移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)說明書教材

2目錄目錄 。但由于n位二進(jìn)制數(shù)組成的序列組合，共有個(gè)不同的形式，因此，（n，k）分組編碼就是從這個(gè)二進(jìn)制數(shù)組合中，挑選出個(gè)作為編碼的輸出碼組（也稱為許用碼組或碼字），其余（）個(gè)則是禁用碼組。當(dāng)信道編碼輸出的碼字在信道中傳輸時(shí)，產(chǎn)生的誤碼就可能使原來的許用碼組變?yōu)榻么a組，這時(shí)接收端就可以判斷出此碼組中有誤碼，但誤碼也可能使一個(gè)許用碼組變?yōu)榱硪粋€(gè)許用碼組，這時(shí)，接收端就無法判斷出有誤碼。分組碼的檢糾錯(cuò)能力與碼組中附加的監(jiān)督碼元個(gè)數(shù)有關(guān)，當(dāng)r越大，禁用碼組越多，誤碼使許多碼組變?yōu)榻么a組的可能性越大，則編碼的檢糾錯(cuò)能力越強(qiáng)，但同時(shí)，附加的與傳輸信息無關(guān)的碼元個(gè)數(shù)增加了，因此，在實(shí)際應(yīng)用中要折中考慮數(shù)據(jù)率和差錯(cuò)控制編碼的檢糾錯(cuò)能力。（2）線性分組碼根據(jù)編碼的方式不同可得到不同形式的分組碼，實(shí)驗(yàn)中采用了線性分組碼的編碼方式，對其它編碼方式感興趣的可自行查閱資料。線性分組碼是分組碼的一個(gè)子集。在線性分組碼中，監(jiān)督碼元與信息碼元之間滿足線性約束關(guān)系，亦即這種約束關(guān)系可由一組線性方程來描述。下面講構(gòu)造一個(gè)能糾正一位誤碼的線性分組碼的過程。一個(gè)能糾正長為（k+r）序列某一位上的誤碼，需要監(jiān)督位的個(gè)數(shù)應(yīng)滿足>k+r（2-5-1）即附加的r位監(jiān)督碼元的中不同的組合形式能足夠表示（k+r）個(gè)一位誤碼的位置。若需要對k=4位信息碼元進(jìn)行分組編碼，根據(jù)上式可知，需要附加的監(jiān)督位數(shù)為r>=3,取監(jiān)督位最少的情況，即r=3，則有n=k+r=7。于是(7,4)分組碼是一個(gè)可糾正一位誤碼的分組碼。若用（）表示編碼器輸出的7位碼元，用一個(gè)三位二進(jìn)制數(shù)（）表示7個(gè)碼位上出現(xiàn)誤碼及無誤碼的狀態(tài)，的不同取值與誤碼位置可規(guī)定為如下表2-5-1所示的對用關(guān)系。也稱為校正子。111110101011100010001000誤碼位置無誤碼表2-5-1校正子的取值與誤碼位置的對應(yīng)關(guān)系從表2-5-1中的規(guī)定可看出，當(dāng)一位誤碼無論出現(xiàn)在、、和哪一個(gè)位置上時(shí)，都為“1”，否則，為“0”。這說明當(dāng)無誤碼時(shí)、、和四位碼元應(yīng)滿足偶監(jiān)督關(guān)系，即（2-5-2）當(dāng)無誤碼時(shí)，為使為“0”，從表中可看出，、、和四位碼元應(yīng)滿足偶監(jiān)督關(guān)系，即（2-5-3）同理，當(dāng)無誤碼時(shí)，為使為“0”，則、、和四位碼元應(yīng)滿足偶監(jiān)督關(guān)系，即（2-5-4）上面的三個(gè)線性方程即構(gòu)成了一個(gè)（7，4）分組碼的監(jiān)督方程，由于監(jiān)督碼元（、、、、、、中的三個(gè)碼元）與信息碼元之間的約束關(guān)系是線性的，因此生成的碼組是一個(gè)線性分組碼。當(dāng)監(jiān)督碼元是附加在信息碼元之后時(shí)，即所構(gòu)成的碼組成為系統(tǒng)碼。當(dāng)我們要構(gòu)造一個(gè)系統(tǒng)碼，可由式（2-5-1），（2-5-2），（2-5-3）移項(xiàng)求得監(jiān)督碼元、、與信息碼元、、、之間的線性監(jiān)督方程組為 （2-5-5）上面的方程組稱為所要構(gòu)造的（7，4）分組碼的一致監(jiān)督關(guān)系或一致校驗(yàn)方程組。這個(gè)方程組用矩陣表示可寫為（2-5-6）式中Q是一個(gè)4*3的矩陣（對一般的線性分組碼來說是一個(gè)k*r階矩陣）。上式表明，當(dāng)矩陣Q給定后，即可由k位信息碼元確定r位監(jiān)督碼元。在矩陣Q的左邊加上k*k階單位方陣，構(gòu)成一個(gè)新的矩陣，則由式（2-5-6）可得到 （2-5-7） 由此可見，只要矩陣G確定了，即可由k位信息碼元的所有序列組合形式生成整個(gè)碼組（共有個(gè)）。矩陣G又稱為生成矩陣，是分組碼編碼的依據(jù)。對應(yīng)于式（2-5-6）的生成矩陣為 （2-5-8）將式（2-5-5）所示的方程組中各方程移項(xiàng)后，可得到此方程組用矩陣表示可寫為或記為 （2-5-11）其中 （2-5-12）稱為（7，4）分組碼的監(jiān)督矩陣或校驗(yàn)矩陣；是碼組，式（2-5-11）中的“T”表示矩陣的轉(zhuǎn)置。對線性分組碼（n,k）來說，監(jiān)督矩陣是一個(gè)r=n-k行、n列的矩陣。只要監(jiān)督矩陣給定，則編碼時(shí)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的監(jiān)督關(guān)系就是確定的。在接受端就是根據(jù)碼字與監(jiān)督矩陣應(yīng)滿足監(jiān)督關(guān)系式（2-5-10），來判斷是否有誤碼及糾正誤碼的。例如，若一個(gè)（7，4）分組碼的監(jiān)督矩陣如（2-5-12）所示，在接受端收到了一個(gè)碼組為（1001011），由于 （2-5-13）因此，可以肯定此碼組中有誤碼，對于此例（監(jiān)督矩陣H是由表5-1的規(guī)定得到的），可對照表5-1得知發(fā)生了錯(cuò)誤（）。進(jìn)行糾正后得到譯碼后的輸出碼組為（0001011）。對于線性系統(tǒng)碼，其監(jiān)督矩陣具有如下形式：式中，P是一個(gè)r*k階矩陣，Ir是r階的單位矩陣。這樣的監(jiān)督矩陣也稱作典型矩陣。三、實(shí)驗(yàn)步驟與任務(wù)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；2.先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“2”，選擇“二信源信道編碼”3.再按數(shù)字鍵“4”，選擇“線性分組碼”4.打開雙通道示波器，用通道一測量TP201測試點(diǎn)波形，此波形為幀同步脈沖信號(hào)，調(diào)至穩(wěn)定狀態(tài)；5．用通道二測量TP202波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀8位基帶碼元數(shù)據(jù)。注意：幀時(shí)鐘上升沿為起始時(shí)刻。6．采用“實(shí)驗(yàn)原理”的方法，將8位基帶數(shù)據(jù)構(gòu)造成（7，4）分組碼，生成矩陣為（2-5-8）。注意：若收到數(shù)據(jù)為：11001100，則1100分別對應(yīng)上述原理中的。7.再用通道二測量TP205波形數(shù)據(jù)，以幀同步上升沿為起始時(shí)刻記錄一幀16位碼元數(shù)據(jù)，并8位為一組分為兩組，去掉最低位，得到14位碼元數(shù)據(jù)。將此數(shù)據(jù)和步驟6中計(jì)算得到的（7，4）分組碼數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，看是否相同？8.再用通道二測量TP204波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀16位線性分組編碼加錯(cuò)后的數(shù)據(jù)，并8位為一組分為兩組，去掉最低位，得到14位碼元數(shù)據(jù)。其解碼方式同“實(shí)驗(yàn)原理”部分所講，監(jiān)督矩陣為（2-5-12）。根據(jù)檢錯(cuò)原理，計(jì)算錯(cuò)誤位所在位置，并更正接收的碼元數(shù)據(jù)，和步驟7中記錄的波形數(shù)據(jù)相比較，看是否相同？五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．描述線性分組碼的原理；2．畫出各點(diǎn)波形；3．驗(yàn)證檢錯(cuò)后的解碼數(shù)據(jù)和原始基帶數(shù)據(jù)的關(guān)系；4*.設(shè)計(jì)DSP線性編解碼的程序，修改基帶數(shù)據(jù)，來觀測上述測試點(diǎn)的波形變化。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)三GSM卷積碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解卷積碼的原理及表示方法；2.掌握卷積碼的編解碼方法；3.驗(yàn)證卷積碼的糾錯(cuò)能力；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.記錄實(shí)驗(yàn)中各個(gè)測量點(diǎn)數(shù)據(jù)；2．根據(jù)卷積碼的方法對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證；3．檢測誤碼位數(shù)及誤碼位置并得到原數(shù)據(jù)；三、實(shí)驗(yàn)原理1.卷積碼介紹卷積碼是1955年由Elias等人提出的，是一種非常有前途的編碼方法。卷積碼和前面所講的分組碼的根本區(qū)別在于，它不是把信息序列分組后再進(jìn)行單獨(dú)編碼，而是由連續(xù)輸入的信息序列得到連續(xù)輸出的已編碼序列。即進(jìn)行分組編碼時(shí)，其本組中的n-k個(gè)校驗(yàn)元僅與本組的k個(gè)信息元有關(guān)，而與其它各組信息無關(guān)；但在卷積碼中，其編碼器將k個(gè)信息碼元編為n個(gè)碼元時(shí)，這n個(gè)碼元不僅與當(dāng)前段的k個(gè)信息有關(guān)，而且與前面的（m－1）段信息有關(guān)（m為編碼的約束長度）。同樣，在卷積碼譯碼過程中，不僅從此時(shí)刻收到的碼組中提取譯碼信息，而且還要利用以前或以后各時(shí)刻收到的碼組中提取有關(guān)信息。而且卷積碼的糾錯(cuò)能力隨約束長度的增加而增強(qiáng)，差錯(cuò)率則隨著約束長度增加而呈指數(shù)下降。