移动通信原理实验箱实验指导书V1[1].0.doc

1、 移动通信原理实验指导书第二章 调制与解调实验一 MSK 调制解调实验一、实验目的1、掌握 MSK 调制和解调的原理。2、理解 MSK 的优缺点。二、实验内容1、观察 MSK 调制过程中各信号的波形。2、观察 MSK 解调过程中各信号的波形。三、预备知识1、MSK 调制和解调的基本原理。2、MSK 调制和解调部分的工作原理及电路说明。四、实验器材1、移动通信原理实验箱 一台2、20M 双踪示波器 一台五、实验原理1、MSK 调制原理MSK 称为最小移频键控，是移频键控（FSK）的一种改进型。这里“最小”指的是能以最小的调制指数（即 0.5）获得正交信号，它能比 PSK 传送更高的比特速率。二进

2、制 MSK 信号的表达式可写为： costSMKktTsat2Tst)1(载波角频率；c码元宽度；Ts第 k 个码元中的信息，其取值为1；ka移动通信原理实验指导书- 1 -第 k 个码元的相位常数，它在时间 中保持不变；k kTstk)1(当 1 时，信号的频率为： a2fcs4当 1 时，信号的频率为： k 1T由此可得频率之差为： f2fs那么 MSK 信号波形如图 2.1-1 所示： 图 2.1-1 MSK 信号波形为了保持相位的连续，在 t= 时间内应有下式成立：kTs= （ ） （ ）k11ak21即：当 时， = ；ak当 时， = （ ）；k11若令 0，则 0 或，此式说明本

3、比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入k有关，还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。 costSMKktTsat2= k）（ ttcokas）（ tTs2intcikTs)1(令 ， kcosIkacoskQ则： tSMK）（ tT2tc）（ tTs2intcikTsk)(移动通信原理实验指导书- 2 -为了便于理解如图 2.1-2 所示：1234567891012314516718920123240 +1+1 +1+1+1+1+1+1-1- -1-1-1-1-1-1 -1-1-1 -1-1+ +1+1+ +1+1+kakkdkcoskkas)2sin(cosTstakk 0 000 00

4、00+1+1 +1+1 +1+1+1+1+1 +1+1+1 +1+1-1- -1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1)2cos(cosTstkk图 2.1-2 码元变换及成形信号波形图根据上面描述可构成一种 MSK 调制器，其方框图如图 2.1-3 所示：差 分编 码 串 /并转 换 波 形 选 择 地 址生 成 器Cos ctSin ct MSK信 号波 形 选 择 地 址生 成 器EPROMEPROMD/A转 换 器 乘 法 器乘 法 器 加 法 器（ 运 放 ）D/A转 换 器CPLD时 序 电 路 低 通 滤 波 器时 序 电 路 低 通 滤 波 器IkQk延 时TsNRZ图 2.1

5、-3 MSK 调制原理框图输入数据 NRZ，然后通过 CPLD 电路实现差分编码及串/并转换，得到 Ik、Q k 两路数据。波形选择地址生成器是根据接受到的数据（I k 或 Qk）输出波形选择的地址。 EEPROM（各种移动通信原理实验指导书- 3 -波形数据存储在其中）根据 CPLD 输出的地址来输出相应的数据，然后通过 DA 转换器得到我们需要的基带波形，最后通过乘法器调制，运放求和就得到了我们需要的 MSK 调制信号。MSK 基带波形只有两种波形组成，见图 2.1-4 所示：波 形 1波 形 2图 2.1-4 MSK 成形信号在 MSK 调制中，成形信号取出原理为：由于成形信号只有两种波

6、形选择，因此当前数据取出的成形信号只与它的前一位数据有关。如果当前数据与前一位数据相同，输出的成形信号就相反（如果前一数据对应波形 1，那么当前数据对应波形 2） ；如果当前数据与前一位数据相反，输出的成形信号就相同（如果前一数据对应波形 1，那么当前数据仍对应波形 1） 。2、MSK 解调原理MSK 信号的解调与 FSK 信号相似，可以采用相干解调，也可以采用非相干解调方式。本实验模块中采用一种相干解调的方式。已知： tSMKkI）（ tTs2cotckQ）（ tTs2intci把该信号进行正交解调可得到：Ik 路 k）（ tstck）（ tsitcitco= + +21I）（ tTco41

