = 0,i 丰 ji,j0 i可得4.9-6)=A.d (t)KR (o)1 1 1=Ad (t)11上式中R （0） = f TC （t） - C （t）dt为C1（t）的自相关函数峰值。d经采样后得到方波形1 0 1 1 1式的信码d1（t）o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

40、1的信码。2、DS-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（4.9-4） 式（4.9-6）的分析可见，如果地址码组严格正交，则不存在多址干扰， 即式（4.9-6）所示相关运算输出只包含有用信息，而不包含其它地址的信息，但实际情况并 不是如此理想： 实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； 理论上严格正交的地址码经过实际信道传输后波形发生畸变，在收端成为不严格正 交。 收端地址码同步精度不高，地址码正交性恶化。当地址码组不严格正交时，接收端就存在多址干扰。近地发射机来的无

41、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”。克服远近效应的方法是对移动台和基站发射功率进行精确、快速的控制，使任一移动台 无论处于什么位置，其发射信号到达基站的接收机时，都具有相同的电平，而且刚刚达到要 求的信干比门限；而收到基站发射来的信号亦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

42、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S (t)=迓A - d (t) c (t) - cos ti i ici=1=迓A d (t) c (t).2cos t cos 一 )ti i i IF C IFl =1上变频(取和频)=迓2A d (t) c (t) cos t cos( 一 )t |(4.9-7)i iiifCIF上变频(取和频)i=1由式(4.9-7)可见，基站各信道发射的射频信号，可先在中频IF实现扩频调制及载波 调制，经线性叠加后由 1 台发射机上变频到射频再功率放大后发射出去。

43、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S (t)=迓A d (t) c (t) cos w ti i ici=1i=14.9-8)A d (t) c (t) cos w ti i ic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 )地址码同步相关原理见实验二。3、实现方法发射机实现框图如图4.9-2 所示。图 4.9-2 CDMA 系统发射机实现框图两路信息码均在发射机的CPLD中产生，周期为8,分别由两个8位拨码开关“SIGN 1置位”

44、 和“SIGN2置位”进行置位。码速率1K/2K可变，由拨位开关“信码速率”控制，拨码开关拨 上时码速率为2K,拨下时为1K。两路扩频码为在CPLD中产生的127位Gold序列，分别受两个 8位开关“GOLD 1置位”和“GOLD2置位”控制，可以任意改变。码速率100K/200可变，由 拨位开关“扩频码速率”控制，拨码开关拨上时码速率为200K,拨下时为100K。两路信息码分别与Gold 1和Gold2进行扩频后，再进行PSK调制。当拨位开关“第一路”、 “第二路”均连接时，发射机输出点TX输出的信号为两路信号的叠加。图 4.9-3 CDMA 系统接收机实现框图接收端的扩频码G0LD3受8位

45、拨码开关“G0LD3置位”控制。因此，当“G0LD3置位” 与“G0LD1置位”一致而与“G0LD2置位”不一致时，解调出的信息码SIGN1；当“GOLD3 置位”与“G0LD2置位”一致而与“G0LD1置位”不一致时，解调出的信息码SIGN2。拨位 开关“信码速率”、“扩频码速率”、“解码”与发射部分的作用一致。除了单台实验箱组成DS-CDMA移动通信系统外，还可由多台实验箱组成DS-CDMA移动 通信系统，方式可灵活多样。六、实验步骤1、安装好发射天线和接收天线。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关 POWER301、POWER302、 POWER401 和 POWER40

46、2,对应的发光二极管 LED301、LED302、LED401 和 LED402 发光， CDMA系统的发射机和接收机均开始工作。3、发射机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“扩频”、“编码”均拨下，拨码开关“GOLD1 置位”和“G0LD2置位”设置为不同。接收机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“跟踪”、“解码”均拨下，“调制信号输入”拨上。此时系统的信码速率为1Kbit/s，扩频码速率为 100Kbit/s。将“第一路”连接，“第二路”断开，这时发射机发射的是第一路信号。将拨码开 关“G0LD3置位”拨为与“G0LD1置位” 一致。4、根据实验二中步骤811的方法，调节“捕获”和

47、“跟踪”旋钮，使接收机与发送机 GOLD 码完全一致。5、根据实验四中步骤67的方法，调节“频率调节、旋钮，恢复出相干载波。6、用示波器观察接收机测试点“相乘1”，并与“SIGN1”处波形比较。7、将“第一路、“第二路、均连接，这时发射机同时发射两路信号。8、（选做）用频谱仪观测 TX 处的频谱，分别与只发射第一路信号和只发射第二路信号 的频谱对比。9、将“捕获、旋钮逆时针旋到底，“跟踪、旋钮顺时针旋到底。分别用示波器观察此时 的相关峰（“TX3”）和延迟锁相环的鉴相特性（“VCO-C”），并与实验一、二的结果对比。10、重复实验步骤46，观察接收机测试点“相乘1、，将此时（发射机同时发射两路

48、 信号）的波形与步骤6（发射机只发射一路信号）的波形进行比较。11、将“GOLD3置位”设置为与“G0LD2置位”一致而与“G0LD1置位”不一致，按 复位键，重复实验步骤 45，解调出第二路信息码。12、用示波器观察接收机测试点“相乘1”，并与“SIGN2”处波形比较。七、实验思考题1、比较发射机发射一路扩频信号和同时发射两路信号时，接收机解调处信号的波形，分 析其差别及产生原因。2、比较信码速率与扩频码速率不同时，接收机解调处信号的波形，分析其差别及产生原 因。八、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图3、对实验思考题加以分析，并画出原理图与工作波形图。