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1、I数字移动通信实验指导书信息技术学院信息技术学院电子信息工程教研室电子信息工程教研室二二 00 九年六月九年六月II目目 录录目目 录录.II实验系统介绍实验系统介绍.11.1 系统组成.1 1.2 调制解调模块.2 1.3 无绳电话系统.5 1.4 CDMA 系统.9实验一实验一 MSK 调制解调实验调制解调实验.18实验二实验二 GMSK 调制解调实验调制解调实验.24实验三实验三 信道分配实验信道分配实验.27实验四实验四 用户线信令与无绳电话实验用户线信令与无绳电话实验.31实验五实验五 无绳电话移动通信系统实验无绳电话移动通信系统实验.38实验六实验六 CDMA 移动通信系统实验移动
2、通信系统实验.461实验系统介绍实验系统介绍1.1 系统组成系统组成本实验系统主要用于高校“移动通信” 、 “扩频通信”等课程的实验教学，可进行移动 通信各种一般性原理的实验，覆盖移动通信课程的主要知识点，同时具有较强的系统性， 能够模拟数种具有代表性的移动通信系统。 本实验系统的主要参考教材为西安电子科技大学出版社出版，郭梯云、邬国扬、李建 东编著的移动通信 （修订版）和西安电子科技大学出版社出版，查光明、熊贤祚编著的 扩频通信 。这两本教材被很多高校所采用，具有较强的权威性。 围绕这两本教材，我们的实验系统设计了数字调制解调实验、多址实验、发射机/接收 机实验等多种单元实验，同时设计了两个
3、典型的移动通信系统，模拟系统我们采用成熟的 无绳电话系统，而数字系统我们选取 3G 中常用的 DS-CDMA 系统。其中，DS-CDMA 系 统的设计我们紧密结合扩频通信一书，着重突出教材的重点：PN 码的特性、扩频和解 扩、同步和捕获等知识点，使用户通过实验进一步理解 CDMA 的精髓。其中，无绳电话系 统不仅包括无绳电话的接收机、发射机、双工器、信道切换等，还具有一定的交换功能， 可以与有线电话交互。CDMA 系统不仅包含了直接扩频和解扩的功能，还包含码分多址、 伪随机序列的捕获和跟踪、位同步、帧同步提取、载波恢复、纠错编解码等众多功能，可 以构成一个完整的 CDMA 移动通信系统。 具体
4、实验内容如下： 1、调制与解调： 1） MSK 调制、解调实验 2） GMSK 调制、解调实验 3） QPSK 调制、解调实验 4） OQPSK 调制、解调实验 5） DQPSK 调制、解调实验6） /4DQPSK 调制、解调实验 2、无绳电话系统： 1） 信道分配实验 2） 用户线信令与无绳电话实验 3） 接收机实验 4） 发射机实验 5） 锁相环频率合成器实验 6） 双工器实验 7） 无绳电话移动通信系统实验 3、CDMA 系统： 1） GOLD 序列特性实验 2） GOLD 序列的捕获和跟踪实验 3） 扩频与解扩实验 4） 载波提取实验 5） PSK 调制与解调实验 6） 位同步提取实验
5、27） 帧同步提取实验 8） 纠错编码实验 9） CDMA 移动通信系统实验 整个实验系统的组成如图 1.1-1 所示。图图 1.1-1 移动通信原理实验系统组成移动通信原理实验系统组成1.2 调制解调模块调制解调模块随着通信业务量的增加，频谱资源日趋紧张，为了提高系统的容量，信道间隔已由最 初的 100kHz 减少到 25kHz，并将进一步减少到 12.5kHz，甚至更小。同时，由于数字通信 具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入 ISDN 网，所以通信系统都在由模拟制式向数字制式过渡。因此系统中必须采用数字调制技术。 数字信号调制的基本类型分为振幅键控（A
6、SK） 、频移键控（FSK）和相移键控 （PSK） 。然而一般的数字调制技术因传输效率低而无法满足移动通信的要求，为此，需要 专门研究一些抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高、尽可能地提高单位频谱内传输数 据的比特率，以适用于移动通信的窄带数据传输的要求。如最小频移键控 （MSKMinimum Shift Keying） ，高斯滤波最小频移键控（GMSKGaussian Filtered Minimum Shift Keying） ，四相相移键控（QPSKQuadrature Reference Phase Shift Keying） ， 交错正交四相相移键控（OQPSKOffset Quad
7、rature Reference Phase Shift Keying） ，四相相 对相移键控（DQPSKDifferential Quadrature Reference Phase Shift Keying）和 /4 正交相 移键控（/4-DQPSKDifferential Quadrature Reference Phase Shift Keying）,已在数字蜂 窝移动通信系统中得到广泛应用。 数字调制技术又可分为两类：一类是线性调制技术，主要包括 PSK、QPSK、DQPSK、OQPSK、/4DQPSK 和多电平 PSK 等。这一类调制技术要求 通信设备从频率变换到放大和发射过程中保
