移動通信實驗指導(dǎo)書

凌特電子優(yōu)質(zhì)出品移動通信綜合系統(tǒng)多媒體課件武漢凌特電子技術(shù)有限公司W(wǎng)UHANLABTECHELECTRONICSTECHNOLOGYCO.,LTD地址：武漢市洪山區(qū)卓刀泉南路3-21號郵編：430079電話真opyright(C)

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公司主頁聯(lián)系我們公司簡介進(jìn)入課件GSM通信系統(tǒng)框圖數(shù)字信源信道編碼基帶成形IQ調(diào)制非相干解調(diào)載波信道譯碼輸出IQ解調(diào)本地載波發(fā)送系統(tǒng)接收系統(tǒng)功放小信號放大信源編譯碼模塊信源譯碼時鐘測試點及插孔話筒插孔耳機插孔天線發(fā)送端口及測試點信源編碼時鐘測試點及插孔信源編碼輸出測試點及插孔信源譯碼輸入測試點及插孔天線接收端口及測試點基帶成形模塊時鐘信號輸出測試點及插孔選擇調(diào)制方式基帶成形后I路輸出測試點及插孔串并變換后I路輸出測試點基帶信號輸入測試點及插孔PN序列輸出測試點及插孔串并變換后Q路輸出測試點基帶成形后Q路輸出測試點及插孔基帶信號延時輸出測試點IQ調(diào)制解調(diào)模塊I路基帶信號輸入測試點及插孔I路調(diào)制載波輸入測試點解調(diào)載波信號輸入測試點及插孔復(fù)位鍵（解決相位模糊問題）Q路解調(diào)輸出測試點及插孔I路解調(diào)輸出測試點及插孔QPSK信號輸出測試點及插孔Q路調(diào)制載波輸入測試點Q路基帶信號輸入測試點及插孔解調(diào)載波信號輸出測試點及插孔I路解調(diào)載波輸入測試點Q路解調(diào)載波輸入測試點QPSK信號輸入測試點及插孔Q路調(diào)制輸出測試點及插孔I路調(diào)制輸出測試點及插孔PSK載波恢復(fù)模塊Q路解調(diào)輸入測試點及插孔I路解調(diào)輸入測試點及插孔同步載波輸出測試點及插孔VCO-Cr乘法器輸出測試點鎖相調(diào)節(jié)旋鈕CDMA發(fā)送模塊PN序列信號的時鐘輸出第一路擴頻輸出測試點第一路信號輸入第一路擴頻經(jīng)濾波后輸出PN序列輸出測試點及插孔第一路碼址選擇第二路碼址選擇第二路擴頻經(jīng)濾波后輸出第二路擴頻輸出測試點第二路信號輸入擴頻碼時鐘輸出復(fù)位鍵CDMA接收模塊調(diào)制信號輸入端口DLL的復(fù)合前超前支路信號DLL的復(fù)合前滯后支路信號DLL的復(fù)合相關(guān)特性觀測點解擴信號輸出端口自相關(guān)特性觀測點本地滯后擴頻碼調(diào)節(jié)擴頻碼捕獲旋鈕本地超前擴頻碼本地同相擴頻碼調(diào)節(jié)放大增益旋鈕調(diào)節(jié)擴頻碼跟蹤旋鈕接收碼址選擇小信號放大輸出端口本地同相擴頻碼時鐘復(fù)位鍵碼元再生模塊恢復(fù)的位時鐘再生后的基帶信號再生后的I路信號再生后的Q路信號I路解調(diào)信號輸入Q路解調(diào)信號輸入選擇解調(diào)方式信道編碼及交織模塊編碼時鐘輸入二分頻后的PN序列延遲后的PN序列輸出譯碼時鐘輸出信道編碼輸出延遲后的PN序列輸出幀同步輸出插入錯誤指示選擇是否交織，插入誤碼及選擇誤碼碼型復(fù)位鍵信道譯碼及解交織模塊譯碼時鐘輸入信道編碼信號輸入延遲后的PN序列輸入與譯碼信號同相的原碼輸出位時鐘輸出解碼、解交織輸出幀同步輸出標(biāo)示錯碼位置選擇是否解交織復(fù)位鍵MSK/GMSK非相干數(shù)字解調(diào)模塊I-IN經(jīng)運放信號觀測點解調(diào)后的I路信號輸入解調(diào)后的Q路信號輸入Q-IN經(jīng)運放信號觀測點過零檢測前的信號輸出位同步信號輸出非相干解調(diào)后的再生信號輸出位同步信號輸出Q-IN經(jīng)運放放大幅度旋鈕I-IN經(jīng)運放放大幅度旋鈕信道模擬模塊原始信號測試點AD幅度調(diào)節(jié)旋鈕信道模擬切換選擇按鈕噪聲幅度旋鈕調(diào)制信號輸入測試點和插孔原始信號幅度旋鈕噪聲信號測試點復(fù)位鍵信號疊加輸出測試點AD輸出測試點信道模擬輸出測試點和插控移動通信實驗實驗四MSK調(diào)制與相干解調(diào)實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)實驗實驗六MSK、GMSK非相干數(shù)字解調(diào)實驗實驗十四白噪聲信道模擬實驗實驗十九GSM通信系統(tǒng)試驗實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)試驗圖4-1MSK信號的頻率間隔與波形

實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)圖4-2附加相位函數(shù)及附加相位路徑網(wǎng)格（a）附加相位函數(shù)；（b）附加相位路徑網(wǎng)格實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)圖4-3MSK調(diào)制器原理框圖實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)圖4-4MSK成形信號實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)圖4-5MSK解調(diào)器原理框圖實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)一、實驗?zāi)康亩?、實驗?nèi)容三、基本原理四、實驗原理五、實驗框圖六、實驗步驟七、實驗結(jié)果實驗?zāi)康?、了解MSK調(diào)制原理及特性2、了解MSK解調(diào)原理及特性3、了解載波在相干及非相干時的解調(diào)特性實驗內(nèi)容1、觀察I、Q兩路基帶信號的特征及與輸入NRZ碼的關(guān)系2、觀察IQ調(diào)制過程中各信號變化3、觀察解調(diào)載波相干時和非相干時各信號的區(qū)別實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)1、MSK調(diào)制原理

MSK稱為最小移頻鍵控調(diào)制，是一種恒包絡(luò)調(diào)制，這是因為MSK屬于二進(jìn)制連續(xù)相位移頻鍵控（CPFSK）的一種特殊情況，它不存在相位躍變點，因此在帶限系統(tǒng)中，能保持恒包絡(luò)特性。恒包絡(luò)調(diào)制有以下優(yōu)點：極低的旁瓣能量；可使用高效率的C類功率放大器；容易恢復(fù)用于相干解調(diào)的載波；已調(diào)信號峰平比低。

MSK是CPFSK滿足移頻系數(shù)時的特例：當(dāng)時，滿足在碼元交替點相位連續(xù)的條件，是移頻鍵控為保證良好的誤碼性能所允許的最小調(diào)制指數(shù)；且此時波形的相關(guān)性為0，待傳送的兩個信號是正交的。它能比PSK傳送更高的比特速率。

基本原理實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)

二進(jìn)制MSK信號的表達(dá)式可寫為：

——載波角頻率；

——碼元寬度；

——第k個碼元中的信息，其取值為±1；

——第k個碼元的相位常數(shù)，它在時間中保持不變

MSK信號的頻率間隔與波形如圖4-1所示：令稱為附加相位函數(shù)，它是MSK信號的總相位減去隨時間線性增長的載波相位而得到的剩余相位。在任一個碼元期間內(nèi)的變化量總是。時，增大，時，減小。

實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)圖4-2（a）是針對一特定數(shù)據(jù)序列畫出的附加相位軌跡；圖4-2（b）表示的是附加相位路徑的網(wǎng)格圖，它是附加相位函數(shù)由零開始可能經(jīng)歷的全部路徑。與之間的關(guān)系舉例給出，如下表所示。相位常數(shù)與的關(guān)系實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)1234561－1－11110ππ－2π－2π－2π0ππ000MSK信號具有如下特點：

