移动通信原理实验指导书09

实验要求

1. 每位学生必须按规定完成实验课，因故不能参加实验者，应课前向指导教师请假（必须

经有关领导批准）。对所缺实验要在期末考试规定时间内补齐，缺实验者不得参加期末考试。

2. 每次实验课前，必须预习，弄清实验题目、目的、内容、步骤和操作过程，及需记录的

参数等，认真做好预习报告。在实验前，指导教师要检查预习结果并就与本实验有关的内容进行提问。对不写预习报告，又回答不出问题者，不准做实验。

3. 每次实验课前，学生须提前5分钟进入实验室，找好座位，检查所需实验设备，做好实

验前的准备工作。

4. 做实验前，了解设备的原理和正确使用方法。在没有弄懂仪器设备的使用方法前，不得

贸然使用，否则因使用不当造成仪器设备损坏的，根据大连民族学院《仪器设备损坏丢失处理暂行办法》规定进行处理。

5. 实验室内设备在实验过程中不准任意搬动和调换，非本次实验所用仪器设备，未经指导

教师允许不得动用。

6. 要求每位学生在实验过程中，要具有严谨的学习态度、认真、踏实、一丝不苟的科学作

风。坚持每次实验都要亲自动手，不可“坐车”，实验小组内要轮流操作和记录等工作，无特殊原因，中途不得退出实验，否则本次实验无效。

7. 实验中若接线、改接、拆线都必须在切断电源的情况下进行（包括安全电压），线路连接

完毕再送电。实验中，特别是设备刚投入运行时，要随时注意仪器设备的运行情况，如发现有超量程、过热、异味、冒烟、火花等，应立即断电，并请指导老师检查、处理。 8. 实验过程中，如出现事故，就马上拉开电源开关，然后找指导教师和实验技术人员，如

实反映事故情况，并分析原因和处理事故。如有损坏仪表和设备时，应马上提出，按有关规定处理。

9. 每次实验结束，指导教师要对实验数据和结果进行验收，要经检查并签字，在教师确认

正确无误后，学生方可拆线。整理好实验台和周围卫生，填写实验登记簿后方可离开。 10. 实验课后，每位学生必须按实验指导书的要求，独立完成实验报告，不得抄袭。 11. 实验成绩由实验操作和实验报告组成。

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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CPLD 时序电路低通滤波器（TLC14）EEPROM（AT2864）DI波形选择地址生成器D/A转换器（DAC0832）I路成形乘法器（MC1496）I路调制COS 差分编码串/并转换DQ波形选择地址生成器 加法器（运放）D/A转换器（DAC0832）EEPROM（AT2864）低通滤波器（TLC14）SINQ路成形乘法器（MC1496）Q路调制调制输出时序电路图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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DI：I路数据信号输出点；输出为NRZ码；在MSK、GMKS调制方式时NRZ码的周期为15。

DQ：Q路数据信号输出点；输出为NRZ码；在MSK、GMKS调制方式时NRZ码的周期为15。

I路成形：“DI”信号经基带成形后信号输出点。 Q路成形：“DQ”信号经基带成形后信号输出点。

I路调制：“I路成形”经11.71875KHz载波调制后信号输出点。 Q路调制：“Q路成形”经11.71875KHz载波调制后信号输出点。 调制输出：各调制方式的调制信号输出。

“调制类型选择”共12位拨码开关（SW601、SW602），其中SW601用来选择调制的类型，如表2.1所示；SW602用来选择基带信号的码速率，如表2.2所示。

表2.1 调制类型选择

SW601 10000000 01000000 00100000 00010000 00010001 00001000 00001001 00000100 00000101 00000010 调制类型 MSK调制 BbTs=0.3的GMSK调制 BbTs=0.5的GMSK调制 A方式的QPSK调制 B方式的QPSK调制 A方式的OQPSK调制 B方式的OQPSK调制 A方式的DQPSK调制 B方式的DQPSK调制 π/4－DQPSK调制 表2.2 基带码速率选择 SW602 1000 0100 0010 0001 码速率 0.75KHz 1.5KHz 3KHz 12KHz 注意：由于时钟信号的频率为24MHz，所以通过调制类型选择开关选择NRZ码速率只

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是约数，实际值如下：

0.75Kb/s： 24M／32768＝0.732421875KHz≈0.75KHz。 1.5Kb/s： 24M／16384＝1.46484375KHz≈1.5KHz。 3Kb/s： 24M／8192＝2.9296875KHz≈3KHz。 12Kb/s： 24M／2048＝11.71875KHz≈12KHz。

2.2.2 解调方式的实现

解调的实现框图如图2-3所示。 调制信号COS乘法器（MC1496）I路解调低通滤波器（TLC14）I路滤波滞回比较器抽样判决数据还原DI并/串转换乘法器（MC1496）Q路解调低通滤波器（TLC14）Q路滤波滞回比较器抽样判决数据还原差分译码NRZCLKCPLD时序电路 DQSIN时序电路BS图2-3 解调实现框图

将已调信号送入正交调制器中进行正交解调，然后进行成形滤波，再进行电压判决，最后将所得到的信号送入CPLD中进行不同类型的解调处理。对于各种不同调制方式只是在CPLD中的电路不同，其它外围电路都一样。其中，CPLD使用EPM7128（U708）；正交解调器采用MC1496（U702、U703）来完成；低通滤波器采用TLC14（U704、U705）来完成；用滞回比较器对模拟信号数字化，比较器选用LM339（U706、U707）。

该部分各测试点的位置如图2-3所示，在图中标明及未标明的测试点分别说明如下： I路解调：I路信号解调后信号输出点。 Q路解调：Q路信号解调后信号输出点。

I路滤波：“I路解调”信号经低通滤波后的信号输出点。 Q路滤波：“Q路解调”信号经低通滤波后的信号输出点。 DI：I路数据信号输出点。

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DQ：Q路数据信号输出点。

/NRZ： NRZ码的差分编码信号输出点（仅在MSK、GMSK调制时有效）。 NRZ：NRZ码输出点。

“解调类型选择”共12位拨码开关（SW701、SW702）用来选择解调的类型，其应用与“调制类型选择”一致。

2.3 无绳电话系统

无绳电话机俗称子母机，七十年代问世之后，无绳电话以其独特的功能及优越性而深受广大用户的喜爱，所以发展较为迅速。早期生产的无绳电话机大多属于普通型，通常主机不设有线电话机及免提电话机功能，易受串扰及同频机干扰。随着电子科技的迅速发展，各种专用集成电路和先进元器件的不断涌现，无绳电话机在性能、结构及功能等方面都有了很大的改进和提高。根据不同的要求，无绳电话机已普遍采用了导频或编码控制电路，多频道选择和空闲信道自动搜索等电路，有效地提高了无绳电话机的通信保密性和抗同频干扰能力；采用无线调频和抗干扰检测电路，既保证了通信质量，又提高了发射效率；采用射频功率专用放大器，能进一步提高发射功率，增加通信距离。近年来，相继出现了一大批性能好、体积小、效率高、成本低、功能多的无绳电话机。

我们通常所说的无绳电话机均属于第一代模拟无绳电话系统，即CT-1系统，它只是固定电话机的无线局部延伸，仅限于家庭或办公室等室内电话用户使用，也是目前正在大量使用的无绳电话机，自从1997年我国颁布《无绳电话系统设备总规范》（GB/T16891-1997）以来，无绳电话产业得到了快速的发展，无绳电话销量近几年也逐年上升，如93年无绳电话机销量仅占电话机销量的1%左右，而从近几年市场的基本情况来看，无绳电话机的销量至少占到10%，有一些地方更达到15%或以上。我国目前无绳电话机已经初步形成了一批具有一定市场认同度的品牌，如步步高、高科、侨兴、TCL、夏新等。