7、ItTc）（ 2o41kItTs）（ 2s +kQts）（sQtc）（oQk 路 kI）（ tTs2cotck）（ tTs2intcitcsin= + +1k）（ tin41kItc）（i41kItTsc）（ 2i +kQtTsc）（ 2sinkQtsc）（sin我们需要的是 、 两路信号，所以必须将其它频率成份21kI）（ tTsco1k）（ ti移动通信原理实验指导书- 4 -、 通过低通滤波器滤除掉，然后对 、）（ Tsc2）（ Tsc221kI）（ tTsco21kQ采样即可还原成 、 两路信号。）（ tsinkIQ根据上面描述可构成一种 MSK 解调器，其方框图如图 2.1-5 所示

8、：MSK信 号 乘 法 器乘 法 器 时 序 电 路低 通 滤 波 器低 通 滤 波 器 电 平比 较 器电 平比 较 器 抽 样判 决抽 样判 决 数 据还 原数 据还 原时 序 电 路 并 /串转 换 差 分译 码Sin ctCos ct NRZCPLDCLKBS IkQk图 2.1-5 MSK 解调原理框图将得到的 MSK 调制信号正交解调，通过低通滤波器得到基带成形信号，并对由此得到的基带信号的波形进行电平比较得到数据，再将此数据经过 CPLD 的数字处理，就可解调得到 NRZ 码。在实际系统中，相干载波是通过载波同步获取的，相干载波的频率和相位只有和调制端载波相同时，才能完成相干解调

9、。由于载波同步不是本实验的研究内容，因此在本模块中的相干载波是直接从调制端引入，因此解调器中的载波与调制器中的载波同频同相。载波同步的实验可在本实验箱的 CDMA 系统中实现。六、实验步骤1、MSK 调制实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为 10000000 、0001，则调制类型选择为 MSK 调制。说明 1：为了能用示波器观察调制输出信号波形的相位关系，所以 NRZ 的码速率采用与载波相当的速率，由于本系统的载波频率为 12KHz，所以做调制实验时选择NRZ 码速率为 12Kb/s 分别观察差分编码后的“NRZ”处波形，并由此串并转换得到的“DI” 、 “DQ”两路数据波形。 分别观察“I

10、 路成形”信号波形、 “Q 路成形”信号波形、 “I 路调制”同相调制信号波形、 “Q 路调制”正交调制信号波形、 “调制输出”波形。说明 2：如果在步骤、中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。 用示波器观察“I 路成形 ”信号、 “Q 路成形”信号的 X-Y 波形。移动通信原理实验指导书- 5 -说明 3：此波形即为 MSK 调制的星座图。用示波器的双踪分别接“I 路成形”和“Q 路成形” ，并选择示波器的 “X-Y”模式。2、MSK 解调实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为 10000000、0100， “解调类型选择”拨码开关拨为 10000000、0100，则解调类型选择为

11、MSK 解调。说明 4：为了能在解调端滤波时能得到与调制端成形信号一致的波形，须加大载波信号与 NRZ 码速率之间的频率差值，所以 NRZ 的码速率采用比载波频率小得多的码速率，由于本系统的载波频率为 12KHz，所以做解凋实验时选择 NRZ 码速率为1.5Kb/s。 分别观察“I 路解调”信号波形、 “Q 路解调”信号波形、 “I 路滤波”信号波形、“Q 路滤波”信号波形。 分别观察解调的“DI” 、 “DQ”两路数据波形，由此并/串转换得到的差分编码 “NRZ”波形，并观察解调输出的波形。 最后比较调制端“NRZ”波形和解调端“NRZ”波形，看解调是否正确。说明 5：如果发现解调输出波形不

12、正确，请按下“解调复位”键后继续观察。七、实验思考题1、什么是最小移频键控？ 2、MSK 信号具有哪些特点？八、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出 MSK 分别在调制和解调中的各测量点的波形图。3、画出 MSK 在调制和解调中的 X-Y 波形图（即星座图）。4、对实验思考题加以分析，并画出原理图。移动通信原理实验指导书- 6 -实验二 QPSK 调制解调实验一、实验目的1、掌握 QPSK 调制解调原理。2、理解 QPSK 的优缺点。二、实验内容1、观察 QPSK 调制过程中各信号波形。2、观察 QPSK 解调过程中各信号波形。三、预备知

