1、無線移動通信實驗報告實驗項目蜂窩移動通信實驗學(xué)生姓名xxx指導(dǎo)教師陳科文專業(yè)班級電子信息11xx完成日期2014年4月2日 電子信息工程系信息科學(xué)與工程學(xué)院目 錄第一部分 移動通信實驗系統(tǒng)第三章 信道編碼實驗2實驗一 分組碼交織與解分組碼解交織2實驗四 擾碼與解擾6第四章 調(diào)制解調(diào)實驗9實驗一 GMSK調(diào)制解調(diào)實驗9實驗二 QPSK調(diào)制解調(diào)實驗16實驗三 CDMA擴頻調(diào)制實驗25實驗四 CDMA解擴實驗31第二部分 GSM基站實驗系統(tǒng)實驗二 移動臺入網(wǎng)過程實驗34實驗三 移動臺主叫實驗48實驗四 移動臺被叫實驗59第三章 信道編碼實驗實驗一 分組碼交織與解分組碼解交織一、 實驗?zāi)康?、了解分組

2、碼的編碼原理和利用伴隨式譯碼的基本方法；2、掌握簡單的交織和解交織的基本原理和方法；3、了解利用交織和編碼結(jié)合的方法糾突發(fā)差錯的原理。二、預(yù)備知識1、分組碼的編碼原理和譯碼的基本方法；2、交織和解交織的基本原理和方法；三、實驗儀器1、移動通信實驗箱 一臺；2、臺式計算機 一臺；四、實驗原理1 交織在糾突發(fā)差錯中的原理數(shù)字信號在傳輸過程中，會受到各種噪聲和干擾的影響，使接收端產(chǎn)生錯誤判決，造成誤碼（差錯）。差錯的類型主要有二種。 1）.隨機差錯信道中各碼元是否出現(xiàn)差錯，與其前、后碼元是否差錯無關(guān)，每個碼元獨立地按一定的概率產(chǎn)生差錯。從統(tǒng)計規(guī)律看，可以認為這種隨機差錯是由加性高斯白噪聲AWGN引起

3、的，主要的描述參數(shù)是誤碼率。2）.突發(fā)差錯差錯成片出現(xiàn)，一個差錯片稱為一個突發(fā)差錯。突發(fā)差錯總是以差錯碼元開頭、以差錯碼元結(jié)尾，頭尾之間并不是每個碼元都錯，而是碼元差錯概率大到超過了某個標準值。通信系統(tǒng)中的突發(fā)差錯是由突發(fā)噪聲引起的，比如雷電、強脈沖、時變信道的衰落等。存儲系統(tǒng)中，磁帶磁盤物理介質(zhì)的缺陷、讀寫頭的接觸不良等造成的差錯均為突發(fā)差錯。對突發(fā)差錯，本身有多種糾突發(fā)差錯的編碼方式，如GSM移動通信中所用FIRE碼。也可以簡單地利用交織的方式打亂成片的突發(fā)差錯，與一般的糾錯編碼相結(jié)合，也能達到很好的糾突發(fā)差錯的效果。最簡單的交錯器是一個n´m的存儲陣列，碼流按行輸入后按列輸出。

4、圖3. 1是一個適用于碼長N=7的5´7行列交錯器的示意圖，從圖中看到，碼流的順序1,2,3,7,8經(jīng)交錯器后變?yōu)?,8,15,22,29,2,9。現(xiàn)假設(shè)信道中產(chǎn)生了5個連續(xù)的差錯，如果不交錯，這5個差錯集中在1個或2個碼字上，很可能就不可糾。采用交錯方法，則去交錯后差錯分攤在5個碼字上，每碼字僅一個。7654321141312111098212019181716152827262524232235343332313029 7654321141312111098212019181716152827262524232235343332313029 2 29 22 15 8 1圖3. 1

5、 5´7行列交錯器工作原理示意圖2 利用交織與分組編碼結(jié)合糾突發(fā)差錯的實驗我們首先設(shè)計能糾一位差錯的（7，4）系統(tǒng)線性分組碼。輸入信息bit為：u3,u2,u1,u0。(7，4) 線性分組碼，其生成矩陣是：G =編碼后數(shù)據(jù)為c6,c5,c4,c3,c2,c1,c0,該編碼是系統(tǒng)編碼，所以，其中c3,c2,c1,c0= u3,u2,u1,u0其編碼電路設(shè)計如圖3.2 ：圖3.2 該線性分組碼在無交織時，一個7比特收碼中如果錯2位比特將不能正確譯碼。然后，我們設(shè)計一個8×7交織器以后，讓八個（7，4）分組碼經(jīng)過交織器后輸出到信道，進行傳輸。在信道傳輸?shù)倪^程中，如果發(fā)生一個長度小

6、于8bit的突發(fā)差錯，在接收端解交織以后，錯誤比特將分攤在多個碼字上，每碼字僅一個差錯，在分組碼的糾錯范圍以內(nèi)，突發(fā)差錯可以完全糾正過來。7654321141312111098212019181716152827262524232235343332313029424140393837364948474645444356555453525150 7654321141312111098212019181716152827262524232235343332313029424140393837364948474645444356555453525150 交織器（行入列出） 去交織器（列入行出）圖3.

