移动通信实验

1. 移动通信实验 主讲：吴传富 电工电子教研室

2. 目录 • 实验一 MSK调制解调实验 • 实验二 QPSK调制解调实验 • 实验三 信道分配实验 • 实验四 双工器实验

3. 实验一 MSK调制解调实验

4. 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。

5. 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。

6. 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。

7. 四、实验器材 • 1、移动通信原理实验箱 • 2、20M双踪示波器

8. 五、实验原理_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：

9. 五、实验原理_MSK调制原理 • ωc——载波角频率； • Ts——码元宽度； • ak——第k个码元中的信息，其取值为±1； • φk——第k个码元的相位常数，它在时间(k-1)Ts≤t≤kTs中保持不变；

10. 五、实验原理_MSK调制原理 • 当ak＝＋1时，信号的频率为： • 当ak＝－1时，信号的频率为： • 由此可得频率之差为：

11. 图1-1 MSK信号波形 五、实验原理_MSK调制原理 • 那么MSK信号波形如图1-1所示： 图1-1 MSK信号波形

12. 五、实验原理_MSK调制原理 • 为了保持相位的连续，在t=时间内应有下式成立： 即：当 时, 当 时 , φk =φk-1±（k-1）π；

13. 五、实验原理_MSK调制原理 • 若令φ0＝0，则φk＝0或±π，此式说明本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入有关，还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。

14. 五、实验原理_MSK调制原理 • 为了便于理解如图1-2所示： 图1-2 码元变换及成形信号波形图

15. 五、实验原理_MSK调制原理 • 根据上面描述可构成一种MSK调制器，其方框图如图1-3所示： 图1-3 MSK调制原理框图

16. 五、实验原理_MSK调制原理 • 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。

17. 五、实验原理_MSK调制原理 • MSK基带波形只有两种波形组成，见图1-4所示： 图1-4 MSK成形信号

18. 五、实验原理_MSK调制原理 • 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）。

19. 五、实验原理_MSK解调原理 • MSK信号的解调与FSK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：

20. 把该信号进行正交解调可得到： 五、实验原理_MSK解调原理

21. 五、实验原理_MSK解调原理 • 我们需要的是 、 两路信 • 号，所以必须将其它频率成份 、 • 通过低通滤波器滤除掉，然后对 、 • 采样即可还原成Ik、Qk两路信号。

22. 图1-5 MSK解调原理框图 五、实验原理_MSK解调原理 • 根据上面描述可构成一种MSK解调器，其方框 • 图如图1-5所示：

23. 五、实验原理_MSK解调原理 • 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。

24. 五、实验原理_MSK解调原理 • 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的CDMA系统中实现。

25. 六、实验步骤_MSK调制实验 • 1、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 • 2、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。

26. 六、实验步骤_MSK调制实验 • 3、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②、③中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。 • 4、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。

27. 六、实验步骤_MSK调制实验 • 1、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1.5Kb/s。

28. 六、实验步骤_MSK调制实验 • 2、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。 • 3、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。

29. 六、实验步骤_MSK调制实验 • 5、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。

30. 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？

31. 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。

32. 实验二 QPSK调制解调实验

33. 一、实验目的 • 1、掌握QPSK调制解调原理。 • 2、理解QPSK的优缺点。

34. 二、实验内容 • 1、观察QPSK调制过程中各信号波形。 • 2、观察QPSK解调过程中各信号波形。

35. 三、预备知识 • 1、QPSK调制解调的基本原理。 • 2、QPSK调制解调部分的工作原理及电路说明。

36. 四、实验器材 • 1、移动通信原理实验箱 • 2、20M双踪示波器

37. 五、实验原理_QPSK调制原理 • QPSK又叫四相绝对相移调制，QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个四进制码元又被称为双比特码元。我们把组成双比特码元的前一信息比特用a代表，后一信息比特用b代表。双比特码元中两个信息比特ab通常是按格雷码排列的，它与载波相位的关系如表2-1所示。 表2-1 双比特码元与载波相位关系

38. 图2-1 QPSK信号的矢量图 五、实验原理_QPSK调制原理 • 矢量关系如图2-1所示。图（a）表示A方式时QPSK信号矢量图，图（b）表示B方式时QPSK信号的矢量图。由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在A方式中：45°、135°、225°、315°，则数据Ik、Qk通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值± ；B方式中：0°、90°、180°、270°，则数据Ik、Qk通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。

39. 图2-2 矢量图 五、实验原理_QPSK调制原理 • 下面以A方式的QPSK为例说明QPSK信号相位的合成方法。 • 串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行数据，然后通过基带成形得到的双极性序列（从D/A转换器输出，幅度为± ）。设两个双极性序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图2-2中虚线矢量，将两路输出叠加，即得到QPSK调制信号，其相位编码关系如表2-2所示。

40. 五、实验原理_QPSK调制原理 表2-2 QPSK信号相位编码逻辑关系

41. 图2-3 QPSK调制原理框图 五、实验原理_QPSK调制原理 • 用调相法产生QPSK调制原理框图如图2-3所示。

42. 图2-4 QPSK解调原理框图 五、实验原理_QPSK解调原理 • 由于QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其原理框图如图2-4所示。

43. 六、实验步骤 • 1、A方式的QPSK调制实验 • （1）、将“调制类型选择”拨码开关拨为00010000、0001，则调制类型选择为A方式的QPSK调制。 • （2）、分别观察NRZ码经串并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。 • （3）、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。 • （4）、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）。

44. 六、实验步骤 • 2、B方式的QPSK调制实验 • （1）、将“调制类型选择”拨码开关拨为00010001、0001，则调制类型选择为B方式的QPSK调制。 • （2）、分别观察NRZ码经串并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。 • （3）、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，并同A方式的QPSK调制比较。 • （4）、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②、③中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。

45. 六、实验步骤 • 3、A方式的QPSK解调实验 • （1）、将“调制类型选择”拨码开关拨为00010000、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为00010000、0100，则解调类型选择为A方式的QPSK解调。 • （2）、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。 • （3）、分别观察解调的“DI”、“DQ”两路数据波形，并观察解调输出“NRZ”的波形。

46. 六、实验步骤 • 4、B方式的QPSK解调实验 • （1）、将“调制类型选择”拨码开关拨为00010001、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为00010001、0100，则解调类型选择为B方式的QPSK解调。 • （2）、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。 • （3）、分别观察解调的“DI”、“DQ”两路数据波形，并观察解调输出“NRZ”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。

47. 七、实验思考题 • 1、QPSK还可以采用其它的调制方式吗？ • 2、观察QPSK调制解调中的X－Y波形（即星座图），并分析A方式和B方式的不同点？

48. 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QPSK分别在调制解调中的各测量点的波形图。 • 3、画出QPSK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。

49. 实验三 信道分配实验

50. 一、实验目的 • 1、了解无线信道的概念。 • 2、了解一般移动通信系统的无线多信道共用、空闲信道选取方式。 • 3、了解移动通信原理实验箱无绳电话部分的基本工作原理。 • 4、掌握实验箱的基本操作方法。