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移动通信 实验指导书 实验一调制与解调 1、QPSK调制及解调实验 一、实验目的通过本实验了解QPSK调制原理及特性、解调原理及特性。 二、实验内容 1、观察I、Q两路基带信号的特征及与输入NRZ码的关系。 2、观察IQ调制解调过程中各信号变化。 三、基本原理（略） 四、实验原理 1、实验模块简介本实验需用到基带成形模块、IQ调制解调模块、码元再生模块及PSK载波恢复模块。 （1）基带成形模块本模块主要功能产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。 （2）IQ调制解调模块本模块主要功能产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。 （3）码元再生模块本模块主要功能从解调出的IQ基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。 （4）PSK载波恢复模块本模块主要功能与IQ调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环恢复PSK已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。 本实验只使用其载波源。 2、实验系统原理框图基带成形模块产生的PN码（由PN31端输出）输入到串并转换电路中（由NRZ IN端输入），进行串并转换后输出，成为IQ两路基带信号，IQ基带信号送入IQ调制解调模块中的IQ调制电路分别进行PSK调制，然后相加形成QPSK调制信号，经放大后输出。 QPSK已调信号载波为10.7MHz，是由21.4MHz本振源经正交分频产生。 QPSK已调信号送入IQ调制解调模块中的IQ解调电路分别进行PSK相干解调，相干载波由调制端的本振源经正交分频产生。 解调输出的IQ两路模拟基带信号送入码元再生模块进行抽样判决，转换为数字信元后再进行并串转换后输出。 抽样判决前IQ信号需经整形变为二值信号，并且需恢复位同步信号。 位同步信号恢复由码元再生模块中的数字锁相环完成。 IQ解调电路的载波也可由PSK载波恢复模块上的本振源提供，此时解调变为非相干解调，从解调输出的模拟基带信号可以看出信号失真很大，无法进行码元再生。 PSK调制正交分频COS SIN载波PSK载波恢复模块数字信源串/并转换I路Q路基带成形模块载波PSK调制相加功放PSK解调PSK解调正交分频COS SIN IQ调制解调模块并/串转换整形整形位同步恢复抽样判决抽样判决输出输出I路Q路码元再生模块 五、实验步骤 1、关闭实验箱总电源，按如下要求连接好连线11在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）、码元再生模块（以下简称再生模块）和PSK载波恢复模块。 12用台阶插座线完成如下连接源端口目的端口基带模块PN31基带模块NRZ IN基带模块I-OUT IQ调制解调模块I-IN基带模块Q-OUT IQ调制解调模块Q-IN IQ调制解调模块I-OUT码元再生模块I-INIQ调制解调模块Q-OUT码元再生模块Q-IN13用同轴视频线完成如下连接源端口目的端口IQ调制模块(载波单元)输出（J5）IQ调制模块(载波单元)输入（J4）IQ调制模块（IQ调制单元）输出（J2）IQ调制模块（IQ解调单元）输入（J3） 2、打开实验箱总电源，再分别打开上述各实验模块电源。 3、按基带成形模块上“选择”键，选择QPSK模式（QPSK指示灯亮）。 4、用示波器观察基带模块上“I-OUT”及“Q-OUT”测试点，并分别与“NRZ IN”测试点的信号进行对比，观察串并转换情况。 注意由于串并转换的延迟作用，“I-OUT”、“Q-OUT”测试点的数据相对“NRZ IN”测试点延迟1.5个码元周期 5、示波器探头接IQ调制“输出”端（观测点TH4），观察QPSK已调信号峰峰值，调电位器“W1”使峰峰值为1.2V左右。 6、示波器探头接IQ解调“I-OUT”及“Q-OUT”端，观察波形，调电位器“W1”使I、Q两路信号尽量接近两电平。 （调“W1”可微调信号相位，使解调时正交载波的相位与已调信号尽量接近，以减少解调失真） 7、示波器探头分别接IQ解调“I-OUT”端及基带“I-OUT”端，注意观察两者是否一致，若一致表示解调正确，若不一致可能是载波相位不对，可将按IQ模块复位键复位或重新开关该模块电源复位。 