多体制移动通信实验指导书

1、现代通信工程专业实验用书ZH7005多体制移动通信实验平台多体制移动通信实验平台实验指导实验指导书书南京哲华科技有限公司ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 1 页（共 152 页）前前言言移动通信是上一世纪末三大新兴通信技术（移动通信、光纤通信、卫星通信）之一。它使人类实现了随时随地快速可靠地进行各种信息的交换。移动通信集各种通信最新技术之大成，是一种较为理想的通信方式。针对不断发展的新技术，高等院校通信专业的课程设置也在不断更新，实验手段也在不断发展。我们针对移动通信实验课与移动通信技术、设备现状，设计了相关实验，编写了这套教材。本教材是根据多

2、年从事移动通信教学和工程实验，并在考了国内外有关文献和资料的基础上编写而成。移动通信网络是一个非常庞大、复杂的网络，涉及当今通信领域的方方面面。为了让高等院校通信专业的学生对移动通信技术有一个全面的了解， “移动通信课程”的开设适应了这一形势的要求。另一方面，在让学生对移动通信系统有一个较全面了解的同时，对其中关键技术的学习或深入地掌握是必要的。对于这一部分知识点的学习，一方面可以通过理论课堂的学习获得，另一方面可以通信实验的环境进行加强。ZH7005B 多体制移动通信实验平台为学生们了解当今移动通信技术的发展提供了一个良好的实验平台。在多体制移动通信实验平台中，设计了一个通用的信道硬件平台，

3、它能支持多种模式的移动通信网络。对目前常见的移动通信技术的关键部分“空中接口技术” ，学生能有一个全面的了解：1.最小频移键控（MSK）2.高斯最小频移键控（GMSK）3./4 差分四相相移键控（/4DQPSK）4.CDMA/DS 码分多址通信技术5.CDMA/DS-IS95 码分多址通信技术6.跳频通信技术本书在编写的过程中，参考了大量的文献和书籍。由于作者水平有限，同时本书涉及的知识点较多，时间又相当有限，错误在所难免，敬请读者批评指正。作者ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 1 页（共 152 页）目录第一章第一章 实验系统概述实验系统概述

4、.31.1电路组成概述.31.2显示控制模块.81.3FPGA 初始化模块.111.4信道接口模块.141.5DSP 处理模块 .171.6D/A 模块.231.7中频调制模块.251.8中频解调模块.281.9A/D 模块.311.10测试模块.341.11实验平台界面的使用.37第二章第二章移动通信概述移动通信概述.401.1移动通信的发展历史.401.2移动通信系统组成.411.3多体制移动通信实验平台简介.44第三章第三章 第二代移动通信实验（欧洲第二代移动通信实验（欧洲 GSM） .45实验一 MSK 调制实验.45实验二 MSK 解调实验.50实验三 GMSK 调制实验.53实验四

5、 GMSK 解调实验.58第四章第四章 第二代移动通信实验（北美第二代移动通信实验（北美 IS54）.60实验一 /4DQPSK 调制实验.60实验二 /4DQPSK 解调实验.65第五章第五章 码分多址移动通信实验码分多址移动通信实验.69实验一、CDMA/DS 扩频码特性实验 .69实验二、CDMA/DS 频谱变换实验 .78实验三、CDMA/DS 地址码捕获实验 .83实验四、CDMA/DS 地址码跟踪实验 .88实验五、CDMA/DS 多址通信实验 .94实验六、CDMA/DS 白噪声环境下性能测试实验 .99实验七、CDMA/DS 抗干扰性能测试实验 .102ZH7005B 多体制移

6、动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 2 页（共 152 页）实验八、CDMA/DS 抗衰落性能测试实验 .105实验九、IS95 扩频系统 WALSH码特性测量 .108实验十、IS95（CDMA/DS）系统信号传输实验 .112第六章第六章 跳频通信技术跳频通信技术.120实验一、CDMA/FH 发送设备测量实验 .120实验二、CDMA/FH 接收设备测量实验 .125第七章第七章 移动通信信道编码技术移动通信信道编码技术.128实验一、卷积编码实验 .128实验二、维特比译码实验 .132实验三、传统交织器编译码实验 .137实验四、IS95 交织器编译码实验 .

7、141第八章第八章 移动通信系统实验移动通信系统实验.145实验一、移动通信系统空中接口综合实验 .145第九章第九章 二次开发实验二次开发实验.148实验一、AM 调制实验 .148实验二、AM 解调实验 .148实验三、DDS 信号合成实验 .148实验四、基带信号复接实验 .148实验五、基带信号解复接实验 .148ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 3 页（共 152 页）第一章第一章 实验系统概述实验系统概述1.1 电路组成电路组成概述概述在多体制移动通信实验平台中，设计了一个通用的信道硬件平台，它能支持多种模式的移动通信网络。对目前常

