CDMA通信系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制及解調(diào)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)通信課程設(shè)計(jì)

1、通信技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書論文題目cdma通信系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制及解調(diào)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)類型工程技術(shù)導(dǎo)師姓名主要內(nèi)容及目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè) cdma通信系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制及解調(diào)過程，并測試四種調(diào)制方式：bpsk、qpsk、oqpsk和msk中探測點(diǎn)的波形，要求：1、熟悉bpsk調(diào)制和解調(diào)過程，并通過示波器測試bpsk各點(diǎn)的波形；2、熟悉qpsk調(diào)制和解調(diào)過程，并通過示波器測試qpsk各點(diǎn)的波形；3、熟悉oqspk調(diào)制和解調(diào)過程，并通過示波器測試oqpsk各點(diǎn)的波形；4、熟悉msk調(diào)制和解調(diào)過程，并通過示波器測試msk各點(diǎn)的波形。具有的設(shè)計(jì)條件根據(jù)設(shè)計(jì)要求提供相關(guān)的試驗(yàn)環(huán)境，需要pz6001試驗(yàn)箱及示波器。計(jì)劃學(xué)生數(shù)及

2、任務(wù)計(jì)劃需要3人1人主要進(jìn)行bpsk、qpsk調(diào)制和解調(diào)過程設(shè)計(jì)，并通過示波器測試各點(diǎn)的波形；1人主要進(jìn)行oqspk調(diào)制和解調(diào)過程設(shè)計(jì)，并通過示波器測試各點(diǎn)的波形；1人主要進(jìn)行msk調(diào)制和解調(diào)過程設(shè)計(jì)，并通過示波器測試各點(diǎn)的波形；最后，總體分析四種調(diào)制方式結(jié)果。計(jì)劃設(shè)計(jì)進(jìn)程1、從接題開始收集資料、準(zhǔn)備設(shè)計(jì)；2、第1周 設(shè)計(jì) cdma通信系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制及解調(diào)過程，相關(guān)電路原理圖，制定設(shè)計(jì)測量方案；3、第2周 測量、調(diào)試和完善，同時(shí)編寫設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)1、儲(chǔ)婉琴.信息化背景下通信專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)的探索j.長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版).2010年01期2、鄧煥清,石峰.傳輸接入層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟割接技術(shù)

3、的應(yīng)用j.移動(dòng)通信.2010年02期3、譚家杰.通信原理教學(xué)改革初探j(luò).當(dāng)代教育論壇(教學(xué)版).2010年02期目錄引言4一. cdma技術(shù)的概述5二. bpsk調(diào)制和解調(diào)52.1實(shí)驗(yàn)原理52.2實(shí)驗(yàn)步驟62.3數(shù)據(jù)記錄6三. qpsk調(diào)制和解調(diào)63.1實(shí)驗(yàn)原理73.2實(shí)驗(yàn)步驟93.2.1數(shù)據(jù)記錄9四.oqpsk調(diào)制和解調(diào)過程94.1實(shí)驗(yàn)原理104.2實(shí)驗(yàn)步驟114.2.1數(shù)據(jù)記錄12五msk調(diào)制和解調(diào)過程135.1實(shí)驗(yàn)原理135.2實(shí)驗(yàn)步驟145.2.1數(shù)據(jù)記錄15六小結(jié)16七致謝16參考文獻(xiàn)16cdma通信系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制及解調(diào)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)引言自20世紀(jì)70年代末第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)面世以來，移動(dòng)

4、通行產(chǎn)業(yè)一直以驚人的速度迅猛發(fā)展。其中cdma移動(dòng)通信以其容量大、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)，顯示出強(qiáng)大的生命力，引起人們的廣泛關(guān)注，成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。cdma通信系統(tǒng)在接收到通信網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)后使用的是qpsk解調(diào)技術(shù)。我們的課程設(shè)計(jì)中的研究重點(diǎn)就是cdma通信系統(tǒng)的幾種調(diào)制和解調(diào)技術(shù)：bpsk、qpsk、oqpsk和msk。一. cdma技術(shù)的概述 cdma是碼分多址（code division multiple acess）的英文縮寫，它是在數(shù)字?jǐn)U頻通信技術(shù)之上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。cdma的技術(shù)原理是在是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用