(1)已調(diào)信號的振幅是恒定的；

(2)信號的頻率偏移嚴(yán)格地等于，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)；

(3)以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確的線性化變化；

(4)在一個碼元期間內(nèi)，信號應(yīng)包括四分之一載波周期的整數(shù)倍；

(5)在碼元轉(zhuǎn)換時刻信號的相位是連續(xù)的，或者說，信號的波形沒有突跳。MSK調(diào)制器框圖如圖4-3所示。輸入數(shù)據(jù)NRZ，然后通過CPLD電路實現(xiàn)差分編碼及串/并轉(zhuǎn)換，得到Ik、Qk兩路數(shù)據(jù)。波形選擇地址生成器是根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)（Ik或Qk）輸出波形選擇的地址。存儲各種波形數(shù)據(jù)的EEPROM根據(jù)CPLD輸出的地址來輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后通過D／A轉(zhuǎn)換器得到我們需要的基帶波形，最后通過乘法器調(diào)制，運放求和就得到了我們需要的MSK調(diào)制信號。

實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)MSK基帶波形只有兩種波形組成，如圖4-4所示在MSK調(diào)制中，成型信號取出原理為（點擊查看波形）：由于成形信號只有兩種波形選擇，因此當(dāng)前數(shù)據(jù)取出的成形信號只與它的前一位數(shù)據(jù)有關(guān)。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)與前一數(shù)據(jù)相同，數(shù)據(jù)第一次保持時，輸出的成形信號不變（如果前一數(shù)據(jù)對應(yīng)波形1，那么當(dāng)前數(shù)據(jù)仍對應(yīng)波形1）；從第二次保持開始，輸出的成形信號與前一信號相反（如果前一數(shù)據(jù)對應(yīng)波形1，那么當(dāng)前數(shù)據(jù)對應(yīng)波形2）。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)與前一位數(shù)據(jù)相反，數(shù)據(jù)第一次跳變時，輸出的成形信號與前一信號相反（如果前一數(shù)據(jù)對應(yīng)波形1，那么當(dāng)前數(shù)據(jù)對應(yīng)波形2），從數(shù)據(jù)第二次跳變開始，輸出的成形信號不變（如果前一數(shù)據(jù)對應(yīng)波形1，那么當(dāng)前數(shù)據(jù)仍對應(yīng)波形1）實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)2、MSK解調(diào)原理

MSK信號的解調(diào)與FSK信號相似，可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)方式。本實驗?zāi)K中采用一種相干解調(diào)的方式。

MSK解調(diào)器方框圖如圖4-5所示：將得到的MSK調(diào)制信號正交解調(diào)，通過低通濾波器得到基帶成形信號，并對由此得到的基帶信號的波形進(jìn)行電平比較得到數(shù)據(jù)，再將此數(shù)據(jù)經(jīng)過CPLD的數(shù)字處理，就可解調(diào)得到NRZ碼。在實際系統(tǒng)中，相干載波是通過載波同步獲取的，相干載波的頻率和相位只有和調(diào)制端載波相同時，才能完成相干解調(diào)。由于載波同步不是本實驗的內(nèi)容，因此在本模塊中的相干載波是直接從調(diào)制端引入，因此解調(diào)器中的載波與調(diào)制器中的載波同頻同相。實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)實驗原理1、實驗?zāi)K簡介

本實驗需用到基帶成形模塊、IQ調(diào)制解調(diào)模塊、碼元再生模塊及PSK載波恢復(fù)模塊。（1）基帶成形模塊(點擊查看測試點說明)：產(chǎn)生PN31偽隨機序列作為信源；將基帶信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換；按調(diào)制要求進(jìn)行基帶成形，形成兩路正交基帶信號。（2）IQ調(diào)制解調(diào)模塊(點擊查看測試點說明)

：產(chǎn)生調(diào)制及解調(diào)用的正交載波；完成射頻正交調(diào)制及小功率線性放大；完成射頻信號正交解調(diào)。（3）碼元再生模塊(點擊查看測試點說明)

：從解調(diào)出的IQ基帶信號中恢復(fù)位同步，并進(jìn)行抽樣判決，然后并串轉(zhuǎn)換后輸出。（4）PSK載波恢復(fù)模塊(點擊查看測試點說明)

：與IQ調(diào)制解調(diào)模塊上的解調(diào)電路連接起來組成一個完整的科斯塔斯環(huán)恢復(fù)PSK已調(diào)信號的載波，同時可用作一個獨立的載波源。本實驗只使用其載波源。2、實驗電路說明MSK調(diào)制

基帶成形模塊產(chǎn)生的PN碼（由PN31端輸出）輸入到串并轉(zhuǎn)換電路中（由NRZIN端輸入）進(jìn)行差分編碼，然后進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，串并轉(zhuǎn)換后I路直接輸出，Q路經(jīng)半個碼元延遲后輸出，輸出的IQ兩路數(shù)字基帶信號，經(jīng)波形預(yù)取電路判斷，取出相應(yīng)的模擬基帶波形數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出。IQ兩路模擬基帶信號送入IQ調(diào)制解調(diào)模塊中的IQ調(diào)制電路分別進(jìn)行DSB調(diào)制，然后相加形成MSK調(diào)制信號，經(jīng)放大后輸出。MSK已調(diào)信號載波為10.7MHz，是由21.4MHz本振源經(jīng)正交分頻產(chǎn)生。

實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)MSK解調(diào)

MSK已調(diào)信號送入IQ調(diào)制解調(diào)模塊中的IQ解調(diào)電路分別進(jìn)行DSB相干解調(diào)，相干載波由調(diào)制端的本振源經(jīng)正交分頻產(chǎn)生。解調(diào)輸出的IQ兩路模擬基帶信號送入碼元再生模塊進(jìn)行整形及抽樣判決，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信元后再進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，經(jīng)差分譯碼后輸出。抽樣判決前IQ信號需經(jīng)整形變?yōu)槎敌盘?，并且需恢?fù)位同步信號。位同步信號恢復(fù)由碼元再生模塊中的數(shù)字鎖相環(huán)完成。IQ兩路抽樣判決的位同步信號相差半個碼元。

IQ解調(diào)電路的載波也可由PSK載波恢復(fù)模塊上的本振源提供，此時解調(diào)變?yōu)榉窍喔山庹{(diào)，從解調(diào)輸出的模擬基帶信號可以看出信號失真很大，無法進(jìn)行碼元再生。實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)IQ調(diào)制基帶成型MSK調(diào)制實驗框圖實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)IQ解調(diào)碼元再生MSK解調(diào)實驗框圖1、在實驗箱上正確安裝基帶成形模塊（以下簡稱基帶模塊）、IQ調(diào)制解調(diào)模塊

（以下簡稱IQ模塊）、碼元再生模塊（以下簡稱再生模塊）和PSK載波恢復(fù)

模塊。2、MSK調(diào)制實驗。

a、關(guān)閉實驗箱總電源，用臺階插座線完成如下連接（點擊查看）

*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。

b、按基帶成形模塊上“選擇”鍵，選擇MSK模式（MSK指示燈亮）。源端口目的端口連線說明基帶模塊：PN31基帶模塊：NRZIN提供PN31偽隨機序列基帶模塊：I-OUTIQ模塊：I-IN將串并變換后的I路信號進(jìn)行調(diào)制基帶模塊：Q-OUTIQ模塊：Q-IN將串并變換后的Q路信號進(jìn)行調(diào)制實驗步驟實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)c、用示波器對比觀察“NRZIN”和“NRZOUT”信號，寫出編碼規(guī)則。

d、用示波器觀察基帶模塊上“NRZ-I”及“NRZ-Q”測試點，并分別與“NRZ

OUT”測試點的信號進(jìn)行對比，觀察串并轉(zhuǎn)換情況。

e、用示波器觀測基帶模塊上“I-OUT”和“Q-OUT”點信號，并分別與“NRZ-

I”、“NRZ-Q”對比，說明MSK信號成形規(guī)則

f、用頻譜分析儀觀測調(diào)制后MSK信號頻譜（可用數(shù)字示波器上FFT功能替代

觀測）3、MSK相干解調(diào)實驗

a、關(guān)閉實驗箱總電源，保持步驟2中的連線不變，用同軸視頻線完成如下連

接（點擊查看連線）

實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)