CT1无绳电话属于FDMA系统，数十个双工频道被全部无绳电话共用，采用话音模拟调频及数字信令技术。系统有一个基地台，即无绳电话座机，通过用户线接入电话网交换机；可带多部移动台，即无绳电话手机（每一时刻只能有一部手机通话）。无绳电话是为方便有线电话用户而提出的。它将有线电话座机与通话手柄之间的电缆（绳）去掉，用无线信道代替之，通话手柄成为无绳电话手机。用户持无绳手机在以座机为中心的小范围内移动通话，十分方便。虽然从使用功能上看，无绳电话是有线电话的无线延伸，但其工作原理及使用的技术都属于移动通信范畴，CT1无绳电话及在其后发展起来的各种数字无绳电话组成无绳电话

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大家族，成为常用的四类移动通信系统之一。

在本移动通信原理实验系统中，实现了一个完整的无绳电话系统，既有无绳电话手机和座机的功能实验，信道实验，更有与有线信令结合的系统实验。本移动通信原理实验系统的无绳电话部分，就相当于集成了一个无绳电话的手机和座机，能更直观、更形象地解剖整个无绳电话系统。

2.3.1射频部分

射频部分原理框图如图2-4所示。无绳电话手机或座机发射的信号通过天线进入，经双工器选频后进行两次混频，采用这种两次混频的方式可以有效的抑制镜像干扰。通过两次混频后得到455KHz中频信号。中频信号再经限幅放大，这样就可以去除因幅度变化带进的干扰，经过这样一系列处理后，再由正交鉴频器解调出无绳电话发出的音频或数字信号。

天线第一中频第二中频10.7MHz455KHz 手机座机模式选择VCO低放座机双工器45M48M扬声器混频1混频2鉴频U_RX接收LPF本振1本振2第二本振第一本振手机双工器48M45M接收鉴相器发射鉴相器控制KB8528ENMDATACCLK无音乐调制信号发射LPFU_TX调频U发射不发射发射选择图2-4 无绳电话系统射频部分原理框图

本移动通信原理实验箱所发射的射频信号由压控振荡器产生，该射频信号产生之后输入到高频放大器进行放大，然后经过双工器的发射通道馈送到天线发射出去。在此部分电路中，调制信号输入采用的是音乐信号和直接变容二极管直接调频的方式。

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控制器实现了接收及发射电路与单片机之间的接口，通过控制器电路可以改变收发信号频率以适应不同信道的实验，本实验箱频率范围覆盖了中国无绳电话标准的20个信道。本实验箱无绳电话部分的射频部分采用单片集成无绳电话KB8528，它的片内包括八个功能模块：双变频FM接收机、FSK数据比较器、受话音频通道、送话音频通道、串行数据接口、接收锁相环和发射锁相环、接收信号强度指示和低电池检测电路。这些功能模块的管理、信道选择等都由来自单片机的串行数据进行控制。

该部分各测试点的位置如图2-4所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示： 第一本振：第一本振信号测试点。它的频率与通话信道有关，每个信道的间隔为25KHz，接收手机信号时，第一信道的频率为48M-10.7M=37.3M，以后每间隔一个信道频率加25KHz，20信道后重新切换到第一信道。接收座机信号时，第一信道的频率为45M-10.7M＝34.3M，以后每间隔一个信道频率加25KHz，20信道后重新切换到第一信道。第一本振信号是由压控振荡器产生的。

第一中频：固定为10.7M的中频信号。

第二本振：固定为10.245M的第二本振信号，是由晶体产生的。

第二中频：固定为455K的中频信号，是由10.7M的第一中频信号和10.245M的第二本振信号混频产生的。

U_TX：发射锁相环的控制电压测试点。 U_RX：接收锁相环的控制电压测试点。

2.3.2 用户线信令部分

用户线信令部分原理框图如图2-5所示：

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TIP1 RING1

图2-5无绳电话系统用户线信令部分原理框图

我们知道，在用户话机与电信局的交换机之间的线路上，要沿两个方向传递语言信息。但是，为了接通一个电话，除了上述情况外，还必须沿两个方向传送所需的控制信号。比如，当用户想要通话时，必须首先向程控机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有关设备，此外，还要把指明呼叫的目的地的信号（被叫）发往交换机。当用户想要结束通话时，也必须向电信局交换机提供一个信号，以释放通话期间所使用的设备。除了用户要向交换机传送信号之外，还需要传送相反方向的信号，如交换机要向用户传送关于交换机设备状况，以及被叫用户状态的信号。由此可见，一个完整的电话通信系统，除了交换系统和传输系统外，还应有信令系统。普通电话信号是目前各种终端信令中最为简单的一种，话机发出的信令以直流电流的通断表示，交换机产生的则主要是各种音频频率的正弦波。在本实验箱中，将交换机的功能做了进去，以便用户能直观的观察各种信号音以及控制信号的变化情况。

1、信令定义

摘机：话机发出的请求通信的命令。

挂机：由话机发出，表示话机已结束或放弃通信。

拨号音：由交换机发出，促请话机用户输入被叫话机的号码。 忙音：由交换机发出，通知主叫用户通信网络或被叫话机目前正忙。 拨号：话机发出的被叫话机的号码，供通信网接续话路时使用。

拨号音忙音回铃音帧铃音话音入话音出TX1 RX1TX2 RX2电Tip话用户接口电路摘机状态检测接（PBL387 10/1）Ring口MCU电话摘机状态用户接口电路检测（PBL387 10/1）接Ring口Tip控制电路TIP2 RING2话音入话音出各种信号音产生电路拨号音忙音回铃音帧铃音10

回铃音：由交换机发出，提示主叫用户被叫话机正处于振铃状态。 振铃：由交换机发出，供被叫话机发出铃声，促请用户应答。 2、信令编码

摘机：环线直流电流由开路变为导通。 挂机：环线直流电流由导通变为开路。 拨号音：持续的450Hz的正弦波。

忙音：450Hz的正弦波，每导通0.35秒后间断0.35秒。

拨号：采用双音多频拨号方式，即DTMF=（Dual Tone Multifrequency）。 回铃音：450Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒。 振铃：25Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒。 3、测试点定义

该部分各测试点的位置如图2-5所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示： TIP1：用户电话1的TIP端。 RING1：用户电话1的RING端。 TX1：电话1四线输出端。 RX1：电话1四线输入端。 TIP2：用户电话2的TIP端。 RING2：用户电话2的RING端。 TX2：电话2四线输出端。 RX2：电话2四线输入端。

2.3.3 双工器部分

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GNDANT天线座机双工器RX1RX_BS

ANT_BS32ANTDUP1GND

TX5TX_BS接收4发射

RELAY1

2

GNDRX1RX_HSRELAY2ANT_FS3ANTDUP2GND

TX5TX_HS手机双工器控制

图2-6无绳电话系统双工器部分原理框图

该部分各测试点的位置如图2-6所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示： ANT_BS：座机双工器天线测试端（实验指导书中ANT_BS或ANT（BS）对应测试点ANTBS） RX_BS：座机双工器接收端（实验指导书中RX_BS或RX（BS）对应测试点RXBS） TX_BS：座机双工器发射端（实验指导书中TX_BS或TX（BS）对应测试点TXBS） ANT_HS：手机双工器天线测试端（实验指导书中ANT_HS或ANT（HS）对应测试点ANTHS） RX_HS：手机双工器接收端（实验指导书中RX_HS或RX（HS）对应测试点RXHS） TX_HS：手机双工器发射端（实验指导书中TX_HS或TX（HS）对应测试点TXHS）