7、 3 交織與解交織原理示意圖五、 實驗步驟1、 將實驗箱和計算機通過串行口連接好，為實驗箱上電。2、 將與實驗箱相連的電腦上的學(xué)生平臺程序打開。在“實驗選擇”欄中選擇“分組碼交織”實驗，點擊確認鍵。從而進入此實驗界面。3、 在實驗界面下方的“操作”一欄中點擊 “生成數(shù)據(jù)”按鈕，讓系統(tǒng)自動生成待編碼的隨機比特。也可在界面上方“原始數(shù)據(jù)”欄中直接用鼠標點擊所顯示的小圓圈（每個小圓圈代表1 bit），修改其值（紅色和藍色分別表示0和1）。（界面中數(shù)據(jù)的顯示方式有兩種：圖形顯示比特顯示）。4、 在界面上點擊“編碼”按鈕，該原始數(shù)據(jù)將被送入單片機（或CPLD）進行分組碼編碼和7×8交織，然后經(jīng)

8、過編碼和交織后的數(shù)據(jù)被送回學(xué)生電腦并顯示在“編碼數(shù)據(jù)”欄。5、 學(xué)生可以在“噪聲圖樣”一欄加入一個突發(fā)差錯（點擊小圓圈改變比特值，須考慮突發(fā)差錯長度或連續(xù)出錯比特數(shù)在8個以上和8個以下兩種情形），然后點擊“加噪聲”按鈕，添加噪聲后的已編碼數(shù)據(jù)顯示在“加噪數(shù)據(jù)”欄中。6、 再點擊“解碼”按鈕，將加入噪聲的信息比特發(fā)送到單片機（或CPLD）進行分組碼解碼和解交織。解碼和解交織以后的數(shù)據(jù)被回顯在“解碼數(shù)據(jù)”一欄，同時，不能糾正的誤碼比特在“錯誤統(tǒng)計”欄中顯示。六、 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析1、 記錄加入一個突發(fā)差錯的長度分別為8個以上和8個以下的實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)實驗原理進行分析驗證。 差錯長度為9 差錯長

9、度為6 分析：當突發(fā)差錯長度為9，超過8，解碼出現(xiàn)錯誤；突發(fā)差錯長度為6，小于8，解碼無誤，符合交織碼糾錯原理。2、 比較上述兩組數(shù)據(jù)的糾錯性能，說明原因。 當差錯長度大于8時，超出了糾錯范圍，所以不能正常糾錯，產(chǎn)生誤碼；小于8時，在糾錯范圍內(nèi)，所以正確譯碼。實驗四 擾碼與解擾一、實驗?zāi)康?了解擾碼的目的和基本原理；2掌握偽隨機序列m序列的實現(xiàn)方法；二、預(yù)備知識1、擾碼的基本原理和用途；2、m序列的產(chǎn)生方法。三、實驗儀器1、移動通信實驗箱 一臺；2、臺式計算機 一臺；四、實驗原理擾碼不屬于信道編碼的范疇，起不到糾錯的功能，但是，擾碼也是通信中經(jīng)常采取的一種重要手段，擾碼的作用主要有：第一，進行

10、基帶信號傳輸?shù)娜秉c是其頻譜會因數(shù)據(jù)出現(xiàn)連“1”和連“0”而包含大的低頻成分，不適應(yīng)信道的傳輸特性。解決辦法之一是采用擾碼技術(shù),使信號受到隨機化處理，變?yōu)閭坞S機序列，又稱為“數(shù)據(jù)隨機化”和“能量擴散”處理。第二，擾碼還能改善位定時的恢復(fù)質(zhì)量，可以使信號頻譜平滑，使幀同步和自適應(yīng)同步和自適應(yīng)時域均衡等系統(tǒng)的性能得到改善。第三，利用偽隨機序列進行擾碼也是實現(xiàn)數(shù)字信號高保密性傳輸?shù)闹匾侄沃弧Ｒ话銓⑿旁串a(chǎn)生的二進制數(shù)字信息和一個周期很長的偽隨機序列模2相加，就可將原信息變成不可理解的另一序列。這種信號在信道中傳輸自然具有高度保密性。在接收端將接收信號再加上（模2和）同樣的偽隨機序列，就恢復(fù)為原來發(fā)送

11、的信息。實現(xiàn)加擾和解擾，需要產(chǎn)生偽隨機二進制序列（PRBS），再與輸入數(shù)據(jù)逐個比特作模2加運算。PRBS也稱為m序列，這種m序列與數(shù)據(jù)碼流進行模2加運算后，數(shù)據(jù)流中的“1”和“0”的連續(xù)游程都很短，且出現(xiàn)的概率基本相同。擾碼雖然“擾亂”了原有數(shù)據(jù)的本來規(guī)律，但因為是人為的“擾亂”，在接收端很容易去擾，恢復(fù)成原數(shù)據(jù)流。本次實驗所用的m序列是由8位線性移位寄存器實現(xiàn)的，擾碼和解擾所用的m序列是相同的。m序列的反饋多項式為：圖3.9五、 實驗步驟1、 將實驗箱和計算機通過串行口連接好，為實驗箱上電。2、 將與實驗箱相連的電腦上的學(xué)生平臺程序打開。在“實驗選擇”欄中選擇“擾碼”實驗，點擊確認鍵。從而進