*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。

c、對比觀測解調(diào)前后I路信號示波器探頭分別接IQ解調(diào)“I-OUT”端及基帶“I-OUT”端，注意觀察兩者是

否一致。若一致表示解調(diào)正確，若不一致可能是載波相位不對，可按IQ模塊復(fù)位鍵復(fù)位或重新開關(guān)該模塊電源復(fù)位。

d、對比觀測解調(diào)前后Q路信號示波器探頭分別接IQ解調(diào)“Q-OUT”端及基帶“Q-OUT”端，注意觀察兩者

是否一致。若一致表示解調(diào)正確，若不一致可能是載波相位不對，可按IQ

模塊復(fù)位鍵復(fù)位或重新開關(guān)該模塊電源復(fù)位。實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)源端口目的端口IQ模塊(載波單元)：輸出（J5）IQ模塊（載波單元）：輸入（J4）IQ模塊(IQ調(diào)制單元)：輸出（J2）IQ模塊（IQ調(diào)制單元）：輸入（J3）4、MSK再生信號觀察

a、關(guān)閉實驗箱總電源，保持步驟2、3中的連線不變，用臺階插座線完成如下

連接（點擊查看連線）*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。

b、按再生模塊上“選擇”鍵，選擇MSK模式（MSK指示燈亮）。

c、對比觀測原始NRZ信號與再生后的NRZ信號示波器探頭分別接再生模塊上“NRZ”端和基帶模塊上“NRZIN”端，觀察

兩路碼元是否一致。若一致表示解調(diào)正確，若不一致可回步驟2重新實驗。5、MSK非相干解調(diào)實驗斷開IQ模塊上載波“輸出”端與該模塊上載波“輸入”視頻線，將IQ模塊上載波“輸入”端與PSK載波恢復(fù)模塊上“VCO-OUT”端連接起來，此時載波不同步。從步驟2開始再次觀察各信號。源端口目的端口連線說明IQ模塊：I-OUT再生模塊：I-IN將解調(diào)后的I路信號進(jìn)行抽樣判決IQ模塊：Q-OUT再生模塊：Q-IN將解調(diào)后的Q路信號進(jìn)行抽樣判決實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)點擊圖上查看各點波形單擊查看連線c、用示波器觀察基帶模塊上“NRZ-I”及“NRZ-Q”測試點，并分別與“NRZOUT”測試點的信號進(jìn)行對比，觀察串并轉(zhuǎn)換情況。

a、按基帶成形模塊上“選擇”鍵，選擇MSK模式（MSK指示燈亮）實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)g、用頻譜分析儀觀測調(diào)制后MSK信號頻譜（可用數(shù)字示波器上FFT功能替代觀測）d、用示波器觀測基帶模塊上“I-OUT”和“Q-OUT”點信號，并分別與“NRZ-I”、“NRZ-Q”對比，說明MSK信號成形規(guī)則b、用示波器對比觀察“NRZIN”和“NRZOUT”信號結(jié)束在MSK調(diào)制基礎(chǔ)上繼續(xù)連線單擊查看連線b、示波器探頭分別接IQ解調(diào)“I-OUT”端及基帶“I-OUT”端，注意觀察兩者是否一致。若不一致可能是載波相位不對，可按IQ模塊復(fù)位鍵復(fù)位或重新開關(guān)該模塊電源復(fù)位。a、示波器探頭分別接IQ解調(diào)“I-OUT”及“Q-OUT”端，觀察解調(diào)波形。

c、示波器探頭分別接IQ解調(diào)“Q-OUT”端及基帶“Q-OUT”端，注意觀察兩者是否一致。若不一致可能是載波相位不對，可按IQ模塊復(fù)位鍵復(fù)位或重新開關(guān)該模塊電源復(fù)位。實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)結(jié)束在前面實驗基礎(chǔ)上繼續(xù)連線單擊查看連線a、按再生模塊上“選擇”鍵，選擇MSK模式（MSK指示燈亮）。

b、示波器探頭分別接再生模塊上“NRZ”端和基帶模塊上“NRZIN”端，觀察兩路碼元是否一致。實驗四MSK調(diào)制及相干解調(diào)結(jié)束圖5-1GMSK的相位軌跡實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)圖5-2波形存儲正交調(diào)制法產(chǎn)生GMSK信號實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)一、實驗?zāi)康亩嶒瀮?nèi)容三、基本原理四、實驗原理五、實驗框圖六、實驗步驟七、實驗結(jié)果實驗?zāi)康?、了解GMSK調(diào)制原理及特性2、了解GMSK解調(diào)原理及特性3、了解載波在相干及非相干時的解調(diào)特性4、掌握MSK調(diào)制與GMSK調(diào)制的差別實驗內(nèi)容1、觀察I、Q兩路基帶信號的特征及與輸入NRZ碼的關(guān)系2、觀察IQ調(diào)制過程中各信號變化3、觀察解調(diào)載波相干時和非相干時各信號的區(qū)別4、觀察MSK調(diào)制及GMSK調(diào)制各信號的區(qū)別實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)GMSK調(diào)制方式，是在MSK調(diào)制器之前加入一個基帶信號預(yù)處理濾波器，即高斯低通濾波器，由于這種濾波器能將基帶信號變換成高斯脈沖信號，其包絡(luò)無陡峭邊沿和拐點，從而達(dá)到改善MSK信號頻譜特性的目的?；鶐У母咚沟屯V波平滑了MSK信號的相位曲線，因此穩(wěn)定了信號的頻率變化，這使得發(fā)射頻譜上的旁瓣水平大大降低。實現(xiàn)GMSK信號的調(diào)制，關(guān)鍵是設(shè)計一個性能良好的高斯低通濾波器，它必須具有如下特性：①有良好的窄帶和尖銳的截止特性，以濾除基帶信號中多余的高頻成分。②脈沖響應(yīng)過沖量應(yīng)盡量小，防止已調(diào)波瞬時頻偏過大。③輸出脈沖響應(yīng)曲線的面積對應(yīng)的相位為π/2，使調(diào)制系數(shù)為1/2。以上要求是為了抑制高頻分量、防止過量的瞬時頻率偏移以及滿足相干檢測所需要的。

基本原理實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)GMSK的信號表達(dá)式為:GMSK的相位路徑如圖5-1所示，由圖可知，GMSK是通過引入可控的碼間干擾（即部分響應(yīng)波形）來達(dá)到平滑相位路徑的目的，它消除了MSK相位路徑在碼元轉(zhuǎn)換時刻的相位轉(zhuǎn)折點。從圖中還可以看出，GMSK信號在一碼元周期內(nèi)的相位增量，不像MSK那樣固定為±π/2，而是隨著輸入序列的不同而不同。

GMSK表達(dá)式又可寫為實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)式中盡管理論是在范圍取值，但實際中需要對進(jìn)行截短，僅取區(qū)間，這樣可以證明在碼元變換時刻的取值是有限的。這樣我們就可以事先制作和兩張表，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)讀出相應(yīng)的值，再進(jìn)行正交調(diào)制就可以得到GMSK信號，如圖5-2所示在本實驗中，不采用硬件構(gòu)成高斯低通濾波器進(jìn)行調(diào)制的方法，而是將GMSK的所有組合波形數(shù)據(jù)（高斯濾波后的）計算出來，然后將得到的數(shù)據(jù)輸入EEPROM中，最后通過數(shù)據(jù)（Ik、Qk）進(jìn)行尋址訪問，取出相應(yīng)的GMSK成形信號。

GMSK信號的解調(diào)可以采用相干解調(diào)，也可采用非相干解調(diào)，相干解調(diào)的原理與MSK相干解調(diào)相同，可參閱MSK相干解調(diào)原理。實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)實驗原理實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)1、實驗?zāi)K簡介

本實驗需用到基帶成形模塊、IQ調(diào)制解調(diào)模塊、碼元再生模塊及PSK載波恢復(fù)模塊。（1）基帶成形模塊(點擊查看測試點說明)：產(chǎn)生PN31偽隨機序列作為信源；將基帶信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換；按調(diào)制要求進(jìn)行基帶成形，形成兩路正交基帶信號。（2）IQ調(diào)制解調(diào)模塊(點擊查看測試點說明)

：產(chǎn)生調(diào)制及解調(diào)用的正交載波；完成射頻正交調(diào)制及小功率線性放大；完成射頻信號正交解調(diào)。（3）碼元再生模塊(點擊查看測試點說明)

：從解調(diào)出的IQ基帶信號中恢復(fù)位同步，并進(jìn)行抽樣判決，然后并串轉(zhuǎn)換后輸出。（4）PSK載波恢復(fù)模塊(點擊查看測試點說明)