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2.4 CDMA系统

现代通信技术取得的突出成就之一就是CDMA（Code Division Multiple Access 码分多址）技术。由于CDMA技术可以处理多媒体数据业务的异步特性，可以提供比传统多址技术（如：TDMA（Time Division Multiple Access 时分多址）、FDMA （Frequency Division Multiple Access 频分多址））更高的容量，并且能够抵抗信道的频率选择性衰落，可以提供方便的多用户接入，所以公认它将作为第三代移动通信的主要技术。

CDMA系统按照扩张频谱方式的不同可分为：

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。

其中，DS-CDMA系统是目前应用最广泛的一种扩频CDMA系统，被CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA等第三代移动通信系统采用，本实验系统就设计了一个完整的DS-CDMA系统，重点放在PN码的特性、扩频和解扩、同步和捕获等知识点上，同时也具备码分多址、位同步、帧同步提取、载波恢复、纠错编解码等众多功能。

2.4.1发射机的实现

其发射机实现框图如图2-7所示：

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SIGN1 置位信号发生器1SIGN1扩频1S1-KPPSK调制器1PSK1第一路

GOLD2置位SIGN2置位信号发生器2SIGN2GOLD1置位GOLD1GOLD序列发生器1TX-CW(10.7M)加法器功放TX扩频2S2-KPPSK调制器2PSK2第二路GOLD2GOLD序列发生器2图2-7 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“SIGN1置位”和“SIGN2置位”进行置位。码速率可变，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“GOLD1置位”和“GOLD2置位”控制，可以任意改变。码速率可变，由拨位开关“扩频码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为200K，拨下时为100K。

两路信息码分别与Gold1和Gold2进行扩频后，再进行PSK调制。当拨位开关“第一路”拨上、“第二路”拨下时，发射机输出点TX输出的信号为SIGN1与GOLD1扩频调制后的信号。当拨位开关“第一路”拨下、“第二路”拨上时，发射机输出点TX输出的信号为SIGN2与GOLD2扩频调制后的信号。当两个拨位开关均拨上时，发射机输出点TX输出的信号为两路信号的叠加。拨位开关“扩频”可对是否扩频进行选择，当拨码开关拨上时表示不对信息码进行扩频，拨下时扩频，这样便于对比观察是否扩频的PSK信号的频谱。

另外，在发射机还可对SIGN1进行汉明编码，当拨位开关“编码”拨上时对SIGN1进行编码，拨下时不编码。8位拨码开关“误码“的作用是对编码后的信号人为设置误码，以检验汉明编码的纠错效果。

其中，发射机信息码和扩频码的产生、扩频均在CPLD中实现，CPLD使用EPM7128（U301）；PSK调制使用模拟乘法器MC1496（U303、U304）；加法器使用运算放大器AD8055（U305）；功放采用UPC1676（U306）。

该部分各测试点的位置如图2-7所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示：

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SIGN1：当拨位开关“编码”拨下时SIGN1第一路信息码输出点；输出8位NRZ码，码字与拨码开关“SIGN1置位”的设置一致，码速率受拨位开关“信码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为2K，拨下时为1K。当拨位开关“编码”拨上时SIGN1为第一路信息码经过汉明编码信号输出点，输出为第一路信息码的汉明编码并加入帧同步码（1110010）后的NRZ码，周期为21位，第一个7位为巴克码（1110010），第二个7位为第一路信号码高四位经[7 4]汉明码编码后的数据，第三个7位为第一路信息码低四位经[7 4]汉明码编码后的数据。同时，后两个7位的数据还受拨码开关“误码”的控制，当“误码”开关的2～8位中的某一位置高时，后两个7位的数据相应位取反。码速率同样受拨位开关“信码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为2K，拨下时为1K。

SIGN2：第二路信息码输出点；输出8位NRZ码，码字与拨码开关“SIGN2置位”的设置一致，码速率受拨位开关“信码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为2K，拨下时为1K。

GOLD1：第一路扩频码输出点；输出127位的GOLD序列，码型为NRZ码，码速率受拨位开关“扩频码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为200K，拨下时为100K。

GOLD2：第二路扩频码输出点；输出127位的GOLD序列，码型为NRZ码，码速率受拨位开关“扩频码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为200K，拨下时为100K。

S1-KP：当拨位开关“扩频”拨下时为SIGN1与GOLD1扩频后的输出点，输出NRZ码，码速率由扩频码速率决定，拨位开关“扩频码速率”拨上时码速率为200K，拨下时为100K；当拨位开关“扩频”拨上时为SIGN1信号输出点（不扩频），输出与“SIGN1”或者同“差分编码”（当“编码”拨上时）一致。

S2-KP：当拨位开关“扩频”拨下时为SIGN2与GOLD2扩频后的输出点，输出NRZ码，码速率由扩频码速率决定，拨位开关“扩频码速率”拨上时码速率为200K，拨下时为100K。当拨位开关“扩频”拨上时为SIGN2信号输出点（不扩频），输出与“SIGN2”一致。

TX-CW：发射机10.7M载波信号输出点；输出10.7MHz的正弦波，峰峰值超过1V。 PSK1：“S1-KP”信号经过PSK调制后的输出点；输出载波为10.7M的PSK信号。 PSK2：“S2-KP”信号经过PSK调制后的输出点；输出载波为10.7M的PSK信号。 TX：发射机发射信号输出点；当拨位开关“第一路”拨上、“第二路”拨下时，输出经过功率放大后的PSK1信号；当拨位开关“第一路”拨下、“第二路”拨上时，输出经过功率放大后的PSK2信号；两个拨位开关同时拨上时，输出为PSK1和PSK2叠加、放大后的信号；两个拨位开关同时拨下时，输出为空。

S1-BS：SIGN1和SIGN2位同步信号输出点；输出为方波，频率受拨位开关“信码速率”

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控制，拨位开关拨上时频率为2KHz，拨下时为1KHz。

S1-FS：当拨位开关“编码”拨上时为SIGN1帧同步信号输出点，输出为脉冲波，频率受拨位开关“信码速率”控制，拨位开关拨上时频率为2/21KHz，拨下时为1/21KHz；当拨位开关“编码”拨下时输出为零。

差分编码：当拨位开关“编码”拨下时，差分编码输出点的波形同“SIGN1”一致；当拨位开关“编码”拨上时，差分编码输出点的波形为“SIGN1”（第一路信息码汉明编码后的信号）差分编码波形。

G1-BS：GOLD1和GOLD2位同步信号输出点；输出为方波，频率受拨位开关“扩频码速率”控制，拨位开关拨上时频率为200K，拨下时为100K。

2.4.2接收机的实现

接收机实现框图如图2-8所示：

GOLD3置位滞后1/2位GD-ZHVCO超前1/2位GD-CQZH1ZH2减法器BPF3包络检波3ZH3VCO-C高放RX乘法器1GD-TX乘法器2CQ1BPF2CQ2包络检波2CQ3TX1BPF1TX2PSK解调包络检波1TX3差分译码门限判决载波提取汉明解码乘法器3GOLD序列发生器3扣码电路判断是否停止扣码图2-8 CDMA系统接收机实现框图