5、一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原有的數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原始信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解調(diào)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。采用直接序列擴(kuò)頻的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)cdma通信系統(tǒng)組成如圖1.1所示：混頻中放載波輸出解調(diào)偽碼序列產(chǎn)生器偽碼序列產(chǎn)生器 本振圖1.1 cdma通信系統(tǒng)組成圖系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準(zhǔn)正交性，從而在時(shí)間、空間和頻率上都可以重疊；將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行解擴(kuò)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。本設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)cdma通信系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制及解調(diào)方式，設(shè)計(jì)并測試四

6、種調(diào)制方式：bpsk、qpsk、oqpsk和msk中探測點(diǎn)的波形。本設(shè)計(jì)需要pz6001試驗(yàn)箱所提供的cdma通信系統(tǒng)模塊，再采用示波器進(jìn)行測量各點(diǎn)的波形。二. bpsk調(diào)制和解調(diào)2.1實(shí)驗(yàn)原理bpsk的已調(diào)信號(hào)可以表示為：即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí)，取相位。顯然載波的不同相位直接表示了相應(yīng)的數(shù)字信息。bpsk的信號(hào)產(chǎn)生可以采用相乘器來實(shí)現(xiàn)。圖2.1bpsk信號(hào)的解調(diào)只能采用相干解調(diào)，解調(diào)器的框圖：圖2.22.2實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待實(shí)驗(yàn)箱初始化完成。先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“5”，選擇“五. 數(shù)字調(diào)制解調(diào)”， 再按下數(shù)字鍵“1”選擇“1. bpsk調(diào)制”；2. 在測試點(diǎn)tp2

7、02測試發(fā)送方基帶數(shù)據(jù)；3. 在測試點(diǎn)tp308測試bpsk調(diào)制后的波形；4. 在測試點(diǎn)tp204測試解調(diào)后的數(shù)據(jù)波形；2.3數(shù)據(jù)記錄 圖2.3.1 tp202基帶波形 圖2.3.2 tp308 bpsk調(diào)制后的波形 圖2.3.3 tp204解調(diào)后的數(shù)據(jù)波形 圖2.3.4基帶信號(hào)與調(diào)制后的信號(hào) 圖2.3.5 調(diào)制后信號(hào)與解調(diào)后的信號(hào) 圖2.3.6 基帶與解調(diào)出信號(hào)三. qpsk調(diào)制和解調(diào)3.1實(shí)驗(yàn)原理bpsk是用兩種相位(0, )來表示兩種信息，而四相移相鍵控（qpsk）是利用載波的四個(gè)不同相位來表征數(shù)字信息，每一個(gè)載波相位代表兩個(gè)比特的信息。因此對(duì)于輸入的二進(jìn)制數(shù)字序列應(yīng)該先進(jìn)行分組。將每兩

8、個(gè)比特編為一組，采用相應(yīng)的相位來表示。當(dāng)初始相位取0時(shí)，四種不同的相位為：0,/2,3/2 分別表示數(shù)字信息：11、01、00、10；當(dāng)初始相位為時(shí)，四種不同的相位為：、分別表示11、01、00、10。這兩種qpsk信號(hào)可以通過圖3.1的矢量圖來表征。圖3.1 qpsk信號(hào)的矢量圖表示qpsk信號(hào)可以表示為：，其中i(t)稱為同相分量，q(t)稱為正交分量。根據(jù)上式可以得到qpsk正交調(diào)制器的方框圖，如圖3.2所示。圖3.2 qpsk系統(tǒng)調(diào)制器原理框圖從圖3.2可以看出，qpsk調(diào)制器可以看作為兩個(gè)bpsk調(diào)制器構(gòu)成，輸入的二進(jìn)制信息序列經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換，分成兩路速率減半的序列i(t)和q(t)，