：與IQ調(diào)制解調(diào)模塊上的解調(diào)電路連接起來組成一個完整的科斯塔斯環(huán)恢復(fù)PSK已調(diào)信號的載波，同時可用作一個獨立的載波源。本實驗只使用其載波源。2、實驗電路說明本實驗原理與MSK調(diào)制解調(diào)實驗基本相同，GMSK基帶信號即是將MSK基帶信號通過高斯濾波器得到，消除MSK相位路徑在碼元轉(zhuǎn)換時刻的相位轉(zhuǎn)折點。實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)GMSK調(diào)制實驗框圖IQ調(diào)制基帶成型實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)GMSK解調(diào)實驗框圖IQ解調(diào)碼元再生1、在實驗箱上正確安裝基帶成形模塊（以下簡稱基帶模塊）、IQ調(diào)制解調(diào)模塊（以下簡稱IQ模塊）、碼元再生模塊（以下簡稱再生模塊）和PSK載波恢復(fù)模塊。2、GMSK調(diào)制實驗

a、關(guān)閉實驗箱總電源，用臺階插座線完成如下連接（點擊查看）

*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。

b、按基帶成形模塊上“選擇”鍵，選擇GMSK模式（GMSK指示燈亮）。源端口目的端口連線說明基帶模塊：PN31基帶模塊：NRZIN提供PN31偽隨機序列基帶模塊：I-OUTIQ模塊：I-IN將串并變換后的I路信號進(jìn)行調(diào)制基帶模塊：Q-OUTIQ模塊：Q-IN將串并變換后的Q路信號進(jìn)行調(diào)制實驗步驟實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)c、用示波器對比觀察“NRZIN”和“NRZOUT”信號，寫出差分編碼規(guī)則。

d、用示波器觀察基帶模塊上“NRZ-I”及“NRZ-Q”測試點，并分別與“NRZ

OUT”測試點的信號進(jìn)行對比，觀察串并轉(zhuǎn)換情況。

e、用示波器觀測基帶模塊上“I-OUT”和“Q-OUT”點信號，并分別與“NRZ-

I”、“NRZ-Q”對比，說明GMSK信號成形規(guī)則

f、用頻譜分析儀觀測調(diào)制后GMSK信號頻譜（可用數(shù)字示波器上FFT功能替

代觀測）3、GMSK相干解調(diào)實驗

a、關(guān)閉實驗箱總電源，保持步驟2中的連線不變，用同軸視頻線完成如下連接（點擊查看連線）

*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)源端口目的端口IQ模塊(載波單元)：輸出（J5）IQ模塊（載波單元）：輸入（J4）IQ模塊(IQ調(diào)制單元)：輸出（J2）IQ模塊（IQ調(diào)制單元）：輸入（J3）b、示波器探頭分別接IQ解調(diào)“I-OUT”及“Q-OUT”端，觀察解調(diào)后的波形。

c、對比觀測原始I路信號與解調(diào)后I路信號示波器探頭分別接IQ解調(diào)“I-OUT”端及基帶“I-OUT”端，注意觀察兩者是

否一致。若一致表示解調(diào)正確，若不一致可能是載波相位不對，可按IQ模

塊復(fù)位鍵復(fù)位或重新開關(guān)該模塊電源復(fù)位。

d、對比觀測解調(diào)前后后Q路信號示波器探頭分別接IQ解調(diào)“Q-OUT”端及基帶“Q-OUT”端，注意觀察兩者

是否一致。若一致表示解調(diào)正確，若不一致可能是載波相位不對，可按IQ

模塊復(fù)位鍵復(fù)位或重新開關(guān)該模塊電源復(fù)位。4、GMSK再生信號觀察

a、關(guān)閉實驗箱總電源，保持步驟2、3中的連線不變，用臺階插座線完成如下

連接（點擊查看連線）實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。

b、按再生模塊上“選擇”鍵，選擇GMSK模式（GMSK指示燈亮）。

c、對比觀測原始NRZ信號與再生后的NRZ信號示波器探頭分別接再生模塊上“NRZ”端和基帶模塊上“NRZIN”端，觀察

兩路碼元是否一致（注意存在相位延時）。若一致表示解調(diào)正確，若不一

致可回到步驟2重新實驗。5、GMSK非相干解調(diào)實驗

斷開IQ模塊上載波“輸出”端與該模塊上載波“輸入”視頻線，將IQ模塊上載波“輸入”端與PSK載波恢復(fù)模塊上“VCO-OUT”端連接起來，此時系統(tǒng)是非相干解調(diào)。從步驟2開始再次觀察各信號。源端口目的端口連線說明IQ模塊：I-OUT再生模塊：I-IN將解調(diào)后的I路信號進(jìn)行抽樣判決IQ模塊：Q-OUT再生模塊：Q-IN將解調(diào)后的Q路信號進(jìn)行抽樣判決實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)點擊圖上查看各點波形單擊查看連線c、用示波器觀察基帶模塊上“NRZ-I”及“NRZ-Q”測試點，并分別與“NRZOUT”測試點的信號進(jìn)行對比，觀察串并轉(zhuǎn)換情況。

a、按基帶成形模塊上“選擇”鍵，選擇GMSK模式（GMSK指示燈亮）實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)e、用頻譜分析儀觀測調(diào)制后GMSK信號頻譜（可用數(shù)字示波器上FFT功能替代觀測）d、用示波器觀測基帶模塊上“I-OUT”和“Q-OUT”點信號，并分別與“NRZ-I”、“NRZ-Q”對比，說明GMSK信號成形規(guī)則b、用示波器對比觀察“NRZIN”和“NRZOUT”信號結(jié)束在GMSK調(diào)制基礎(chǔ)上繼續(xù)連線單擊查看連線b、示波器探頭分別接IQ解調(diào)“I-OUT”端及基帶“I-OUT”端，注意觀察兩者是否一致。若不一致可能是載波相位不對，可按IQ模塊復(fù)位鍵復(fù)位或重新開關(guān)該模塊電源復(fù)位。a、示波器探頭分別接IQ解調(diào)“I-OUT”及“Q-OUT”端，觀察解調(diào)波形。

c、示波器探頭分別接IQ解調(diào)“Q-OUT”端及基帶“Q-OUT”端，注意觀察兩者是否一致。若不一致可能是載波相位不對，可按IQ模塊復(fù)位鍵復(fù)位或重新開關(guān)該模塊電源復(fù)位。實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)結(jié)束在前面實驗基礎(chǔ)上繼續(xù)連線單擊

查看連線a、按再生模塊上“選擇”鍵，選擇GMSK模式（GMSK指示燈亮）。

b、示波器探頭分別接再生模塊上“NRZ”端和基帶模塊上“NRZIN”端，觀察兩路碼元是否一致。實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)結(jié)束圖6-1IF頻帶時延檢波

實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)圖6-2基帶時延檢波實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)圖6-3限幅鑒頻時延檢波

實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)

圖6-4相位時延檢波實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)一、實驗?zāi)康亩?、實驗?nèi)容三、基本原理四、實驗原理五、實驗框圖六、實驗步驟七、實驗結(jié)果實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)實驗?zāi)康恼莆誐SK、GMSK差分解調(diào)原理及方法

實驗內(nèi)容1、觀察I、Q兩路解調(diào)基帶信號在載波不相干時的特征。2、觀察非相干解調(diào)過程中各信號的變化。3、觀察載波頻率偏差對解調(diào)輸出的影響。4、觀察位同步過程及其抖動。5、觀察解調(diào)結(jié)果。

實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)MSK/GMSK信號均可采用非相干解調(diào)。由于MSK、GMSK調(diào)制都是FSK調(diào)制的一種方式，因此可以采用FSK調(diào)制非相干解調(diào)方式，有包絡(luò)檢波、頻率檢波等。由于MSK、GMSK調(diào)制信號的相位在碼元間存在關(guān)聯(lián)，因此MSK、GMSK信號還可采用時延檢波方式進(jìn)行非相干解調(diào)。時延檢波是用1個碼元的檢波器輸入信號的相位差，進(jìn)行碼判決的解調(diào)方式。時延檢波分為IF頻帶時延檢波、基帶時延檢波、限幅鑒頻時延檢波和相位時延檢波4種類型。（1）IF頻帶時延檢波（點擊查看原理框圖）:IF頻帶時延檢波接收信號波形與其時延波形相,乘用濾波器濾除載波頻率中的二倍載波頻率分量.延遲線采用移位寄存器，它對輸入信號進(jìn)行高速采樣，由移位寄存器延遲一個符號的時間。碼判決tn=nT時,檢波器輸入信號rn可表示為:基本原理實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)

式中，為相位調(diào)制，為調(diào)制波與熱噪聲之和的包絡(luò)，為噪聲引起的相位波動：。時延檢波器輸出為:

，式中，表示發(fā)送2比特數(shù)據(jù)地相對應(yīng)的信號相位差。由I與Q可求得。根據(jù)相位平面上的碼判決法則有：

實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)(6-1)(6-2)(6-3)(6-4)