13、识1、QPSK 调制解调的基本原理。2、QPSK 调制解调部分的工作原理及电路说明。四、实验器材1、移动通信原理实验箱 一台2、20M 双踪示波器 一台五、实验原理1、QPSK 调制原理QPSK 又叫四相绝对相移调制，QPSK 利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个四进制码元又被称为双比特码元。我们把组成双比特码元的前一信息比特用 a 代表，后一信息比特用 b 代表。双比特码元中两个信息比特 ab通常是按格雷码排列的，它与载波相位的关系如表 2.3-1 所示，矢量关系如图 2.3-1 所示。图（a）表示 A 方式时 QPSK 信号矢量图，图（b）表示

14、B 方式时 QPSK 信号的矢量图。由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在 A 方式中：45、135、225、315，则数据 、 通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值 ；B 方式中：kIQ2/0、90、180、270，则数据 、 通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值kIQ1、0。表 2.3-1 双比特码元与载波相位关系移动通信原理实验指导书- 7 -双比特码元 载波相位a b A 方式 B 方式0110001122531545135090180270图 2.3-1 QPSK 信号的矢量图下面以 A 方式的 QPSK 为例说明 QPSK 信号相位的合成方法。串/并变换器将输入的

15、二进制序列依次分为两个并行数据，然后通过基带成形得到的双极性序列（从 D/A 转换器输出，幅度为 ） 。设两个双极性序列中的二进制数字分别2/为 a 和 b，每一对 ab 称为一个双比特码元。双极性的 a 和 b 脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波 及 正 交 载 波 进 行 二 相 调 制 ， 得 到 图 2.3-2 中 虚 线 矢 量 ， 将 两 路 输 出 叠 加 ， 即 得 到QPSK 调 制 信 号 ， 其 相 位 编 码 关 系 如 表 2.3-2 所 示 。图 2.3-2 矢量图a(1) b(1)b(0) a(0)(-1,) (1,-)(-1,) (1,)(,)(0,1)(0,

16、) (1,0)45 (1,0)(1,) (0,1)(0,)0参 考 相 位 参 考 相 位(a) b移动通信原理实验指导书- 8 -表 2.3-2 QPSK 信号相位编码逻辑关系a 1 1 1 1b 1 1 1 1a 路平衡调制器输出b 路平衡调制器输出合成相位09045180901351802702250270315用调相法产生 QPSK 调制原理框图如图 2.3-3 所示。串 /并转 换 波 形 选 择 地 址生 成 器Cos ctSin ct QPSK信 号波 形 选 择 地 址生 成 器EPROMEPROMD/A转 换 器 乘 法 器乘 法 器 加 法 器（ 运 放 ）D/A转 换 器

17、CPLD时 序 电 路 低 通 滤 波 器时 序 电 路 低 通 滤 波 器IkQkNRZ图 2.3-3 QPSK 调制原理框图2、QPSK 解调原理由于 QPSK 可以看作是两个正交 2PSK 信号的合成，故它可以采用与 2PSK 信号类似的解调方法进行解调，即由两个 2PSK 信号相干解调器构成，其原理框图如图 2.3-4 所示。QPSK信 号 乘 法 器乘 法 器 时 序 电 路低 通 滤 波 器低 通 滤 波 器 电 平比 较 器电 平比 较 器 抽 样判 决抽 样判 决 数 据还 原数 据还 原时 序 电 路 并 /串转 换Sin ctCos ct NRZCPLDCLKBS IkQk

18、图 2.3-4 QPSK 解调原理框图移动通信原理实验指导书- 9 -六、实验步骤1、A 方式的 QPSK 调制实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00010000、0001，则选择 A 方式的 QPSK 调制。 分别观察 NRZ 码经串并转换得到的“DI” 、 “DQ”两路数据波形。 分别观察“I 路成形”信号波形、 “Q 路成形”信号波形、 “I 路调制”同相调制信号波形、 “Q 路调制”正交调制信号波形、 “调制输出”波形。 用示波器观察“I 路成形 ”信号、 “Q 路成形”信号的 X-Y 波形（即星座图） 。2、B 方式的 QPSK 调制实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为 0001