8、见的移动通信技术的关键部分：“空中接口技术” ，学生能有一个全面的了解：1.最小频移键控（MSK）2.高斯最小频移键控（GMSK）3./4 差分四相相移键控（/4DQPSK）4.CDMA/DS 码分多址通信技术5.CDMA/DS-IS95 码分多址通信技术6.跳频通信技术在 ZH7005B 平台中，主要由以下几部分组成：1、 显示控制模块；2、 FPGA 初始化模块；3、 信道接口模块；4、 DSP 处理模块；5、 D/A 模块；6、 中频调制模块；7、 中频解调模块；8、 A/D 模块；9、 测试模块，等九个功能模块组成。在该硬件平台中，模块化功能较强，便于系统的调试与测量。ZH7005B

9、平台的电路布局见图 1.1.1 所示，对于每一个模块，在 PCB 板上均由白色金属条将其明显分割开来，这也将便于教学与学习。在 ZH7005B 平台中，电源插座与电源开关在机箱的后面，电源模块在该实验平台电路板的下面，它主要完成交流220V 到+5V、+12V、-12V 的直流变换，给整个硬件模块供电。ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 4 页（共 152 页）在平台上具有友好的人机接口界面，学生可以通过键盘来选择相应的工作模式与设置有关参数。ZH7005B 平台通过下面几个端口与外部进行连接：1.J002（实验箱左端的 DB9 接口）：与通信终

10、端接口，为同步数据接口方式。该接口电平特性为 RS422，通过 RS422 口接收终端的发送数据，并送入调制器中；同时将解调器解调之后的数据通过该口送往终端。在该接口中，还包括调制解调器提供的收发时钟信号。2.S001（实验箱右下端的中频连接器）：为中频发送连接器，调制后的低中频信号通过该口对外输出，一般送入信道平台。3.S002（实验箱右上端的中频连接器）：从信道中来的低中频信号（如加噪后的低中频信号、无线衰落后的低中频信号）由该端口输入，送入解调模块中进行解调。4.J003（信号） 、J004（地） （在实验箱左端的信号输入接头）：为测试信号输入端，用于向 ZH7005B 平台中送入各种测

11、试信号。ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 5 页（共 152 页） 测试模块 信道接口模块 显示控制模块 FPGA 初始化模块 DSP 模块 D/A 模块 中频解调 模块 A/D 模块 中频调制 模块 电源 液晶显示与键盘输入 图 1.1.1 ZH7005B 平台布局图ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 6 页（共 152 页）ZH7005B 平台与外部设备的连接图如图 1.1.2 所示。 ZH7005B 平台 J002 J003 J004 S002 S001 测试输入信号 外部数据输入输出 中频

12、输入 中频输出 图 1.1.2 ZH7005B 平台与外部设备的连接示意图在 ZH7005B 平台中，信号流程如下：由 J002 接口输入外部数据（称之为发送数据） ，发送数据在 ZH7005B 平台中首先进行编码（例如差分编码、卷积编码等） ，并将编码之后的码流成形滤波（例如 Nyquist 滤波） ，成形之后将数字信号分别送入、发送支路。发送 I、支路信号与本地的正交中频相乘、合路，经 S001 输出。接收中频由 S002 输入，与本地 VCXO 输出的正交中频相乘（与发送中频存在一个不确定的变化频差，这主要是发送中频与接收中频由两个不同的频率源产生） ，得到接收I、Q 支路的基带信号。经

13、 A/D 之后，送入 DSP 处理模块进行解调。解调之后的码字经译码后送入 J002 对外输出。由于同步接口的要求，在 J002 接口中还包括发送与接收的数据时钟，这样在该接口中其有四个信号（共 8 根线） ，另一根线为地线。ZH7005B 平台内部各电路模块之间的连接见图 1.1.3 所示。ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 7 页（共 152 页） 图 1.1.3 ZH7005B 模块电路连接图 ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 8 页（共 152 页）1.2 显示控制模块显示控制模块在通信终

14、端模块中，有许多操作需要与学生进行交互，这一功能主要在显示控制模块中完成。显示控制模块接收学生的键盘输入，对相应硬件模块进行初始化。U201（89C52） 、U202（X25045） 、U203（74ALS373） 、U204（28F512） 、U205（74ALS138）构成了一个最基本的 89C52 系统。U201 是 MCS51 单片机，它是该模块的核心，其运行显示控制模块的软件。U202 完成对 U201 的上电复位与对电源电压的监视，如果电源电压波动太大或瞬间掉电引起部分电路的工作不正常，U202 输出一高电平复位脉冲，对 U201 进行复位使其工作正常。U203 是 MCS51 的

15、低位地址锁存器，用于对外部的程序或数据区进行寻址。U204 存贮显示控制模块的所有软件（程序区为 64K字节） ，MCS51 在运行时从中读取相应的软件指令并执行。U206（74ALS374） 、U207（74ALS374） 、U208（74ALS244）为 MCS51 的并口，主要用于对系统的初始化与相关参数的设置。U206 的低两位线用于对系统硬件进行复位，RESETH 用于复位哪些需要高电平复位的器件（如 FPGA 初始化功能模块） ，RESETL 用于复位需要低电平复位的器件（如 DSP 功能模块） 。SET_FPGA0，SET_FPGA1，SET_FPGA2，SET_FPGA3 为控

