《移动通信课程设计报告》要点

1、移动通信实训报告-基于实验箱实验结果的MATLAB通信系统仿真设计姓名： 李有芬 学号： 7 年级： 2011级 专业： 通信技术专业 自机学院通信技术教研室2013年12月目录移动通信课程设计任务书2一、课题目的：2二、课题要求：2三、时间进度表：3四、评分标准：（90附加分：10）3实训一 语音通信中的PCM编码、解码5、PCM编码8、PCM解码8实训二 时分复用解复用9时分复用解复用10实训三 数字通信中的MSK、GMSK调制解调12、MSK调制解调13、GMSK调制解调14实训四 数字通信中的QPSK、OQPSK、DQPSK、及/4DQPSK调制解调（选二）16、数字通信中的QPSK1

2、6、数字通信中的OQPSK17总结19移动通信课程设计任务书学院： 自动控制与机械工程学院 年级： 2011 专业： 通信技术 班级： 通信技术1班 学号： 7 姓名： 李有芬 一、课题目的：本课程设计的目的是通过观察ZYE1101F现代通信系统实验箱相关实验波形后记录结果，并通过MATLAB软件（或其它设计软件）进行实验的仿真，最后利用Protel99se（或其它设计软件）进行电路仿真。从中锻炼实际实验操作能力、软件仿真、以及电路设计的能力，加深对移动通信课程的理解。实训一 语音通信中的PCM编码、解码实训二 时分复用解复用实训三 数字通信中的MSK、GMSK调制解调及其调制解调实训四 数字

3、通信中的QPSK、OQPSK、DQPSK、及/4DQPSK调制解调（选二）二、课题要求：（一）基本要求：1.根据实验步骤在“ZYE1101F现代通信系统实验箱”完成实验。2.记录相关点的波形，运用软件的方法对所选课题的通信系统进行设计：1）画出原理框图；2）运用Matlab中的工具箱Simlink进行仿真实验；3）改变相关参数记录仿真情况并进行分析说明。3. 完成设计说明书（文章中包含实验结果、设计方案、原理、框图、仿真图、仿真波形、电路图扩展部份以及综合分析）。（二）扩展部分：查阅资料，运用Protel99se软件绘制相关电路图。三、时间进度表：序号内容安排时间（天）备注1下任务书、选题并熟

4、悉实验步骤，熟悉实验内容，收集资料。22进实验室分组进行实验，观察实验结论并进行记录。03介绍Matlab软件基础知识及相关基础应用技能。14进行软件仿真试验，观察结果并与实验结果进行对比分析。65运用Protel99se软件绘制相关电路图。（扩展部分）06完成设计说明书。17考核。0合计10四、评分标准：（90附加分：10）1.完成实验，结果正确（20分）。2.记录相关点的波形，运用软件的方法对所选课题的通信系统进行设计（30分）1）画出原理框图；（10分）2）运用matlab中的工具箱simlink进行仿真实验；（10分）3）改变相关参数记录仿真情况并进行分析说明。（10分）3. 查阅资料

5、，运用Protel99se软件绘制相关电路图；（附加分：10分）（注：本部分为该课程设计的扩展部份。）4. 完成设计说明书（实验结果、设计方案、原理、框图、仿真图、仿真波形、电路图扩展部份以及综合分析）。（20分）5. 答辩。（20分）实训一 语音通信中的PCM编码、解码脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation)在通信系统中完成将语音信号数字化功能。是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。PCM 对信号每秒钟取样 8000 次；每次取样为8个位，总共64kbps。PCM的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完

6、成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和 律方式。欧洲和我国大陆采用A律，北美、日本和其他一些国家和地区采用 律。本设计采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码，采用非均匀量化PCM编码。基于PCM的语音信号编码与译码性能分析，就是将一段模拟信号进行数字化，并通过对实际语音信号进行PCM编码和译码来掌握PCM编码和译码原理及其实现方法，提高我们综合应运基础知识能力和计算机编程能力，为今后的学习和工作积累经验。 1、脉冲编码原理 通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符

7、号的基本过程，成为脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation)，简称脉冲调制。PCM是一种对模拟信号数字化的取样技术，是一种将模拟信号变换为数字信号的编码方式。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和 律方式。本设计采用了A律方式，采用非均匀量化PCM编码示意图如下图所示： 语音输入低通滤波、瞬时压缩抽样量化编码信道再生、解码、解调瞬时扩张、低通滤波话音输出 图1-1 PCM原理框图2、抽样原理所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，

8、也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的 3、量化原理模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号 较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求2。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔 也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优

9、点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是 压缩律和A压缩律。美国采用 压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，因此，PCM编码方式采用的也是A压缩律。模拟信号的量化过程如图1-2所示3： 图1-2 模拟信号的量化4、编码原理所谓编码就是把

10、量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。5、译码原理PCM译码器是实现PCM编码的逆系统。其中各模块功能如下5：D/A转换器：用来实现与A/D转换相反的过程，实现数字量转化为模拟量，从而达到译码最基本的要求，也就是最起码的步骤。瞬时扩张器：实现与瞬时压缩器相反的