接收机按电路实现的功能可分为四部分：扩频码的捕获和跟踪、载波提取、PSK解调和差

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分译码、汉明解码。

1、扩频码的捕获和跟踪

在扩展频谱系统中，为了使接收端能够正确恢复信码，必须使接收端产生的解扩用的伪随机码和发送端的伪随机码同步。伪随机码的同步一般分两步进行。第一步是搜索和捕获伪随机码的初始相位，使其与发端的码相位误差小于1bit，这就可保证解扩后的信号通过相关器后面的窄带中频滤波器，通常称这一步为初始同步或捕获；第二步是在初始同步的基础上，使码相位误差进一步减小，使已建立的同步保持下去，通常称这一步为跟踪。

常用的捕获方法有滑动相关法、前置同步码法、发射参考信号法、突发同步法和匹配滤波器同步法。在CDMA系统接收端，捕获的实现大多采用滑动相关法。本接收机也是采用滑动相关法，由图2-8中的TX（同相）支路和CPLD（U402）构成滑动相关捕获电路，如图2-9所示。

解调解扩BPF包络检波 门限判决 时钟

PN码发生器扣码图2-9 滑动相关捕获电路

接收到的信号与本地伪随机码相乘后再积分，即求出它们的互相关值，然后在门限检测器中与某一门限值比较，以判断是否已捕获到有用信号。这里是利用伪随机码的相关特性，当两个相同的码序列相位上一致时，其相关值有最大的输出。一旦确认捕获完成，则捕获指示信号的同步脉冲控制搜索控制钟，调整伪随机码发生器产生的伪随机码的重复频率和相位，使之与收到的信号保持同步。

实现跟踪也是利用伪随机码间的相关特性实现的。一般采用延迟锁定环来实现。本接收机用图2-8中的CQ（超前）支路、ZH（滞后）支路、VCO和CPLD（U402）构成延迟锁定环，如图2-10所示。

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图2-10 延迟锁定环跟踪电路

输入信号与本地PN序列的超前和滞后序列作互相关运算，然后分别进行带通滤波，包络检波，最后相减，得到误差函数。误差电压经过环路滤波，送到压控振荡器控制时钟频率的变化。这个时钟再推动本地PN序列发生器，产生本地PN序列的超前和滞后序列。

为了方便实验，我们在捕获电路的门限判决处加了一个旋转电位器“捕获”，用于改变比较的门限值，以捕捉有用信号，同时用发光二极管“捕获指示”的亮灭来判断是否已捕捉到有用信号。同时，在跟踪电路VCO处加了一个旋转电位器“跟踪”，用来调节VCO的压控信号的直流电平，增大接收机的时钟调节范围，使锁相更容易。

接收机的扩频码GOLD3受8位拨码开关“GOLD3置位”控制。因此，当“GOLD3置位”与“GOLD1置位”一致而与“GOLD2置位”不一致时，解调出信息码SIGN1；当“GOLD3置位”与“GOLD2置位”一致而与“GOLD1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”分别对应发射机的拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“编码”。

其中，接收机扣码电路、GOLD序列发生器及超前、滞后电路均在CPLD中实现，CPLD使用EPM7128（U402）；高放使用单片集成宽带放大器UPC1676（U400、U401）；乘法器使用模拟乘法器MC1496（U403、U406、U407）；带通滤波器使用10.7M的晶体滤波器（CFT400、CFT401、CFT402），通带为10.7M±7.5KHz；包络检波用检波二极管1N60（D401、D402、D403）完成；减法器由运算放大器TL084（U404）构成；VCO使用晶体压控振荡器（CRY400）。

该部分各测试点的位置如图2-8所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示： RX：接收机接收到的经过滤波放大后的信号。

GD-TX：接收机同相支路同相GOLD序列输出点；当接收机完成捕获和跟踪后，该点输出的GOLD序列应与发射机的GOLD序列同频同相。

TX1：接收机同相支路解扩后、滤波前信号输出点；当接收机完成捕获和跟踪后，该点

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PN码发生器压控时钟??(t)BPF包络检波＋∑BPF包络检波－??(t)环路滤波

输出为解扩后的PSK信号。

TX2：接收机同相支路滤波后、检波前信号输出点。

TX3：接收机同相支路检波后信号输出点；当接收机捕获前输出GOLD序列的相关峰。 GD-CQ：接收机超前支路超前GOLD序列输出点；输出与GD-TX频率、码字一致，相位超前半个码元的GOLD序列。

CQ1：接收机超前支路解扩后、滤波前信号输出点。 CQ2：接收机超前支路滤波后、检波前信号输出点。

CQ3：接收机超前支路检波后信号输出点；当接收机捕获前输出GOLD序列的相关峰，相位比TX3超前半个码元。

GD-ZH：接收机滞后支路超前GOLD序列输出点；输出与GD-TX频率、码字一致，相位滞后半个码元的GOLD序列。

ZH1：接收机滞后支路解扩后、滤波前信号输出点。 ZH2：接收机滞后支路滤波后、检波前信号输出点。

ZH3：接收机滞后支路检波后信号输出点；当接收机捕获前输出GOLD序列的相关峰，相位比TX3滞后半个码元。

VCO-C：延迟锁定环中VCO控制信号输出点；当接收机捕获前输出延迟锁定环的鉴相特性。

G3-BS：GOLD3位同步信号输出点；输出为方波，频率受拨位开关“扩频码速率”控制，拨位开关拨上时频率为200K，拨下时为100K。

2、载波提取

当接收机采用同步解调或相干检测时，接收机需要提供一个与发射机调制载波同频同相的相干载波。这个相干载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步。本接收机载波提取使用科斯塔斯环法，科斯塔斯环又称同相正交环，其原理框图如图2-11所示。

在科斯塔斯环环路中，误差信号V7是由低通滤波器及两路相乘提供的。压控振荡器输出信号直接供给一路相乘器，供给另一路的则是压控振荡器输出经90o移相后的信号。两路相乘器的输出V3 、V4均包含有调制信号，两者相乘以后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器得到仅与压控振荡器输出和理想载波之间相位差有关的控制电压，从而准确地对压控振荡器进行调整，恢复出原始的载波信号。

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输入已调信号输出乘法器1V3低通1V5V1压控振荡器环路滤波器 乘法器2 90о相移V7乘法器3V2V4低通2V6图2-11科斯塔斯环原理框图

接收机载波提取电路的实现如图2-12所示：

图2-12 接收机载波提取电路实现框图

接收机接收到的扩频PSK信号经过解扩后，在TX1处得到PSK信号，经过带通滤波器到TX2，再送入载波提取电路得到相干载波COS。其中，乘法器1、2，低通滤波器1、2和90°相移集成在集成芯片U500中，乘法器3使用模拟乘法器MC1496（U501）；低通滤波器由运算放大器TL082（U502）构成；环路滤波器是由分立元器件R521、R522和E500构成的无源比例积分滤波器；VCO使用由10.7M晶体振荡器（CRY500）和变容二极管（D501）为主构成的压控晶体振荡器；10.7M滤波器使用10.7M的陶瓷滤波器（CFT500），通带为10.7M

乘法器2U500低通2相乘2 90о相移COSCOS10.7M滤波器VCO压控振荡器VCO-C1环路滤波器相乘3乘法器3乘法器1TX2调制信号输入低通1相乘120

±140KHz。

在实验过程中，由于科斯塔斯环频率锁定范围较小，因此需要调节电位器 “频率调节”，使压控振荡器的自由振荡频率接近10.7MHz。同时，为观察PSK信号载波提取中易出现的“相位模糊（又称倒π）”现象，我们在科斯塔斯环输入处加入了一个拨位开关“调制信号输入”，反复断开-连接该开关，可以观察到提取的载波会出现0和π两种初始相位。

该部分各测试点的位置如图2-12所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示： 相乘1：“COS”信号与PSK信号相乘、滤波后输出点；当环路锁定后该点输出为PSK信号中包含的基带信号。