I和Q輸出極性與2比特發(fā)送數(shù)據(jù)an和bn的正負(fù)一致，因此，也可以如式（6-5）那樣進(jìn)行正負(fù)判決：

GMSK是2值調(diào)制，因此，宜采用1比特時延檢波。正弦時延檢波的輸出極性與發(fā)送數(shù)據(jù)的正負(fù)一致，因此，可根據(jù)正弦時延檢波進(jìn)行碼判決。若BT（低通濾波器歸一化的3dB帶寬）變小，由于碼間干擾的影響使時隙變窄，則誤碼率特性變壞。這時，宜采用利用2比特間相位差為0或者±π的2比特余弦時延檢波。（2）基帶時延檢波（點擊查看原理框圖）：對于基帶時延檢波，用IF頻帶接收信號跟中心頻率一致的本振信號進(jìn)行準(zhǔn)同步檢波，獲得基帶分量 與。式中，為任意相位。實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)(6-5)

由式（6-6）可求得I與Q：

與IF頻帶時延檢波一樣，由式（6-5）進(jìn)行碼判決，這種方式適用于數(shù)字信號處理。（3）限幅鑒頻時延檢波（點擊查看原理框圖）：如果對瞬時角頻率進(jìn)行積分，則獲得相位差，采用限幅鑒頻器與積分時間為T的積分濾波器，求得1碼元間相位變化，進(jìn)行碼判決的檢波就是限幅鑒頻時延檢波。限幅鑒頻輸出經(jīng)常產(chǎn)生卡嗒噪聲，因此，若采用限幅鑒頻，則產(chǎn)生2π弧度整數(shù)倍的跳躍，根據(jù)模2π的運算（見式（6-7）），就可以消除卡嗒噪聲的影響，求得與IF頻帶時延檢波和基帶時延檢波一樣的，根據(jù)式（6-4）進(jìn)行碼判決。

實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)(6-6)(6-7)（4）相位時延檢波（點擊查看原理框圖）：IF頻帶時延檢波是根據(jù)IF頻帶的時延乘積運算求得，而基帶時延檢波是根據(jù)正交坐標(biāo)表示的基帶運算求得與，由采用限幅鑒頻器瞬時角頻率的積分求得

。對于相位時延檢波，首先要求得與中心頻率一致的基準(zhǔn)信號的相差。采樣點的可表示為：因為值恒定，若求得與1符號前時刻的相位差的差值，則得：因此，可以得到與

一致的相位差。采用同步檢波的載波恢復(fù)過程的相位時延檢波稱為ACT（AdaptiveCarrierTracking）檢波。由上述可知，基準(zhǔn)信號的頻率與調(diào)制波的載波頻率一致。若頻率編移為，則時延檢波輸出為時則截止，因此，碼判決時易出錯。本實驗采用簡化基帶時延檢波方式。實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)(6-8)(6-9)1、實驗?zāi)K介紹本實驗需用到基帶成形模塊、IQ調(diào)制解調(diào)模塊、PSK載波恢復(fù)模塊及MSK、GMSK非相干數(shù)字解調(diào)模塊。（1）基帶成形模塊（點擊查看測試點說明）：產(chǎn)生PN31偽隨機序列作為信源；將基帶信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換；按調(diào)制要求進(jìn)行基帶成形，形成兩路正交基帶信號。（2）IQ調(diào)制解調(diào)模塊（點擊查看測試點說明）：產(chǎn)生調(diào)制及解調(diào)用的正交載波；完成射頻正交調(diào)制及小功率線性放大；完成射頻信號正交解調(diào)。（3）PSK載波恢復(fù)模塊（點擊查看測試點說明）：與IQ調(diào)制解調(diào)模塊上的解調(diào)電路連接起來組成一個完整的科斯塔斯環(huán)恢復(fù)PSK已調(diào)信號的載波，同時可用作一個獨立的載波源，本實驗只使用其壓控載波源功能。（4）MSK、GMSK非相干數(shù)字解調(diào)模塊（點擊查看測試點說明）：輸入非相干解調(diào)IQ基帶信號，A/D采樣后，用數(shù)學(xué)運算方法完成MSK及GMSK信號解調(diào)。

實驗原理實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)2、實驗電路說明

本實驗調(diào)制部分與實驗四及實驗五完全相同。

MSK/GMSK已調(diào)信號送入IQ調(diào)制解調(diào)模塊中的IQ解調(diào)電路分別進(jìn)行解調(diào)，載波由PSK載波恢復(fù)模塊中的壓控載波源提供，該載波標(biāo)稱頻率為21.4MHz，與IQ調(diào)制模塊相同，該載波經(jīng)正交分頻產(chǎn)生同相及正交載波用于解調(diào)。解調(diào)輸出的IQ兩路模擬基帶信號送入MSK/GMSK非相干解調(diào)模塊中，分別經(jīng)A/D采樣后（采樣頻率等于碼元速率，即16K），送入單片機中完成如下運算：SINΔφ=Qn*In-1-In*Qn-1，對SINΔφ信號進(jìn)行過零判決即可完成解調(diào)。由于基帶成形模塊和MSK/GMSK非相干解調(diào)模塊分別使用不同的時鐘源，存在頻率及相位偏差，因此對SINΔφ信號進(jìn)行判決時，還需根據(jù)判決結(jié)果調(diào)整A/D采樣時刻，使判決出的碼元信號與發(fā)端碼元信號相位鎖定。運算式SINΔφ=Qn*In-1-In*Qn-1成立，要求發(fā)端與收端的載波頻率偏差必須足夠小，因此在實驗中需調(diào)整收端載波源頻率，即調(diào)整PSK載波恢復(fù)模塊上的壓控載波源的頻率，使收發(fā)端載波頻率偏差滿足要求。實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)IQ解調(diào)碼元再生GMSK解調(diào)實驗框圖1、在實驗箱上正確安裝基帶成形模塊（以下簡稱基帶模塊）、IQ調(diào)制解調(diào)模塊（以下簡稱IQ模塊）、MSK、GMSK非相干解調(diào)模塊（以下簡稱非相干解調(diào)模塊）和PSK載波恢復(fù)模塊。2、MSK非相干解調(diào)實驗

a、關(guān)閉實驗箱總電源，按如下要求連接好連線。(點擊查看連線)

用臺階插座線完成如下連接：實驗步驟實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)源端口目的端口連線說明基帶模塊：PN31基帶模塊：NRZIN提供PN31偽隨機序列基帶模塊：I-OUTIQ模塊：I-IN將基帶成形后的I路信號進(jìn)行調(diào)制基帶模塊：Q-OUTIQ模塊：Q-IN將基帶成形后的Q路信號進(jìn)行調(diào)制IQ模塊：I-OUT非相干解調(diào)模塊：I-IN將非相干解調(diào)后的I路信號A/D采樣IQ模塊：Q-OUT非相干解調(diào)模塊：Q-IN將非相干解調(diào)后的Q路信號A/D采樣

用同軸視頻線完成如下連接：

*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。

b、按基帶成形模塊上“選擇”鍵，選擇MSK(MSK指示燈亮)。

c、示波器探頭接IQ解調(diào)模塊“I-OUT”及“Q-OUT”端，觀察波形失真情況（此

時為不穩(wěn)定波形）

d、將示波器探頭分別接非相干解調(diào)模塊的觀測點“I”和“Q”，分別調(diào)節(jié)電位器

“I幅度”和“Q幅度”使兩點信號峰峰值一致且不失真，約為2.5V

實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)源端口目的端口IQ模塊(IQ調(diào)制)：輸出（J2）IQ模塊(IQ調(diào)制單元)：輸入（J3）PSK載波恢復(fù)：VCO-OUT（J1）IQ模塊(載波單元)：輸入（J4）f、調(diào)節(jié)載波恢復(fù)模塊上“鎖相”電位器，用示波器對比觀測載恢模塊上“VCO

OUT”端和IQ模塊載波單元的“輸出”端，使二者頻率一致

g、觀測非相干解調(diào)波形示波器探頭分別接非相干解調(diào)模塊上“NRZOUT”端和基帶模塊上“NRZ

IN”端，觀察兩路碼元是否一致（注意解調(diào)出的NRZ碼比輸入的NRZ碼有

延遲）。若一致表示解調(diào)正確，若不一致可回到步驟b重新實驗。

h、示波器探頭分別接非相干解調(diào)模塊上“NRZOUT”端和該模塊上“Δφ”