16、制 FPGA 初始化模式选择，选择向 FPGA 器件下载哪个工作软件（因为在不同的调制模式下，FPGA 内部结构不同） 。U207 的 ROW1，ROW2 两根信号线用于键盘扫描；信号线 D8C 用于液晶显示器的数据/命令选择，低电平表示（DD0DD7）将向液晶显示器中送显示数据，高电平压表示（DD0.DD7）将液晶显示器中写控制命令；信号线 DISPRW 用于液晶显示器的读写控制；信号线 Init_CLK，Init_Data 用于对 FPGA 的初始化参数的设置，Init_CLK 是时钟信号，Init_Data 是数据信号。U208、U209 为模块的数据存贮区，目前此两器件还未使用：MCS

17、51 的 ROW1，ROW2，COL1，COL2，COL3 五根信号线组成对键盘的信号扫描，通过该五根线可以判断目前学生已按下哪一个键，从而执行相应的操作。其中ROW1，ROW2 为信号输出线，COL1，COL2，COL3 为信号输入线。键盘扫过程如下：1、 ROW1、ROW2 初始化为低电平；2、 首先在 ROW1 信号线上置成高电平，检测 COL1、COL2、COL3 哪根线出现高电平，则可判断哪个键已按下；3、 然后设置 ROW1 为低电平、ROW置成高电平，检测COL1、COL2、COL3 哪根线出现高电平，则可判断哪个键已按下；4、 ROW2 设置成低电平，返回步骤继续进行；ZH70

18、05B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 9 页（共 152 页）显示控制模块的工作过程如下：1、 系统上电复位（或学生从操作界面按复位按钮） ，89C52 从主程序入口处开始执行；2、 通过 RESETH，RESETL 对相应模块进行复位。3、 学生通过操作界面选择某一工作模式，根据学生的选择 MCS51 通过并口由 SET_FPGA0、SET_FPGA1、SET_FPGA2、SET_FPGA3 四根信号线设置FPGA 初始化单元的模式。4、 复位 FPGA 初始化模块，使其按要求进行初始化。5、 FPGA 初始化模块根据（SET_FPGA3, SET_FP

19、GA2, SET_FPGA1, SET_FPGA0）的设置对 FPGA 进行初始化。 （例如 FSK 与 BPSK 初始化程序是不一样的） 。6、 复位 DSP 处理模块，该 DSP 模块根据相应模式对数字信号处理 DSP 芯片进行程序下载（例如 FSK 与 BPSK 方式下 DSP 的程序是不一样的） 。7、 MCS51 显示系统的设置状态（例如由小手状态变成打勾状态） 。8、 延时 5 秒后，各模块进入正常工作状态。9、 显示控制模块继续等待处理学生的键盘输入，接收学生的命令。显示控制模块电原理图见图 1.2.1 所示。ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台

20、实验指导书第 10 页（共 152 页） 图 1.2.1 显示控制模块电原理图 ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 11 页（共 152 页）1.3 FPGA 初始化模块初始化模块FPGA 初始化模块根据 ZH7005B 的不同配置对 FPGA 初始化，其主要由一片处理机完成。FPGA 初始化模块主要受 SET_FPGA0，SET_FPGA1，SET_FPGA2，SET_FPGA3四根信号线控制。U302（89C52） 、U303（74ALS373） 、U304（29F040）构成了一个最基本的 89C52系统。U302 是该模块的主处理器，FP

21、GA 的初始化程序在 U302 中执行，该程序主要是按 Altera 的 EP1K30 器件的下载时序进行。U303 是 MCS51 的地址锁存器，用于锁存MCS51 的低位地址，以便对系统的程序区或数据区进行寻址。U304 是 MCS51 的数据区，通过 A16,A17,A18 进行了地址扩展，数据区的容量是 4M 比特，在该数据区中主要存贮 FPGA 的初始化数据，它可容纳 8 种 EP1K30 的配置数据。U301（EPC2） 、J302 在系统中未采用。FPGA 初始化模块根据来自显示控制模块的四根信号线（SET_FPGA3, SET_FPGA2, SET_FPGA1, SET_FPG

22、A0）选择相应的初始化数据对 EP1K30 进行初始化,初始化信号线由 MCS51 的 P1 口上的五个脚组成,其与 EP1K30 的管脚直接相连。这五根初始化信号线为：1. nConfig 信号线：一个低脉冲将指示一个新的初始化开始。 2. Dclk 信号线：初始化时钟。3. Data0 信号线：初始化数据。其在初始化时钟的推动下进入 EP1K30，完成对相应逻辑阵列的初始化。4. nStatus 信号线：初始化过程状态指示信号，如果在初始化过程中出现错，该信号产生一低电平脉冲。5. Config_Done 信号线：初始化结束指示，在初始化过程中，该脚为低电平，一旦初始化结束，该脚为高电平F