12、入此實驗界面。3、 在實驗界面上點“生成數(shù)據(jù)”，讓系統(tǒng)生成待編碼的隨機比特。也可在界面上方“原始數(shù)據(jù)”欄中用鼠標直接雙擊所顯示的小圓圈（每個小圓圈代表1 bit），修改其值（紅色和藍色分別表示0和1）。【注意】：應(yīng)考慮原始數(shù)據(jù)中存在“長連0”(即連續(xù)比特為“0”的長數(shù)據(jù)流)和“長連1”(即連續(xù)比特為“1”的長數(shù)據(jù)流) 兩種情況下的擾碼效果。4、 在界面下方點擊“編碼”按鈕，將原始數(shù)據(jù)發(fā)送到實驗箱中的單片機（或CPLD）進行擾碼，然后經(jīng)過擾碼的數(shù)據(jù)被送回學(xué)生平臺并顯示在“編碼數(shù)據(jù)”欄中。5、 點擊屏幕下方的“解碼”按鈕，將經(jīng)過擾碼的信息比特發(fā)送到實驗箱中的單片機（或CPLD）進行解擾碼。解擾后的

13、數(shù)據(jù)送回后，顯示在“解碼數(shù)據(jù)”一欄。6、可嘗試觀察在加噪聲和不加噪聲兩種情況下解擾碼的效果。六、 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析1、 記錄一次原始數(shù)據(jù)有“長連0”的實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)實驗原理進行分析驗證。 長連0信號受到隨機化處理。2、 記錄一次原始數(shù)據(jù)有“長連1”的實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)實驗原理進行分析驗證。 長連1 信號受到隨機化處理。3、 觀察上述兩組數(shù)據(jù)，說明擾碼在此刻的作用。 采用擾碼技術(shù),使信號受到隨機化處理，變?yōu)閭坞S機序列，使信號適應(yīng)信道傳輸；擾碼還能改善位定時的恢復(fù)質(zhì)量，可以使信號頻譜平滑，使幀同步和自適應(yīng)同步和自適應(yīng)時域均衡等系統(tǒng)的性能得到改善。第四章 調(diào)制解調(diào)實驗實驗一 GMSK調(diào)制解調(diào)實驗一

14、、 實驗?zāi)康?. 了解GMSK技術(shù)在移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用2. 掌握GMSK調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)傳輸過程；3. 掌握GMSK解調(diào)數(shù)據(jù)傳輸過程；4. 掌握高斯成形濾波器的實現(xiàn)原理二、 預(yù)備知識1. 數(shù)字信號傳輸?shù)墓ぷ鞣绞脚c工作過程2. GMSK調(diào)制的基本工作原理3. 高斯低通濾波器4. QPSK解調(diào)的基本工作原理三、 實驗儀器1. 移動通信實驗箱 一臺；2. 臺式計算機 一臺；3. 示波器 一臺；四、 實驗原理實驗采用調(diào)相法。用高斯濾波器作為MSK的前置濾波器，原理框圖如圖4. 1所示。高斯低通濾波器的沖擊響應(yīng)滿足4. 1式， 4. 1圖4. 1 GMSK調(diào)制解調(diào)原理框圖其中表示函數(shù)，是低通濾波器的帶寬，

15、T是碼元時間，為歸一化帶寬，通過計算，得到高斯濾波器特性如圖4.2.1。圖4.2.2 高斯低通濾波器沖擊響應(yīng)假設(shè)A點一組輸入數(shù)據(jù)為1,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0，經(jīng)過差分編碼后B點輸出為-1,-1,1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1，通過高斯低通濾波器后，C點輸出波形為：（從綠線開始，前面是位同步碼，以下相同）圖4.2.2 高斯濾波器輸出附加相位通過積分獲得，所以D點輸出為：圖4.2.3 附加相位對積分輸出的附加相位信號求和函數(shù)可以分別獲得I路和Q路的基帶信號，其中I路的波形為E：圖4.2.4

16、I路基帶信號 J點為調(diào)制輸出波形：圖4.2.5 調(diào)制信號F點為延時信號與原信號相乘：圖4.2.6 差分解調(diào)信號差分信號通過低通濾波器，濾除高頻分量，獲得G點輸出：圖4.2.7 低通濾波器輸出信號對G點信號進行位同步，并判決后輸出H，差分譯碼獲得解調(diào)結(jié)果。五、實驗步驟1. 啟動實驗箱，在主界面上選擇實驗 “GMSK調(diào)制”，進入“GMSK調(diào)制”界面。2. 點擊“系統(tǒng)模型”按鈕，彈出“GMSK調(diào)制原理框圖”窗口，熟悉GMSK調(diào)制原理；關(guān)閉該窗口。3. 輸入原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生方式有兩種：自動和手動。選中“自動”方式時，原始數(shù)據(jù)由系統(tǒng)自動生成；未選中“自動”方式時，將會出現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入窗口，根據(jù)窗口提示

17、輸入16進制原始數(shù)據(jù)，點擊“返回”按鈕完成輸入。4. 點擊“初始化”按鈕，調(diào)制過程開始；5. 根據(jù)系統(tǒng)模型，在畫面右上方選擇需要觀察的信號點對應(yīng)的字母（如要觀察發(fā)送數(shù)據(jù)的波形，點擊字母“A”），觀察調(diào)制過程中信號點的波形；可通過頁面下方按鈕選擇“放大”、“縮小”或“移動”觀察波形。6. 也可以選擇通過示波器觀察各信號點。先將示波器的輸入端與實驗板上“觀察端M”（在實驗箱最右邊偏上的位置，為D/A轉(zhuǎn)換器的輸出口）連接，根據(jù)系統(tǒng)模型，在畫面右上方選擇需要觀察的信號點對應(yīng)的字母（如要觀察發(fā)送數(shù)據(jù)的波形，點擊字母“A”），在示波器上觀察調(diào)制過程中信號點的波形。六、 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析1. 記錄原始實驗