8、持充分的线性，因此在制造移动设备中会增加 难度和成本，但可以获得较高的频谱利用率。另一类是恒包络调制技术，主要包括 MSK、GMSK、GFSK、TFM 等。这类调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和CDMA接收机CDMA接收机载波提取模块调制模块解调模块电源 模块有线 电话 接口无绳电话模块有线 信令 模块信号音 发生 模块CDMA发射机无无绳绳电电话话系系统统CDMA系系统统调调制制部部分分无绳电话手机无绳电话座机有线电话3对放大设备没有线性要求，不足之处是其频谱利用率通常低于线性调制技术。由于这两类 调制技术各有优势，因此被不同的移动通信系统所采用。如 GSM 系统中采用的就是 GM
9、SK 调制，而 IS-95CDMA 系统采用的是 QPSK 和 OQPSK 调制。 为了使用户能够对各种移动通信中常用的数字调制技术的特点、区别和实现方式有清 楚、全面地认识，本实验系统提供了 MSK（最小移频键控） 、GMSK（高斯最小移频键控） 、 QPSK（四相绝对移相键控） 、OQPSK（交错正交四相相移键控） 、DQPSK（四相相对移相 键控） 、/4-DQPSK（/4 正交相移键控）的调制与解调。 1.2.1 各种调制方式的实现：各种调制方式的实现： 调制的实现框图如图 1.2-1 所示。图图 1.2-1 调制实现框图调制实现框图首先在 CPLD 中产生一组码字为 10001100
10、 01111000 的 NRZ 码，经过差分编码及串/ 并转换，得到 Ik、Qk两路数据。波形选择地址生成器根据接受到的 Ik和 Qk数据选择相应 的地址。EEPROM 主要完成波形表的存储，根据 CPLD 输出的地址来输出相应的波形数据。 这些数据经过 DA 转换后即可得到 Ik和 Qk支路的基带波形。然后和正交载波调制、相加 即可得到调制后的信号。各种调制方式的区别仅在于基带波形的不同。 其中，CPLD 使用 EPM7128（U601） ；EEPROM 选择的型号为 AT28C64（U602、U603） ； DA 转换器主要完成数模转换的功能，选择型号为 DAC0832（U604、U605
11、） ；低通滤波器采用开关电容滤波器，选择型号为 TLC14（U610、U611） ；乘法器采用 MC1496（U608、U609）来完成；加法器采用运算放 大器 TL084（U607）来完成。 该部分各测试点的位置如图 1.2-1 所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示： NRZ：调制器基带信号输出点；输出为 NRZ 码，周期为 16，码字为 10001100 01111000，码速率受拨码开关 SW602 控制，关系如表 1.2-2 所示。 /NRZ：基带信号的差分编码信号输出点（仅在 MSK、GMSK 调制时有效）；输出为 NRZ 码，周期为 32，码字为 01011101 000001
12、01 10100010 11111010，相位比“NRZ”输出 延迟一个码元，码速率受拨码开关 SW602 控制，关系如表 1.2-2 所示。 BS：基带信号的位同步信号；输出为方波，频率受拨码开关 SW602 控制，关系如表差分 编码串/并 转换波形选择地址 生成器COS调制输出波形选择地址 生成器EEPROM （AT2864）EEPROM （AT2864）D/A转换器 （DAC0832）乘法器 （MC1496）乘法器 （MC1496）加法器 （运放）D/A转换器 （DAC0832）CPLD时序电路低通滤波器 （TLC14）时序电路低通滤波器 （TLC14）SINI路成形Q路成形I路调制Q路
13、调制DIDQ41.2-2 所示。 DI：I 路数据信号输出点；输出为 NRZ 码，码速率是基带信号码速率的 1/2；在 MSK、GMKS 调制方式时 NRZ 码的周期为 16，码字为 00100000 11011111 或 11110011 00001100，相位与“/NRZ”输出相比有延迟；在其他调制方式时 NRZ 码的周期为 8，码字 为 10100110 或 00101100，相位与“NRZ”输出相比有延迟。 DQ：Q 路数据信号输出点；输出为 NRZ 码，码速率是基带信号码速率的 1/2；在 MSK、GMKS 调制方式时 NRZ 码的周期为 16，码字为 11110011 00001100 或 00100000 11011111，相位与“/NRZ”输出相比有延迟；在其他调制方式时 NRZ 码的周期为 8，码字 为 00101100 或 10100110，相位与“NRZ”输出相比有延迟