卷積碼（n，k，m）主要用來糾隨機(jī)錯(cuò)誤，它的碼元與前后碼元有一定的約束關(guān)系，編碼復(fù)雜度可用編碼約束長度m*n來表示。一般地，最小距離d表明了卷積碼在連續(xù)m段以內(nèi)的距離特性，該碼可以在m個(gè)連續(xù)碼流內(nèi)糾正(d-1)/2個(gè)錯(cuò)誤。卷積碼的糾錯(cuò)能力不僅與約束長度有關(guān)，還與采用的譯碼方式有關(guān)。總之，由于n，k較小，且利用了各組之間的相關(guān)性，在同樣的碼率和設(shè)備的復(fù)雜性條件下，無論理論上還是實(shí)踐上都證明：卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。2.卷積碼原理以二元碼為例，編碼器如圖（2-6-1）所示。輸入信息序列為，其多項(xiàng)式表示為。編碼器的連接可用多項(xiàng)式表示為，和，稱為碼的子生成多項(xiàng)式。它們的系數(shù)矢量g(1,1)=(111)和g(1,2)=(101)稱作碼的子生成元。以子生成多項(xiàng)式為陣元構(gòu)成的多項(xiàng)式矩陣G(x)＝[g(1,1)(x),g(1,2)(x)]，稱為碼的生成多項(xiàng)式矩陣。編碼器輸出序列為c＝u·G，稱為碼序列，其多項(xiàng)式表示為c(x)，它可看作是兩個(gè)子碼序列c(1)(x)和c(2)(x)經(jīng)過合路開關(guān)S合成的，其中c(1)(x)＝u(x)g(1,1)(x)和c(2)(x)＝u(x)g(1,2)(x),它們分別是信息序列和相應(yīng)子生成元的卷積，卷積碼由此得名。 圖（2-6-1）（2，1，3）卷積編碼器在一般情況下，輸入信息序列經(jīng)過一個(gè)時(shí)分開關(guān)被分成k0個(gè)子序列,分別以表示,其中i=1，2,…k0，即。編碼器的結(jié)構(gòu)由k0×n0階生成多項(xiàng)式矩陣給定。輸出碼序列由n0個(gè)子序列組成，即，且c(x)=u(x)·G(x)。若m是所有子生成多項(xiàng)式g(x)中最高次式的次數(shù)，稱這種碼為(n0，k0，m)卷積碼。3.卷積碼表示方法描述卷積碼編碼器過程的方法有很多，如矩陣法、多項(xiàng)式、狀態(tài)圖、碼樹和網(wǎng)格圖等，這里我們主要介紹和卷積碼編碼器結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的多項(xiàng)式法，以及與卷積碼譯碼密切相關(guān)的網(wǎng)格圖法。（1）多項(xiàng)式法一個(gè)卷積編碼器完全由移位寄存器的數(shù)量和模2加法器與移位寄存器的連接方式所決定。通常用多項(xiàng)式來表示模2加法器與移位寄存器的連接關(guān)系，稱為生成多項(xiàng)式。若某級(jí)寄存器與模2加法器相連接，則生成多項(xiàng)式系數(shù)為1，反之，若無連接，則相應(yīng)的系數(shù)為0。例如，對于圖（2-6-1）所示的編碼器來說，其生成多項(xiàng)式為生成多項(xiàng)式中的表示寄存器的位置，最低次項(xiàng)（即常數(shù)項(xiàng)）表示現(xiàn)時(shí)輸入位。為了方便起見，生成多項(xiàng)式常用二進(jìn)制或八進(jìn)制表示，例如當(dāng)一個(gè)卷積編碼器中移位寄存器的數(shù)量和生成多項(xiàng)式是已知時(shí)，則編碼器的結(jié)構(gòu)就是確定的。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，GSM卷積編碼即采用了（2，1，5）卷積編碼器，其中生成多項(xiàng)式為（31，33）8。（2）

狀態(tài)圖將編碼器寄存器中的內(nèi)容組合（x（n-1）、x（n-2））定義為編碼器狀態(tài)。以(2，1，2)編碼器為例，則該編碼器的狀態(tài)有四種：00，10，01和11，下面分別用a，b，c，d來代替。編碼器在每一個(gè)時(shí)鐘沿打入一個(gè)輸入信息x（n），因此圖示寄存器組合內(nèi)容就變?yōu)椋▁（n），x（n-1））即狀態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)移，并同時(shí)輸出G0（n）、G1（n）。由此我們可以將圖所示編碼過程用下圖所示的狀態(tài)圖表示。圖（2-6-1）（2，1，3）卷積編碼器由圖所示，隨著信息序列不斷輸入，編碼器就不斷從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)狀態(tài)并同時(shí)輸出相應(yīng)的碼序列，所以如圖所示狀態(tài)圖可以簡單直觀的描述編碼器的編碼過程。因此通過狀態(tài)圖很容易給出輸入信息序列的編碼結(jié)果，假定輸入序列為110100，首先從零狀態(tài)開始即圖示a狀態(tài)，由于輸入信息為“1”，所以下一狀態(tài)為b并輸出“11”，繼續(xù)輸入信息“1”，由圖知下一狀態(tài)為d、輸出“01”……其它輸入信息依次類推，按照狀態(tài)轉(zhuǎn)移路徑a->b->d->c->b->c->a輸出其對應(yīng)的編碼結(jié)果（3）網(wǎng)格圖

狀態(tài)圖可以完整的描述編碼器的工作過程，但是其只能顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過程而不能顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)移發(fā)生的時(shí)刻，由此引出用來表示卷積碼的另一種常用方法——\o"網(wǎng)格圖"網(wǎng)格圖。網(wǎng)格圖就是時(shí)間與對應(yīng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移圖（如圖），在網(wǎng)格圖中每一個(gè)點(diǎn)表示該時(shí)刻的狀態(tài)，狀態(tài)之間的連線表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移。通過觀察網(wǎng)格圖可以發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)格圖中輸入信息x（n）并沒有標(biāo)出，但如觀察到轉(zhuǎn)移后的狀態(tài)表示（x（n），x（n-1））就可以發(fā)現(xiàn)輸入信息已經(jīng)隱含在轉(zhuǎn)移后的狀態(tài)中。在圖中還可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)格圖不同主要集中在轉(zhuǎn)移后狀態(tài)位置不同。重新排序結(jié)構(gòu)（即所謂\o"蝶型結(jié)構(gòu)"蝶型結(jié)構(gòu)）是為了優(yōu)化運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，因?yàn)槠渲械团c蝶型之間是相互獨(dú)立的。下面就讓我們來看看網(wǎng)格圖是如何描述卷積編碼過程的：仍以(2,1,2)編碼器為例，假定輸入序列為1011010100，起始狀態(tài)（零時(shí)刻）為狀態(tài)a（零狀態(tài)）。第一個(gè)有效時(shí)鐘沿來臨后，編碼器接收到輸入信息“1”，根據(jù)圖所示網(wǎng)格圖知該時(shí)刻（即時(shí)刻1）狀態(tài)為b，并輸出其對應(yīng)的編碼結(jié)果“11”，同樣在下一個(gè)時(shí)刻（時(shí)刻2）接收到輸入信息“0”，狀態(tài)變?yōu)閏并輸出“10”，接下來的輸入數(shù)據(jù)依次類推（4）卷積碼譯碼方法

譯碼就是根據(jù)編碼規(guī)則和信道干擾的統(tǒng)計(jì)特性，對信息序列作出估值的方法。卷積碼常用的有三類譯碼方法，即\o"代數(shù)譯碼"代數(shù)譯碼、\o"維特比譯碼"維特比譯碼和序貫譯碼。下面僅對使用較多的維特比譯碼方法進(jìn)行介紹，對另外兩種方法感興趣的，可自行查閱資料。維特比譯碼維特比譯碼是根據(jù)接收序列在碼的格圖上找出一條與接收序列距離（或其他量度）為最小的一種算法。它和運(yùn)籌學(xué)中求最短路徑的算法相類似。若接收序列為R=(10100101100111)，譯碼器從某個(gè)狀態(tài),例如從狀態(tài)ɑ出發(fā),每次向右延伸一個(gè)分支（對于l＜L,從每個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)都有2=2種可能的延伸,其中L是信息序列段數(shù),對l≥L，只有一種可能）,并與接收數(shù)字相應(yīng)分支進(jìn)行比較,計(jì)算它們之間的距離，然后將計(jì)算所得距離加到被延伸路徑的累積距離值中。對到達(dá)每個(gè)狀態(tài)的各條路徑（有2=2條）的距離累積值進(jìn)行比較，保留距離值最小的一條路徑，稱為幸存路徑（當(dāng)有兩條以上取最小值時(shí)，可任取其中之一）,譯碼過程如圖。圖中標(biāo)出到達(dá)各級(jí)節(jié)點(diǎn)的幸存路徑的距離累積值。對給定R的估值序列為=(10111)。這種算法所保留的路徑與接收序列之間的似然概率為最大，所以又稱為最大似然譯碼。這種譯碼的譯碼約束長度常為編碼約束長度的數(shù)倍，因而可以糾正不多于(df/2)個(gè)錯(cuò)誤。\o"卷積碼"維特比譯碼器的復(fù)雜性隨m呈指數(shù)增大。實(shí)用中m不大于10。它在衛(wèi)星和\o"深空通信"深空通信中有廣泛的應(yīng)用。在解決\o"碼間串?dāng)_"碼間串?dāng)_和數(shù)據(jù)壓縮中也可應(yīng)用。