18、數(shù)據(jù)及波形，并根據(jù)實驗原理進行分析驗證，說明各個觀察點數(shù)據(jù)的意義。2. 試說明MSK調(diào)制信號的基本特點；(1) 已調(diào)信號的振幅是恒定的;(2) 信號的頻率偏移嚴格地等于MSK調(diào)制相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)MSK調(diào)制;(3) 以載波相位為基準的信號相位在一個碼元期間內(nèi)準確地線性變化MSK調(diào)制;(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。3. 試說明高斯低通濾波器的作用和實現(xiàn)方法；高斯低通濾波器的作用：限制信號帶外輻射功率，抑制高頻成分，防止過量的瞬時頻率偏移，可以進行相干檢測。實現(xiàn)方法：作為MSK調(diào)制的前置濾波器，且必須

19、滿足下列要求：（1）帶寬窄，且是銳截止的；（2）具有較低的過脈沖響應(yīng);(3)能保持輸出脈沖的面積不變。4. 說明附加相位的基本含義，及其在解調(diào)中的作用。附加相位是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。 解調(diào)中的作用：根據(jù)相位變化的關(guān)系可進行信號判決。實驗二 QPSK調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?. 了解QPSK技術(shù)在移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用2. 掌握QPSK調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)傳輸過程；3. 了解QPSK的載波恢復(fù)和位定時恢復(fù)的基本方法4. 掌握QPSK解調(diào)數(shù)據(jù)傳輸過程；5. 掌握升余弦成形濾波原理二、預(yù)備知識1. 數(shù)字信號傳輸?shù)墓ぷ鞣绞脚c工作過程2. QPSK的基本工作原理3. 升

20、余弦成形濾波軟件4. QPSK解調(diào)的基本工作原理5. 載波同步和位同步的基本方法三、實驗儀器1、移動通信實驗箱 一臺；2、臺式計算機 一臺；3、示波器 一臺；四、 實驗原理QPSK調(diào)制解調(diào)的實現(xiàn)原理框圖如圖4.3所示。圖4.3 QPSK調(diào)制解調(diào)原理框圖A 點為發(fā)送數(shù)據(jù)；B串/并變換發(fā)送數(shù)據(jù)長度為128bit，經(jīng)過交織器輸出的數(shù)據(jù)為一路串行數(shù)據(jù)，需要進行串/并變換，產(chǎn)生兩路并行數(shù)據(jù)各為64bit。C差分編碼：為了防止相位模糊現(xiàn)象，采用差分編碼，并進行QPSK映射。差分編碼的公式： QPSK映射采用如下方式：圖4.4 QPSK映射圖D濾波與調(diào)制模塊方波會在時間上擴展，造成碼間干擾，導(dǎo)致接收機在檢測

21、一個碼元時發(fā)生錯誤的概率增大。所以在調(diào)制系統(tǒng)中需要對信號進行濾波，以減少失真和符號間干擾（ISI）。每一支路在進行調(diào)制之前進行Nyquist成形濾波使QPSK信號的功率譜限制在分配的帶寬內(nèi)。在這里，選擇具有均方升余弦滾降特性的濾波器。具有升余滾降特性的H（）可表示為：，抽樣作卷積。將濾波器的沖擊響應(yīng)函數(shù)列表，33個樣值。取不同的窗函數(shù)，濾波器的頻譜特性不同。這里選擇哈明窗作為窗函數(shù)，這樣可以避免產(chǎn)生吉布斯現(xiàn)象。取滾降系數(shù)=0.5，抽樣步長Ts=Tc/10，每個碼元采樣10個點，階數(shù)N=33。圖4.5為濾波器特性的仿真示意。圖4.5成形濾波器特性濾波后信號調(diào)制到25kHz的載波上，兩路相加從而完

22、成信號調(diào)制。E接收到的已調(diào)信號為了實現(xiàn)正交解調(diào)，需要進行希爾伯特變換，獲得兩個分量I和Q。F能量判決與載波恢復(fù)在接收端能量判決，當超過設(shè)定的門限值后，可判斷接收到有效信號。通過發(fā)送的訓(xùn)練序列來進行載波同步。圖4.6顯示載波同步的過程，載波誤差逐漸收斂。 圖4.6 載波同步誤差角度收斂圖在這里，我們簡單的討論一下同相正交解調(diào)的原理，來說明載波同步的方法。設(shè)兩個正交的濾波器的輸出為和，那么正交解調(diào)的過程用數(shù)學(xué)公式表示如下： 4.2.2若沒有經(jīng)過載波同步，本地載波與調(diào)制信號的載波會存在相位誤差，這里設(shè)為，計算可知： 4.2.3若載波已同步，即為0，那么，從而得到解調(diào)的結(jié)果；若，我們可以在訓(xùn)練階段，使