9、然后對(duì)和進(jìn)行調(diào)制，相加后即可得到qpsk信號(hào)。經(jīng)過串并變換之后的兩個(gè)支路，一路為單數(shù)碼元，另一路是偶數(shù)碼元，這兩個(gè)支路為正交，一個(gè)稱為同相支路，即i支路，另一個(gè)稱為正交支路，即q支路。qpsk信號(hào)可以采用兩個(gè)正交的載波信號(hào)實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)。通過載波恢復(fù)電路，產(chǎn)生相干載波，分別將同相載波和正交載波提供給同相支路和正交支路的相關(guān)器，經(jīng)過積分、判決和并串轉(zhuǎn)換，即可恢復(fù)原來的二進(jìn)制信息。qpsk解調(diào)框圖如圖3.3所示。圖3.3 qpsk相干解調(diào)框圖在qpsk實(shí)驗(yàn)中，我們采用了dsp來軟件實(shí)現(xiàn)qpsk調(diào)制和解調(diào)。本實(shí)驗(yàn)中，利用dsp用軟件完成bpsk的調(diào)制和解調(diào)。由dsp產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)源，并進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，分為

10、i路和q路，同時(shí)產(chǎn)生同頻的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)，分別和i、q路相乘，再將i、q路合路，實(shí)現(xiàn)qpsk調(diào)制，通過dsp的mcbsp2口串行發(fā)送，再通過d/a轉(zhuǎn)換和上變頻進(jìn)行傳輸。接收方通過下變頻和a/d變化，將數(shù)據(jù)通過dsp的mcbsp2串行交給dsp，dsp做相干解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)信息。3.2實(shí)驗(yàn)步驟1、打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待實(shí)驗(yàn)箱初始化完成。先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“5”，選擇“五. 數(shù)字調(diào)制解調(diào)”， 再按下數(shù)字鍵“2”選擇“qpsk調(diào)制”；2、在測試點(diǎn)tp201測試基帶數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)；3、在測試點(diǎn)tp202測試發(fā)送的基帶數(shù)據(jù)；4、在測試點(diǎn)tp308測試i路和q路調(diào)制復(fù)合后的波形；5、在

11、測試點(diǎn)tp203測試接收的解調(diào)后數(shù)據(jù)波形。3.2.1數(shù)據(jù)記錄 圖3.2.1 tp201基帶數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào) 圖3.2.2 tp202發(fā)送的基帶數(shù)據(jù) 圖3.2.3tp203解調(diào)后的波形 圖3.2.4 tp308調(diào)制復(fù)合后的信號(hào) 圖3.2.5 基帶信號(hào)和復(fù)合后的信號(hào) 圖3.2.6解調(diào)后與調(diào)制后的信號(hào)信號(hào)四.oqpsk調(diào)制和解調(diào)過程4.1實(shí)驗(yàn)原理偏移四相相移鍵控（oqpsk）是另外一種四相相移鍵控。將qpsk調(diào)制框圖中的正交支路信號(hào)偏移ts/2，其他不變，即可得到oqpsk信號(hào)。將正交支路信號(hào)偏移ts/2的結(jié)果是消除了已調(diào)信號(hào)中突然相移的現(xiàn)象。每個(gè)ts/2信號(hào)只可能發(fā)生±/2的變化。qpsk和

12、oqpsk信號(hào)的相位轉(zhuǎn)移圖如圖4.1所示。圖4.1 相位轉(zhuǎn)移圖如上圖所示，采用oqpsk調(diào)制后，相位轉(zhuǎn)移圖中的信號(hào)點(diǎn)只能沿著正方形四邊移動(dòng)，故相位只能發(fā)生/2的變化。相位跳變小，所以頻譜特性要比qpsk的好。在oqpsk實(shí)驗(yàn)中，我們采用了dsp軟件來實(shí)現(xiàn)oqpsk調(diào)制和解調(diào)。本實(shí)驗(yàn)中由dsp產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)源，并進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，分為i路和q路，同時(shí)產(chǎn)生同頻的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)，分別和i、q路相乘，再將i、q路合路，進(jìn)行oqpsk調(diào)制，通過dsp的mcbsp2口串行發(fā)送，再通過d/a轉(zhuǎn)換和上變頻進(jìn)行傳輸。接收方通過下變頻和a/d變化，將數(shù)據(jù)通過dsp的mcbsp2串行交給dsp，dsp做相干解調(diào)，恢復(fù)