23、PGA 初始化模块是在显示控制模块的控制下完成初始化工作。当显示控制模块需要对 FPGA 进行初始化时，通过向 FPGA 初始化模块发出命令（SET_FPGA3, SET_FPGA2, SET_FPGA1, SET_FPGA0） ，并对其进行复位。FPGA 初始化模块在复位后，读取（SET_FPGA3, SET_FPGA2, SET_FPGA1, SET_FPGA0）上的命令，按显示控制模块的要求对 EP1K30 下载不同的初始化程序。FPGA 初始化模块在初始化过程中，首先使发光二极管 D301 熄灭，然后利用上述五根初始化信号线对 EP1K30 初始化。当初始化完毕，发光二极管 D301

24、点亮，并通过 MCS51 上的 11 脚 INIT_END 通知显示控制模块当前的初ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 12 页（共 152 页）始化模块已经完成。只有当 D301 点亮之后，系统才可以对后面的事件进行处理。在该模块中，还设置了 FPGA 计算机下载电缆头 J301。如果学生在进行二次开发时，只需将 U302 拔掉（否则计算机并口信号会与 U302 的管脚信号短路，有可能会损坏部件），将计算机下载电缆插入 J301（插入电缆的方向不能错） ，即可按学生要求完成相应的初始化。学生在进行 FPGA 程序设计时，EP1K30 的输入/输

25、出管脚不能搞错，否则容易损坏芯片。其电原理图见图 1.3.1 所示。该模块一般不提供实验项目。ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 13 页（共 152 页） 图 1.3.1 FPGA 初始化模块电原理图 ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 14 页（共 152 页）1.4 信道接口模块信道接口模块一个数据通信设备在与外部进行信息交换时，一般是通过数据接口进行。在数据接口中主要是传输两类信息：（）数据；（）时钟。有时也只有数据信息而没有时钟信息，这时时钟信息将由接收端从接收数据流中提取出来。数据接口的

26、设计变化很大，取决于应用场合。复杂的接口可包括物理层、链路层等，简单的只包括物理层：即物理结构与信号方式的定义（信号的传输方式） 。在信号传输方式方面，目前可选的种类很多：TTL、RS232、RS422、V35、ECL 等。信号传输方式的选择与信号速率、传输距离、抗干扰性能等有关。对于低速、近距离信号的传输可采用 TTL 方式，对于一般较高速率、距离较近时可选用 RS232 方式。随着距离的增加、信号速率的提高可采用 RS422、V35等信号方式，对于很高的信号速率一般采用 ECL 信号接口方式。在 ZH7005B 平台中，信道接口模块主要完成与外部误码测试仪的接口（ZH7005B 平台与外部

27、设备进行数据交换） 。信道接口模块的框图如图 1.4.1 所示。在 ZH7005B 平台内部所有信号均以 TTL 电平表示，而在接口上，信号为 RS422 电气方式（平衡方式） 。对这两种信号之间的转换由专门的接口芯片完成。U101：TTLRS422发送时钟U10：RS422TTL发送数据接收时钟接收数据外外部部内内部部图 1.4.1 信道接口模块框图TTL RS232 由 SN75172 完成，RS232 TTL 由 SN75173 完成。信道接口模块电原理图如图 1.4.2 所示。U101 的 4、12 脚是使能脚，只有该两脚上的信号均有效时（4 脚为高电平、12 脚为低电平） ，U101

28、 才完成 TTLRS422 的变换。ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 15 页（共 152 页）同样，U10的 4、12 脚也是使能脚，只有该两脚上的信号均有效时（4 脚为高电平、12 脚为低电平） ，U10才完成 RS422TTL 的变换。在 U101、U102 的 RS422 侧，接有电阻 R105，R106，R107，R108，其主要是用于RS422 上的信号匹配。在信道接口模块中，测试点的定义如下：1、 TP101：发送时钟（方向：信道模块 终端模块） 。2、 TP102：接收时钟（方向：信道模块 终端模块） 。3、 TP103：接收数

29、据（方向：信道模块 终端模块） 。4、 TP104：发送数据（方向：信道模块 终端模块） 。发送时钟、接收时钟、接收数据由 FPGA 输出到接口模块，接口模块从外部接收的数据送入 FPGA 进行处理。ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 16 页（共 152 页） 图 1.4.2 信道接口模块电原理图 ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 17 页（共 152 页）1.5 DSP 处理模块处理模块数字信号处理（DSP）技术是：高速数字信号处理器信号处理算法。随着数字化技术的不断发展，DSP 技术将渗透到

30、通信的每一个角落。特别在 ZH7005B 平台中，DSP 技术是软件无线电的重要组成部分。同时随着高速、大规模 FPGA 芯片的出现，硬件平台可编程使 ZH7005B 平台设计更为通用、功能更加强大。因而，DSP+FPGA 技术是通信产品发展的一个主要方向。在该 ZH7005B 平台中，采用了 Ti 在 1999 年上半推出的 DSP 处理芯片TMS320VC5402，该器件内带 16K 字的程序与数据 DRAM，功耗低，工作温度范围宽（可达工业级） ，内置 Boot 程序简化了用户硬件设计与成本，同时该器件也是 Ti 公司力推的产品之一，其价格较低，国内外采用其开发的产品也越来越多。在该 Z