四、實(shí)驗(yàn)步驟與任務(wù)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；2.先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“2”，選擇“二信源信道編碼”3.再按數(shù)字鍵“5”，選擇“GSM卷積碼”4.打開雙通道示波器，用通道一測量TP201測試點(diǎn)波形，此波形為幀同步脈沖信號(hào)，調(diào)至穩(wěn)定狀態(tài)；5．用通道二測量TP202波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀8位基帶碼元數(shù)據(jù)。注意：幀時(shí)鐘上升沿為起始時(shí)刻。6．采用“實(shí)驗(yàn)原理”中的方法，將8位基帶數(shù)據(jù)構(gòu)造成（2，1，5）卷積碼，生成多項(xiàng)式為（31，33）8。7.再用通道二測量TP205波形數(shù)據(jù)，以幀同步上升沿為起始時(shí)刻記錄一幀16位碼元數(shù)據(jù)。將此數(shù)據(jù)和步驟6中計(jì)算得到的（2，1，5）卷積碼數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，看是否相同？8.再用通道二測量TP204波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀16位卷積碼加錯(cuò)后的數(shù)據(jù)。其解碼方式同“實(shí)驗(yàn)原理”部分所講。根據(jù)檢錯(cuò)原理，計(jì)算錯(cuò)誤位所在位置，并更正接收的碼元數(shù)據(jù)，和步驟7中記錄的波形數(shù)據(jù)相比較，看是否相同？五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．描述卷積碼的原理；2．畫出各點(diǎn)波形；3．驗(yàn)證檢錯(cuò)后的解碼數(shù)據(jù)和原始基帶數(shù)據(jù)的關(guān)系；4*.設(shè)計(jì)DSP卷積編碼的程序，修改基帶數(shù)據(jù)，來觀測上述測試點(diǎn)的波形變化。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)四GSM交織技術(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解交織技術(shù)的原理；2．掌握交織的基本方法；3．驗(yàn)證采用交織技術(shù)后抗突發(fā)誤碼的能力；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.記錄實(shí)驗(yàn)中各個(gè)測量點(diǎn)數(shù)據(jù)；2．根據(jù)交織技術(shù)的方法對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證；3．檢測誤碼位數(shù)及誤碼位置并得到原數(shù)據(jù)；三、實(shí)驗(yàn)原理前面所介紹的信道編碼技術(shù)：分組碼與卷積碼，只能檢測出或糾正單個(gè)誤碼或不太長的連續(xù)誤碼，在一般信道中誤碼通常是單個(gè)的或隨機(jī)分布的，利用信道編碼可以有效地提高傳輸質(zhì)量。但在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，干擾和衰落引起的誤碼往往具有突發(fā)性，是長串連續(xù)的塊狀誤碼。信道編碼對此誤碼是無能為力的。交織技術(shù)正是為解決這一問題而設(shè)計(jì)的。交織是將原信息中的連續(xù)比特分散到不同的時(shí)間段中組成新的序列，新組合的序列在信道中傳輸時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)長串連續(xù)的誤碼時(shí)，在接收端通過去交織，誤碼就被分散成單個(gè)的或很短的連續(xù)誤碼，分散后的誤碼一般都能利用信道編碼的糾錯(cuò)能力予以糾正。交織可分為卷積交織和分組交織兩類。分組交織是將待處理的m*n個(gè)信息數(shù)據(jù)，以行的方式依次存儲(chǔ)到一個(gè)m行n列的交織矩陣中，然后以列的方式讀取數(shù)據(jù)，得到n幀碼字、每幀有m個(gè)信息比特的輸出序列。這樣的輸出序列已將原來連續(xù)的信息比特分散開了，原來的連續(xù)的比特在輸出序列中均被（m-1）個(gè)比特所間隔。通常將交織矩陣的行數(shù)m成為交織深度。m越大，則交織后信息比特被分散的程度越高。下面以一個(gè)5*4交織為例來說明信息序列經(jīng)交織后抗突發(fā)誤碼的能力。（a）交織器輸入碼元序列（b）交織后輸出序列（c）傳輸序列中有連續(xù)突發(fā)誤碼（d）解交織后的誤碼分布但對于上圖所示的交織，當(dāng)突發(fā)誤碼長度大于5時(shí)，去交織后仍會(huì)有連續(xù)的誤碼。當(dāng)誤碼長度大于20時(shí)，5*4交織已完全失去了分散誤碼的能力。因此，交織矩陣的結(jié)構(gòu)，尤其是交織深度決定了采用交織后所具有的抗突發(fā)誤碼的能力。交織深度越深，誤碼被分散的距離越大，抗連續(xù)誤碼的能力越強(qiáng)。但由于交織在發(fā)送端和接收端都是先存儲(chǔ)后讀出，對與系統(tǒng)傳輸會(huì)帶來延時(shí)。比較大的延時(shí)在系統(tǒng)中是要加以限制的，因此，對于交織矩陣的設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合信道的特點(diǎn)、信號(hào)的特征以及信道編碼的糾錯(cuò)能力綜合考慮。應(yīng)充分發(fā)揮信道編碼的糾錯(cuò)能力，并盡量減少由于交織而帶來的延時(shí)。采用交織技術(shù)，并不需要像信道編碼那樣要附加額外的監(jiān)督碼元，卻可以降低系統(tǒng)對抗干擾能力的設(shè)計(jì)要求，因此在一些傳輸信道復(fù)雜的通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)二中所示方法，將8位碼元的基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行（7，4）線性分組碼編碼后，每組后面添加一個(gè)“0”，組成16位碼元數(shù)據(jù)。然后進(jìn)行2*8交織，得到交織后數(shù)據(jù)，并添加了兩位連續(xù)的誤碼，實(shí)驗(yàn)中可驗(yàn)證交織后和未交織的數(shù)據(jù)抗突發(fā)誤碼的差別。四、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容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；2.先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“2”，選擇“二信源信道編碼”3.再按數(shù)字鍵“5”，選擇“GSM交織技術(shù)”4.打開雙通道示波器，用通道一測量TP201測試點(diǎn)波形，此波形為幀同步脈沖信號(hào)，調(diào)至穩(wěn)定狀態(tài)；5．用通道二測量TP202波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀16位碼元數(shù)據(jù)。注意：幀時(shí)鐘上升沿為起始時(shí)刻。6．采用“實(shí)驗(yàn)原理”中的方法，將16位碼元數(shù)據(jù)采用2*8交織方法，得到交織后數(shù)據(jù)。7.再用通道二測量TP203波形數(shù)據(jù)，以幀同步上升沿為起始時(shí)刻記錄一幀16位碼元數(shù)據(jù)。將此數(shù)據(jù)和步驟6中計(jì)算得到的交織后數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，看是否相同？8.再用通道二測量TP204波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀16位交織后加錯(cuò)的數(shù)據(jù)。試解交織。9.用通道二測量TP205波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀16位碼元數(shù)據(jù)，和步驟8中解交織后數(shù)據(jù)比較，看是否相同？10.將步驟9中數(shù)據(jù)按照“實(shí)驗(yàn)二線性分組碼實(shí)驗(yàn)”中解碼原理對數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)。糾錯(cuò)后數(shù)據(jù)和步驟5中記錄的波形數(shù)據(jù)相比較，看是否相同？五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．描述交織技術(shù)的原理；2．畫出各點(diǎn)波形；3．驗(yàn)證交織后數(shù)據(jù)和未交織數(shù)據(jù)同時(shí)加連續(xù)兩個(gè)誤碼的糾錯(cuò)能力；4*.設(shè)計(jì)DSP交織技術(shù)的程序，修改碼元數(shù)據(jù)，來觀測上述測試點(diǎn)的波形變化。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真第3章擴(kuò)頻通信基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)所謂擴(kuò)展頻譜技術(shù)一般是指用比信號(hào)帶寬寬得多的頻帶寬度來傳輸信息的技術(shù)。CDMA給每一用戶分配一個(gè)唯一的序列（擴(kuò)頻碼），并用它對承載信息的信號(hào)進(jìn)行編碼。知道該碼序列用戶的接收機(jī)對收到的信號(hào)進(jìn)行解碼，并恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，這是因?yàn)樵撚脩舸a序列與其它用戶碼序列的互相關(guān)是很小的。由于碼序列的帶寬遠(yuǎn)大于所承載信息的信號(hào)的帶寬，編碼過程擴(kuò)展了信號(hào)的頻譜，所以也稱為擴(kuò)頻調(diào)制，其所產(chǎn)生的信號(hào)也稱為擴(kuò)頻信號(hào)。CDMA通常也用擴(kuò)頻多址（SSMA）來表征。對所傳信號(hào)頻譜的擴(kuò)展給予CDMA以多址能力。擴(kuò)頻通信最大的優(yōu)點(diǎn)是對信道中窄帶干擾的抑制。當(dāng)信道中存在窄帶干擾時(shí)，由于干擾是在發(fā)射信號(hào)擴(kuò)頻之后加入的，所以接收端的解擴(kuò)操作在將期望信號(hào)縮回到原帶寬的同時(shí)，還會(huì)將非期望信號(hào)（即窄帶干擾）的帶寬擴(kuò)頻同一倍數(shù)，從而使窄帶干擾變成了寬帶干擾，減小了其功率譜密度。因此，擴(kuò)頻可以用來減小干擾對接收機(jī)性能的影響，實(shí)現(xiàn)抑制窄帶干擾對接收機(jī)性能的影響，實(shí)現(xiàn)抑制干擾的目的，并且擴(kuò)頻越寬，窄帶干擾的抑制能力就越強(qiáng)。因此，對擴(kuò)頻信號(hào)的產(chǎn)生及其性能的了解十分重要。擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)必須滿足兩條基本要求：所傳信號(hào)的帶寬必須遠(yuǎn)大于信息的帶寬；所產(chǎn)生的射頻信號(hào)的帶寬與所傳信息無關(guān)；由于擴(kuò)頻信號(hào)擴(kuò)展了信號(hào)的頻譜，所以它具有一系列不同于窄帶信號(hào)的性能：多址能力；抗干擾性能好；抗多徑衰落能力強(qiáng)；系統(tǒng)容量增大；通信質(zhì)量好；頻率利用率高；10．高度可靠的保密安全性；11．手機(jī)功耗小。CDMA按照其采用的擴(kuò)頻調(diào)制方式的不同，可以分為直接序列擴(kuò)頻（DS）、跳頻擴(kuò)頻（FH）、跳時(shí)擴(kuò)頻（TH）和復(fù)合式擴(kuò)頻，其中直擴(kuò)方式與其它方式相比，實(shí)現(xiàn)數(shù)譜擴(kuò)展更方便。目前采用擴(kuò)頻技術(shù)的通信系統(tǒng)大多采用直擴(kuò)方式工作，所以我們先研究直擴(kuò)技術(shù)，然后再討論跳頻。實(shí)驗(yàn)一直接序列擴(kuò)頻（DS）編解碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)的原理和系統(tǒng)組成；2.熟悉通過DSP完成直擴(kuò)擴(kuò)頻解擴(kuò)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)的過程；2．測試直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)的工作波形，認(rèn)真理解其工作原理；3*.通過設(shè)計(jì)DSP程序來完成直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)。三、實(shí)驗(yàn)原理直接序列擴(kuò)頻是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)序列(PN)擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去，在接收端用與發(fā)送端相同的偽隨機(jī)序列對接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行處理，恢復(fù)出原來的信息。干擾信號(hào)由于和偽隨機(jī)序列不相關(guān)，在接收端被擴(kuò)展，使落入信號(hào)頻帶內(nèi)的干擾信號(hào)功率大大降低，從而提高了系統(tǒng)的輸出信噪比，達(dá)到抗干擾的目的。1．直接序列(DS)擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成圖3-5-1為直擴(kuò)系統(tǒng)的組成原理框圖。圖3-5-1直擴(kuò)系統(tǒng)的組成框圖信源輸出的信息流與偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼相乘（或者模二相加即異或），產(chǎn)生一個(gè)速率與偽隨機(jī)碼速率相同的擴(kuò)頻序列，然后再用擴(kuò)頻序列去調(diào)制載波，這樣就得到了已擴(kuò)頻調(diào)制的射頻信號(hào)。在接收端，接收到的擴(kuò)頻信號(hào)，經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)送端同步的偽隨機(jī)序列對擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，經(jīng)信號(hào)的頻帶濾波器濾波，便得到所傳輸?shù)男畔?。干擾信號(hào)由于和偽隨機(jī)序列不相關(guān)，在接收端頻譜被擴(kuò)展，使落入信號(hào)頻帶內(nèi)的干擾信號(hào)功率大大降低，從而提高了系統(tǒng)的輸出信噪比。 圖3-5-2為相應(yīng)的信號(hào)波形。圖3-5-2直擴(kuò)的信號(hào)擴(kuò)頻和解擴(kuò)波形（擴(kuò)頻和解擴(kuò)采用異或運(yùn)算）2．直擴(kuò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 在實(shí)驗(yàn)中用TMS320VC5509的DSP來完成數(shù)據(jù)的直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)。原始數(shù)據(jù)和偽隨機(jī)序異或，產(chǎn)生相應(yīng)的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)。通過DSP的MCBSP通道發(fā)送，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，經(jīng)射頻發(fā)送模塊傳輸。射頻接收模塊接收到擴(kuò)頻信號(hào)后，經(jīng)下變頻，恢復(fù)為基帶信號(hào)，經(jīng)A/D變換后，由DSP的MCBSP口接收。接收方采用和發(fā)送方一樣的偽隨機(jī)序列進(jìn)行解擴(kuò)（異或），得到了原始的發(fā)送數(shù)據(jù)。四、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；2．先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“3”，選擇“三、擴(kuò)頻通信基礎(chǔ)”,再按下數(shù)字鍵“1”選擇“1.直擴(kuò)編解碼3．通過測試點(diǎn)TP201觀測和偽隨機(jī)序列頻率相同的時(shí)鐘信號(hào)；4．通過測試點(diǎn)TP202觀測原始數(shù)據(jù)的波形；5．通過測試點(diǎn)TP203觀測發(fā)送方的偽隨機(jī)碼的波形；6．通過測試點(diǎn)TP204觀測擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)波形；7．通過測試點(diǎn)TP205觀測解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)波形；8．通過測試點(diǎn)TP206觀測解擴(kuò)后的偽隨機(jī)碼波形。五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．描述直接擴(kuò)頻通信的過程；2．畫出各點(diǎn)波形；3．驗(yàn)證解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)和原始基帶數(shù)據(jù)的關(guān)系；4*.設(shè)計(jì)DSP擴(kuò)頻和解擴(kuò)的程序，修改擴(kuò)頻碼，來觀測上述測試點(diǎn)的波形變化。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)二跳頻（FH）通信實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解跳頻和解跳的基本原理；2．了解DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）在移動(dòng)通信中的應(yīng)用；3*.熟悉通過DSP完成跳頻、解跳和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉跳頻和解跳的過程，并通過信道進(jìn)行傳輸；2．測試跳頻和解跳的工作波形，認(rèn)真理解其工作原理。三、實(shí)驗(yàn)原理1．跳頻(FH)系統(tǒng)的基本原理跳頻系統(tǒng)的載頻受一偽隨機(jī)碼的控制，不斷地、隨機(jī)地跳變，可以看成載頻按照一定規(guī)律變化的多頻頻移鍵控（MFSK）。與直擴(kuò)相比，跳頻系統(tǒng)中的偽隨機(jī)序列并不直接傳輸，而是用來選擇信道。跳頻電臺(tái)已經(jīng)成為未來戰(zhàn)術(shù)通信設(shè)備的趨勢。跳頻系統(tǒng)的組成如圖3-6-1所示。發(fā)送端由信源產(chǎn)生的信息流去調(diào)制頻率合成器產(chǎn)生的載頻，得到射頻信號(hào)。頻率合成器產(chǎn)生的載頻受偽隨機(jī)序列控制，按照一定的規(guī)律跳變。在接收端的本振信號(hào)是一個(gè)和發(fā)送端跳變規(guī)律一致的頻率跳變信號(hào)，經(jīng)過混頻后，就可以解調(diào)出原始信號(hào)。圖3-6-1跳頻系統(tǒng)組成框圖一般跳頻系統(tǒng)可以根據(jù)跳頻速率分為快速跳頻、中速跳頻和慢速跳頻。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變，受到偽隨機(jī)序列的控制，時(shí)間不同，偽隨機(jī)序列的相位不同，對應(yīng)的頻率合成器產(chǎn)生的頻率也不同。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律成為跳頻圖案。如圖3-6-2 dfdfsc時(shí)間頻率圖3-6-2跳頻圖案f2時(shí)間?TcTf1跳頻系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：f2時(shí)間?TcTf1（1）有較強(qiáng)的抗干擾能力，采用了躲避干擾的方法抗干擾。（2）用于組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)碼分多址，頻譜利用率高。（3）快跳頻系統(tǒng)用的偽隨機(jī)碼速率比直擴(kuò)系統(tǒng)低的多，同步要求比直擴(kuò)低，因而時(shí)間短、入網(wǎng)快。2．跳頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中用TMS320VC5509的DSP來編程，軟件完成跳頻。具體過程如下：（1）預(yù)先設(shè)定四個(gè)頻率點(diǎn)，再用偽隨機(jī)序列按照一定的規(guī)律產(chǎn)生一個(gè)指針，指向這四個(gè)頻率中的一個(gè)；（2）發(fā)送方對原始數(shù)據(jù)信息進(jìn)行BPSK調(diào)制，原始信號(hào)對選擇的跳頻頻率進(jìn)行調(diào)制，并通過射頻傳輸；（3）接收方將接收的信號(hào)下變頻后，采用和發(fā)送方一樣的偽隨機(jī)序列，通過同樣的規(guī)律獲得相同的頻率，進(jìn)行解調(diào)，再經(jīng)過BPSK解調(diào)，獲得原始數(shù)據(jù)。