移动通信原理实验指导书

目 录

一、移动通信技术实验说明 .......................................................................................... 1 二、移动通信技术实验装置介绍和使用说明 .............................................................. 2

2.1 系统组成 ............................................................................................................. 2 2.2 调制解调模块 ..................................................................................................... 3 2.2.1调制方式的实现 .............................................................................................. 3 2.2.2 解调方式的实现 ............................................................................................. 6 2.3 无绳电话系统 ..................................................................................................... 7 2.3.1射频部分 .......................................................................................................... 8 2.3.2 用户线信令部分 ............................................................................................. 9 2.3.3 双工器部分 ................................................................................................... 11 2.4 CDMA系统 ....................................................................................................... 13 2.4.1发射机的实现 ................................................................................................ 13 2.4.2接收机的实现 ................................................................................................ 16 三、实验项目 ................................................................................................................ 24

实验一 OKUMURA-HATA模型的计算机仿真 ........................................................ 24 实验二 QPSK/DQPSK调制解调实验 ................................................................... 27 实验三 信道分配实验 ............................................................................................ 29 实验四 用户信令与无绳电话实验 ........................................................................ 32 实验五 GOLD序列的捕获与跟踪实验 ................................................................ 37 实验六 扩频与解扩实验 ........................................................................................ 40 实验七 载波提取实验 ............................................................................................ 43 实验八 帧同步提取实验 ........................................................................................ 46 实验九 CDMA移动通信系统实验 ....................................................................... 52

一、移动通信技术实验说明

《移动通信技术实验指导书》是根据课程而编制的。《移动通信技术实验》是通信工程专业的一门专业教育选修课，是《移动通信技术》课程和《扩频通信》等课程的实验教学，是与之相匹配的课外实践环节，总学时为12学时。通过实验可以加深对课程内容的理解，《移动通信技术实验》不仅与课堂讲授的基本理论、基础知识相结合，而且也是学习后续课程和进行科研工作的基础，同时又是培养学生独立思考和理论联系实际能力的重要手段。

移动通信技术实验课程的目的是使学生了解移动通信所涉及到的各种技术的实现方法，熟悉具有代表性的移动通信系统。要求学生能够独立完成各种技术的调试，并具备独立设计移动通信系统的综合能力。

本实验具有以下几个主要特点：?覆盖的知识点较多；?系统性强；?技术性实践性强。 本课程的实验是利用实验室所提供的移动通信实验箱来完成的，且大部分为验证性的实验，通过实验来验证理论课所讲述的知识。另外还安排了几个综合性实验，使学生能够将所学知识能够融会贯通，使之系统化。

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二、移动通信技术实验装置介绍和使用说明

2.1 系统组成

本实验系统覆盖移动通信技术和扩频通信课程的主要知识点，包括数字调制实验、多址实验、发射机/接收机实验，同时设定了两个典型的移动通信系统，模拟通信系统和DS-CDMA系统，不仅包括了移动通信技术的基本原理，还包括了扩频通信的扩频和解扩，同步和捕获等关键技术。该实验装置具有较强的系统性，能够模拟多种具有代表性的移动通信系统。本实验系统包括三个主要部分：调制解调模块；无绳电话系统；CDMA系统。

整个实验系统的组成如图2-1所示。

无绳电话手机

CDMA系统CDMA发射机CDMA接收机有线电话无绳电话座机有线电话接口有线信令模块信号音发生模块无绳电话系统无绳电话模块电源模块调制部分调制模块解调模块CDMA接收机载波提取模块图2-1移动通信原理实验系统组成

下面分别对系统的三个模块调制解调模块、无绳电话系统、CDMA系统模块的功能作详细的介绍。

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2.2 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，所以目前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、频谱利用率高的调制技术，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，并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和全面地认识，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。

2.2.1调制方式的实现

调制的实现框图如图2-2所示。

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CP LD时序电路低通滤波器（TLC14）EEPROM（AT2864）DII路成形I路调制COS 差分编码串/并转换DQ波形选择地址生成器波形选择地址生成器D/A转换器（DAC0832）乘法器（MC1496） 加法器（运放）D/A转换器（DAC0832）Q路成形乘法器（MC1496）Q路调制调制输出EEPROM（AT2864）SIN时序电路低通滤波器（TLC14）图2-2 调制实现框图

首先在CPLD中产生一组码字为10100110 1110000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收到的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。然后与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2-2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15，码速率受拨码开关SW602控制，关系如表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15，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2.2所示。

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