相乘2：“SIN”信号与PSK信号相乘、滤波后输出点；当环路锁定后该点输出为零。 相乘3：“相乘1”信号与“相乘2”信号相乘后输出点；当环路锁定后该点输出为零。 VCO-C1：环路中压控振荡器的控制信号；当环路锁定后该点输出为零。

VCO：环路中压控振荡器的输出点；当环路锁定后该点输出频率与PSK载波频率一致。 COS：环路中压控振荡器输出信号滤波后的输出点；输出为正弦波，当环路锁定后该点输出频率与PSK的载波频率、相位一致。

3、PSK解调

接收机PSK解调使用相干解调方法，PSK相干解调的原理如图2-13所示：

图2-13 PSK解调实现框图

PSK调制信号先经过带通滤波器，然后调制信号经过乘法器与载波信号相乘后，去掉了调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，对此信号进行抽样判决，就可以得到基带信号了。

图2-14 接收机PSK解调电路实现框图

COS(相干载波)整形电平TX1(已调信号)带通滤波器TX2乘法器U500低通滤波器整形前整形后抽样判决BS位同步提取判决后调制信号输入带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器解调信号输出本地载波位同步信号整形21

接收机PSK解调电路实现框图如图2-14所示。

其中，带通滤波器使用10.7M的晶体滤波器（CFT400），通带为10.7M±7.5KHz；乘法器和低通滤波器与载波提取电路的科斯塔斯环中的乘法器1和低通1为同一电路，均集成在集成芯片U500中；整形用比较器LM339（U405）完成，整形（比较）电平可通过旋转电位器“整形”改变；位同步提取用单片机AT89C2051（U410）实现；抽样判决、差分译码在CPLD（U402）中完成。

该部分各测试点的位置如图2-14所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示： TX1：同捕获和跟踪电路中的“TX1”。 TX2：同捕获和跟踪电路中的“TX2”。 COS：同载波提取电路中的“COS”。 整形前：同载波提取电路中的“相乘1”。

整形电平：对“整形前”信号进行整形（判决）的直流电平。

整形后：对“整形前”信号进行整形（判决）后得到的信号，应与发射机“SIGN1”（接收第一路信号时）一致（当干扰较大时，会有一定误码存在）。

BS：接收机提取位同步信号输出点；输出为方波，频率应与发射机位同步信号（S1-BS）频率一致（当干扰较大时，位同步信号频率会有一定的跳变）。

判决后：对 “整形后”信号利用接收机提取的位同步信号进行抽样判决后得到的信号，应与发射机“SIGN1”（接收第一路信号时）一致（当干扰较大时，会有一定误码存在，但误码率较“整形后”的误码率小）。

注：当发射端的“编码”拨上时，“整型后”、“判决后”的波形应与发射机“差分编码”一致。

4、汉明解码

接收机汉明解码电路实现框图如图2-15所示“

图2-15 接收机汉明解码电路实现框图

其中帧同步提取、汉明解码分别由单片机AT89C2051（U411、U412）完成。

逆差分汉明解码FS帧同步提取DECODE22

该部分各测试点的位置如图2-15所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示： 逆差分：同发射机的第一路信息码的汉明编码“SIGN1”。

FS：接收机提取帧同步信号输出点；输出为窄脉冲，频率应与发射机帧同步信号（S1-FS）频率一致。

假识别：接收机提取帧同步时假识别信号输出点；输出为窄脉冲，当判决后的信号一个周期（21位）只包含一个帧同步码（1110010）时，输出与“FS”一致，当判决后的信号一个周期包含两个帧同步码时，其频率是“FS”信号频率的两倍。

DECODE：接收机对SING1汉明编码后的解码信号输出点；码字应与发射机拨码开关“SIGN1置位”的设置一致。

注意，由于我们仅对发射机的第一路信号进行了汉明编码，因此接收机也仅能对第一路信号进行汉明解码。

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三、实验项目

实验一 Okumura-Hata模型的计算机仿真

一、实验类型：验证性实验 二、实验目的

1、了解无线电波传播的特点

2、了解移动通信系统中的信号传播环境及特点。

3、在对Okumura-Hata模型进行模拟仿真的基础上，对电波传播加深感性的认识。

三、实验内容及要求

1、比较不同地形下的衰减情况：

针对市区、郊区和开阔区，比较在相同条件（基站天线高度、移动台天线高度、传播距离）下，随着频率的改变，电波传播衰减的情况。

2、比较相同地形不同城市类型下的衰减情况：

针对市区、郊区或者开阔区任一种地形，比较在相同条件（基站天线高度、移动台天线高度、传播距离）下，不同城市类型（大城市或者中、小城市），随着频率的改变，电波传播衰减的情况。

3、在仿真的过程中可相对灵活进行程序设计，仿真结果要求能反映不同参数变化时对总的路径损耗的影响。为简单起见，可预先确定Hm和Hb的高度，令其他参数改变来计算，如频率f，距离d，区域类型（市区、郊区、开阔区），城市类型（大、中、小城市）等。可对比不同环境，不同频率，不同距离下的信号衰减，只要能反映不同地形地物下的路径损耗即可。

四、实验原理

移动通信中电波传播的实际情况是复杂多变的。实践证明，任何试图使用一个或几个理论公式计算的结果，都将引入较大误差。甚至与实测结果相差甚远。为此，人们通过大量的实地测量和分析，总结归纳了多种经验模型。通常在一定情况下，使用这些模型对移动通信电波传播特性进行估算，都能获得比较准确的预测结果。

目前应用较为广泛的是OM模型（Okumura模型），为了在系统设计时，使Okumura模型能采用计算机进行预测，Hata对Okumura模型的基本中值场强曲线进行了公式化处理，所得基本传输损耗的计算公式如下：

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Lb(市区)?69.55?26.16lgf?13.82lghb?a(hm)?(44.9?6.55lghb)lgd2(dB)

??f??Lb(郊区)?Lb(市区)?2?lg????5.4(dB)

??28??Lb(开阔区)?Lb(市区)?4.78(lgf)?18.33lgf?40.942(dB)

式中：d为收发天线之间的距离，km； hb为基站天线有效高度，m；

。a（hm）由下式计算： a（hm）为移动台天线高度校正因子，hm为移动台天线高度（m）

?(1.1lgf?0.7)hm?1.56lgf?0.8?2a(hm)??8.29(lg1.54hm)?1.1(f?300MHz)

?23.2(lg11.75h)?4.97(f?300MHz)m?这套公式的适用范围为：150 MHz≤f≤1500 MHz，30 m≤hb≤200 m，1 m≤hm≤10 m，