11、功能，由于采用 A 律压缩，扩张也必须采用A律瞬时扩张器。 低通滤波器：由于采样脉冲不可能是理想冲激函数会引入孔径失真，量化时也会带来量化噪声，及信号再生时引入的定时抖动失真，需要对再生信号进行幅度及相位的补偿，同时滤除高频分量，在这里使用与编码模块中相同的低通滤波器。、PCM编码PCM编码、PCM解码PCM解码实训二 时分复用解复用 1、复用部分及解复用部分原理在实际的通信系统中，为了提高通信系统的利用率，往往用多路通信的方式来传输信号。所谓多路通信，就是指把多个不同信源所发出的信号组合成一个群信号，并经由同一信道进行传输，在收端再将它分离并将它们相应接收。时分复用就是一种常用的多路通信方式

12、。时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理使连续的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,并且每一个抽样值占用的时间越短，能够传输的路数也就越多。图18-1表示的是两个基带信号在时间上交替出现。显然这种时间复用信号在接收端只要在时间上恰当地进行分离，各个信号就能分别得到恢复。这就是时分复用的概念。此外，时分复用通信系统有两个突出的优点，一是多路信号的汇合与分路都是数字电路，简单、可靠；二是时分复用通信系统对非线性失真的要求比较低。

13、复用部分的原理框图解复用原理框图时分复用解复用时分复用解复用 Scope1 scope Scope2实训三 数字通信中的MSK、GMSK调制解调1、数字通信中MSK、GMSK调制解调最小移频键控(Minimum Shift Keying)，简记为MSK,有时也称为快速移频键控(FFSK)。最小移频键控(MSK)是移频键控(FSK)的一种改进型。在FSK方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号；而“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。MSK是一种在无线

14、移动通信中很有吸引力的数字调制方式，它具有以下两种主要的特点：1. 信号能量的99.5%被限制在数据传输速率的1.5倍的带宽内。谱密度随频率(远离信号带宽中心)倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位FSK信号的谱密度却随频率倒数的平方下降。因此，MSK信号在带外产生的干扰非常小。这正是限带工作情况下所希望有的宝贵特点。2. 信号包络是恒定的，系统可以使用廉价高效的非线性器件。MSK调制的基本原理 MSK称为最小移频键控，是二进制移频键控(2FSK)的一种改进形式。在FSK方式中，两个码元之间的载波相位可以是连续的，也可以是不连续的，而MSK属于连续相位移频键控中的一种特殊情况。这里“最小”指的是

15、MSK能以最小的调制指数或频偏比获得调制信号。 数字通信中的GMSK调制解调高斯滤波最小频移键控(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying GMSK)调制技术简记为GMSK，是从MSK (Minimum Shift Keying)调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个Gauss滤波器(预调制滤波器)进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。由于数字信号在调制前进行了Gauss预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK调制的

16、信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如现在广泛使用的GSM(Global System for Mobile communication)移动通信体制就是使用GMSK调制方式。GMSK调制的基本原理GMSK信号是在MSK调制信号的基础上发展起来的，MSK信号可以看成是调制指数为0.5的连续相位FSK信号。尽管MSK它具有包络恒定、相位连续、相对较窄的带宽和能相干解调的优点，但它不能满足某些通信系统对带外辐射的严格要求。为了压缩MSK信号的功率谱，在MSK调制前增加一级预调制滤波器，从而有效的抑制了信号的带外辐射，得到较好的频谱特性GMSK调制的关键是设计一个性能良好的高斯

17、低通滤波器。GMSK的调制原理图如图 GMSK调制原理图、MSK调制解调MSK调制解调 、GMSK调制解调 GMSK调制解调 实训四 数字通信中的QPSK、OQPSK、DQPSK、及/4DQPSK调制解调（选二）、数字通信中的QPSKQPSK调制解调原理1、QPSK调制QPSK信号的产生方法可分为调相法和相位选择法。用调相法产生QPSK信号的组成方框图如图所示 2、QPSK解调 QPSK相干解调器数字通信中的QPSK QPSK 、数字通信中的OQPSKOQPSK调制解调原理OQPSK又叫偏移四相相移键控，它是基于QPSK的改进型，为了克服QPSK中过零点的相位跃变特性，以及由此带来的幅度起伏不恒定和频带的展宽（通过带限系统后）等一系列问题。若将QPSK中并行的I，Q两路码元错开时间（如半个码元），称这类QPSK为偏移QPSK或OQPSK。通过I，Q路码元错开半个码元调制之后的波形，其载波相位跃变由180降至90，避免了过零点，从而大大降低了峰平比和频带的展宽。 OQPSK调制器框图 OQPSK相干解调器框图数字通信中的OQPSK 数字通信中的OQPSK 总结在本次课程实践学习中，我们从探索、提问开始，慢慢熟悉软件的使用和课本知识的应用，一步步完成我们的仿真设计，加深了对理论的知识的理解，也对实践使