19、0001、0001，则调制类型选择为 B 方式的QPSK 调制。 分别观察 NRZ 码经串并转换得到的“DI” 、 “DQ”两路数据波形。 分别观察“I 路成形”信号波形、 “Q 路成形”信号波形、 “I 路调制”同相调制信号波形、 “Q 路调制”正交调制信号波形、 “调制输出”波形，并同 A 方式的 QPSK 调制比较。 用示波器观察“I 路成形 ”信号、 “Q 路成形”信号的 X-Y 波形（即星座图） 。说明 1：如果在步骤、中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。3、A 方式的 QPSK 解调实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00010000、0100， “解调类型选择”拨码

20、开关拨为 00010000、0100，则解调类型选择为 A 方式的 QPSK 解调。 分别观察“I 路解调”信号波形、 “Q 路解调”信号波形、 “I 路滤波”信号波形、“Q 路滤波”信号波形。 分别观察解调的“DI” 、 “DQ”两路数据波形，并观察解调输出“NRZ”的波形。4、B 方式的 QPSK 解调实验 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00010001、0100， “解调类型选择”拨码开关拨为 00010001、0100，则解调类型选择为 B 方式的 QPSK 解调。 分别观察“I 路解调”信号波形、 “Q 路解调”信号波形、 “I 路滤波”信号波形、“Q 路滤波”信号波形。 分别观察

21、解调的“DI” 、 “DQ”两路数据波形，并观察解调输出“NRZ”的波形。说明 2：如果发现解调输出波形不正确，请按下“解调复位”键后继续观察。七、实验思考题1、QPSK 还可以采用其它的调制方式吗？2、观察 QPSK 调制解调中的 XY 波形（即星座图），并分析 A 方式和 B 方式的不同点？八、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。移动通信原理实验指导书- 10 -2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出 QPSK 分别在调制解调中的各测量点的波形图。3、画出 QPSK 在调制解调中的 XY 波形图（即星座图）。4、对实验思考题加以分析，并画出原理图。实验三 接收机实验一、实

22、验目的1、了解二次混频超外差调频接收机电路及特点。2、了解接收机灵敏度和信噪比的概念。3、了解单片无绳电话集成电路 KB8528 的接收机原理。二、实验内容1、用示波器或频谱仪测量接收机的本振信号和中频信号。2、观察接收信号和本振信号随信道变化的规律，并用相应表格示出。三、预备知识1、FM 、 PM 与 AM 的相关知识。2、二次混频超外差式调频接收机的原理。3、无绳电话的工作原理。4、关于混频、射频放大、鉴频，双工器、VCO、PLL 等的基本工作原理。四、实验器材1、移动通信原理实验箱 一台2、CT1 无绳电话（带手动选 频功能） 一部3、双踪示波器 （60M 或以上，推荐使用数字示波器）

23、一台4、频谱分析仪 （选用） 一台五、实验原理1、FM 、PM 与 AM 移动通信原理实验指导书- 11 -FM、 PM 与 AM 相比具有以下二个优点：（1）移动信道是受多径效应影响的衰落信道，移动台收到的高频信号严重起伏，衰落深度可达 1030dB。由于 FM 和 PM 信号在振幅上不载有信息，接收机中可采用限幅器来消除衰落的影响而不影响载波频率和相位调制信息的接收。（2）FM 和 PM 发射高频信号幅度不变，发射功率恒定，接收信号强度中值恒定，有利于信号接收。因此，大多数模拟移动通信系统都采用 FM 或 PM 方式，其中以 FM 最为普遍。CT1 无绳电话亦采用 FM 方式，它的收发信机

24、（TRX：Transceiver 是 Transmitter 及Receiver 的组合词）包括接收机（ RX：Receiver ） 、发射机（ TX：Transmitter） 、双工器（DPX： Duplexer）及锁相频率合成器（锁相频合）四部分，在本实验中需了解其接收机电路的工作原理，测量相关的本振信号及中频信号，接收机灵敏度及大信号信噪比两个性能指标（选做） 。2、单片无绳电话集成电路 KB8528 的内部结构移动通信原理实验指导书- 12 -图 3.3-1 KB8528 的内部结构图3、二次混频超外差调频接收机接收机有直接放大式及外差式两类。外差式接收机通过混频将接收频率降低为固定的