四、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；2．先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“3”，選擇“三、擴(kuò)頻通信基礎(chǔ)”,再按下數(shù)字鍵選擇“2.跳頻”3．通過測試點(diǎn)TP202觀測原始數(shù)據(jù)的波形；4．通過測試點(diǎn)TP308測試跳頻并完成D/A轉(zhuǎn)換后的波形；5．通過測試點(diǎn)TP204觀測解跳后的數(shù)據(jù)波形。五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．描述跳頻通信的過程；2．畫出各點(diǎn)波形；3．驗(yàn)證解跳后的數(shù)據(jù)和原始基帶數(shù)據(jù)的關(guān)系；4*．設(shè)計(jì)DSP跳頻和解跳的程序，修改根據(jù)擴(kuò)頻碼產(chǎn)生跳頻的規(guī)則，來觀測上述測試點(diǎn)的波形變化。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)三DS/CDMA碼分多址實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解CDMA基本原理；2．了解軟件完成DS-CDMA的整個(gè)通信過程；3.熟悉DS-CDMA的特點(diǎn)，加強(qiáng)對CDMA的理解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉CDMA的原理；2．測試DS-CDMA各點(diǎn)的波形；3．通過DSP來完成DS-CDMA的過程。三、實(shí)驗(yàn)原理1．DS-CDMA基本原理DS-CDMA利用高速率的正交碼或準(zhǔn)正交碼來作為地址碼，與用戶信息數(shù)據(jù)相乘（模二相加），得到數(shù)據(jù)信息的直接序列擴(kuò)頻信號(hào)，經(jīng)過相應(yīng)的信道傳輸后，在接收端與本地產(chǎn)生的地址碼進(jìn)行相關(guān)檢測，從中將地址碼和本地地址碼一致的用戶數(shù)據(jù)選出，把不一致的用戶數(shù)據(jù)濾除掉。碼分多址通信系統(tǒng)可以完成時(shí)域、頻域及空間上混疊的多個(gè)用戶直擴(kuò)數(shù)據(jù)的同時(shí)傳輸。 圖3-7-1為一個(gè)典型的CDMA系統(tǒng)框圖。圖3-7-1典型的CDMA系統(tǒng)框圖 從該圖看出，在CDMA系統(tǒng)中，對每個(gè)用戶來講分為上行鏈路和下行鏈路。在上行鏈路中，為每一個(gè)移動(dòng)用戶分配一個(gè)地址碼，且這些地址碼相互正交（或者準(zhǔn)正交）。移動(dòng)臺(tái)MS1、MS2、…、MSN分別分配有地址碼C1、C2、…、CN。利用移動(dòng)碼型和移動(dòng)用戶的一一對應(yīng)關(guān)系，基站便可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)。同樣，在下行通信鏈路中，基站發(fā)往不同移動(dòng)用戶的信號(hào)也用一組正交的地址碼C10、C20、…、CN0來進(jìn)行區(qū)分。移動(dòng)用戶根據(jù)分配給自己的對應(yīng)地址碼從下行鏈路中提取出發(fā)送給自己的信號(hào)。地址碼可以選擇m序列、Gold序列和WALSH序列等。 CDMA系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：大容量軟容量采用多種分集技術(shù)軟切換保密性能好話音質(zhì)量高較低的發(fā)射功率2．DS-CDMA系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)中用TMS320VC5509的DSP來編程，軟件完成簡易的DS-CDMA的功能。具體過程如下：發(fā)送方1）將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行直擴(kuò)；2）對擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)進(jìn)行BPSK調(diào)制；3）通過DSP的MCBSP串口來傳輸數(shù)據(jù)；4）對串口數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，變成模擬信號(hào)；5）對發(fā)送的模擬信號(hào)進(jìn)行上變頻，通過射頻發(fā)送出去。接收方1）通過射頻模塊來接收信號(hào)，并進(jìn)行下變頻；2）對信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；3）通過DSP的MCBSP串口接收數(shù)據(jù)；4）對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行BPSK解調(diào)；5）對解調(diào)后的數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的本地?cái)U(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，得到接收的數(shù)據(jù)。3．實(shí)現(xiàn)框圖四、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“4”，選擇“四、碼分多址”

2.再按下數(shù)字鍵“1”選擇菜單“1發(fā)1—收1”1）通過測試點(diǎn)TP201觀測和偽隨機(jī)序列頻率相同的時(shí)鐘信號(hào)；2）通過測試點(diǎn)TP202觀測原始數(shù)據(jù)的波形；3）通過測試點(diǎn)TP203觀測發(fā)送方的偽隨機(jī)碼的波形；4）通過測試點(diǎn)TP204觀測擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)波形；5）通過測試點(diǎn)TP205觀測解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)波形；6）通過測試點(diǎn)TP206觀測解擴(kuò)后的偽隨機(jī)碼波形。3．先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“4”，選擇“四、碼分多址”，再按下數(shù)字鍵“2”選擇菜單“2發(fā)2—收4．先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“4”，選擇“四、碼分多址”，再按下數(shù)字鍵“3”選擇菜單“3發(fā)1—收5*．設(shè)計(jì)DSP完成DS-CDMA的程序，觀測當(dāng)發(fā)送方和接收方擴(kuò)頻碼一致和不一致的情況下，上述各測試點(diǎn)的波形變化。五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．測試各點(diǎn)波形；2．畫圖分析并驗(yàn)證不同擴(kuò)頻碼和解擴(kuò)碼時(shí)TP205的波形；3*．設(shè)計(jì)DSP完成DS-CDMA的程序，觀測當(dāng)發(fā)送方和接收方擴(kuò)頻碼一致和不一致的情況下，來觀測上述各測試點(diǎn)的波形變化。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器第4章數(shù)字調(diào)制和解調(diào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕鶐л敵鍪且幌盗械亩M(jìn)制數(shù)據(jù)，不能直接通過無線鏈路發(fā)送。所以必須用基帶信號(hào)對載波波形的某些參量進(jìn)行控制，使載波的這些參量隨基帶信號(hào)的變化而變化，即進(jìn)行調(diào)制。從原理上來說，只要已調(diào)信號(hào)適合于信道傳輸，受調(diào)載波的波形可以是任意的。因?yàn)檎倚盘?hào)形式簡單，易于發(fā)送和接收，所以在大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中，都選擇正弦信號(hào)作為載波。本章實(shí)驗(yàn)也限于用正弦波作為載波。根據(jù)對載波參數(shù)的改變方式，可把數(shù)字調(diào)制方式分為三種基本類型：振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）和移相鍵控（PSK）。每種類型又有很多種不同的形式，例如FSK又有連續(xù)相位的技術(shù)，PSK有BPSK和QPSK等。數(shù)字載波鍵控信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：不同的載波鍵控方式通過改變不同的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。每種不同的調(diào)制方法具有不同的發(fā)送和接收設(shè)計(jì)，占有不同的帶寬和誤碼率。本章實(shí)驗(yàn)我們重點(diǎn)談?wù)撍姆N調(diào)制方式：BPSK、QPSK、OQPSK和MSK。實(shí)驗(yàn)一BPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解BSPK調(diào)制和解調(diào)的基本原理；2．熟悉軟件完成BPSK調(diào)制和解調(diào)的過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉BPSK調(diào)制和解調(diào)過程；2．通過示波器測試BPSK調(diào)制解調(diào)各點(diǎn)的波形；3*.設(shè)計(jì)一個(gè)通過DSP程序完成BPSK的程序，加強(qiáng)對BPSK的理解。三、實(shí)驗(yàn)原理 利用調(diào)制信號(hào)對正弦波的載波相位進(jìn)行控制的方式成為移相鍵控（PSK）。PSK包括BPSK、BDPSK、QPSK、QDPSK、O-QPSK。本實(shí)驗(yàn)我們主要完成BPSK方式。 