端，觀察信號的特點及與NRZOUT信號的關(guān)聯(lián)。3、保持上面的連線不變，進(jìn)行GMSK非相干解調(diào)實驗

a、按基帶成形模塊上“選擇”鍵，選擇GMSK(GMSK指示燈亮)。

b、重復(fù)步驟2的c～h，記錄波形。實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)點擊圖上查看連線實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)單擊查看連線1、按基帶成形模塊上的“選擇”鍵，選擇MSK模式（MSK指示燈亮）7、按基帶成形模塊上的“選擇”鍵，選擇GMSK模式重復(fù)以上實驗實驗六MSK/GMSK非相干解調(diào)6、觀察“Δφ”測試點，看SINΔφ信號的特點及與NRZOUT信號的關(guān)聯(lián)。5、觀察非相干解調(diào)模塊上“NRZOUT”端和基帶模塊上“NRZIN”端，看兩路碼元是否一致，若一致表示解調(diào)正確。2、示波器探頭接IQ解調(diào)模塊“I-OUT”及“Q-OUT”端，觀察波形失真情況（此時為不穩(wěn)定波形）4、調(diào)節(jié)載波恢復(fù)模塊上“鎖相”電位器，用示波器對比觀測載恢模塊上“VCOOUT”端和IQ模塊載波單元的“輸出”端，使二者頻率一致3、將示波器探頭分別接非相干解調(diào)模塊的觀測點“I”和“Q”，分別調(diào)節(jié)電位器“I幅度”和“Q幅度”使兩點信號峰峰值一致，約為2.8V結(jié)束一、實驗?zāi)康亩?、實驗?nèi)容三、基本原理四、實驗原理五、實驗框圖六、實驗步驟實驗十四白噪聲信道模擬實驗實驗?zāi)康?、了解白噪聲產(chǎn)生原因。2、了解多徑干擾對信號的影響實驗內(nèi)容觀察白噪聲對信號的干擾實驗十四白噪聲信道模擬實驗基本原理

在移動通信中，嚴(yán)重影響移動通信性能的主要噪聲與干擾大致可分為3類：加性正態(tài)白噪聲、多徑干擾和多址干擾。這里加性是指噪聲與信號之間的關(guān)系服從疊加原理的線性關(guān)系，正態(tài)則是指噪聲分布遵從正態(tài)（高斯）分布，而白則是指頻譜是平坦的，僅含有這類噪聲的信道一般文獻(xiàn)上稱為AWGN信道。這類噪聲是最基本的噪聲，非移動信道所特有，一般簡稱這類噪聲為白噪聲。這類噪聲以熱噪聲、散彈噪聲及宇宙噪聲為代表，其特點是，無論在時域內(nèi)還是在頻域內(nèi)它們總是普遍存在和不可避免的。熱噪聲是在電阻一類導(dǎo)體中，自由電子的布朗運動引起的噪聲。導(dǎo)體中的每一個自由電子由于其熱能而運動。電子運動的途徑，由于和其他粒子碰撞，是隨機的和曲折的，即呈現(xiàn)布朗運動。所有電子運動的總結(jié)果形成通過導(dǎo)體的電流。電流的方向是隨機的，因而其平均值為零。然而，電子的這種隨機運動還會產(chǎn)生一個交流電流成分。這個交流成分稱為熱噪聲。實驗十四白噪聲信道模擬實驗

散彈噪聲是由真空電子管和半導(dǎo)體器件中電子發(fā)射的不均勻性引起的。散彈噪聲的物理性質(zhì)可由平行板二極管的熱陰極電子發(fā)射來說明。在給定的溫度下，二極管熱陰極每秒發(fā)射的電子平均數(shù)目是常數(shù)，不過電子發(fā)射的實際數(shù)目隨時間是變化的和不能預(yù)測的。這就是說，如果我們將時間軸分為許多等間隔的小區(qū)間，則每一小區(qū)間內(nèi)電子發(fā)射數(shù)目不是常量而是隨機變量。因此，發(fā)射電子所形成的電流并不是固定不變的，而是在一個平均值上起伏變化?？傠娏鲗嶋H上是許多單個電子單獨作用的總結(jié)果。由于從陰極發(fā)射的每一個電子可認(rèn)為是獨立出現(xiàn)的，且觀察表明，每1安培多平均電流相當(dāng)于在1秒鐘內(nèi)通過約6×1018個電子，所以總電流便是相當(dāng)多的獨立小電流之和。于是，根據(jù)中心極限定理可知，總電流是一個高斯隨機過程。也就是說散彈噪聲是一個高斯隨機過程。宇宙噪聲是指天體輻射波對接收機形成的噪聲。它在整個空間的分布是不均勻的，最強的來自銀河系的中部，其強度與季節(jié)、頻率等因素有關(guān)。實測表明，在20～300MHz的頻率范圍內(nèi)，它的強度與頻率的三次方成反比。因而，當(dāng)工作頻率低于300MHz時就要考慮到它的影響。實踐證明宇宙噪聲也是服從高斯分布律的，在一般的工作頻率范圍內(nèi)，它也具有平坦的功率譜密度。實驗十四白噪聲信道模擬實驗

從通信系統(tǒng)來看，白噪聲是最基本的噪聲來源。但是從調(diào)制信道的角度來看，到達(dá)或集中于解調(diào)器輸入端的噪聲并不是上述白噪聲本身，而卻是它的某種變換方式——通常是一種帶通型噪聲。這是因為，在到達(dá)解調(diào)器之前，起伏噪聲通常要經(jīng)過接收轉(zhuǎn)換器，而接收轉(zhuǎn)換器主要作用之一是濾出有用信號和部分的濾除噪聲，因此，它可等效為一個帶通濾波器。它的輸出噪聲是帶通型噪聲。由于這種噪聲通常滿足“窄帶”的定義，故常稱它為窄帶噪聲。又考慮到帶通濾波器常常是一種線性網(wǎng)絡(luò)，其輸入端的噪聲是高斯白噪聲。因此，它的輸出窄帶噪聲應(yīng)是窄帶高斯噪聲。

實驗十四白噪聲信道模擬實驗1、實驗?zāi)K簡介

本實驗需用到基帶成形模塊、IQ調(diào)制解調(diào)模塊及信道模擬模塊。（1）基帶成形模塊(點擊查看測試點說明)：產(chǎn)生PN31偽隨機序列作為信源；將基帶信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換；按調(diào)制要求進(jìn)行基帶成形，形成兩路正交基帶信號。（2）IQ調(diào)制解調(diào)模塊(點擊查看測試點說明)

：產(chǎn)生調(diào)制及解調(diào)用的正交載波；完成射頻正交調(diào)制及小功率線性放大；完成射頻信號正交解調(diào)。（3）信道模擬模塊(點擊查看測試點說明)

：采用數(shù)字信號處理算法模擬白噪聲、慢衰落及多徑干擾三種信道。實驗原理實驗十四白噪聲信道模擬實驗實驗十四白噪聲信道模擬實驗2、電路說明

IQ調(diào)制模塊輸出的10.7M已調(diào)信號，送入信道模擬模塊，首先進(jìn)行降頻理，將頻率降為1.5M，主要目的是為了A/D采樣及數(shù)字處理方便。1.5M信號經(jīng)信號調(diào)理電路以適合A/D采樣。在FPGA時序電路的控制下，A/D芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字處理送入FPGA中進(jìn)行處理。

FPGA中有四個獨立的處理模塊，分別是模擬信號采樣控制及信號通道、白噪聲產(chǎn)生、慢衰信號產(chǎn)生及信號多徑時延模塊。根據(jù)使用者選擇的不同輸出不同的信號。

