移动通信实验指导书资料Word文档格式.docx
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3.π/4差分四相相移键控(π/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
实验一QPSK传输系统实验
实验二OQPSK传输系统实验
实验三/4DQPSK传输系统实验
实验四MSK传输系统实验
实验五GMSK传输系统实验
实验六16QAM传输系统实验
实验七64QAM传输系统实验
实验八CDMA传输系统实验
附录HDB3测试码序列的改进
在ZH5001通信原理实验系统中,设计了一个通用的信道硬件平台,在该实验平台上除了完成以前几章的实验外,还能完成以下实验:
1.振幅调制传输系统实验AM
2.单边带调制SSB
3.抑制载波的双边带调制DSB
4.频率调制FM
5.四相相移键控QPSK
6.四相交错相移键控OQPSK
7.最小频移键控MSK
8.高斯最小频移键控GMSK
9.π/4差分四相相移键控π/4DQPSK
10.16QAM传输系统16QAM
11.64QAM传输系统64QAM
以上实验采用数字信号处理DSP技术+PFGA技术实现,其具有较完善的测试接口:
通过这些测试接口,可以对每一种调制解调方式有一个全面的了解。
在通信原理综合实验系统中,各模块的功能实现,需初始化不同的FPGA程序与数字信号处理DSP程序,并对它们进行一定的管理。
这些都是通过操作界面,让学生进行选择、控制。
在系统加电之后,系统按照上次关机前选择的模式进行初始化,在这期间DSP+FPGA模块中的初始化灯(DV01)熄灭。
当初始化完成之后,初始化灯亮。
在这之后大约经过5秒钟之后,完成相应模式参数的设置。
在这过程中,液晶显示器一直显示以下内容:
通信原理实验
完成初始化与参数设定后,液晶显示:
调制方式选择
之后,将等待学生的输入,学生必须按下箭头键(除复位键外,其它键将不起作用),将进入前一次学生选择的界面。
学生通过上、下箭头键进行下列菜单的选择:
菜单1:
调制方式选择(该菜单上只有下箭头和右箭头起作用)
菜单2:
FSK传输系统
菜单3:
BPSK传输系统
菜单4:
DBPSK传输系统
菜单5:
输入数据选择
菜单6:
外部数据信号
菜单7:
全1码
菜单8:
全0码
菜单9:
0/1码
菜单10:
特殊码序列
菜单11:
m序列
菜单12:
工作方式选择
菜单13:
匹配滤波
菜单14:
ADPCM
菜单15:
增强调制选择
菜单16:
AM
菜单17:
FM
菜单18:
QPSK
菜单19:
OQPSK
菜单20:
PI4QPSK
菜单21:
MSK
菜单22:
GMSK
菜单23:
16QAM
菜单24:
64QAM(在该菜单上只有上箭头和左箭头起作用)
通过上下箭头,学生可以在菜单1到菜单24之间移动,对已选择的模式或参数的菜单打勾,否则显示小手。
如要选择某一种模式,当移至该菜单时按确认键即可。
如果对已选择的模式打勾为阴影,则说明该实验箱不支持该种模式。
如确需此功能,需进行功能升级。
当学生可在菜单2到菜单4、菜单16到菜单23任一菜单上进行确认时,系统对学生选择的模式进行初始化,在这期间左边的初始化灯(DV01)熄灭。
在这之后大约经过5秒钟,完成相应模式参数的设置,并且在该菜单上打勾。
菜单2-4是调制方式选择;
菜单6-11是输入数据选择;
菜单13是一个复选菜单:
第一次确认选择,第二次按确认则取消该参数的设置;
菜单14-15是语音编码方式选择。
实验一
QPSK传输系统实验
一、实验目的
1、了解QPSK调制的基本工作原理;
2、掌握QPSK发送眼图的观察;
二、预备知识
1、数字信号传输的工作方式与基本工作过程;
2、QPSK的基本工作原理;
3、Nyquist成形滤波;
4、软件无线电的基本概念;
三、实验仪器
1、ZH5001A通信原理实验系统一台;
2、20MHz示波器一台;
四、实验原理
QPSK是在一个调制符号中传输两个比特,其比BPSK的带宽效率高两倍。
载波的相位为四个间隔相等的值,每一个相位值对应于唯一的一对消息,如下图所示。
QPSK的星座图
QPSK信号一般可表示为:
其中:
Ts为符号持续时间,等于两个比特周期。
使用三角恒等变换,上式在0≤t≤Ts可重写为:
因而,在等效基带信号中,QPSK可以表示成I、Q两路信号,其分别为:
对QPSK信号的调制过程如下:
输入比特流a(t)分为两路比特流I(t)、Q(t)(同相和正交流),每个的比特率为Rs=Rb/2。
比特流I(t)叫做“偶流”,Q(t)叫做“奇流”。
两个二进制序列分别用两个正交的载波进行调制,Q支路的载波相位较I支路的相位滞后900。
两个已调信号每一个都可以看作是一个BPSK信号(只不过对它们的调制载波存在限制),对它们相加产生一个QPSK信号。
与BPSK一样,每一支路在进行调制之前一般要进行Nyquist成形滤波使QPSK信号的功率谱限制在分配的带宽内。
这样可以防止信号能量泄漏到相邻的信道,还能去除在调制过程中产生的带外杂散信号。
同时还必需保证不产生码间串扰。
在一般通信系统中,脉冲成形在基带进行。
对QPSK的成形滤波一般也是在基带采用查表法实现,具体的实现方法与过程见BPSK调制实验一节,这儿不再叙述。
对QPSK调制与解调框图如下:
五、实验步骤
1、准备:
首先通过菜单将“通信原理综合实验系统”调制方式设置成“QPSK传输系统”模式;
用示波器测量TPMZ07测试点的信号,如果有脉冲波形,说明实验系统已正常工作;
如果没有脉冲波形,则需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。
2、QPSK调制基带信号眼图观测
(1)通过菜单选择不激活“匹配滤波”方式(未打勾),此时基带信号频谱成形滤波器全部放在发送端。
以时钟(TPMZ07)作同步,观测发送信号眼图(TPi03)的波形。
成型滤波器使用升余弦响应,ɑ=0.4。
判断信号观察的效果。
(2)通过菜单选择激活“匹配滤波”方式(打勾),此时系统构成收发匹配滤波最佳接收机,重复上述实验步骤。
仔细观察和区别与上述两种方式下发送信号眼图(TPi03)的波形。
注:
当通过选择菜单激活“匹配滤波”方式时,表示系统按匹配滤波最佳接收机组成,即发射机端和接收机端采用同样的开根号升余弦响应滤波器。
当未激活“匹配滤波”方式时,系统为非匹配最佳接收机,整个滤波器滚降特性全部放在发射机端完成,但信道成型滤波器特性不变。
思考:
怎样的系统才是最佳的?