31、H7005B 平台中，还采用了 Altera 在 1999 年下半推出的 EP1K30 可编程器件，该器件通用性强，成本较低，特别适用于一般民用通信产品的开发。通过这两款器件实现了一个较为通用的ZH7005B 平台，在设计思想与电路组成方面都具有很好的可移植性，不仅对 ZH7005B 平台，对其它通信类产品的设计也具有很好的参考价值。DSP 处理模块是由 DSP 处理器 TMS320VC5402、FPGA EPF1K30、Q1900（FEC 编译码器）等等来实现。U406（TMS320VC5402） 、U402（29F040） 、U403（CY7C199） 、U404（CY7C199）组成了一

32、个基本的 DSP 硬件系统，U406 是 TMS320VC5402 的 DSP 处理芯片，所有的DSP 软件与数据均在其内部 RAM 中，该芯片主要完成预定的设计算法，按这些要求完成对输入信号的处理。U402 是 DSP Boot 的数据区，DSP 需运行的程序与运行过程中所需的数据存贮在 U402 中，DSP 复位后其 Boot 程序从 U402 中读取相应程序与数据放入其内部 RAM 中，完成这些工作之后，其程序运行指针跳到其内部 RAM 执行 DSP 算法。在 DSP 信号处理模块中，一共设计了多种信号解调程序，对这些不同程序的选择是通过A16、A17、A18（这些信号线来自于 FPGA

33、 初始化功能模块）来选择的，因而只有当FPGA 初始化完成之后才能对 DSP 进行复位，由 A16、A17、A18 选择 U402 中的相应的解调程序。U402 的片选信号 MEMRD 是 FPGA 芯片 U401 对EA15、DS、MEMSTRB、RWDSP 译码所得。U403、U404 是 DSP 的外部数据区，其地址对应于 0X4000H0X7FFF 范围，在 ZH7005B 平台中 U403、U404 没有使用。在 DSP 处理模块中，根据外部不同的设置来配置不同的数字信号处理程序。在 DSP处理模块中，它一般完成以下功能：ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信

34、实验平台实验指导书第 18 页（共 152 页）1.匹配滤波；2.位定时恢复；3.载波恢复；4.信号解调；5.测试信号的输出；U405 是 FEC 专用芯片，在发送支路中主要完成：扰码、差分编码、卷积编码等功能，其结构如图 1.5.1 所示：扰码差分编码卷积编码ENCINDATAENCINCLKENCOUTDATAIENCOUTDATAQENCOUTCLK图 1.5.1 U405（Q1900）发送支路结构框图在图 1.5.1 中，ENCINDATA 表示输入数据，ENCINCLK 表示编码输入时钟； ENCOUTDATAI、ENCOUTDATAQ 分别表示编码之后的 I、Q 路数据。ENCOU

35、TCLK 为编码输出时钟。在接收支路，U405 主要完成 Viterbi 译码、差分译码、解扰码等功能，其内部结构如图 1.5.2 所示：去扰差分译码(Iin2,Iin1,Iin0)DECINCLKDECOUTDATADECOUTCLK(Qin2,Qin1,Qin0)Viterbi译码图 1.5. U405（Q1900）接收支路结构框图DSP 通过并口（EA4，EA3，EA2，EA1，EA0）对 U405 进行初始化。U405 在进行编码与译码时需要相应的同步输入时钟。OUTSYS 是 U405 的译码同步指示信号，在同步状态时将处于正确的译码状态，否则处于错误的译码状态。当译码器处理同步状态

36、时，OUTSYS 保持低电平；当其处于失步状态时，OUTSYS 有脉冲串输出。因而，OUTSYS是系统测试中的一个重要信号。在 Q1900（FEC 编译码器）中，主要完成以下功能：1.发扰码；2.卷积编码器；3.Viterbi 译码；4. 解相位模糊：例如在 QPSK 解调器中，解调器存在四种相位ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 19 页（共 152 页）（00、900、1800、2700等，但其中只有 00是正确的，这就称之为相位模糊。在 Viterbi 译码器中，要将 900、2700的相位进行纠正，这一过程称之为解相位模糊。对于 00、1

37、800的相位模糊主要通过后面的差分编译码器解决） 。5.解扰码；U401 是 FPGA 芯片 EP1K30，其主要实现以下功能：1. 与 Q1900（FEC 编译码器）接口：DSP 解调之后的正交支路的数据送入U401 中，经锁存之后 FPGA 输出：（Iin2，Iin1，Iin0） 、（Qin2，Qin1，Qin0） ，它们在时钟的推动下送入 U405 中；2. Nyquist 成形滤波（即 Nyquist 升余弦滤波）：发端的码流与 Nyquist 升余弦的时域信号卷积（这实际上是通过查表实现） ，并将滤波之后的结果送入D/A 器件中；3. D/A 接口：成形之后的样点值由该接口输出。它由