23、發(fā)送的an與bn相同，即上式中的，則可得到這一重要的結(jié)果。通過這個結(jié)果我們可以求出，調(diào)整載波相位，從而實現(xiàn)載波同步。G位定時位定時也即碼同步。這里需要從每個碼元的10個抽樣點中選擇合適的判決時刻。位定時誤差的提取時刻可依據(jù)基帶信號過零點。繼載波同步訓(xùn)練序列之后，發(fā)送位定時訓(xùn)練序列（倒相序列）。采用下面位定時誤差提取法： 圖4.7 位定時誤差提取示意圖，如果>0，則定時抽樣脈沖向前調(diào)整；反之應(yīng)向后調(diào)整。H信號同相正交解調(diào)當發(fā)送序列為1,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,

24、1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1，對應(yīng)的解調(diào)后得到的波形圖4.2-13。 圖4.8 解調(diào)的結(jié)果五、實驗步驟1. 啟動實驗箱，在主界面上選擇實驗 “QPSK調(diào)制”，進入“QPSK調(diào)制”界面。2. 點擊“系統(tǒng)模型”按鈕，彈出“QPSK調(diào)制原理框圖”窗口，熟悉QPSK調(diào)制原理；關(guān)閉該窗口。3. 輸入原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生方式有兩種：自動和手動。選中“自動”方式時，原始數(shù)據(jù)由系統(tǒng)自動生成；未選中“自動”方式時，將會出現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入窗口，根據(jù)窗口提示輸入16進制原始數(shù)據(jù)，點擊“返回”按鈕完成輸入。4. 點擊“初始化”按鈕，調(diào)制過程開始；5. 觀察

25、各信號點的波形：（1）在電腦屏幕上觀察信號波形：根據(jù)系統(tǒng)模型，在畫面右上方選擇需要觀察的信號點對應(yīng)的字母（如要觀察發(fā)送數(shù)據(jù)的波形，點擊字母“A”按鈕，且對應(yīng)勾選框被選中），觀察調(diào)制過程中信號點的波形；可通過頁面下方按鈕選擇“放大”、“縮小”或“移動”觀察波形。（2）也可以選擇通過示波器觀察信號波形。先將示波器的輸入端與實驗板上“觀察端M”（在實驗箱最右邊偏上的位置，為D/A轉(zhuǎn)換器的輸出口）連接，根據(jù)系統(tǒng)模型，在畫面右上方選擇需要觀察的信號點對應(yīng)的字母（如要觀察發(fā)送數(shù)據(jù)的波形，點擊字母“A”按鈕），在示波器上觀察調(diào)制過程中信號點的波形。六、 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析1.記錄原始實驗數(shù)據(jù)及波形，并根據(jù)實

26、驗原理進行分析驗證。【要求】：畫出調(diào)制與解調(diào)的原理圖，并對實驗結(jié)果進行解釋。2. 試說明BPSK、QPSK和QPSK之間的區(qū)別。BPSK是二進制相移鍵控，發(fā)出的是0和PI 兩種相位。QPSK是四進制相移鍵控。使用0、PI/4、PI、3/4 PI。3. 試說明升余弦成形濾波的基本原理和作用。升余弦滾降信號用來消除碼間串擾，實際實現(xiàn)時采用的方式是由發(fā)送端的基帶成行濾波器和接收端的匹配濾波器兩個環(huán)節(jié)公共實現(xiàn)。傳輸系統(tǒng)的傳遞函數(shù)二者的乘 積，所以每個環(huán)節(jié)均為平方根升余弦滾降濾波器。4. 簡要說明載波同步和位同步的作用和基本實現(xiàn)方法有哪些。載波同步又稱載波恢復(fù)（carrier restoration），

27、即在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個和接收信號的載波同頻同相的本地振蕩（local oscillation），供給解調(diào)器作相干解調(diào)用。1、直接提取法：發(fā)送端不專門向接收端傳輸載波信息，接收端直接從收到的已調(diào)信號中提取載波信息。直接提取法適用于抑制載波的雙邊帶調(diào)幅系統(tǒng)、殘留邊帶調(diào)幅系統(tǒng)和二相多相調(diào)相系統(tǒng)。2、插入導(dǎo)頻法：發(fā)送端在發(fā)送信息的同時還發(fā)送載波或與其有關(guān)的導(dǎo)頻信號。插入導(dǎo)頻法又有頻域插入法和時域插入法。位同步的目的是使每個碼元得到最佳的解調(diào)和判決。1、外同步法。外同步的方法是，發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前先發(fā)送同步時鐘信號，接收方用這一同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率，以此來達到收發(fā)雙方位同步的目的；2、自同步

28、法。接收方利用包含有同步信號的特殊編碼從信號自身提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率，達到同步目的。實驗三 CDMA擴頻調(diào)制實驗一、實驗?zāi)康?. 了解擴頻調(diào)制的基本概念；2. 掌握PN碼的概念以及m序列的生成方法；3. 掌握擴頻調(diào)制過程中信號頻譜的變化規(guī)律。二、預(yù)備知識1. 不同多址接入方式（TDMA、FDMA、CDMA）的區(qū)別；2. 擴頻碼的種類與應(yīng)用；3. 擴頻碼的基本性質(zhì)。三、實驗儀器1、移動通信實驗箱 一臺；2、臺式計算機 一臺；四、實驗原理m序列是最長線性反饋移位寄存器序列的簡稱，它是由帶線性反饋的移位器產(chǎn)生的周期最長的一種序列。如果把兩個m序列發(fā)生器產(chǎn)生的優(yōu)選對序列模二相加，則產(chǎn)生