8、示波器探头分别接IQ解调“Q-OUT”端及基带“Q-OUT”端，注意观察两者是否一致，若一致表示解调正确，若不一致可能是载波相位不对，可将按IQ模块复位键复位或重新开关该模块电源复位。 9、按再生模块上“选择”键，选择QPSK模式（QPSK指示灯亮）。 10、示波器探头分别接再生模块上“NRZ”端和基带模块上“NRZ”端，观察两路码元是否一致（注意解调出的NRZ码比输入的NRZ码延迟3个码元周期），若一致表示解调正确，若不一致可回到步骤6重新实验。 11、断开IQ模块上载波“输出”端与该模块上载波“输入”视频线，将IQ模块上载波“输入”端与QPSK载波恢复模块上“VCO-OUT”端连接起来，此时系统是非相干解调。 12、从步骤7开始再次观察各信号，注意比较与前面相干解调时的不同之处。 六、思考题 1、在实验中，QPSK载波恢复模块起什么作用？ 2、实验中，如果I、Q支路接反，即I接到Q，Q接到I，会有正确结果吗？为什么？实验二CDMA系统实验 1、直接扩频与解扩实验扩频实验 一、实验目的通过本实验掌握基带信号m序列扩频原理及方法，掌握扩频前后信号在时域及频域上的变化。 二、实验内容 1、观察扩频前后信息码的时域变化。 2、观察扩频前后信息码的频域变化。 3、观察已调信号在扩频前后的频域变化。 三、基本原理（略） 四、实验原理 1、实验模块简介本实验需用到CDMA发送模块及IQ调制解调模块。 （1）CDMA发送模块本模块主要功能产生PN31伪随机序列，将伪随机序列或外部输入的其它数字序列扩频，扩频增益为32，扩频后输出码速率为512kbps，可输出两路不同扩频码信号。 （2）IQ调制解调模块本模块主要功能产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。 2、实验系统原理框图CDMA发送模块上产生的PN码（由PN31端输出），速率为16K，作为信源输入进模块中（由NRZ IN端输入）。 模块内部产生PN序列（m序列或Gold序列），速率为512K，作为扩频码，与输入信源模2加，完成扩频操作后输出，扩频增益为32。 经扩频后的码送入IQ调制模块中进行PSK调制，经放大后输出。 PSK已调信号载波为10.7MHz，是由21.4MHz本振源经2分频产生。 五、实验步骤 1、关闭实验箱总电源，按如下要求连接好连线 1、1在实验箱上正确安装CDMA发送模块（以下简称发送模块）及IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）。 1、2用台阶插座线完成如下连接发送模块上“PN31”端连到该模块上“DATA1-IN”端。 发送模块上“PN31”端连到IQ模块上“I-IN”端。 2、打开实验箱总电源，再分别打开各模块电源。 3、将发送模块上“GOLD1SET”拨码开关所有位全置为“0”（拨向下），按发送模块复位键以完成设置。 4、示波器探头接IQ模块上调制“输出”测试点，调整该模块上电位器“W1”使该点信号电压峰峰值为1.2V左右。 5、示波器探头分别接发送模块上“DATA1IN”测试点及该模块上“DS1”测试点，观察扩频前后信息码及扩频码的变化。 6、如果具备条件，可观察“DATA1IN”测试点及“DS1”测试点的频谱，观察频谱的变化。 7、为避免扩频后信号带宽过大，在发送模块中将扩频后信号进行了限带滤波，测试点为“DS1OUT”，观察该点信号并与“DS1”测试点信号进行比较。 数字信源PN序列产生PSK调制载波正交分频COS功放CDMA发送模块IQ调制解调模块模2加输出 8、示波器探头接IQ模块调制“输出”测试点，观察未经扩频前已调信号，如果条件具备，可观察此时的谱状况。 9、断开发送模块上“PN31”端与IQ模块上“I-IN”端连线，将发送模块上“DS1OUT”端连到IQ模块上“I-IN”端。 10、重复步骤7，观察扩频后已调信号，如果条件具备，可观察此时的频谱，并与前未经扩频前的信号谱进行比较。 解扩实验 一、实验目的通过本实验掌握载波已调信号m序列解扩原理及方法，掌握解扩前后信号在时域及频域上的变化。 二、实验内容 1、观察解扩时本地扩频码与扩频时扩频码的同步情况。 2、观察已调信号在解扩前后的频域变化。 