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数字移动通信实验指导书

信息技术学院 电子信息工程教研室

二00九年六月

I

目 录

目 录 ....................................................................................................... II 实验系统介绍 ............................................................................................ 1

1.1 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 MSK调制解调实验 .................................................................. 18 实验二 GMSK调制解调实验 ............................................................... 24 实验三 信道分配实验 ............................................................................ 27 实验四 用户线信令与无绳电话实验 .................................................... 31 实验五 无绳电话移动通信系统实验 .................................................... 38 实验六 CDMA移动通信系统实验 ....................................................... 46

II

实验系统介绍

1.1 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） π/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

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7） 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。

无绳电话手机

无绳电话系统有线电话接口无绳电话座机有线信令模块信号音发生模块无绳电话模块电源模块调制部分调制模块有线电话解调模块CDMA接收机载波提取模块CDMA发射机CDMA接收机CDMA系统图1.1-1 移动通信原理实验系统组成

1.2 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（ASK）、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（MSK－Minimum Shift Keying），高斯滤波最小频移键控（GMSK－Gaussian Filtered Minimum Shift Keying），四相相移键控（QPSK－Quadrature Reference Phase Shift Keying），交错正交四相相移键控（OQPSK－Offset Quadrature Reference Phase Shift Keying），四相相对相移键控（DQPSK－Differential Quadrature Reference Phase Shift Keying）和π/4正交相移键控（π/4-DQPSK－Differential 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、π/4－DQPSK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

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信系统所采用。如GSM系统中采用的就是GMSK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）、π/4-DQPSK（π/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：

调制的实现框图如图1.2-1所示。 CPLDCOS低通滤波器时序电路（TLC14） EEPROM（AT2864） DII路调制乘法器波形选择地址D/A转换器I路成形（MC1496）生成器（DAC0832） 差分调制输出加法器串/并（运放）转换 编码DQQ路调制乘法器波形选择地址D/A转换器Q路成形 （MC1496）生成器（DAC0832） EEPROM（AT2864） SIN低通滤波器时序电路（TLC14） 图1.2-1 调制实现框图

首先在CPLD中产生一组码字为10001100 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D／A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）； D／A转换器主要完成数模转换的功能，选择型号为DAC0832（U604、U605）；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 00000101 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1.2-2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、

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