25、中频，由于中放及中频滤波器能提供稳定的高增益和良好的选择性，使接收机具有优良性能，因而获得广泛应用。外差接收机存在一种特殊的干扰 镜频干扰。为抑制镜频干扰必须提高中频频率，通过高放及选频特性滤除镜象频率干扰信号。但在较高的中频上获得稳定的高增益、良好的选择性及进行解调是困难的。因此，提出二次混频超外差方案。第一中频采用高中频，例如10.7MHz、21.4MHz 或更高，第二中频采用 455KHz 等。较高的第一中频可保证镜频选择性，较低的第二中频提供稳定的高增益、良好的选择性及容易解调。图 3.3-2 是二次混频超外差接收机方框图图 3.3-2 二次混频超外差接收机方框图4、单片无绳电话集成电

26、路 KB8528 的接收电路框图锁相频合第二本振载波检测AFo高频放大第一混频第一中频放大第二混频第二中频放大鉴频 音频放大第一本振fL1 fL2移动通信原理实验指导书- 13 -图 3.3-3 KB8528 的接收电路框图单片无绳电话集成电路 KB8528 的接收机是一个典型的调频双变频接收机，它包括两个本振、两个变频器、限幅中频放大器、正交鉴频器、数据比较器、载波检测器和低电池检测器。下面简述一下它的工作过程：在天线上接收到的高频信号经过双工器（手机双工器或座机双工器）后进入射频放大（衰减）部分（有的情况下由于距离比较近，接收信号的功率较强，此时就不是射频放大，而是射频衰减，请同学们观察在

27、此移动通信实验箱里是射频放大还是衰减？） 。然后在第一混频器中被转换为第一中频信号（一般为 10.7MHz） ，该信号被放大滤波后送至第二混频器，被转换为第二中频信号（一般为 455KHz） 。第二中频信号在限幅中放中被放大到某一幅度，同时消除了调幅噪声。最后该信号送鉴频器解调为音频信号。解调后的音频信号在发射端是经过压缩的，所以在这里需要送往扩展器进行扩展，在经过去加重电路消除高频噪声，从而恢复出原始的话音信号。调频接收机有两种变频方式：单变频和双变频，在本移动通信实验箱中使用了双变频的方式，它的框图见图 3.3-2。射频信号在第一混频器与第一本振信号差频，产生 10.7M 的第一中频信号，

28、该信号在第二混频器与第二本振信号差频产生第二中频信号（455K） ，这样就很容易实现满意的镜像抑止。4.1 第一混频器移动通信原理实验指导书- 14 -图 3.3-4 第一混频器框图第一混频器为双平衡混频器，它可以有效地抑止本振频率和输入射频信号，在混频器输出端只出现输入射频信号与第一本振信号的和频与差频，这里对本振的抑止大于 50dB。第一混频器的输出阻抗为 330 欧，与外接的 10.7M 陶瓷滤波器是匹配的。第一本振为一压控振荡器,它位于锁相环电路与接收机之间。在多频道无绳电话中，第一本振包括变容二极管和缓冲输出，其振荡频率可高达 190M，缓冲输出电平由 400mV 到 1V（峰峰值）

29、 。内部的变容二极管在 1.0V2.0V 电压时的电容量为 18.73pF 到 15.86 pF。对于美国 25 频道，由于手机的接收频率为 4346M，频带宽度为 3M，所以变容二极管的容量范围不能覆盖这样宽的频带。为了解决这个问题，在第一混频器中包括由开关选择的内部电容网络，内部电容的选择由微控制器送的串行数据控制。引入内部电容后，第一本振便可覆盖美国的 25 频道，并使接收机在所有频道上具有一致的灵敏度。在中国 20 频道中，无论是无绳电话手机还是座机的频带宽度都只有不到 0.5M,远远小于美国 25 信道的 3M，所以不用选择内部电容。4.2 第二混频器图 3.3-5 第二混频器框图第

30、一混频器通过 10.7M 陶瓷滤波器馈入第二混频器输入端。输入信号的频率是固定的，为 10.7M。第二本振的频率也是固定的，为 10.245M，所以第一中频信号与第二本振信号在第二混频器中产生的第二中频信号也是固定的 455K。第二本振为考毕兹型振荡器，振荡频率由石英晶体决定。该振荡频率同时提供给锁相环电路作基准频率使用。图 3.3-6 给出了电容三点式振荡的原理图及振荡频率的计算公式。移动通信原理实验指导书- 15 -图 3.3-6 电容三点式振荡器第二混频器的输出阻抗为 1.5K，与通常使用的 455KHz 陶瓷滤波器相匹配。其开路变频增益最大值为 25dB。第二混频器输出信号通过 455