當(dāng)用戶選擇白噪聲信道，F(xiàn)PGA輸出兩路數(shù)字信號，一路是原信號、一路是白噪聲信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)閮陕纺M信號。兩路信號可以分別進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，以滿足試驗需求。兩路信號經(jīng)加法器相加后成為白噪聲干擾信號，送入混頻電路，將頻率變回為10.7M送出，完成白噪聲干擾。實驗框圖實驗十四白噪聲信道模擬實驗1、在實驗箱上正確安裝基帶成形模塊（以下簡稱基帶模塊）、IQ調(diào)制解調(diào)模塊（以下簡稱IQ模塊）及信道模擬模塊（以下簡稱信道模塊）。2、關(guān)閉實驗箱電源，按如下方式連線：（點擊查看連線）

a﹑用臺階插座線完成如下連接

b﹑用同軸電纜線完成如下連接*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。

實驗步驟實驗十四白噪聲信道模擬實驗源端口目的端口連線說明基帶模塊：PN31IQ模塊：I-IN提供PN31偽隨機序列源端口目的端口連線說明IQ模塊：輸出(J2)信道模塊：輸入將調(diào)制信號送入模擬信道中3、示波器探頭接信道模塊“AD”測試點，調(diào)節(jié)“AD幅度”電位器，使“AD”處信號峰峰值為1V左右。4、按下“選擇”鍵，選擇白噪聲信道，“白噪”指示燈亮。5、用示波器觀測“OUT2”測試點，調(diào)節(jié)“OUT2幅度”電位器改變原始信號幅度。6、用示波器觀測“OUT1”測試點，輸出為白噪聲信號，調(diào)節(jié)“OUT1幅度”電位器幅度改變噪聲信號的大小。7、將“OUT2幅度”電位器順時針旋到底，“OUT1幅度”電位器逆時針旋到底，用示波器觀測“輸出”點信號波形，此時信號輸出幅度最大，無噪聲輸出。8、順時針調(diào)節(jié)“OUT1幅度”電位器，增大噪聲信號，用示波器觀測“輸出”點信號波形，觀測噪聲對信號的影響。實驗十四白噪聲信道模擬實驗實驗五GMSK調(diào)制及相干解調(diào)點擊圖上查看各點波形實驗十四白噪聲信道模擬實驗單擊查看連線1、示波器探頭接信道模塊“AD”測試點，調(diào)節(jié)“AD幅度”電位器，使“AD”處信號峰峰值為1V左右。2、按下“選擇”鍵，選擇白噪聲信道，“白噪”指示燈亮。3、用示波器觀測“OUT2”測試點，調(diào)節(jié)“OUT2幅度”電位器改變原始信號幅度。5、將“OUT2幅度”電位器順時針旋到底，“OUT1幅度”電位器逆時針旋到底，用示波器觀測“輸出”點信號波形，此時信號輸出幅度最大，無噪聲輸出。4、用示波器觀測“OUT1”測試點，輸出為白噪聲信號，調(diào)節(jié)“OUT1幅度”電位器幅度改變噪聲信號的大小。6、順時針調(diào)節(jié)“OUT1幅度”電位器，增大噪聲信號，用示波器觀測“輸出”點信號波形，觀測噪聲對信號的影響。結(jié)束一、實驗?zāi)康亩?、實驗?nèi)容三、基本原理四、實驗原理五、實驗框圖六、實驗步驟實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

實驗?zāi)康?/p>

通過本實驗將正交調(diào)制及解調(diào)的單元實驗串起來，讓學(xué)生建立起GSM通信系統(tǒng)的概念，了解GSM通信系統(tǒng)的組成及特性。實驗內(nèi)容1、搭建GSM數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

2、觀察GSM通信系統(tǒng)各部分信號。實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

由于GSM是一個全數(shù)字系統(tǒng)，話音和不同速率數(shù)據(jù)的傳輸都要進(jìn)行數(shù)字化處理。為了將源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為最終信號并通過無線電波發(fā)射出去，需要經(jīng)過幾個連續(xù)的過程。相反，在接收端需要經(jīng)過一系列的反過程來重現(xiàn)原始數(shù)據(jù)。下面我們主要針對數(shù)據(jù)的傳輸過程進(jìn)行描述。信源端的主要工作有

1、信道編碼信道編碼用于改善傳輸質(zhì)量，克服各種干擾因素對信號產(chǎn)生的不良影響，但它是以增加比特降低信息量為代價的。信道編碼的基本原理是在原始數(shù)據(jù)上附加一些冗余比特信息，增加的這些比特是通過某種約定從圓熟數(shù)據(jù)中經(jīng)計算產(chǎn)生的，接收端的解碼過程利用這些冗余的比特來檢測誤碼并盡可能的糾正誤碼。如果收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過同樣的計算所得的冗余比特同收到的不一樣時，我們就可以確定傳輸有誤。根據(jù)傳輸模式不同，在無線傳輸中使用了不同的碼型。基本原理實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

GSM使用的編碼方式主要有塊卷積碼、糾錯循環(huán)碼、奇偶碼。塊卷積碼主要用于糾錯，當(dāng)解調(diào)器采用最大似然估計方法時，可以產(chǎn)生十分有效的糾錯結(jié)果，糾錯循環(huán)碼主要用于檢測和糾正成組出現(xiàn)的誤碼，通常和塊卷積碼混合使用，用于捕捉和糾正遺漏的組誤差。奇偶碼是一種普遍使用的最簡單的檢測誤碼的方法。

2、交織在移動通信中這種變參的信道上，比特差錯通常是成串發(fā)生的。這是由于持續(xù)較長的深衰落谷點會影響到相繼一串的比特。但是，信道編碼僅在檢測和校正單個差錯和不太長差錯串時才有效，為了解決這一問題，希望找到把一條消息中的相繼比特分開的方法，即一條消息的相繼比特以非相繼的方式被發(fā)送，使突發(fā)差錯信道變?yōu)殡x散信道。這樣，即使出現(xiàn)差錯，也僅是單個或者很短的比特出現(xiàn)錯誤，也不會導(dǎo)致整個突發(fā)脈沖甚至消息塊都無法被解碼，這時可再用信道編碼的糾錯功能來糾正差錯，恢復(fù)原來的消息，這種方法就是交織技術(shù)。

3、調(diào)制調(diào)制和解調(diào)是信號處理的最后一步。簡單的說GSM所使用的調(diào)制是BT＝0.3的GMSK實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

技術(shù)，其調(diào)制速率是270.833kbit/s，使用的是Viterbi算法進(jìn)行的解調(diào)。調(diào)制功能就是按照一定的規(guī)則把某種特性強加到電磁波上，這個特性就是我們要發(fā)射的數(shù)據(jù)。GSM系統(tǒng)中承載信息的是電磁場的相位，即采用調(diào)相方式。從發(fā)送角度看，首先要完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)到一個低頻調(diào)制信號的變換，然后在進(jìn)一步把它變到電磁波的形式。接收端則是經(jīng)過解調(diào)，解交織，信道譯碼等一系列的反過程來重現(xiàn)原始數(shù)據(jù)。實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

本實驗需兩臺實驗箱共同完成，一臺實驗箱作發(fā)射用，另一臺作接收用。發(fā)射用實驗箱需用到基帶成形模塊、IQ調(diào)制解調(diào)模塊、信道編碼模塊及信源模塊。接收用實驗箱需用到IQ調(diào)制解調(diào)模塊、PSK載波恢復(fù)模塊、MSK/GMSK非相干解調(diào)模塊、碼元再生模塊、信道譯碼模塊及信源模塊。（1）基帶成形模塊：點擊查看測試點說明本模塊主要功能：產(chǎn)生PN31偽隨機序列作為信源；將基帶信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換；按調(diào)制要求進(jìn)行基帶成形，形成兩路正交基帶信號。（2）IQ調(diào)制解調(diào)模塊：點擊查看測試點說明本模塊主要功能：產(chǎn)生調(diào)制及解調(diào)用的正交載波；完成射頻正交調(diào)制及小功率線實驗原理實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

性放大；完成射頻信號正交解調(diào)。（3）碼元再生模塊：點擊查看測試點說明本模塊主要功能：從解調(diào)出的IQ基帶信號中恢復(fù)位同步，并進(jìn)行抽樣判決，然后并串轉(zhuǎn)換后輸出。（4）PSK載波恢復(fù)模塊：點擊查看測試點說明本模塊主要功能：與IQ調(diào)制解調(diào)模塊上的解調(diào)電路連接起來組成一個完整的科斯塔斯環(huán)恢復(fù)PSK已調(diào)信號的載波，同時可用作一個獨立的載波源。（5）信道編碼及交織模塊：點擊查看測試點說明本模塊主要功能：產(chǎn)生PN31偽隨機序列作為信源，并進(jìn)行（2，1，4）卷積編碼，然后可選擇有無塊交織，再加上幀同步信號組成成幀數(shù)據(jù)后輸出，輸出的碼可以選擇有無差錯、隨機差錯或突發(fā)差錯。（6）信道譯碼及解交織模塊：點擊查看測試點說明實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