38、DA7，DA6，DA5，DA4，DA3，DA2，DA1，DA0 （D/A 的样点值）与MODDACLK（D/A 输入数据的时钟信号） ，MODDASPAB（同一个 D/A 芯片中有两个 D/A 模块，该信号是选择哪一个 D/A 通道，当该信号为低电平时选择 A 通道，为高电平时选择 B 通道）信号组成；4. A/D 接口：输出 A/D 所需的时钟信号 CLK_4BTR（其一般为信道符号速率的 4 倍） ，读取 I 支路的读片选信号 RDADI，读取 Q 支路的读片选信号RDADQ，以及完成 A/D 采样之后给 DSP 的中断信号 INT0，DSP 在接收到该信号之后，分别读取 I、Q 支路的

39、A/D 信号，并对该信号进行处理。5. 测试接口：三个 D/A 芯片（共六个 D/A 信道）共用测试数据总线，测试数据总线有TESTDA7，TESTDA6，TESTDA5，TESTDA4，TESTDA3，TESTDA2，TESTDA1，TESTDA0 （测试样点值）组成。TESTDACS1，TESTDACLK1，TESTSPAB1 用于对第一个 D/A 芯片（U501）的选择；TESTDACS2，TESTDACLK2，TESTSPAB2 用于对第二个 D/A 芯片（U502）的选择；TESTDACS3，TESTDACLK3，TESTSPAB3用于对第三个 D/A 芯片（U503）的选择。对每个

40、 D/A 芯片上三根信号线的含义同上。6. FEC 同步（解相位模糊）：在 OQPSK 解调方式下，Q1900 不能实现自同步功能，需外部对 I 与 Q 支路信号进行交换。FPGA 根据 OUTSYS 状态的变化，如果发现 Q1900 不能同步（OUTSYS 不断变化） ，则对 I 与 Q 的解调信号进行交换。因为 Q1900 在内部不能实现对 OQPSK 的全部译码同步，ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 20 页（共 152 页）其中一部分需通过外面辅助电路完成。DSP 处理模块结构框图如图 1.5.3 所示。DSP 处理模块电原理图如图 1

41、.5.4 所示。在该模块中测量点的定义如下：1.TP401：测试输出（因不同的调制方式，含义不同） ；2.TP402：测试输出（因不同的调制方式，含义不同） ；3.TP403：测试输出（因不同的调制方式，含义不同） ；4.TP404：测试输出（因不同的调制方式，含义不同） ；5.TP405：测试输出（因不同的调制方式，含义不同） ；6.TP406：I 支路解调输出；7.TP407：Q 支路解调输出；8.TP408：Viterbi 译码输出；9.TP409：Viterbi 失步输出指示（当 Viterbi 失步时，会有脉冲输出） ；10.TP410：I 支路编码输出码流；11.TP411：Q 支

42、路编码输出码流；12.TP412：FEC 编码输入数据；测试点 TP401TP405 的定义因系统的配置不同而有所变化，在实验中应对不同的传输工作方式分别加以区分。这部分电路工作过程如下：1. 在显示控制模块的控制下，对 FPGA、DSP 处理模块进行复位、初始化；2. 装载相应的 DSP 处理程序（如 FSK 解调程序） ，数字信号处理 DSP 对 FEC进行初始化设置，然后进入正常解调程序。3. 调制： 从信道接口模块中输入的数据进入 FPGA 进行处理： 首先送入 FEC 进行编码； FEC 编码数据送入 FPGA 中进行 Nyquist 成形滤波，将滤波后的数据送入 D/A 变换器中，

43、在 D/A 模块中进行滤波处理，然后在中频调制模块中进行调制；注：如果在调制解调器中不采用卷积编译码器，则该部分电路旁通，即：发端数据直接送入成形滤波器，而解调之后的数据直接送入数据接口中。4.解调： ZH7005B 平台接受外部中频信号，经中频解调模块变成基带信号，并ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 21 页（共 152 页）在 A/D 单元中转化为数字信号。 数字信号处理 DSP 在固定（在位定时算法控制下进行微调）的采样速率下，从 A/D 变换器中读取基带数字信号。 按相应算法对输入信号进行解调，并将解调之后的数据送入 FPGA 中。 F

44、PGA 将解调之后的数据首先送入 FEC 中进行 Viterbi 译码，FEC 译码之后的数据送入 FPGA，在 FPGA 作适当处理之后（波形整形等） ，送入信道接口模块。在 DSP 处理模块中，所有与调制、解调有关的量，均可通过测量 TP401TP412 及TP502TP506 获取。另外在该模块中，还设有用于数字信号处理 DSP 开发的 JTAG 接口 J401，学生只需在该接口插上 DSP 开发器，即可进行一般的数字信号处理 DSP 软件的开发。但在使用时注意插口方向，否则会损坏相应部件。U401：FPGAU406：DSPU402：BootROMU403,U404: RAMU405:Q

45、1900A/D: I,QD/A: I,Q终端接口测试接口图 1.5.3 DSP 处理模块功能框图ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 22 页（共 152 页） 图 1.5.4 DSP 处理模块电原理图 ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 23 页（共 152 页）1.6 D/A 模块模块在 ZH7005B 平台发送通道中，其接收外部的数据码流，经扰码差分、FEC 编码，最后 FEC 编码的码流经 Nyquist 滤波得到数字眼图信号，上面的过程大部分是在 FPGA中完成的。在 D/A 模块中，由 U