3、I路和Q路调制信号的相平面(矢量图)信号观察
(1)测量I支路(TPi03)和Q支路信号(TPi04)李沙育(x-y)波形时,应将示波器设置在(x-y)方式,可从相平面上观察TPi03和TPi04的合成矢量图,其相位矢量图应为四种相位。
(2)通过菜单选择“匹配滤波”方式设置,重复上述实验步骤。
仔细观察和区别两种方式下矢量图信号。
什么样的相位轨迹说明调制之后信号包络的起伏度。
4、QPSK调制信号包络观察:
QPSK调制为非恒包络调制,调制载波信号包络具有明显的过零点。
通过本测量让学生熟悉QPSK调制信号的包落特征。
5、QPSK调制信号频谱测量
此项测量视学校仪表情况而定,无频谱仪可不测量。
测量时,用一条中频电缆将频谱仪连结接到调制器的KO02端口。
调整频谱仪中心频率为1.024MHz,扫描频率为10KHz/DIV,分辨率带宽为1~10KHz左右,调整频率仪输入信号衰减器和扫描时间为合适位置。
观测QPSK信号频谱,测量调制频谱占用带宽、电平等,记录实际测量结果,画下测量波形。
6、解调器失锁时的眼图信号观测
(1)准备:
用中频电缆连结KO02和JL02,建立中频自环(自发自收)。
(2)将跳线开关KL01设置在2_3位置(开环),使收发端的频差可以通过电位器WL01进行调整。
(3)通过调整电位器WL01增加收发频差。
(4)用时钟信号TPMZ07作同步,观测失锁时的解调器眼图信号TPJ05,熟悉QPSK调制器失锁时的眼图信号(未张开)。
观测失锁时正交支路解调器眼图信号TPJ06波形。
注意:
将示波器时基从正常位置调整2~5ms/DIV对比观测。
7、在大频差情况下,接收端I路和Q路解调信号的相平面(矢量图)波形观察
(1)通过调整电位器WL01增加收发频差。
(2)测量I支路(TPJ05)和Q支路信号(TPJ06)李沙育(x-y)波形时,应将示波器设置在(x-y)方式,可从相平面上观察TPJ05和TPJ06的合成矢量图。
在收发频偏较大时为什么观察不到QPSK的星座图。
8、调整减小收发频差观察解调器接收端I路和Q路的相平面(矢量图)波形观察
(1)通过调整电位器WL01减小收发频差调整电位器WL01(改变接收本地载频——即改变收发频差),同时观察发端载波TPK06与接收端本地载波TPLZ04,使两点TPK06、TPLZ04波形达到相干。
(2)观测接收端失锁时I路和Q路的合成矢量图。
掌握解调器时I路和Q路解调信号的相平面(矢量图)波形的变化,分析测量结果。
通过该实验说明载波恢复在通信中的重要性。
9、接收端解调器眼图信号观测
(1)通过调整电位器WL01减小收发频差:
调整电位器WL01(改变接收本地载频——即改变收发频差),同时观察发端载波TPK06与接收端本地载波TPLZ04,使两点TPK06、TPLZ04波形达到相干。
(2)低通滤波之前QPSK解调测量:
观察QPSK解调基带信号测试点TPJ01的波形,观测时仍用时钟TPMZ07(TPN02)作同步进行观察。
(3)低通滤波之后QPSK解调测量:
观察QPSK解调基带信号经滤波之后在测试点TPJ05的波形(在A/D模块内),观测时仍用时钟TPMZ07(TPN02)作同步,比较其两者的对应关系。
分析TPJ01、TPJ05波形的差异。
将接收端与发射端眼图信号TPI03进行比较,观测接收眼图信号有何变化(有噪声、频差)。
(4)观测正交Q支路眼图信号测试点TPJ06(在A/D模块内)波形,比较与TPJ05测试波形有什么不同?
(相同还是不同
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