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)。產(chǎn)生的方法以及波形如圖4-8-1所示。圖4-8-1BPSK信號(hào)的產(chǎn)生以及波形BPSK信號(hào)的解調(diào)只能采用相干解調(diào)，解調(diào)器的框圖和各點(diǎn)的波形如圖4-8-2所示。圖4-8-2BPSK相干解調(diào)器各點(diǎn)波形本實(shí)驗(yàn)中，DSP用軟件方式完成BPSK的調(diào)制和解調(diào)。由DSP產(chǎn)生一個(gè)正弦波，和要發(fā)送的數(shù)據(jù)相乘，實(shí)現(xiàn)BPSK調(diào)制，通過DSP的MCBSP2串口發(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)交給DSP的MCBSP2口，DSP做相干解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)信息。四、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)”，再按下數(shù)字鍵“1”選擇“1.BPSK調(diào)制3.在測試點(diǎn)TP202測試發(fā)送方基帶數(shù)據(jù)；4.在測試點(diǎn)TP308測試BPSK調(diào)制后的波形；5.在測試點(diǎn)TP204測試解調(diào)后的數(shù)據(jù)波形；6*．根據(jù)提供的仿真器和JTAG接口，自主設(shè)計(jì)一個(gè)DSP軟件程序，通過DSP的MCBSP2串口、A/D、D/A電路和上下變頻電路，來完成一個(gè)BPSK的調(diào)制、傳輸和解調(diào)實(shí)驗(yàn)。并根據(jù)上述各測試點(diǎn)，測試各點(diǎn)波形。五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．畫出各點(diǎn)波形，熟悉BPSK調(diào)制的過程。2*．根據(jù)提供的JTAG接口，自主設(shè)計(jì)一個(gè)DSP軟件程序，通過DSP的MCBSP2串口、A/D、D/A電路和上下變頻電路，來完成一個(gè)BPSK的調(diào)制、傳輸和解調(diào)實(shí)驗(yàn)。并根據(jù)上述各測試點(diǎn)，測試各點(diǎn)波形。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)二QPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解QPSK調(diào)制和解調(diào)的基本原理；2．熟悉軟件完成QPSK的過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉QPSK調(diào)制和解調(diào)過程；2．通過示波器測試QPSK各點(diǎn)的波形；3*.設(shè)計(jì)一個(gè)通過DSP程序完成QPSK的程序，加強(qiáng)對QPSK的理解。三、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4-9-1的矢量圖來表征。圖4-9-1QPSK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4-9-2所示。 圖4-9-2QPSK系統(tǒng)調(diào)制器原理框圖從圖4-9-2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)，然后對和進(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4-9-3所示。 圖4-9-3QPSK相干解調(diào)框圖現(xiàn)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)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。四、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“2”選擇“2.QPSK調(diào)制3.在測試點(diǎn)TP201測試輸入的基帶數(shù)據(jù)波形。4.在測試點(diǎn)TP202測試發(fā)送的I路數(shù)據(jù)；5.在測試點(diǎn)TP203測試發(fā)送的Q路數(shù)據(jù)；6.在測試點(diǎn)TP308測試QPSK調(diào)制波形；7.在測試點(diǎn)TP204測試接收的I路解調(diào)數(shù)據(jù)；8.在測試點(diǎn)TP205測試接收的Q路解調(diào)數(shù)據(jù)；9．在測試點(diǎn)TP206測試接收解調(diào)后數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．畫出各點(diǎn)波形，熟悉QPSK調(diào)制的過程。2.比較調(diào)制信號(hào)的相位關(guān)系，計(jì)算各相位跳變點(diǎn)的相差，理解QPSK的概念。3*.根據(jù)提供的仿真器和JTAG接口，自主設(shè)計(jì)一個(gè)DSP軟件程序，通過DSP的MCBSP2串口、A/D、D/A電路和上下變頻電路，來完成一個(gè)QPSK的調(diào)制、傳輸和解調(diào)實(shí)驗(yàn)。并根據(jù)上述各測試點(diǎn)，測試各點(diǎn)波形。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)三OQPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解OQPSK調(diào)制和解調(diào)的基本原理；2．熟悉軟件完成OQPSK的過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉OQSPK調(diào)制和解調(diào)過程；2．通過示波器測試OQPSK各點(diǎn)的波形；3*.設(shè)計(jì)一個(gè)通過DSP程序完成QPSK的程序，加強(qiáng)對OQPSK的理解。三、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OQPSK信號(hào)的相位轉(zhuǎn)移圖如圖4-10-1所示。圖4-10-1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。圖4-10-2OQPSK調(diào)制器和相干解調(diào)器框圖在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)出原始數(shù)據(jù)信息。四、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)TP201測試輸入的基帶數(shù)據(jù)波形；4.在測試點(diǎn)TP202測試發(fā)送的I路數(shù)據(jù)；5.在測試點(diǎn)TP203測試發(fā)送的Q路數(shù)據(jù)；6.在測試點(diǎn)TP308測試OQPSK調(diào)制波形；7.在測試點(diǎn)TP204測試接收的I路解調(diào)數(shù)據(jù)；8.在測試點(diǎn)TP205測試接收的Q路解調(diào)數(shù)據(jù)；9*.根據(jù)提供的仿真器和JTAG接口，自主設(shè)計(jì)一個(gè)DSP軟件程序，通過DSP的MCBSP2串口、A/D、D/A電路和上下變頻電路，來完成一個(gè)OQPSK的調(diào)制、傳輸和解調(diào)實(shí)驗(yàn)。并根據(jù)上述各測試點(diǎn)，測試各點(diǎn)波形。五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．畫出各點(diǎn)波形，熟悉OQPSK調(diào)制的過程；2.比較調(diào)制信號(hào)的相位關(guān)系，計(jì)算各相位跳變點(diǎn)的相差，確定是否符合OQPSK的特點(diǎn)，理解OQPSK的概念；3*.根據(jù)提供的仿真器和JTAG接口，自主設(shè)計(jì)一個(gè)DSP軟件程序，通過DSP的MCBSP2串口、A/D、D/A電路和上下變頻電路，來完成一個(gè)OQPSK的調(diào)制、傳輸和解調(diào)實(shí)驗(yàn)。并根據(jù)上述各測試點(diǎn)，測試各點(diǎn)波形。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)四MSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解MSK調(diào)制和解調(diào)的基本原理；2．熟悉軟件完成MSK的過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉MSK調(diào)制和解調(diào)過程；2．通過示波器測試MSK各點(diǎn)的波形；3*.設(shè)計(jì)通過DSP程序完成MSK的程序，加強(qiáng)對MSK的理解。三、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或者減小/2，所以相位的變換是連續(xù)的。圖4-11-1給出一種MSK調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的方法。圖4-11-1MSK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4-11-2所示。圖4-11-2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/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。四、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)TP201測試輸入的基帶數(shù)據(jù)波形；4.在測試點(diǎn)TP202測試發(fā)送的I路數(shù)據(jù)；5.在測試點(diǎn)TP203測試發(fā)送的Q路數(shù)據(jù)；6.在測試點(diǎn)TP308測試MSK調(diào)制波形；7.在測試點(diǎn)TP204測試接收的I路解調(diào)數(shù)據(jù)；8.