三、基本原理m序列解扩的是在接收到的RF信号上进行的，其实解扩的原理很简单，即用一个与发送端完全相同的m序列与接收到的信号直接相乘就可以完成信号的解扩，当然，这里所指的与发送端完全相同，除了序列必须一样之外，更重要的是两个m序列的相位必须一致，也就是，接收端产生的m序列必须进行捕获和跟踪，以使其速率和相位与发送端m序列保持一致，关于捕获和跟踪的原理及过程前面我们已经讲过，这里就不再赘述。 下面，我们将延迟锁相跟踪以及跟踪之后解扩的原理框图即延迟锁相环罗列如下。 BPF解调器BPFP-code包络检波E-codeBPF包络检波L-codePN序列发生器+LPF+-延迟P-codeE-code相位控制检测输出接收信号图17-1延迟锁相环框图由上图我们可以看到，当PN序列发生器产生的m序列捕获并跟踪上发送端m序列的时钟和相位之后，P-code处的m序列即与发送端形成同频同相，这样，P-code与接收信号相乘就实现了信号的解扩。 四、实验原理 1、实验模块简介本实验需用到CDMA发送模块、CDMA接收模块及IQ调制解调模块。 （1）CDMA发送模块本模块主要功能产生PN31伪随机序列，将伪随机序列或外部输入的其它数字序列扩频，扩频增益为32，扩频后输出码速率为512kbps，可输出两路不同扩频码信号。 （2）CDMA接收模块本模块主要功能完成10.7MHz射频信号的选频放大，当本地扩频码设置为与发送端扩频码相同时，可完成扩频码的捕获及跟踪，进而完成扩频信号的解扩。 （3）IQ调制解调模块本模块主要功能产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。 2、实验系统原理框图扩频、扩频码的捕获及跟踪部分原理见前面相关实验。 PN码同相支路的相乘信号经带通滤波后即为解扩后的信号。 该信号是一个基带信元的PSK调制信号，扩频码调制部分已经被去除。 五、实验步骤 1、关闭实验箱总电源，按如下要求连接好连线 1、1在实验箱上正确安装CDMA发送模块（以下简称发送模块）、CDMA接收模块（以下简称接收模块）及IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）。 1、2用台阶插座线完成如下连接发送模块上“PN31”端连到该模块上“DATA1-IN”端。 发送模块上“DS1OUT”端连到IQ模块上“I-IN”端。 1、3用同轴视频线将IQ模块上调制“输出”端与接收模块上“输入”端连起来。 2、打开实验箱总电源，再分别打开各模块电源。 3、示波器探头接IQ模块上调制“输出”测试点，调整该模块上电位器“W1”使该点信号电压峰峰值为1.2V左右。 数字信源PN序列产生PSK调制载波正交分频COS功放CDMA发送模块IQ调制解调模块模2加相乘带通滤波CDMA接收模块PN码发生器延迟-滞后锁相环VCO超前滞后同相包络检波门限判决捕获输出解扩输出 4、示波器探头接接收模块“TEST”测试点，调整“幅度”电位器使该点信号电压峰峰值为400mV左右。 5、将发送模块上“GOLD1SET”拨码开关拨为全0，（拨向下，扩频码为m序列），按复位键以完成设置。 6、将接收模块上“GOLD SET”拨码开关拨为全0，按复位键以完成设置。 7、将接收模块上“捕获”电位器逆时针转到底，此时捕获指示灯“LED1”应灭。 8.慢慢顺时针旋转接收模块上“捕获”电位器，同时注意观察“LED1”指示灯，从不亮到闪亮直至全亮的过程，全亮后再顺时针转过一点，以保证捕获可靠。 9、示波器探头分别接发送模块“DS1”测试点及接收模块“TX1”测试点，比较两者是否相同，若是则表示扩频码已同步。 10、示波器探头接接收模块上“输出”测试点，该点为解扩后已调信号，此时该信号相当于未扩频前NRZ码进行PSK调制后的信号，观察该信号的特征，如果条件具备，可观察该信号的谱以确定解扩情况，并与IQ模块上调制“输出”测试点的信号进行比较。 2、CDMA扩频通信系统实验 一、实验目的通过本实验将扩频解扩的单元实验串起来，让学生建立起CDMA通信系统的概念，了解CDMA通信系统的组成及特性。 二、实验内容 1、搭建CDMA扩频通信系统。 2、观察CDMA扩频通信系统各部分信号。 3、观察两路信号码分多址及其选址。 三、基本原理扩频通信的理论基础是香农于1948年发表的A MathematicalTheory ofCommunication一文，即著名的信息论。 香农信息论中有关信道的理论容量公式为2log1SCWN?=+(3-1)式（3-1）也被称为香农定理，其中C为信道容量，单位为bps；W为信道带宽（也被称为系统带宽）；/S N为信噪比（dB）。 