29、一個新的碼序列，即Gold碼序列。實驗中三種可選的擴頻序列分別是長度為15的m序列、長度為31的m序列以及長度為31的Gold序列。1.長度為15的m序列由4級移存器產(chǎn)生，反饋電路如圖4.9所示。 a3 = a3（+）a0初始狀態(tài) 1 0 0 0 1 1 0 01 1 1 01 1 1 10 1 1 11 0 1 10 1 0 11 0 1 01 1 0 10 1 1 00 0 1 11 0 0 10 1 0 00 0 1 00 0 0 1 . 1 0 0 0圖 4.9 長度為15的m序列的生成2.長度為31的m序列由5級移存器產(chǎn)生，反饋電路如圖4.10所示。圖 4.10 長度為31的m序列的

30、生成需要說明的是：反饋電路如何連接由m序列生成多項式確定，生成多項式不同，反饋電路的連接方式也不同。圖4.10僅為可產(chǎn)生長度為31的m序列的反饋電路連接方式之一。m序列發(fā)生器 n級m序列發(fā)生器 n級 初態(tài)設(shè)置時鐘Gold碼3. 長度為31的Gold序列: 圖4.11Gold碼發(fā)生器Gold序列是Gold于 1967年提出的，它是用一對優(yōu)選的周期和速率均相同的m序列模二加后得到的。其構(gòu)成原理如圖4.11所示。兩個m序列發(fā)生器的級數(shù)相同，即。如果兩個m序列相對相移不同，所得到的是不同的Gold碼序列。對n級m序列，共有個不同相位，所以通過模二加后可得到個Gold碼序列，這些碼序列的周期均為。以長度

31、為31的Gold序列為例，其生成器如圖4.12所示，其中和為m序列的生成多項式。圖4.12 長度為31的Gold序列生成器產(chǎn)生的兩組m序列為： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

32、0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

33、1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 . 所以生成長度為31的Gold序列為： 0,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0五、實驗步驟1在主界面上選擇實驗 “擴頻調(diào)制”實驗；2.選擇“手動輸入”或“隨即生成”產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)；3可選擇“長度為15的m序列”，或者“長度為31的m序列”，或者“長度為31的gold序列”;4觀察擴頻后的數(shù)據(jù)，并可用頻譜分析儀器觀察頻譜變化；紅色曲

34、線表示原始信號，綠色曲線表示擴頻信號。我們可以發(fā)現(xiàn)，擴頻后，頻譜展寬。六、 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析1試說明擴頻碼在移動通信中的應(yīng)用；對于移動通信系統(tǒng)而言，帶寬是有限的資源。擴頻技術(shù)允許多個用戶無相互干擾地同時使用相同的帶寬，從而有效的提高了帶寬的利用率采用擴頻技術(shù)，發(fā)射的調(diào)制信號在發(fā)射到信道之前，通過與擴頻碼相乘，頻帶被擴大若干倍；而在接收端，接收信號與發(fā)送端相同的碼字進行互相關(guān)，頻帶則被縮小相同倍數(shù)。并且如果通信信道不存在窄帶干擾，并且擴頻和解擴的帶寬相同，那么解擴之后，接收信號將完全等同于擴頻之前的被發(fā)射信號。2 擴頻碼的種類有哪些？有何特點？如何產(chǎn)生?m序列，利用它的不同相位來區(qū)分不同用戶；

35、Walsh函數(shù)，在CDMA系統(tǒng)中，每個前向碼分信道用1.2288Mbit/s比特率的64階Walsh函數(shù)進行擴頻，以使各前向碼分信道間相互正交；OVSF碼，正交可變擴譜因子(OVSF)編碼是短擴譜碼,用于確保具有不同擴譜因子和擴譜率的信道之間的正交性。3 擴頻后信號頻譜發(fā)生怎樣的變化？觀察擴頻后的數(shù)據(jù)，并可用頻譜分析儀器觀察頻譜變化；紅色曲線表示原始信號，綠色曲線表示擴頻信號。我們可以發(fā)現(xiàn)，擴頻后，頻譜展寬。實驗四 CDMA解擴實驗一、實驗?zāi)康?. 了解CDMA解擴的基本概念；2. 掌握解擴的基本方法；3. 掌握解擴過程中信號頻譜的變化規(guī)律。二、預(yù)備知識1. 擴頻的基本原理；2. 擴頻過程中信

36、號頻譜的變化；3. 解擴過程中信號頻譜的變化。三、實驗儀器1、移動通信實驗箱 一臺；2、臺式計算機 一臺；四、實驗原理擴頻碼序列同步是擴頻系統(tǒng)特有的，也是擴頻技術(shù)中的難點。CDMA系統(tǒng)要求接收機的本地擴頻碼與接收到的擴頻碼在結(jié)構(gòu)、頻率和相位上完全一致，否則就不能正常接收所發(fā)送的信息，接收到的只是一片噪聲。若實現(xiàn)了收發(fā)同步但不能保持同步，也無法準確可靠地獲取所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。因此，擴頻碼序列的同步是CDMA擴頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。實驗中，解擴碼相位可以改變。當解擴碼相位為“0”時表示解擴碼和擴頻碼同步，無相位差，這時候觀察到正確的解擴結(jié)果，且頻譜恢復(fù)到原始信號的較窄的頻譜；當解擴碼相位不為“0”時，