31、K 陶瓷滤波器输入到限幅中频放大器。限幅中放包括七级中频放大器和限幅放大器。第二中频信号在这里被放大且被限幅，然后馈入正交鉴频器解调出音频信号。限幅中放的最大输出为 0.14V。由于限幅中放使得第二中频信号保持恒定，从而消除了在传输信道中渗入的噪声调幅分量。图 3.3-7 给出了限幅中放（LIMITER） 、鉴频器（ DETECTOR） 、FSK 比较器（FSK COMPARATOR） 、载波检测器（CARRIER DETECTOR）的内部互联电路。图 3.3-7 限幅中放、鉴频器、载波检测器、FSK 比较器内部电路5、接收机灵敏度与大信号信噪比（仅做原理介绍）调频解调器输入信噪比(S/N)

32、in 与解调后的输出信噪比(S/N) out 的关系为（3.3-1 ）)1(2)/(finoutmNSG式中，G 为增益；m f=fm/Fm 为调制指数，等于调制频偏f m 与调制频率 Fm 之比。对于常用的 FM 通信机， mf=fm/Fm=5KHz/3.4KHz=1.47 代入式（ 3.3-1）得G=10.6=10dB (3.3-2)移动通信原理实验指导书- 16 -由式（3.3-1）可见，(S/N) out 与(S/N) in 成线性关系。然而实际鉴频器特性在下述二个区域偏离以上线性关系，一是在(S/N) in 下降到某个门限值后， (S/N)out 急剧恶化，这就是所谓的鉴频器门限效应

33、。二是在(S/N) in 很高时，由于鉴频器之前接收机电路的不理想，包括一、二本振信号存在寄生调频及相位噪声，使得鉴频器输入信号 Sin 存在寄生调频及相位噪声，故(S/N)out 不再随(S/N) in 的上升而改善，基本上保持常数。在实验室中测量调频接收机时，鉴频器的输入噪声是接收机输入噪声频率搬移及放大后得到的，为常数。所以，改变输入射频信号幅度 C，就改变了鉴频器(S/N) in 及(S/N) out，并且有 C/N=(S/N)in，将此式及式（3.3-2）代入式（3.3-1 ）得(S/N)out(dB)= C/N(dB)+G(dB) =C/N(dB)+10dB （3.3- 3）5.1

34、 接收机灵敏度及大信号信噪比灵敏度是衡量接收机对微弱信号接收能力的指标。（1）定义灵敏度是指射频信号为标准调制（调制信号频率 Fm=1KHz，调制频偏f m=3KHz）时，在接收机输出端得到规定的信纳比(S+N+D)/(N+D)，式中 S 为信号，D 为信号失真，N 为噪声或信噪比(S+N+D)/N，接收机输入端所需最小射频信号电平，以v 或 dBV（以 1V 为参考）为单位。（2）测量方法信纳比要用专门的信纳计来测量。信纳计内部有 1KHz 陷波器，在陷波器前面测得总信号(S+N+D)，在后面测得 (N+D)，两者之比为信纳比，直接刻度在信纳计表头上。高校一般没有这种仪器，故不便测信纳比灵敏

35、度。然而，在一般情况下，信号失真 D 及噪声 N 比信号 S 小，则近似有（3.3- 4）NSDS即信纳比近似等于信噪比，故可以用信噪比灵敏度代替信纳比灵敏度。下面给出代替专用信噪比测量仪，用普通模拟示波器测量信噪比的方法。解调输出音频信号为 1KHz 正弦信号，则信号有效值 S 与信号峰 -峰值 Sp-p 的关系为（3.3- 5）2/pS设输出噪声为正态分布的白噪声，则白噪声峰-峰值 Np-p 与有效值（即式( 3.3-4)中的 N）的关系为 Np-p=6=6N，故得N=Np-p/6 （3.3- 6）由式（3.3-5）及（3.3-6）得（3.3- 7）pNSS23log0式（3.3-7）信号

36、峰-峰值 Sp-p 及噪声峰- 峰值 Np-p 都可用示波器测量得到，故 S/N 可求出。5.2 接收机大信号信噪比移动通信原理实验指导书- 17 -（1）定义接收机大信号信噪比是射频输入信号足够强时，在接收机输出端测得的信噪比。（2）测量方法在射频输入信号足够大，例如，大于接收机 12dB S/N 灵敏度 100 倍时，用示波器测量接收机输出信噪比，从而测得接收机大信号信噪比。六、实验步骤1、在有频谱仪的条件下，测量无绳电话的接收信号。使无绳电话的手机与座机对讲。首先测量“座机”模式。将模式选择开关拨到“座机”模式，发射选择开关拨到“不发射”状态。此时将接收的是无绳电话手机发射的射频信号，即