式（4-1）给出了在给定信噪比/S N和没有误码的情况下信道的理论容量C与该信道带宽W的关系。 从这个公式还可以得出也重要的结论对于给定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。 换言之，信噪比和信道带宽可以互换。 扩频通信系统正是利用这一理论，将信道带宽扩展许多倍以换取信噪比上的好处，增强了系统的抗干扰能力。 信源信源编码信道编码载波调制扩频信道解扩载波解调信道译码信源译码信息输出干扰和噪声图3-1典型的扩频通信系统模型一个典型的扩频通信系统框图如图3-1所示。 由图可以看出，扩频通信系统主要由原始信息、信源编译码、信道编译码（差错控制）、载波调制与解调、扩频调制与解扩和信道六大部分组成。 信源编码的目的是减小信息的冗余度，提高信道的传输效率。 信道编码（差错控制）的目的是增加信息在信道传输轴格的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。 调制部分的目的是使经过信道编码后的符号能在适当的频段传输，通常使用的数字信号调制方式为振幅键控、移频键控、移相键控，在码分多址移动通信中使用QPSK和OQPSK都是PSK的改进型。 扩频通信和解扩是为了提高系统的抗干扰能力而进行的信号频谱展宽和还原。 可见，与传统通信系统相比较，该系统模型中多了扩频和解扩两个部分，经过解扩，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。 四、实验原理 1、实验模块简介本实验需两台实验箱共同完成，一台实验箱作发射用，另一台作接收用。 发射用实验箱需用到CDMA发送模块、IQ调制解调模块及信源编码模块。 接收用实验箱需用到CDMA接收模块、IQ调制解调模块、PSK载波恢复模块、码元再生模块及信源编码模块。 （1）CDMA发送模块本模块主要功能产生PN31伪随机序列，将伪随机序列或外部输入的其它数字序列扩频，扩频增益为32，扩频后输出码速率为512kbps，可输出两路不同扩频码信号。 （2）CDMA接收模块本模块主要功能完成10.7MHz射频信号的选频放大，当本地扩频码设置为与发送端扩频码相同时，可完成扩频码的捕获及跟踪，进而完成扩频信号的解扩。 （3）IQ调制解调模块本模块主要功能产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。 （4）码元再生模块本模块主要功能从解调出的IQ基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。 （5）PSK载波恢复模块本模块主要功能与IQ调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环以恢复PSK已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。 （6）信源编码模块本模块主要功能音频信号放大、音频信号CVSD编译码及射频信号发射、接收。 2、实验系统组成框图见附图一。 五、实验步骤 1、关闭实验箱总电源，按如下要求搭建CDMA通信系统 1、1在发射用实验箱上正确安装CDMA发送模块（以下简称发送模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）、基带成形模块（以下简称基带模块）及信源编译码模块（以下简称信源模块）。 1、2在接收用实验箱上正确安装CDMA接收模块（以下简称接收模块）、IQ调制解调模块、PSK载波恢复模块、码元再生模块（以下简称再生模块）及信源编译码模块。 1、3发送用实验箱上用台阶插座线完成如下连接发送模块上“PN31”端连到该模块上“DATA1IN”端。 发送模块上“BS OUT”端连到信源模块上“T-CLOCK”端。 信源模块上“OUTPUT”端连到发送模块上“DATA2IN”端。 发送模块上“DS1OUT”端连到IQ模块上“I-IN”端。 发送模块上“DS2OUT”端连到IQ模块上“Q-IN”端。 1、4用同轴视频线将发送用实验箱IQ模块上调制“输出”端与信源模块上“发射”端连起来。 1、5接收用实验箱上用台阶插座线完成如下连接IQ模块上解调“I-OUT”端连到PSK载波恢复模块上“I-IN”端。 IQ模块上解调“Q-OUT”端连到PSK载波恢复模块上“Q-IN”端。 IQ模块上解调“I-OUT”端连到再