13、出原始數(shù)據(jù)信息。4.2實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待實(shí)驗(yàn)箱初始化。初始化結(jié)束后顯示“初始化完成，請(qǐng)使用”，此時(shí)可以進(jìn)行下面操作；2. 先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“5”選擇“五. 數(shù)字調(diào)制解調(diào)”，再按數(shù)字鍵“3”選擇“3. oqpsk調(diào)制”；3. 在測試點(diǎn)tp206測試輸入的基帶數(shù)據(jù)波形。4. 在測試點(diǎn)tp201測試發(fā)送的i路數(shù)據(jù)；5. 在測試點(diǎn)tp202測試發(fā)送的q路數(shù)據(jù)；6. 在測試點(diǎn)tp308測試i路和q路調(diào)制復(fù)合后的波形；7. 在測試點(diǎn)tp203測試接收的i路解調(diào)數(shù)據(jù)波形；8. 在測試點(diǎn)tp204測試接收的q路解調(diào)數(shù)據(jù)波形；4.2.1數(shù)據(jù)記錄 圖4.2.1 tp206基帶數(shù)據(jù)

14、波形 圖4.2.2 tp201發(fā)送的i路數(shù)據(jù)波形 圖4.2.3 tp203 i路解調(diào)數(shù)據(jù)波形 圖4.2.4tp204 q路解調(diào)數(shù)據(jù)波形 圖4.2.5 tp308 i路和q路調(diào)制復(fù)合后的波形 圖4.2.6基帶信號(hào)與復(fù)合后的信號(hào) 圖4.2.7 i路數(shù)據(jù)和接收的i路解調(diào)波形 圖4.2.8 q路數(shù)據(jù)和接收的q路解調(diào)波形五msk調(diào)制和解調(diào)過程5.1實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)信道中存在非線性的問題和帶寬限制時(shí)，幅度變化的數(shù)字信號(hào)通過信道會(huì)使己濾除的帶外頻率分量恢復(fù)，發(fā)生頻譜擴(kuò)展現(xiàn)象，同時(shí)還要滿足頻率資源限制的要求。因此，對(duì)己調(diào)信號(hào)有兩點(diǎn)要求，一是要求包絡(luò)恒定；二是具有最小功率譜占用率。因此，現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展方向是最

15、小功率譜占有率的恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性，從而減少頻率占用。msk（最小頻移鍵控）是移頻鍵控fsk的一種改進(jìn)形式。在fsk方式中，每一碼元的頻率不變或者跳變一個(gè)固定值，而兩個(gè)相鄰的頻率跳變碼元信號(hào)，其相位通常是不連續(xù)的。所謂msk方式，就是fsk信號(hào)的相位始終保持連續(xù)變化的一種特殊方式?？梢钥闯墒钦{(diào)制指數(shù)為0.5的一種連續(xù)相位的fsk信號(hào)。其主要特點(diǎn)是包絡(luò)恒定，帶外輻射小，實(shí)現(xiàn)較簡單。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，tb為碼元的寬度，an為1，1。是第n個(gè)碼元的初始相位，并且當(dāng)輸入1時(shí)，發(fā)送的角頻率為：。當(dāng)輸入-1時(shí)，發(fā)送的角頻率為：。在一個(gè)碼元內(nèi)相位增加/2或者減

16、小/2，所以相位的變換是連續(xù)的。圖5.1給出一種msk調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的方法。 圖5.1 msk的調(diào)制框圖實(shí)現(xiàn)msk調(diào)制的過程為：先將輸入的基帶信號(hào)將其分成i、q兩路，并互相交錯(cuò)一個(gè)碼元寬度，再用加權(quán)函數(shù)和分別對(duì)i、q兩路數(shù)據(jù)加權(quán)，最后將兩路數(shù)據(jù)分別用正交載波調(diào)制。msk使用相干載波最佳接收機(jī)解調(diào)，如圖5.1所示。圖5.1 msk的相干解調(diào)框圖在msk實(shí)驗(yàn)中，我們采用了dsp軟件來實(shí)現(xiàn)msk調(diào)制和解調(diào)。本實(shí)驗(yàn)中由dsp產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)源，并進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，分為i路和q路，同時(shí)產(chǎn)生同頻的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)，分別和i、q路相乘，再將i、q路合路，進(jìn)行msk調(diào)制，通過dsp的mcbsp2口串行發(fā)送，再通過d/