在測試點(diǎn)TP205測試接收的Q路解調(diào)數(shù)據(jù)；五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．畫出各點(diǎn)波形，熟悉MSK調(diào)制的過程；2.觀測調(diào)制之后的信號(hào)頻率變化，及有否相位跳變，理解MSK的概念；3*.根據(jù)提供的仿真器和JTAG接口，自主設(shè)計(jì)一個(gè)DSP軟件程序，通過DSP的MCBSP2串口、A/D、D/A電路和上下變頻電路，來完成一個(gè)MSK的調(diào)制、傳輸和解調(diào)實(shí)驗(yàn)。并根據(jù)上述各測試點(diǎn)，測試各點(diǎn)波形。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)五GMSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解GMSK調(diào)制和解調(diào)的基本原理；2．熟悉軟件完成GMSK的過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉GMSK調(diào)制和解調(diào)過程；2．通過示波器測試GMSK各點(diǎn)的波形；3*.設(shè)計(jì)通過DSP程序完成GMSK的程序，加強(qiáng)對GMSK的理解。三、實(shí)驗(yàn)原理盡管MSK信號(hào)已具有較好的頻譜和誤碼率性能，但仍不能滿足無線通信中臨道輻射低于主瓣達(dá)到60db以上的要求。因此，需要在MSK的基礎(chǔ)上采取一定的措施，加快其帶外衰減速度。于是提出了改進(jìn)的MSK調(diào)制方式，即GMSK調(diào)制。GMSK調(diào)制是在MSK調(diào)制前，將基帶信號(hào)線通過一個(gè)高斯型低通濾波器。圖GMSK調(diào)制器結(jié)構(gòu)原理圖該高斯低通濾波器也被稱為與調(diào)制濾波器，假設(shè)其3dB帶寬為Bb，則其沖擊響應(yīng)為：GMSK信號(hào)的帶外衰減由BbTb決定，BbTb值越大，帶外衰減越大。當(dāng)BbTb=0.3時(shí)，即可滿足GSM系統(tǒng)帶外衰減60dB的要求。在BbTb一定時(shí)，頻道間隔Δf和Tb的乘積ΔfTb越大，則鄰臨道干擾越??；在ΔfTb一定時(shí)，BbTb越小則鄰道干擾越小。實(shí)際上，MSK是2電平矩形基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻得到的，MSK信號(hào)在任一碼元間隔內(nèi)，其相位變化（增加或減?。﹑i/2，而在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻則保持相位連續(xù)。但MSK信號(hào)相位變化率為一折線，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)尖角，從而使其頻譜特性的旁瓣滾降緩慢，帶外輻射相對較大。為了解決這一問題，可將數(shù)字基帶信號(hào)先經(jīng)過一個(gè)高斯濾波器整形，由于成形后的高斯脈沖包絡(luò)無陡峭邊沿，亦無拐點(diǎn)，于是經(jīng)調(diào)制后的已調(diào)頻波相位路徑在MSK基礎(chǔ)上獲得平滑。這被成為GMSK調(diào)制。其和MSK信號(hào)的相位變化如下頁圖所示：通過相位分析可以看出，GMSK通過引入可控的碼間干擾來達(dá)到相位平滑的目的，消除了MSK在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相位轉(zhuǎn)折。GMSK信號(hào)的解調(diào)器可以采用和MSK一樣的解調(diào)方式，但需要提取相干載波，這在高速的無線傳輸系統(tǒng)中式比較困難的。在實(shí)際中，常采用二比特延遲差分檢測的非相干解調(diào)方式。四、實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容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“5”選擇“5.GMSK調(diào)制3.在測試點(diǎn)TP201測試輸入的基帶數(shù)據(jù)；4.在測試點(diǎn)TP202測試發(fā)送的I路數(shù)據(jù)；5.在測試點(diǎn)TP203測試發(fā)送的Q路數(shù)據(jù)；6.在測試點(diǎn)TP308測試GMSK調(diào)制波形；7.在測試點(diǎn)TP204測試接收的I路解調(diào)數(shù)據(jù)；８.在測試點(diǎn)TP205測試接收的Q路解調(diào)數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．畫出各點(diǎn)波形，熟悉GMSK調(diào)制的過程；2.觀測調(diào)制之后的信號(hào)頻率變化，和MSK相比較說出兩者的差別；3*.根據(jù)提供的仿真器和JTAG接口，自主設(shè)計(jì)一個(gè)DSP軟件程序，通過DSP的MCBSP2串口、A/D、D/A電路和上下變頻電路，來完成一個(gè)GMSK的調(diào)制、傳輸和解調(diào)實(shí)驗(yàn)。并根據(jù)上述各測試點(diǎn)，測試各點(diǎn)波形。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)六OFDM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握OFDM調(diào)制和解調(diào)的基本原理；2.了解OFDM的特點(diǎn)及不足；3.學(xué)會(huì)使用數(shù)字示波器分析波形頻譜4．了解軟件完成OFDM的調(diào)制過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉OFDM調(diào)制和解調(diào)過程，了解OFDM的同步技術(shù)；2．通過示波器測試OFDM的波形，并觀察OFDM調(diào)制的頻譜；3*.設(shè)計(jì)通過DSP程序完成OFDM的程序，加強(qiáng)對OFDM調(diào)制的理解。三、實(shí)驗(yàn)原理1.OFDM簡介現(xiàn)代社會(huì)對通信的依賴和要求越來越高，于是設(shè)計(jì)和開發(fā)效率更高的通信系統(tǒng)就成了通信工程界不斷追求的目標(biāo)。通信系統(tǒng)的效率，說到底就是頻譜利用率和功率利用率。特別是在無線通信的情況下，對這兩個(gè)指標(biāo)的要求往往更高，尤其是頻譜利用率。由于空間可用頻譜資源是有限的，而無線應(yīng)用卻越來越多，使得無線頻譜的使用受到各國政府的嚴(yán)格管理并統(tǒng)一規(guī)劃。于是，各種各樣的具有較高頻譜效率的通信技術(shù)不斷被開發(fā)出來，OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）是目前已知的頻譜利用率最高的一種通信系統(tǒng)，它將數(shù)字調(diào)制、數(shù)字信號(hào)處理、多載波傳輸?shù)燃夹g(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，使得它在系統(tǒng)的頻譜利用率、功率利用率、系統(tǒng)復(fù)雜性方面綜合起來有很強(qiáng)的競爭力，是支持未來移動(dòng)通信特別是移動(dòng)多媒體通信的主要技術(shù)之一。OFDM是一種多載波傳輸技術(shù)，N個(gè)子載波把整個(gè)信道分割成N個(gè)子信道，N個(gè)子信道并行傳輸信息。其時(shí)域原理如下圖所示：圖（4-16-1）OFDM時(shí)域原理圖OFDM系統(tǒng)有許多非常引人注目的優(yōu)點(diǎn)。第一，OFDM具有非常高的頻譜利用率。普通的FDM系統(tǒng)為了分離開各子信道的信號(hào)，需要在相鄰的信道間設(shè)置一定的保護(hù)間隔（頻帶），以便接收端能用帶通濾波器分離出相應(yīng)子信道的信號(hào)，造成了頻譜資源的浪費(fèi)。OFDM系統(tǒng)各子信道間不但沒有保護(hù)頻帶，而且相鄰信道間信號(hào)的頻譜的主瓣還相互重疊，但各子信道信號(hào)的頻譜在頻域上是相互正交的，各子載波在時(shí)域上是正交的，OFDM系統(tǒng)的各子信道信號(hào)的分離（解調(diào)）是靠這種正交性來完成的。另外，OFDM的各個(gè)子信道上還可以采用多進(jìn)制調(diào)制（如頻譜效率很高的QAM），進(jìn)一步提高了OFDM系統(tǒng)的頻譜效率。OFDM和傳統(tǒng)的FDM相比，頻譜分布如下圖所示：第二，實(shí)現(xiàn)比較簡單。當(dāng)子信道上采用QAM或MPSK調(diào)制方式時(shí)，調(diào)制過程可以用IFFT完成，解調(diào)過程可以用FFT完成，既不用多組振蕩源，又不用帶通濾波器組分離信號(hào)。第三，抗多徑干擾能力強(qiáng)，抗衰落能力強(qiáng)。由于一般的OFDM系統(tǒng)均采用循環(huán)前綴（CyclicPrefix，CP）方式，使得它在一定條件下可以完全消除信號(hào)的多徑傳播造成的碼間干擾，完全消除多徑傳播對載波間正交性的破壞，因此OFDM系統(tǒng)具有很好的抗多徑干擾能力。OFDM的子載波把整個(gè)信道劃分成許多窄信道，盡管整個(gè)信道是有可能是極不平坦的衰落信道，但在各子信道上的衰落卻是近似平坦的，這使得OFDM系統(tǒng)子信道的均衡特別簡單，往往只需一個(gè)抽頭的均衡器即可。當(dāng)然，與單載波系統(tǒng)比，OFDM也有一些困難問題需要解決。這些問題主要是：第一，同步問題。理論分析和實(shí)踐都表明，OFDM系統(tǒng)對同步系統(tǒng)的精度要求更高，大的同步誤差不僅造成輸出信噪比的下降，還會(huì)破壞子載波間的正交性，造成載波間干擾，從而大大影響系統(tǒng)的性能，甚至使系統(tǒng)無法正常工作。第二，OFDM信號(hào)的峰值平均功率比（Peak-to-AveragePowerRatio，PAPR）往往很大，使它對放大器的線性范圍要求大，同時(shí)也降低了放大器的效率。OFDM在未來通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，特別是在未來移動(dòng)多媒體通信中的應(yīng)用，將取決于上述問題的解決程度。