37、 48MHz48.475MHz 。将频谱仪的中心频率（CENTER）设置为 48MHz，扫描带宽（SPAN）设置为 1MHz，测量接收信号“RXBS”测试点的频谱，并记录中心频率。变换无绳电话的信道，记录下每一信道的频率。将模式选择开关拨到“手机”模式用同样的方法测量“手机”模式下的各个信道，并记录下来，比较相互之间的异同。（此时的测试点为“RX HS”）2、若没有频谱仪，也可用示波器观察接收信号，但须将“音量调节”逆时针旋到底，将移动通信实验箱的天线和无绳电话的天线靠紧。使无绳电话的手机与座机对讲。将模式选择开关拨到“座机”模式，发射选择开关拨到“不发射”状态。此时将接收的是无绳电话手机发射

38、的射频信号，即 48MHz48.475MHz ，按下“复位 ”键，此时接收到的信号将是 01信道的信号。用示波器观测“RX BS”测试点，并测量其频率，并作记录（采用数字示波器测量其频率，由于信号频率较大，接收的信号功率较弱，从而避免相互干扰，所以相对于采用频谱仪测量的有一定误差，学生对比分析后记录）。改变通话信道（详细操作见无绳电话实验部分实验一），将测得的频率与信道号一一对应，整理出表格来。用同样的方法测量“手机”模式下的各个信道的值（此时的测试点为“RX HS”）。3、将示波器设置为交流档，分别测量“第一本振”、“第一中频”、“第二本振”、“第二中频”。首先从“座机”模式下的 1 信道开

39、始，逐一观测上述四个测试点，注意第一本振信号是根据信道的变化而变化的，而“第一中频”、“第二本振”、“第二中频”均是固定频率，“第一中频”和“第二中频”在有接收信号时才会产生，而且无论在哪个信道进行通话，它们始终是固定的。观察完“座机”模式下的 20 个信道后，用同样的方法观测“手机”模式下的 20 个信道。4、在有频谱仪的条件下，用其观测第一本振信号的变化是最直观的。首先测量“座机”模式，将频谱仪的中心频率（CENTER）设置为 37.3MHz（请思考：这里为什么是 37.3M），扫描带宽（SPAN）设置为 1MHz，随着信道的加和减，第一本振信号的频谱则左右跳变，请仔细观察它的跳变规律与信

40、道变化的关系。用同样的方法观察“手机”模式下的各个信道。七、实验思考题1、超外差式接收的原理是什么？画出它的工作原理框图。2、如果使用其它方法实现无绳电话系统射频信号的接收，该如何实现？需要用到哪些关键器件？移动通信原理实验指导书- 18 -3、单片无绳电话集成电路 KB8528 接收机的工作原理是什么？请解释图 3.3-3 中每一部分的作用。4、接收机灵敏度的含义是什么？ 八、实验报告要求1、根据无绳电话通话信道的变化和实际测量的结果，总结出手机和座机发射信号随信道变化的规律，并用相应表格示出。2、观察第一本振信号在座机和手机模式下每一个信道的变化规律，并用相应的表格示出。1、 记录下在“座

41、机”和“手机”模式下每一个信道的第二本振和第二中频的变化情况。实验四 无绳电话移动通信系统实验一、实验目的1、了解移动通信系统的组成。2、了解移动通信系统的基本功能。3、了解移动通信原理实验箱无绳电话部分的功能及框架。二、实验内容1、用两台移动通信原理实验箱进行单工和双工通信，观察通话效果和干扰情况。2、观察不同信道通信时的通话效果，并观察干扰情况。三、预备知识1、本移动通信原理实验箱的基本构成及使用方法。移动通信原理实验指导书- 19 -2、同频干扰，邻道干扰，互调干扰的基本概念。四、实验器材1、移动通信原理实验箱 一台2、CT1 无绳电话（带手动选频 功能） 一部3、电话单机 一部4、双踪