1 km≤d≤20 km，准平坦地形。

五、实验器材

每人一台安装Matlab编程环境的PC机。

六、预习要求

自学Matlab编程语言，对教材中第三章（无线电波的传播）的内容进行系统复习，熟悉Okumura-Hata模型的数学公式及含义。

七、实验步骤

1、编写Okumura-Hata信道模型的Matlab程序。

2、通过改变不同参数，得到在相同条件（基站天线高度、移动台天线高度、传播距离）下，随着频率的改变，电波传播衰减的情况。

3、保存图形，并打印。

八、实验思考题

1、目前描述移动无线信道的方法包括哪几种。采用Okumura-Hata模型描述属于那种方法？

2、说明Okumura-Hata信道模型的适用范围。

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九、实验报告要求

1、对改变不同参数，得到在相同条件（基站天线高度、移动台天线高度、传播距离）下，随着频率的改变，电波传播衰减的情况结果图进行分析。

2、完成实验思考题

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实验二 QPSK/DQPSK调制解调实验

一、实验类型：验证性实验 二、实验目的

1、掌握QPSK/DQPSK调制解调原理。

2、掌握QPSK/DQPSK调制解调实现的基本方法。 3、理解QPSK/DQPSK的特点。

三、实验内容及要求

1、用Matlab软件编程实现QPSK/DQPSK调制解调过程。 2、信道采用信噪比为0的dB的高斯白噪声信道。

3、编程绘制QPSK/DQPSK调制/解调过程中各信号波形并记录。 4、绘制信噪比与误码率的关系曲线。

四、实验原理

调制解调的原理见教材。

五、实验器材

计算机 一台

六、预习要求

1、复习Matab语言编程方法。

2、QPSK/DQPSK调制解调的基本原理。 3、QPSK/DQPSK调制解调部分的工作原理。

七、实验步骤

1、按照要求编写程序。

2、记录调制过程的信号图包括：原始数字信号图，调制信号图，调制后的星座图，经过信道后的信号图。

3、记录解调过程的信号图包括：解调后的信号图，解调后的星座图。 4、记录解调后的误码率，试改变信噪比观察误码率的变化。

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八、实验思考题

1、QPSK/DQPSK还可以采用其它的方法实现吗？

2、观察QPSK/DQPSK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？

3、解调中的关键问题是什么？

九、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/DQPSK调中的各测量点的波形图。要标明频率、峰峰值等参数，图形要规范。

3、画出QPSK/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。

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实验三 信道分配实验

一、实验类型：验证性实验 二、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、掌握移动通信原理实验箱无绳电话部分的基本工作原理。 4、掌握无绳电话的使用。

三、实验内容及要求

1、观察无绳电话在通话时信道切换的规律，以及对话音的影响。

2、通过实验箱测量无绳电话通话状态下切换信道操作后通话信道的改变，了解其切换信

道的功能，记录信道切换的变化规律。

3、通过实验箱观测无绳电话多信道共用、空闲信道选取的方式。

四、实验原理

多信道共用的移动通信系统，在基站控制的小区内有多个无线信道提供给移动用户共用。那么，在某一用户主呼或被呼时，如何从几个信道中选择一个空闲信道分配给该用户使用呢？

空闲信道选取方式以有下四种：

（1）专用呼叫信道（专用控制信道）方式； （2）循环定位方式； （3）循环不定位方式； （4）循环分散定位方式。

无绳电话的多信道共用是一个小区（所研究的无绳电话电磁波覆盖范围所自然形成的小区域）内所有无绳电话共用20个信道。然而，与蜂窝移动通信系统及集群移动通信系统不同，无绳电话小区内的全体无绳电话无统一的基站控制器，而是由每台无绳电话各自独立地选用空闲信道。若采用循环定位方式及循环分散定位方式，已挂机的无绳电话也要占用一个信道发示闲音，一个小区最多只能容纳20部无绳电话，容量太小，故不能采用。实际能采用的只有专用呼叫信道方式及循环不定位方式或两种方式的变形及组合方式。

专用呼叫信道方式呼叫速度快，但在呼叫信道上受干扰的概率较大；循环不定位方式基本不存在互相干扰，但呼叫速度慢。当前国内生产的CT1无绳电话大多采用专用呼叫信道方式。

一台无绳电话的手机与座机重新对识别码（ID码）后，由识别码按一定算法确定新的呼

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叫信道。所有的呼叫都在呼叫信道上进行。因此，同一台无绳电话的“专用”呼叫信道也是可变的。小区内不同无绳电话识别码一般不相同，呼叫信道一般也各不相同。另外，其它无绳电话通话时占用本台无绳电话呼叫信道的概率及占用时间都是有限的。第三，本台无绳电话手机距离座机一般是最近的，收到的信号最强。总之，采用专用呼叫信道方式的无绳电话在呼叫信道受强干扰而不能完成呼叫接续的概率不大。

采用专用呼叫信道的无绳电话空闲通话信道是如何确定的呢？采用专用呼叫信道方式的无绳电话系统在挂机状态下座机及手机都守候在自己的专用呼叫信道上，座机还时分扫描其它19个通话信道，检测并记录其中的空闲信道。当手机主呼或被呼时，座机通过呼叫信道给手机指定存贮的一个空闲信道，座机和手机由呼叫信道转移到指定的空闲信道。在后续的拨号（手机主呼时）及通话过程中一直占用该空闲通话信道，直至挂机返回呼叫信道守候。

五、实验器材

1、移动通信原理实验箱 2、CT1无绳电话（带手动选频功能）

一台 一部

六、预习要求

1、无绳电话的使用说明，掌握具体的操作方法。 2、中国CT1无绳电话的工作原理及工作频率。 3、预习移动通信中关于信道的相关部分。

七、实验步骤

1、 无绳电话的使用。

将实验箱附带的无绳电话按照说明书介绍的方法组装起来（注意手机和座机的供电，手机与座机电话线的连接），座机的水晶头插入实验箱的水晶头插座（电话1或电话2），实验箱附带的另外一部电话插入电话2或电话1，这时实验箱通电，摘机可听见拨号音。按照实验箱上的电话号码拨另外一部电话，双方可以实现通话，此时若无绳电话作为被叫，手机在说明书允许的距离范围内可以听见振铃音乐。如果无绳电话作为主叫，则按下手机的通话键可以听见拨号音，在说明书允许的距离范围内可以拨打另外一部电话，摘机后双方可以通话。关于无绳电话的来电转接，对讲等功能详见无绳电话的使用说明书。需要特别说明的是，无绳电话在使用前，一定要对码，对码的具体操作与不同的无绳电话厂家有关，但大多为同时按住手机和座机的“对码”键，听到提示音（如嘀的一声响），表明对码成功。

2、 信道的切换。 在步骤1通话的基础上，注意观察无绳电话的手机和座机上均有此时的通话信道，如01，02，03，??，18，19，20等。或者用手机呼叫座机（有的厂家称为对讲，即按手机的“对讲“键，这时听见座机发出响声指示，按座机的免提键或拿起话筒，均可以实现通话），这时在手机和座机的液晶屏上均有此时通话的信道（需要是带有手动选频功能的无绳电话，若无此功能，则看不见通话的信道，只能通过专用仪器测试得知。本移动通信原理实验箱所配的无

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绳电话具有该功能，但是在“对讲”模式下，是不能进行信道的切换的）。此时如果通话效果不佳，则可以利用该功能，按下手机的“信道”键（不同品牌的无绳电话可能有不同的称呼），来实现信道的切换，并且可以从手机和座机的液晶屏上看出信道的变化。但是在有的情况下，空闲信道受到较强的干扰，则座机寻找空闲信道失败，双方均会发出相应的响声提示，这时就不能实现信道的切换。将组装好的无绳电话按照上述步骤进行对讲通话，进行信道切换的实验。