37、觀察到解擴的結(jié)果不正確，頻譜也不能正確恢復(fù)。五、實驗步驟1. 在主界面上選擇“解擴”實驗；2. 選擇“手動輸入”或“隨機生成”產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)；3. 可選擇“長度為15的m序列”，或者“長度為31的m序列”，或者“長度為31的gold序列”;4. 設(shè)定解擴碼相位，比較相位同步、不同步時解擴的結(jié)果。5. 設(shè)定解擴碼相位，觀察“頻譜分析儀”上信號頻譜的變化。紅色曲線表示原始信號的頻譜，綠色曲線表示擴頻信號的頻譜，藍色曲線表示解擴信號的頻譜。六、 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析1. 試說明解擴的基本原理；擴頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼

38、序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)，在發(fā)端把窄帶信息擴展成寬帶信號；在接收端則用同樣的碼進行相關(guān)同步接收、解擴及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)，把擴展以后的信號解擴成窄帶信息即原來所傳的信息。2. 為什么接收機中的擴頻碼需要進行準確同步？CDMA系統(tǒng)要求接收機的本地擴頻碼與接收到的擴頻碼在結(jié)構(gòu)、頻率和相位上完 全一致，否則就不能正常接收所發(fā)送的信息，接收到的只是一片噪聲。若實現(xiàn)了收發(fā)同 步但不能保持同步，也無法準確可靠地獲取所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。因此，擴頻碼序列的同步是CDMA擴頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。3. 正確解擴和不正確解擴后，信號的頻譜有何變化？請畫圖示意。實驗中，解

39、擴碼相位可以改變。當解擴碼相位為“0”時表示解擴碼和擴頻碼同步，無相位差，這時候觀察到正確的解擴結(jié)果，且頻譜恢復(fù)到原始信號的較窄的頻譜；當解擴碼相位不為“0”時，觀察到解擴的結(jié)果不正確，頻譜也不能正確恢復(fù)。正確解擴不正確解擴第二部分 GSM基站實驗系統(tǒng)實驗二 移動臺入網(wǎng)過程實驗一、 實驗?zāi)康牧私庖苿优_（手機）的入網(wǎng)過程。了解移動臺（手機）的位置更新過程二、 預(yù)備知識了解GSM RR子層協(xié)議了解信道請求和立即指派過程了解位置更新過程三、 實驗儀器GSM基站實驗系統(tǒng)手機一部四、 實驗原理1 RR子層協(xié)議RR子層的作用主要是建立、維護及釋放無線連接，從而允許MS（Mobile Station）與網(wǎng)絡(luò)

40、進行點到點通信，這包括：小區(qū)的的選擇和重選，以及切換等，RR子層還包括守聽單向BCCH和CCCH通道的功能，從而實現(xiàn)自動小區(qū)切換。空閑模式（Idle mode）在此模式下沒有RR連接存在，在MS側(cè)RR子層實現(xiàn)自動小區(qū)選擇及重選，RR實體將通知上層BCCH/CCCH通道不可用，或小區(qū)的改變，當小區(qū)或其相關(guān)部分改變時，上層還將收到BCCH的廣播消息。在空閑模式，上層可以要求RR子層建立RR連接。專用模式(Dedicated mode)在該模式下，已經(jīng)有RR連接存在，RR連接是一個物理的點到點雙向連接，包括一個工作在多幀模式下SAPI=0的數(shù)據(jù)鏈路連接。在該模式下，RR實體提供以下服務(wù)：ü

41、 在數(shù)據(jù)鏈路層建立和釋放多幀操作。ü 通過數(shù)據(jù)鏈路層傳輸消息ü 指示傳輸暫時的不可用、阻塞和恢復(fù)ü 指示RR連接的丟失ü 自動小區(qū)重選和切換，從而保持RR連接ü 設(shè)置或改變物理通道的傳輸模式，包括通道類型，編碼/解碼/變換方式及加密設(shè)置。ü 分配、釋放額外的通道（在TCH/H+TCH/H方式）ü 釋放RR連接RR子層的信令過程空閑模式在空閑模式，網(wǎng)絡(luò)將在BCCH通道上定時廣播以下消息：SYSTEM INFORMATION TYPE 24或SYSTEM INFORMATION TYPE 1，2bis，2ter，7，8，13，1

42、5，16，17MS依據(jù)這些消息決定是否以及如何訪問當前的小區(qū)，所廣播的消息包括以下一些內(nèi)容：ü 關(guān)于標識當前網(wǎng)絡(luò)，位置區(qū)和小區(qū)的消息ü 候選小區(qū)信號強度測量信息以實現(xiàn)切換和小區(qū)選取ü 關(guān)于當前控制通道結(jié)構(gòu)的信息ü 關(guān)于訪問RACH通道的信息ü PHASE 1協(xié)議消息長度RR連接建立MS發(fā)起建立過程RR子層響應(yīng)以下消息時，將建立RR連接：ü MM子層或LLC層請求進入專用模式ü RR實體響應(yīng)PAGING REQUEST消息RR實體在建立RR連接時，將在RACH通道上發(fā)最多M+1個CHANNEL REQUEST消息（M是BCCH