42、示波器（60M 或以上，推荐使用数字示波器） 一台 5、频谱仪（选用） 一台五、实验原理1、移动通信系统常用的移动通信系统主要有四类：蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统、无绳电话系统及无线寻呼系统，它们的功能及应用场合各不相同，但它们的基本原理及技术是相同的。移动通信的多址方式主要有 FDMA、TDMA、CDMA 三大类。FDMA 系统一般为模拟移动通信制式，TDMA 及 CDMA 为数字移动通信制式。FDMA 发展早，已成功应用于各种移动通信系统多年，目前在一些领域仍在广泛应用。数字移动通信是在模拟移动通信基础上发展、演进而来的，在网络组成、设备配置、系统功能和工作方式上二者都有许多相同之处

43、。在无线通信环境的电波覆盖区内，如何建立用户之间的无线信道的连接，是多址接入方式内问题。因为无线通信具有大面积无线电波覆盖和广播信道的特点，网内一个用户发射的信号其他用户均可接收，所以网内用户如何能从播发的信号中识别出发送给本用户地址的信号就成为建立连接的首要问题。 多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为时间、频率和码型的函数，即可写作： s(c,f,t)=c(t)s(f,t) 其中 c(t)是码型函数，s(f,t) 为时间(t)和频率(f)的函数。 当以传输信号的载波频率的不同划分来建立多址接入时，称为频分多址方式(FDMA) ；当以传输信号存在的时间不同划分来建立

44、多址接入时，称为时分多址方式(TDMA)；当以传输信号的码型不同划分来建立多址接入时，称为码分多址方式(CDMA)。图 3.7-1 分别给出了 FDMA、TDMA 和 CDMA 的示意图。 移动通信原理实验指导书- 20 -3.7-1 三种多址方式示意图蜂窝结构的通信系统特点是通信资源的重用。频分多址系统是频率资源的重用；时分多址系统是时隙资源的多用；码分多址系统是码型资源的重用。频分多址系统是以频道来分离用户地址的，所以它是频道受限和干扰受限的系统；时分多址系统是以时隙来分离的，所以它是时隙受限和干扰受限的系统，但一般说来，它只是干扰受限的系统。 下面将分别介绍 FDMA、TDMA 和 CD

45、MA 。1.1 频分多址（FDMA） 在频分多址系统中，把可使用的总频段划分为若干占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道，分配给一个用户。在接收设备中使用带通滤波器允许指定频道里的能量通过，但滤除其它频率的信号，从而限制临近信道之间的相互干扰。FDMA 通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须占用 4 个频道才能实现双工通信。不过，移动台在通信时所占用的频道并不是固定指配的，它通常是在通信建立阶段由系统控制中心临时分配的，通信结束后，移动台将退出它占用的频道，这些频道又可以重新分配给别的用户使

46、用。 这种方式的特点是技术成熟，易于与模拟系统兼容，对信号功率控制要求不严格。但是在系统设计中需要周密的频率规划，基站需要多部不同载波频率发射机同时工作，设备多且容易产生信道间的互调干扰。1.2 时分多址（TDMA） 在时分多址系统中，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的） ，每一个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号，满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内

47、接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。 FDMA 通信系统比较，TDMA 通信系统的特点如下： TDMA 系统的基站只需要一部发射机，可以避免像 FDMA 系统那样因多部不同频率的发射机同时工作而产生的互调干扰； 频率规划简单。TDMA 系统不存在频率分配问题，对时隙的管理和分配通常要比对频移动通信原理实验指导书- 21 -率的管理与分配容易而经济，便于动态分配信道；如果采用话音检查技术，实现有话音时分配时隙，无话音时不分配时隙，有利于提高系统容量； 因为移动台只在指定的时隙中接收基站发给它的信号，因而在一帧的其他时隙中，可以测量其他基站发射的信号强度，或检测网络系统发射的广播信息和

48、控制信息，这对于加强通信网络的控制功能和保证移动台的越区切换都是有利的； TDMA 系统设备必须有精确的定时和同步，保证各移动台发送的信号不会在基站发生重叠或混淆，并且能准确地在指定的时隙中接收基站发给它的信号。同步技术是 TDMA 系统正常工作的重要保证，往往也是比较复杂的技术难题。 1.3 码分多址(CDMA) 在 CDMA 通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个 CDMA 信号是互相重叠的。接收机的相关器可以在多个 CDMA 信号选出使用的预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。 在 CDMA 蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输，除去传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，CDMA 通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。类似的信道属于逻辑信