17、a轉(zhuǎn)換和上變頻進(jìn)行傳輸。接收方通過下變頻和a/d變化，將數(shù)據(jù)通過dsp的mcbsp2串行交給dsp，dsp做相干解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)信息。5.2實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待實(shí)驗(yàn)箱初始化。初始化結(jié)束后顯示“初始化完成，請(qǐng)使用”，此時(shí)可以進(jìn)行下面操作；2. 先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“5”選擇“五. 數(shù)字調(diào)制解調(diào)”，再按數(shù)字鍵“4”選擇“4. msk調(diào)制”；3. 在測試點(diǎn)tp206測試輸入的基帶數(shù)據(jù)波形。4. 在測試點(diǎn)tp201測試發(fā)送的i路數(shù)據(jù)；5. 在測試點(diǎn)tp202測試發(fā)送的q路數(shù)據(jù)；6. 在測試點(diǎn)tp308測試i路和q路調(diào)制復(fù)合后的波形；7. 在測試點(diǎn)tp203測試接收的i路

18、解調(diào)數(shù)據(jù)波形；. 在測試點(diǎn)tp204測試接收的q路解調(diào)數(shù)據(jù)波形。5.2.1數(shù)據(jù)記錄 圖5.2.1 tp206測試輸入的基帶數(shù)據(jù)波形 圖5.2.2 tp201測試發(fā)送的i路數(shù)據(jù) 圖5.2.3tp202測試發(fā)送的q路數(shù)據(jù) 圖5.2.4tp308測試i路和q路調(diào)制復(fù)合后的波形 圖5.2.5發(fā)送的i路數(shù)據(jù)與調(diào)制后的信號(hào) 圖5.2.6發(fā)送的i路數(shù)據(jù)和接收的i路解調(diào)數(shù)據(jù)波形圖5.2.7 測試發(fā)送的q路數(shù)據(jù)和接收的q路解調(diào)數(shù)據(jù)波形六小結(jié)兩周的課程設(shè)計(jì)，我們完成了測試四種調(diào)制方式：bpsk、qpsk、oqpsk和msk中探測點(diǎn)的所有波形。調(diào)制解調(diào)是為數(shù)據(jù)通信的數(shù)字信號(hào)在具有有限帶寬的模擬信道上進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸而

19、設(shè)計(jì)的，它一般由基帶處理、調(diào)制解調(diào)、信號(hào)放大和濾波、均衡等幾部分組成。調(diào)制是將數(shù)字信號(hào)與音頻載波組合，產(chǎn)生適合于電話線上傳輸?shù)囊纛l信號(hào)（模擬信號(hào)），解調(diào)是從音頻信號(hào)中恢復(fù)出數(shù)字信號(hào), 其作用就是在我們普通的電話線上傳輸數(shù)字信號(hào)，或者說就是讓計(jì)算機(jī)可以通過電話線上網(wǎng)。在本實(shí)驗(yàn)中，bpsk是采用直接調(diào)相法來實(shí)現(xiàn)的，也就是用輸入的基帶信號(hào)直接控制已輸入載波相位的變化來實(shí)現(xiàn)相位鍵控。qpsk在實(shí)際的調(diào)制解調(diào)電路中，采用的是非相干載波解調(diào)，本振信號(hào)與發(fā)射端的載波信號(hào)存在頻率偏差和相位抖動(dòng)，因而解調(diào)出來的模擬i、q基帶信號(hào)是帶有載波誤差的信號(hào)。這樣的模擬基帶信號(hào)即使采用定時(shí)準(zhǔn)確的時(shí)鐘進(jìn)行取樣判決，得到的數(shù)字信號(hào)也不是原來發(fā)射端的調(diào)制信號(hào)，誤差的積累將導(dǎo)致抽樣判決后的誤碼率增大，因此數(shù)字qpsk解調(diào)電路要對(duì)載波誤差進(jìn)行補(bǔ)償，減少非相干