46、801（AD7528） 、U802（TL084） 、U803（TL084）组成。U801是一个内含双路的 D/A 模块，即 A 通道与 B 通道。D/A 的数字样点信号由DA7、DA6、DA5、DA4、DA3、DA2、DA1、DA0 管脚输入，ModDACLK 是 U801 的数据输入时钟，在该时钟的上升沿，管脚上的数字信号DA7、DA6、DA5、DA4、DA3、DA2、DA1、DA0 进入 D/A 器件，至于哪个通道接收数据由管脚 ModDASPAB 选择。当其为低电平时选择 A 通道，当为高电平时选择 B 通道。U802A、U803A 是 D/A 的输出运放，在 U802A 的 1 脚、U

47、803A 的 1 脚上可测出 I、Q 支路上具有锯齿波的模拟信号，该信号除了含有所需的基带信号外，还包括高次谐波信号。U802B、C 组成 64KHz 的低通滤波器，其主要是滤除 I 支路的高阶谐波分量，U802D 对信号电平进行放大、直流消除后（电阻 R809、R810 组成的偏置电路）送到后面的调制器中。U803B、C 组成 64KHz 的低通滤波器，其主要是滤除 Q 支路的高阶谐波分量，U803D 对信号电平进行放大输出、直流消除后（电阻 R819、R820 组成的偏置电路）送到后面的调制器中。D/A 模块框图如图 1.6.1 所示, 原理图如图 1.6.2 所示。在 D/A 模块中，测

48、试点的定义如下：1、 TP801：通道 I 的 D/A 输出；2、 TP802：通道 Q 的 D/A 输出；3、 TP803：通道 I 的低通滤波器输出；4、 TP804：通道 Q 的低通滤波器输出；U801：D/AU802A：D/A 输出U802B、C：低通滤波U802D：放大FPGA滤波输出到调制器U802A：D/A 输出U802B、C：低通滤波U802D：放大图 1.6.1 D/A 模块框图ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 24 页（共 152 页） 图 1.6.2 D/A 模块电原理图 ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多

49、体制移动通信实验平台实验指导书第 25 页（共 152 页）1.7 中频调制模块中频调制模块中频调制模块将成形之后的基带信号调制到 1.024MHz 的中频上。载波为固定的本地载频 1.024MHz。中频调制器模块由平衡调制器、本地振荡器、90 度移相器、合路器与放大器组成。在中频调制器中，正交 90 度载波的产生工作原理：U904 是本地 2.048MHz 的固定振荡器，U905A 为二分频器，从而形成同相支路的载波信号。Q 支路信号比 I 支路滞后 90 度，其产生是对 U905A 分频出来的信号通过U905B 进行延时 90 度实现。这样得到正交的 1.024MHz 的方波信号，这两个方

50、波信号分别经 U906B、C 与 U906E、D 进行缓冲处理后送入由（R935、C916、L901、C917、C936）或（R939、C918、L902、C919、R940）组成的无源低通波器，得到二个 1.024MHz 的正弦信号。这两个正交本地载波信号分别送入 I、Q支路的平衡调制器中。中频调制模块的基本工作原理如下：有源平衡乘法器对信号输入的电平要求较低，中频调制模块与 D/A 模块之间的信号接口电平为 4Vp-p，在 I 支路 R902、R903 组成分压电路，保证进入到调制器的信号电平为 250mv。这种接口的设计目的是减少接口之间长线传输的干扰信号。R904、R905、W901

51、组成偏置调整电路，其主要目的是减少调制器的载漏输出，仔细调W901 可以使载漏输出很小，从而减少对调制信号性能的影响。调制器是通过 MC1496 平衡乘法器实现，其本地载波为 1.024MHz 的低中频信号。Q 支路原理与 I 支路完全一样，这儿不再叙述。U903A 组成有源合路器，将 I、Q 支路信号进行合路输出。U903B 为放大器，使输出调制信号电平为 2Vp-p。对于调制器而言主要有以下三方面的主要指标：1.平衡性：如果 I、Q 支路不平衡，将影响信道的解调性能。例如在 QPSK 调制方式中，其星座图上的四个点将不在 45 度、135 度、225 度、315 度上；2.正交性：其对系统

52、性能的影响同上；3.线性度：线性度不好，将产生码间串扰（ISI） ；4.载漏：一方面消耗系统有限的功率，同时在解调器中易产生直流漂移。载漏的调整方法：将 K801、K802 的短路器去掉，使调制模块没有信号输入。轮流调整电位器 W901、W902 使 TP904 没有信号输出。ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 26 页（共 152 页）该模块的功能框图如图 1.7.1 所示。该模块的电原理图如图 1.7.2 所示。在中频调制模块中，测试点的设置如下：1、 TP901：输入的 I 路基带信号；2、 TP902：输入的 Q 路基带信号；3、 TP9