3、 通过实验箱观测信道的切换。

本移动通信原理实验箱的无绳电话部分集成了一个无绳电话的接收机和一个发射机，相当于实现了一部无绳电话的功能。因此我们可以利用实验箱所配无绳电话和实验箱进行通信。将实验箱无绳电话部分的SW101（模式选择）开关拨到“座机（灯亮）”模式，此时LED101指示灯亮，表明是接收无绳电话手机发射的信号。按下“复位”键，信道号的数码管显示01信道，即此时接收的是1信道的信号。我们可以通过“信道加”，“信道减”键来实现信道的加减切换。将扬声器的“音量调节”调节旋钮VR201调到合适的位置，此时可以听见扬声器中发出的沙沙的声音。为了避免相互之间的干扰，做实验时请将“发射选择”开关拨到“不发射”位置，将手机紧挨实验箱“天线”且手机不抽出天线，以避免同一个实验室里多台实验箱之间的相互干扰。按照实验步骤1和2的方法实现手机与座机的对讲，为了使接收的声音听得更真切，不要使用座机的免提键，即摘机通话。对讲成功后查看此时通话的信道，然后通过“信道加”，“信道减”键将实验箱的信道切换到该信道。（注意这是人工的切换方式来跟踪无绳电话的通话信道，目的是使学生更容易理解信道切换的原理和切换的方法）。此时就可以用手机与实验箱进行通信，扬声器中可以听见话音。在实验步骤2中提到在对讲模式下是不能进行信道的切换的，此时可以让无绳电话座机和手机只通电，不接入水晶头插座，按下手机上的“通话”键，用同样的方法跟踪该通话信道（通过“信道加”，“信道减”键将实验箱的信道切换到该信道），在此信道上监听话音。注意在通话的过程中无绳电话的手机与座机是没有信令交互的，因此一旦切换到了某个通话信道，实际上可以将座机断电，此时手机仍然可以与实验箱进行通话，但是不能切换信道。

八、实验思考题

1、请上网或查找相关资料，了解无绳电话的发展阶段及未来的发展趋势及相关的技术等。 2、中国的模拟无绳电话系统与美国和欧洲的有区别吗？区别在什么地方？

3、移动通信原理中FDMA、TDMA、CDMA有何本质区别？请用形象的坐标形式表示。 4、无绳电话信道切换的原理是什么，它与我们所用GSM手机的越区切换有何相似之处，又有何不同？

九、实验报告要求

1、根据实验结果，总结本实验系统的无绳电话空闲信道选取方式。

2、根据实验结果，总结本实验中无绳电话在通话状态下信道切换的变化规律。 3、观察并记录不同信道切换时对应频率变化的规律，并整理出表格来。 4、完成思考题。

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实验四 用户信令与无绳电话实验

一、实验类型：验证性实验 二、实验目的

1、了解PSTN中常用的几种信号和铃流信号的电路组成与产生方法，以及它们在传送过

程中的技术要求和实现方法。

2、通过对本移动通信原理实验箱的测量，了解用户线信令在无绳电话与电话单机通信时

的变化情况。

三、实验内容及要求

1、用示波器观测用户线信令并记录。

2、用示波器观测无绳电话座机与电话机之间用户线信令的转换。

四、实验原理

1、信令

通信系统中除用户信息（如话音）外的一系列控制信号称为信令。信令系统与用户信息传输系统是二个相伴随的系统，共同构成整个通信系统。信令完成呼叫接续的建立、拆除、监控等一系列操作与控制，保证用户信息有效且可靠的传输。因此，信令可以看作是整个通信网络的神经中枢。

对于电路交换通信系统，用户信息是在呼叫接续完成后建立的逐段连接的信息通道中传输的。与此对应，信令也是在信令通道中逐段传输、转发及实施控制。

按信令通道与用户信息通道在物理上是否独立，信令分为共路信令及随路信令。共路信令集中在独立的信令通道中传输。随路信令在用户信息通道中采用时分、频分等方式随同用户信息一起在信息通道中传输。

按信令形式不同，信令分为模拟信令和数字信令两类。模拟信令包括音频信令及其它形式的模拟信号，它应用早，现在仍应用在许多通信系统中，例如PSTN模拟用户线信令全为模拟信令。数字信令具有速度快、容量大等一系列明显优点，目前已成为通信系统中采用的主要形式。

本移动通信原理实验箱在研究信令系统及用户信息传输系统时的原理框图如图3-1所示，它涉及到无线信道及用户线信道两类信道。无线信道包括1个专用呼叫信道及19个通话信道。专用呼叫信道上传送的是共路信令。无线通话信道及有线用户线信道上，信令与用户信息以时分方式在同一信道上传输，都属于随路信令。

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图3-1 移动通信原理实验箱的信道连接

2、用户线信令

在呼叫建立过程中，交换机应向主叫用户发送各种信号音，以使用户能了解连续进展情况和下一步应采取的操作。下面是本实验箱的传送信号流程，见图3-2所示。

挂机 摘机

用户线 主叫用户 呼叫信号 拨号音信号 号码信号 回铃音信号 话音信号 忙音信号 挂机信号 (用户线信号) 图3-2 本实验箱传送的信号流程图

3、用户线信令传输过程

以有线电话1呼叫有线电话2为例介绍，呼叫接续（包括信令传输及话音传输）过程如图3-3所示。

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用户线 信 道 用户线 信 道 无线 信道 TEL EX BS MS 用户线 被叫用户 振铃信号 应答信号 通信建立 挂机（先挂方） 摘机

振 铃 摘 机（有环流） 电话2 用户线2 EX 用户线1 摘 机（有环流） 拨 号 音 拨 号（DTMF） 电话1 通 话 、、、回 铃 挂 机（无环流） 、、、忙 音 挂 机（无环流） 图3-3 电话1?电话2呼叫接续过程

座机对有线/无线信令的转换、转发

EX 用户线 （用户线信令） 摘 机 拨 号 音 拨 号（DTMF） 座机 无线信道 （无线数字信令） 摘 机（数字） 手机 呼叫 信道 拨 号（数字） 回 铃 通 话 挂 机 、、、、、、 通话 信道 在一个复杂的通信系统中，信令要经过同样复杂的信令系统逐段传输、转换、转发，才能完成呼叫接续，实现用户信息通道的连接及用户信息的传送。在移动通信原理系统中的无绳座机，就担负其一侧无线数字信令与另一侧用户线信令转换、转发作用。需要说明的是，在本移动通信原理实验箱中，程控交换机的功能已经集成进去，主要是由MCU和控制电路来实现的，这样就能很方便的观察各种用户线信令，无需外接程控交换机，原理框图见实验装置说明中的无绳电话系统，图2.5所示。

挂 机（数字） 呼叫 信道 图3-4 无线/有线信令的转换、转发

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五、预习要求

1、预习PSTN中常用的几种信号和铃流信号的电路组成与产生方法。 2、预习移动通信中关于信令的相关部分。 3、预习实验装置介绍中的无绳电话系统。

六、实验器材

1、移动通信原理实验箱 2、CT1无绳电话（带手动选频功能） 3、电话单机 4、数字示波器

一台 一部 一部 一台

七、实验步骤

1、观测用户线信令

①将实验箱所配的无绳电话座机与一部普通电话单机插入A101、A102水晶头插座。

②用示波器观测各种信号音：“拨号音”、“忙音”、“回铃音”、“振铃音”，并在条件允许的情况下用频率计测量拨号音和振铃音的频率，或者用示波器大致测量其频率。在观测忙音与回铃音时请注意通断时间及比例。

③无绳电话座机或电话单机（以下简称电话）挂机，无环流。用示波器的直流档（CH1或CH2）测得测试点“TIP1”、“RING1”或“TIP2”、“RING2”的电压为馈电电压。

④电话摘机，有环流，此时可以听到拨号音。重新测量TIP1、RING1或TIP2、RING2端电压，观察TIP1、RING1或TIP2、RING2的波形。

说明1：用户1的电话处于挂机状态，“RING1”为-48V，“TIP1”为-1.8V，它们之间电压差为46V (此值只是作为参考，以实验为准) 。用户1的电话处于摘机状态，“RING1”为-28V，“TIP1”为-19V。（测得的电压与电话的内阻抗有关，所以每部电话的测量值不一定相同, 此处只是作为参考）