本模塊主要功能：完成幀同步捕獲，同步后取出信息元進(jìn)行（2，1，4）維特比卷積譯碼及解交織。（7）MSK、GMSK非相干數(shù)字解調(diào)模塊：點擊查看測試點說明本模塊主要功能：輸入非相干解調(diào)IQ基帶信號，A/D采樣后，用數(shù)學(xué)運算方法完成MSK及GMSK信號解調(diào)。（8）信源編譯碼模塊：點擊查看測試點說明本模塊主要功能：音頻信號放大、音頻信號CVSD編譯碼及射頻信號發(fā)射、接收。實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

實驗框圖實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

實驗步驟

1、在發(fā)射用實驗箱上正確安裝信道編碼及交織模塊（以下簡稱編碼模塊）、基帶成形模塊（以下簡稱基帶模塊）及IQ調(diào)制解調(diào)模塊（以下簡稱IQ模塊）。

2、在接收用實驗箱上正確安裝IQ調(diào)制解調(diào)模塊、CDMA接收模塊（以下簡稱接收模塊）、PSK載波恢復(fù)模塊（以下簡稱載波模塊）、MSK/GMSK非相干解調(diào)模塊（以下簡稱非相干模塊）及信道譯碼及解交織模塊（以下簡稱譯碼模塊）。

3、發(fā)送用實驗箱連線：點擊查看該實驗箱上所有連線。

a、用臺階插座線完成如下連接：

源端口目的端口連線說明基帶模塊：BS編碼模塊：BSIN提供PN31發(fā)生器的時鐘編碼模塊：編碼OUT基帶模塊：NRZIN將編碼信號進(jìn)行基帶成形基帶模塊：I-OUTIQ模塊：I-IN將I路信號進(jìn)行調(diào)制基帶模塊：Q-OUTIQ模塊：Q-IN將Q路信號進(jìn)行調(diào)制實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

b、用同軸視頻線連接IQ模塊（IQ調(diào)制單元）上“輸出”端口和信源模塊上“發(fā)射”端口。

4、接收用實驗箱上連線：點擊查看該實驗箱上所有連線。

a﹑用臺階插座線完成如下連接

b﹑用同軸視頻線完成如下連接源端口目的端口連線說明IQ模塊：I-OUT非相干模塊：I-IN對I路信號進(jìn)行A/D變換IQ模塊：Q-OUT非相干模塊：Q-IN對Q路信號進(jìn)行A/D變換非相干模塊：NRZ譯碼模塊：編碼IN將再生的信號進(jìn)行譯碼非相干模塊：BS譯碼模塊：BSIN提供譯碼時所需的時鐘源端口目的端口連線說明載波模塊：VCOOUTIQ模塊(載波單元)：輸入提供調(diào)制所需的載波信源模塊：接收接收模塊：輸入將接收信號進(jìn)行小信號放大接收模塊：輸出2IQ模塊(解調(diào)單元)：輸入將收到的調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。

5、按前面單元實驗要求調(diào)整好各模塊，主要有發(fā)送端的信號輸出幅度調(diào)整、接收端的載波頻率調(diào)整、信道編譯碼模式選擇等。選擇MSK或GMSK方式后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

6、用示波器觀察各信號點波形，并記錄。單擊查看連線實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

結(jié)束連接BS(基帶成型)和T-CLOCK(信源編譯碼),為信源模塊提供時鐘.連接OUT-PUT(信源編譯碼)和NRZ-IN(基帶成型),將信源信號進(jìn)行串并變換.連接“輸出”（IQ調(diào)制）和“輸入”（信源編譯碼），將調(diào)制信號通過天線發(fā)送出去。分別將I-OUT(基帶成型)和I-IN(IQ調(diào)制)

、Q-OUT(基帶成型)和Q-IN(IQ調(diào)制)連接，實現(xiàn)調(diào)制。打開電源，選擇MSK或GMSK調(diào)制方式，按鍵選擇天線為“發(fā)射”。完成發(fā)射實驗箱的電路連線和設(shè)置。單擊查看連線實驗十九GSM通信系統(tǒng)實驗

結(jié)束連接“接收”（信源編譯碼）和“輸入”（CDMA接收），將接收信號進(jìn)行功率放大。連接“輸出2”（CDMA接收）和“輸入”（IQ調(diào)制），將接收的信號進(jìn)行解調(diào)。連接VCO-OUT（PSK載波恢復(fù)）和“輸入”（載波），提供解調(diào)所需的載波信號。分別連接I-OUT（IQ解調(diào)）和I-IN（MSK/GMSK非相干解調(diào)）

、Q-OUT（IQ解調(diào)）和Q-IN（MSK/GMSK非相干解調(diào)），實現(xiàn)非相干解調(diào)。連接BS-OUT（MSK/GMSK非相干解調(diào)）和R-CLOCK（信源編譯碼），為信源模塊提供譯碼時鐘。連接NRZ-OUT和INPUT。完成接收實驗箱連線。開機后，按鍵選擇天線為“接收”，測試各相關(guān)測試點，觀測波形。實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

圖20-1典型的擴頻通信系統(tǒng)模型實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

圖20-2直接序列擴頻的發(fā)送機和接收機框圖實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

圖20-3直接序列擴頻各點波形實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

圖20-4直接序列擴頻系統(tǒng)抗寬帶干擾示意圖實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

圖20-5直接序列擴頻系統(tǒng)抗窄帶干擾示意圖一、實驗?zāi)康亩?、實驗?nèi)容三、基本原理四、實驗原理五、實驗框圖六、實驗步驟實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗將擴頻解擴的單元實驗串起來，讓學(xué)生建立起CDMA通信系統(tǒng)的概念，了解CDMA通信系統(tǒng)的組成及特性。實驗內(nèi)容1、搭建CDMA擴頻通信系統(tǒng)。

2、觀察CDMA擴頻通信系統(tǒng)各部分信號。

3、觀察兩路信號碼分多址及其選址。實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

擴頻通信的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)于1948年發(fā)表的《AMathematicalTheoryofCommunication》一文，即著名的信息論。香農(nóng)信息論中有關(guān)信道的理論容量公式為：式（20-1）也被稱為香農(nóng)定理，其中C為信道容量，單位為bps；W為信道帶寬（也被稱為系統(tǒng)帶寬）；S/N為信噪比（dB）。式（20-1）給出了在給定信噪比和沒有誤碼的情況下信道的理論容量與該信道帶寬的關(guān)系。從這個公式還可以得出也重要的結(jié)論：對于給定的信息傳輸速率，可以用不同的帶寬和信噪比的組合來傳輸。換言之，信噪比和信道帶寬可以互換。擴頻通信系統(tǒng)正是利用這一理論，將信道帶寬擴展許多倍以換取信噪比上的好處，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力?；驹?20-1)實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

一個典型的擴頻通信系統(tǒng)框圖如圖20-1所示。由圖20-1可以看出，擴頻通信系統(tǒng)主要由原始信息、信源編譯碼、信道編譯碼（差錯控制）、載波調(diào)制與解調(diào)、擴頻調(diào)制與解擴和信道六大部分組成。信源編碼的目的是減小信息的冗余度，提高信道的傳輸效率。信道編碼（差錯控制）的目的是增加信息在信道傳輸軸格的冗余度，使其具有檢錯或糾錯能力，提高信道傳輸質(zhì)量。調(diào)制部分的目的是使經(jīng)過信道編碼后的符號能在適當(dāng)?shù)念l段傳輸，通常使用的數(shù)字信號調(diào)制方式為振幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控，在碼分多址移動通信中使用QPSK和OQPSK都是PSK的改進(jìn)型。擴頻通信和解擴是為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力而進(jìn)行的信號頻譜展寬和還原?？梢?，與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)模型中多了擴頻和解擴兩個部分，經(jīng)過解擴，在信道中傳輸?shù)氖且粋€寬帶的低譜密度的信號。擴頻通信系統(tǒng)按擴頻方式的不同，分為以下類型：直接序列擴頻（DirectSequenceSpreadSpectrum，DS-SS）跳頻擴頻（FrequencyHoppingSpreadSpectrum，F(xiàn)H-SS）跳時擴頻（TimeHoppingSpreadSpectrum，TH-SS）

實驗二十CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗

直接序列擴頻系統(tǒng)采用高碼速率的直接序列（DirectSequence，DS），偽隨機碼在發(fā)端進(jìn)行擴頻，在收端用相同的碼序列去進(jìn)行解擴，然后將展寬的擴頻信號還原成原始信息。所謂跳頻是指發(fā)送信號的載波按照某一隨機跳變圖樣在跳變，跳頻信號具有時變、偽隨機的載頻。跳頻擴頻系統(tǒng)在很多方面類似于