53、03：本地载波信号；4、 TP904：调制输出信号；基带成形U901：平衡调制器U902：平衡调制器U903A合路器U903B放大器U904： 2048KHz振荡器U905 ：分频器（90 度移相器）低通滤波器低通滤波器图 1.7.1 中频调制模块框图ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 27 页（共 152 页） 图 17.2 中频调制模块电原理图 ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 28 页（共 152 页）1.8 中频解调模块中频解调模块中频解调模块将输入的 1.024MHz 调制信号（可能是形

54、式多样的调制信号） ，与本地压控晶体振荡器的输出信号（1.024MHz）进行混频，从而解调出基带信号。在中频解调模块具有以下功能块：1、 放大器 U7022、 平衡混频器 U703、U704；3、 VCXO：由 U705AB、D701、D702 等元件组成；4、 正交本振信号产生器：由 U706AB、U707ABFE 等元件组成；5、 无源低通滤波：由 R741、C722、L701、C723、R742、R743 组成同相支路本地载波低通滤波，由 R745、C724、L702、C725、R746、R747 组成正交支路本地载波低通滤波；U702B、A 组成放大电路，其主要起缓冲、隔离的作用。U7

55、03、U704 平衡乘法器组成解调模块，W702、W703 为直流偏置调整电路。无信号输入时，调整 W702、W703 使TP706、TP705 输出信号最小。U705A、B、D701、D702 组成 VCXO，在输入电压的控制下改变振荡器的输出频率，其中心振荡频率为 2048KHz，该电路为解调电路 PLL 环的组成部分。选择开关 K701 是选择由环路输出控制电压进行控制，还是由 W701 电位器进行手动调整控制，正常情况一般选择在 1-2 位置（短路器置于左端） 。当 K701 置于 1-2 端时选择由解调器的 PLL 输出控制（其来源于测试模块的第一路 D/A 输出 PLLOUT） ；

56、当 K701 置于 2-3 脚时，选择测试控制信号，VCXO 的测试控制信号由电位器 W701 提供，调整 W701 可改变 VCXO的控制电压，从而可以测试 VCXO 的电压-频率特性。VCXO 输出本地 2.048MHz 的方波信号，经 U706A 进行二分频器后，得到 1.024MHz 的同相方波信号。该方波信号经U706B 进行 90 度移相后得到 Q 支路的正交支路方波信号， Q 支路信号比 I 支路滞后 90度。这样得到正交的 1.024MHz 的方波信号，这两个方波信号分别经 U707A、B 与U707F、E 进行缓冲处理后送入由 R741、C722、L701、C723、R742

57、、R743 或R745、C724、L702、C725、R746、R747 组成的无源低通波器，得到二个 1.024MHz 的正弦信号。这两个正交本地载波信号分别送入 I、Q 支路的平衡调制器中。在中频解调模块中，K702 没有使用，在使用中固定接在 1-2 的位置。中频解调模块电路框图见图 1.8.1 所示。中频解调模块电原理图如图 1.8.2 所示。在中频解模块中，测试点的定义如下：1、 TP701：输入中频信号；ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 29 页（共 152 页）2、 TP702：放大输出信号；3、 TP703：VCXO 控制输入电

58、压；4、 TP704：VCXO 输出信号；5、 TP705：Q 支路解调输出信号；6、 TP706：I 支路解调输出信号；U702A、 B ：放大器U703：平衡混频器U704：平衡混频器U705：VCXO（2MHZ）U706：2 分频器 （90度移相器1MHZ 低通滤波1MHZ 低通滤波图 1.8.1 中频解调模块框图ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 30 页（共 152 页） 图 1.8.2 中频解调模块电原理图 ZH7005B 多体制移动通信实验平台实验指导书多体制移动通信实验平台实验指导书第 31 页（共 152 页）1.9 A/D 模

59、块模块在 ZH7005B 平台中，其接收外部中频信号，在中频解调模块中进行解调，变换成正交的 I、支路基带模拟信号。、支路信号在 A/D 模块中完成以下三方面的功能：1、 首先经过四阶低通滤波器：将带外噪声或干扰滤除，消除 A/D 采样时的折叠噪声，否则影响解调器的性能；2、 再进行直流电平调整：以满足 A/D 对信号直流偏置的要求；3、 经 TLC5510 将模拟的 I、Q 路基带信号进行量化（A/D） ，以便送入 DSP 处理模块进行处理；以支路为例说明在/D 模块中信号的基本流程：K601 选择测试信号还是支路的输入信号。当 K601 处于 2-3 位置时，将选择外部测试信号，测试信号由

60、 J003、J004（地）从外部加入；当 K601 处于 1-2 位置时，支路将选择由中频解调模块送来的基带信号。U601C、U601D 组成了 64KHz 的低通滤波器，这是一个增益为 0dB 标准的 Butterworth 低通滤波器。该滤波器的目的是滤除信号的带外噪声，同时也是用于 A/D 之前的抗混叠滤波。U601B 完成对信号的电平调整，使输入信号的电平在最佳的量化范围内，对于一般 MODEM 信号输入电平一般是 A/D 满幅的 1/2左右， 在该模块中，A/D 的满幅为 2Vp-p，因而在 TP605 的信号电平一般为 0.8Vp-p，这是通过调整电位器 W601 进行的。最后，支