43、廣播的參數(shù)，“max retrans”）。 在發(fā)送完一個CHANNEL REQUEST消息后，MS將在BCCH和CCCH通道上守聽，發(fā)送完所有M+1個消息后，RR實體啟動定時器T3126，如果T3126超時，MM子層放棄通道分配過程。 網(wǎng)絡(luò)側(cè)在接收到CHANNEL REQUEST消息后，在CCCH通道（接收到CHANNEL REQUEST消息的通道）上發(fā)送IMMEDIATE ASSIGNMENT消息或IMMEDIATE ASSIGNMENT EXTENDED消息響應(yīng)。這兩個響應(yīng)消息的不同之處在于IMMEDIATE ASSIGNMENT消息包含一個MS的的分配信息，而IMMEDIATE ASSI

44、GNMENT EXTENDED消息同時包含兩個MS的信道分配消息。MS在收到IMMEDIATE ASSIGNMENT消息后，將切換到分配的通道上，將該通道標識為信令專用通道，并發(fā)送一個包含第三層消息的第二層SABM幀。在這里，第三層消息是指PAGING RESPONE，第三層消息還可以是以下一些：ü CM SERVICE REQUESTü LOCATION UPDATING REQUESTü IMSI DETACHü CM RE-RESTABLISHMENT REQUESTü NOTIFICATION RESPONSEü IMMEDI

45、ATE SETUPü RR INITIALISATION REQUEST如果沒有可以分配的通道，網(wǎng)絡(luò)側(cè)將向MS發(fā)IMMIDIATE ASSIGNMENT REJECT消息，MS在接收到該消息后，停止發(fā)送CHANNEL REQUEST消息，啟動定時器T3122，和T3126，然后在CCCH通道上守聽，直到T3126超時，如果在此期間收到通道分配消息，則按前所述進行處理，否則MS回到IDLE狀態(tài)。在T3122超時之前，MS不允許在同一個小區(qū)內(nèi)建立新的RR連接，除非在緊急呼叫時沒有收到IMMEDIATE ASSIGNMENT REJECT消息。如果MS在最后接收到的SYSTEM INFOR

46、MATION TYPE 3消息中指示要求MS發(fā)送等級標識，則MS將向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送CLASSMARK CHANGE消息。2、移動臺開機搜索網(wǎng)絡(luò)的過程當移動終端MS開機或者從盲區(qū)進入覆蓋區(qū)時，手機將尋找PLMN（公共陸地移動網(wǎng)絡(luò)）允許的所有頻點，搜尋最強的BCCH載頻，接收到FCCH信道信息，鎖定到一個正確載頻頻率上。緊接著，MS開始解碼SCH信道上與同步有關(guān)的信息。這時，MS也可以接收BCCH信道上有關(guān)小區(qū)信息的系統(tǒng)消息了。MS比較系統(tǒng)消息中所攜帶的本小區(qū)的LAI和手機中所存儲的LAI。如果兩者相同，則觸發(fā)IMSI附著過程。否則，則觸發(fā)正常位置更新。本實驗主要進行IMSI附著的信令過程，及其MSC/

47、VLR數(shù)據(jù)庫中對于此MS記錄的改變情況。而正常的位置更新過程將在移動性管理實驗中介紹。GSM網(wǎng)絡(luò)中位置更新程序包括三類：IMSI附著、正常位置更新、周期性位置更新。從信令角度上看，周期性位置更新的信令過程同IMSI附著相似，目的是周期性向網(wǎng)絡(luò)報告MS的可達性。有了周期性的位置更新，當移動臺開機進入盲區(qū)的時候，MS就不會向網(wǎng)絡(luò)進行周期性的位置更新，網(wǎng)絡(luò)就將此MS標記為隱含關(guān)機狀態(tài)，這時如果有其他的MS呼叫此MS，MSC/VLR就不會對此MS進行呼叫，而是直接告訴主呼的MSC/VLR，被叫MS不在服務(wù)區(qū)。從而避免了不必要的尋呼過程，節(jié)省了資源。3、IMSI附著的信令過程介紹圖2-2-1是MS進行I

48、MSI附著的信令過程。由于IMSI附著是一個由MM層完成的特定程序。MM層消息交互的建立是以RR層連接建立為前提的。信令過程中，首先是MS收到來自基站（BS）的系統(tǒng)消息，其中包含了基站廣播的本小區(qū)的LAI號，由于這個LAI號同MS中先前存儲的LAI號相同。即表示MS上次關(guān)機時所處的位置區(qū)同現(xiàn)在開機時所處的位置區(qū)相同。從而MS開始IMSI附著的信令過程。首先，是MS和BS之間建立RR連接的過程。這個過程我們在4.1.4節(jié)中已做了具體的介紹。這里在（1）（2）（3）步中再做簡單的介紹。（1）MS在RACH隨機接入信道上發(fā)送CHANNEL REQUEST消息；（2）BS收到CHANNEL REQUEST消息后，在下行的AGCH接入許可信道上發(fā)送IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息，其中包括BS給MS分配的專用控制信道的物理信息。圖2-2-1 MS進行IMSI附著的信令過程（3）收到IMMEDIATE ASSIGNMENT信息，MS的調(diào)整到分配的專用信道上，發(fā)送SABM幀，其中包含的層3消息為LOCATION UPDATING REQUEST，這個消息中包含的參數(shù)有：位置更新的類型（可以是正常位置更新、IMSI附著或者周期性位置更新，則這里位置更新類型就是IMSI附著）；MS所在位置域