⑤将电话机摘机，示波器设置为AC、1V/DIV，在测试点“RX1”或“RX2”处观测450Hz拨号音，若超过8秒不拨号，则提示忙音。

⑥拨一个号码，用示波器在测试点“TX1”或“TX2”观测发出的DTMF号码。为了看的更清楚，可以长按某个键，然后观察DTMF波形。LED209－LED212四个发光二极管指示拨号的状态，为8421码组合。从左向右分别表示8、4、2、1。

⑦移动通信原理实验箱中实现了两部电话的交换功能，它们的号码分别为77、58，用其中一部电话（主叫）拨叫另外一部电话（被叫），注意只有77、58这两个号码有效，其它号码均无效。以用户1（号码58）呼叫用户2（号码77）为例，用示波器双踪分别观察“TX1”和“TX2”。记录下主叫摘机、拨号、被叫摘机、主叫挂机、被叫挂机过程“TX1”和“TX2”处信号的变化。

⑧记录下主叫摘机、拨号、被叫摘机、被叫挂机、主叫挂机过程中测试点“TX1”和“TX2”处信号的变化。

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⑨记录下主叫摘机、拨号、被叫不摘机过程“中TX1”和“TX2”处信号的变化。 ⑩记录下被叫摘机、主叫摘机、主叫拨号过程中“TX1”和“TX2”处信号的变化。 说明2：步骤⑦和⑧表示正常呼叫时的两种过程，步骤⑨表示被叫不接电话时呼叫的过程，步骤⑩表示被叫忙时呼叫的过程。注意，在步骤⑦和⑧中主叫拨号应在主叫摘机8秒内完成，被叫摘机应在被叫振铃两声内完成。

2、观测无绳电话手机呼叫有线电话的接续过程

①将实验箱所配的无绳电话座机与一部普通电话单机插入A101、A102水晶头插座。

②按下手机上的“通话”键，用示波器观测对应座机的（“TIP1”、“RING1”或“TIP2”、“RING2”）电压变化情况和此时听到的拨号音。拨任意一个号码，观察四个发光二极管的指示情况（注意在拨号音未停止之前，拨号才会被识别并显示，超过了时间即变成了忙音信号，此时拨的号码不会被识别显示。）拨打77或58，在主叫电话的测试点（“RX1”“TIP1”、“RING1”、或“RX2”、“TIP2”、“RING2”）用示波器观测波形，这时观测到的将是回铃音。被叫电话振铃后，在被叫电话的测试点（“RING2”或“RING1”）用示波器观测波形，此时观测到的将是振铃音。被叫应答后，用同样的方法观测话音信号，无论是主叫还是被叫先挂机，后挂机的一方会听到忙音，用同样的方法观测之（手机的挂机一般是按下“通话”键）。

八、实验思考题

1、移动通信原理实验箱中实现了两部电话的交换功能，更多的电话之间的交换以及中继等与此类似，同学们可以以此为参考，想想四部电话之间如何实现信令的交换，如何实现控制？

2、实验中两部电话可以实现交换，可实验箱并没有配交换机，那么类似于交换机功能的电路是什么？请仔细观察硬件电路和框图，找出它的组成部分以及各个部分所起的作用。

九、实验报告要求

1、根据测量结果，画出各种信号音的波形，并标出通断时间以及比例。 2、以一次通话的全过程为例，详细观测测试点RX1、RX2 、TX1、TX2、TIP1、RING1、TIP2、RING2处波形及电压的变化情况，并记录下来。

3、根据实验结果，画出无绳电话手机呼叫有线电话的呼叫接续过程图，并说明无绳电话座机对无线/有线信令的转换和转发作用。

4、完成思考题。

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实验五 GOLD序列的捕获与跟踪实验

一、实验类型：验证性实验 二、实验目的

1、了解滑动相关捕获的原理。 2、了解延迟锁定同步法的原理。 3、了解扩频码的捕获和跟踪的原理。

三、实验内容及要求

1、观察滑动相关电路各点的波形（频谱），理解滑动相关电路的工作原理。 2、观察延迟锁定电路各点的波形（频谱），理解延迟锁定电路的工作原理。 3、观察扩频码的捕获和跟踪过程。

四、实验原理

在扩展频谱系统中，为了使接收端能够正确恢复信码，必须使接收端产生的解扩用的伪随机码和发送端的伪随机码同步。伪随机码的同步一般分两步进行。第一步是搜索和捕获伪随机码的初始相位，使与发端的码相位误差小于1bit，这就可保证解扩后的信号通过相关器后面的窄带中频滤波器，通常称这一步为初始同步或捕获；第二步是在初始同步的基础上，使码相位误差进一步减小，使所建立的同步保持下去，通常称这一步为跟踪。

实验原理见实验装置介绍部分。

五、实验器材

1、移动通信原理实验箱 2、数字示波器

一台 一台

六、预习要求

1、同步的基本概念。 2、滑动相关的基本原理。 3、延迟锁定的基本原理。

七、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，

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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，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1Kbit/s，扩频码速率为100Kbit/s。

4、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GOLD1为扩频码的第一路扩频信号。

5、将拨码开关“GOLD3置位”拨为与“GOLD1置位”一致，按“发射机复位”键和“接收机复位”键。

6、逆时针将“捕获”电位器旋到底，“捕获指示”灯灭。

7、顺时针将“跟踪”电位器旋到底，用示波器测“VCO-C”处波形，该波形即为延迟锁相环的鉴相特性曲线。

说明1：用示波器观察“VCO-C”处的波形时，为观察到稳定的信号，应将示波器的触发电平设置在波形的上半部分或下半部分触发，如下图所示：

触发电平或 另外，由于该波形频率很低，在示波器上观察可能存在闪烁，此为正常现象。

8、顺时针将“捕获”电位器旋到底，“捕获指示”灯亮。用示波器双踪分别观察“G1-BS”和“G3-BS”处的波形，调节“跟踪”电位器，使两者波形相对移动尽可能缓慢或静止。 9、逆时针将“捕获”电位器旋到底，再顺时针缓慢旋转，直到“捕获指示”灯刚好变亮，按下“接收机复位”键时“捕获指示”灯灭，松开“接收机复位”键时“捕获指示”灯亮，则“捕获”电位器调节正确。

10、用示波器双踪分别观察“G1-BS”和“G3-BS”处的波形，调节“跟踪”旋钮，直到二个波形完全一致，没有相差为止。此时表明接收机的Gold序列和发射机的Gold序列在相位与码速率上都一致。

说明2：由于CDMA接收机对接收到的信号有一定的延迟，Gold码的同步应是接收机从发射机接收到的Gold同接收机产生的Gold序列相位与码速率一致，即用示波器双踪分别观察“TX1”和“G3-BS”处的波形，调节“跟踪”旋钮使“TX1”的包络过零点同“G3-BS”的边沿对齐直至锁定。另外需要说明的是此延迟是固定的因此相对于采用速率为100K的扩频码来说延迟不是很大可以采用步骤10进行锁定，但相对于采用速率200K的扩频码来说延迟增加了一倍，因此采用说明2的方法锁定。

11、用示波器双踪分别观察“GOLD1”和“GD-TX”处的波形，二者的波形应完全一致。 说明3：由于本系统的Gold序列频率较高，且周期很长，模拟双踪示波器应在“断续（CHOP）”模式下比较“GOLD1”和“GD-TX”处的波形，如果在“交替（ALT）”模式下即使两者输出波形一致，观察结果也可能不一致。数字示波器则不存在该问题。

八、实验思考题

1、延迟锁相环在扩频通信中的主要作用是什么？

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gti6.html