OFDM技術(shù)已經(jīng)或正在獲得一些應(yīng)用。例如，在廣播應(yīng)用中歐洲的ETSI（EuropeanTelecommunicationStandardInstitute，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)）已經(jīng)制定了采用OFDM技術(shù)的數(shù)字音頻廣播（DigitalAudioBroadcasting,DVB）的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字視頻廣播（DigitalVideoBroadcasting，DVB）的標(biāo)準(zhǔn)也正在制定中；在寬帶無限接入應(yīng)用中，IEEE802.11a及IEEE802.16都有基于OFDM技術(shù)的建議，ETSI的HiperLANII也是一種基于OFDM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)；在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信中應(yīng)用中，OFDM是目前研究的熱點(diǎn)技術(shù)之一；在有線寬帶接入技術(shù)中，例如xDSL（各種高速數(shù)字用戶線）技術(shù)中，OFDM的一種特殊形式——DMT（DiscreteMultitone）以獲得廣泛應(yīng)用；等等。OFDM在這些應(yīng)用中已經(jīng)表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，隨著制約OFDM應(yīng)用的一些關(guān)鍵問題的解決，相信OFDM在未來的通信應(yīng)用中將會(huì)扮演越來越重要的角色。2.OFDM調(diào)制解調(diào)原理基于OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)框圖如下圖所示：基帶碼元數(shù)據(jù)，經(jīng)編碼后，再采用BPSK、QPSK、4QAM，64QAM等類調(diào)制制度，其中各路根據(jù)其頻率特性和信道特性選擇合適的調(diào)制制度。設(shè)在一個(gè)OFDM系統(tǒng)中有N個(gè)子信道，每個(gè)子信道采用的子載波為式中：為第k路子載波的振幅，它受基帶碼元的調(diào)制；為第k路子載波的頻率；為第k路子載波的初始相位。則在此系統(tǒng)中的N路子信息之和可以表示為上式還可改寫為復(fù)數(shù)形式：上式中實(shí)部和虛部分別對應(yīng)于OFDM符號(hào)中的同向和正交分量，在實(shí)際中可以分別與相應(yīng)子載波的余弦分量和正弦分量分別相乘，構(gòu)成最終的子信道信號(hào)和合成的OFDM符號(hào)。設(shè)計(jì)時(shí)使用IFFT來代替OFDM調(diào)制，使用FFT來完成OFDM解調(diào)。在本實(shí)驗(yàn)中，由于硬件的限制，僅對OFDM系統(tǒng)做了基本的理論驗(yàn)證，以達(dá)到教學(xué)的目的，讓學(xué)生了解OFDM的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，使用了16路的子信道進(jìn)行調(diào)制，每個(gè)子信道占用2.5kHZ的帶寬，不考慮保護(hù)帶寬，整個(gè)調(diào)制系統(tǒng)占用帶寬為：16*2.5kHZ=40kHZ。為便于觀察頻譜特性，實(shí)驗(yàn)中選用了全“1”調(diào)制后波形數(shù)據(jù)如下圖所示：對波形數(shù)據(jù)采用FFT變換，進(jìn)行頻譜分析，得到頻域特性如下圖所示：四、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“6”選擇“6.OFDM調(diào)制3.在測試點(diǎn)TP308測試OFDM調(diào)制后的波形，觀察波形周期。每幀發(fā)送16個(gè)碼元數(shù)據(jù)，計(jì)算基帶速率為多少？4．打開示波器的FFT功能，觀察并畫出波形的頻譜（注意刻度及頻率范圍），對照OFDM調(diào)制的特點(diǎn)進(jìn)行分析載波數(shù)目、載波間隔。五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．了解OFDM調(diào)制的過程，掌握OFDM調(diào)制的特點(diǎn)及不足。2．學(xué)會(huì)使用數(shù)字示波器分析波形分頻譜，并畫出OFDM的頻譜波形圖；3*.根據(jù)提供的仿真器和JTAG接口，自主設(shè)計(jì)一個(gè)DSP軟件程序，仿真OFDM的實(shí)現(xiàn)過程，加深對OFDM的理解，并通過自己編程，體會(huì)OFDM系統(tǒng)在實(shí)際中的實(shí)現(xiàn)難度。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器第二部分系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)部分包括RZ8001型移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱自環(huán)系統(tǒng)通信實(shí)驗(yàn)、移動(dòng)系統(tǒng)信令交換實(shí)驗(yàn)和移動(dòng)系統(tǒng)通信實(shí)驗(yàn)。RZ8001型移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱可以自己構(gòu)成一個(gè)自環(huán)系統(tǒng)，完成語音、數(shù)據(jù)（短信）的自環(huán)通信。同時(shí)數(shù)據(jù)還可以通過PC機(jī)接入RZ8001實(shí)驗(yàn)箱，在RZ8001實(shí)驗(yàn)箱完成自環(huán)以后又送回PC機(jī)。對于語音的自環(huán)通信，實(shí)際上完成了對輸入的語音進(jìn)行A/D變換，壓縮編碼，擴(kuò)頻，無線發(fā)送，傳播，無線接受，解壓縮，D/A變換，然后輸出語音信號(hào)。對于數(shù)據(jù)的自環(huán)通信，實(shí)際上完成了對輸入的數(shù)據(jù)，壓縮編碼，擴(kuò)頻，無線發(fā)送，傳播，無線接受，解壓縮，然后輸出數(shù)據(jù)。兩臺(tái)RZ8001型移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱之間也能完成相應(yīng)的語音何數(shù)據(jù)的傳輸。多臺(tái)RZ8001型移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱與配套的基站RZ8002，交換機(jī)RZ8003組成一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)之后，其中每臺(tái)RZ8001型移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱都可以和PC機(jī)上配套的“移動(dòng)系統(tǒng)信令實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”軟件一起完成對移動(dòng)臺(tái)開機(jī)，關(guān)機(jī)，主叫，被叫，掛機(jī)的信令交互實(shí)驗(yàn)。通過信令交互實(shí)驗(yàn)，可以清晰地觀察到每種情況下移動(dòng)臺(tái)與基站和交換機(jī)之間的信令交互過程，加深對移動(dòng)通信系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。多臺(tái)RZ8001型移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱與配套的基站RZ8002，交換機(jī)RZ8003組成一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)，可以完成移動(dòng)臺(tái)之間的語音和數(shù)據(jù)通信。RZ8001型移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱完成語音、數(shù)據(jù)的處理，和基站的信令交互；基站完成各終端的頻率分配和信令分析、處理，以及和交換機(jī)之間一起完成跨基站的移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱之間的通信，同時(shí)將本基站管理移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱的狀態(tài)送往交換機(jī)。交換機(jī)終端完成跨基站之間的移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱之間的通信管理，同時(shí)將各移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱的狀態(tài)送往PC機(jī)，PC機(jī)上配套移動(dòng)系統(tǒng)軟件對各移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分類、存儲(chǔ)和分析。同時(shí)實(shí)驗(yàn)箱上還配置了一個(gè)GSM模塊，利用它還可以和GSM公網(wǎng)的普通手機(jī)進(jìn)行短消息收發(fā)和語音呼叫等實(shí)驗(yàn)。第1章完成RZ8001型移動(dòng)終端數(shù)據(jù)和語音自環(huán)系統(tǒng)通信實(shí)驗(yàn)第2章完成移動(dòng)系統(tǒng)的交換機(jī)原理實(shí)驗(yàn)第3章完成移動(dòng)系統(tǒng)的基站原理實(shí)驗(yàn)第4章完成GSM信令實(shí)驗(yàn)第5章完成移動(dòng)系統(tǒng)7號(hào)信令實(shí)驗(yàn)第6章完成無線信道實(shí)驗(yàn)第7章完成GSM模塊通信實(shí)驗(yàn)第8章完成復(fù)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)PAGE80PAGE81（一）單機(jī)系統(tǒng)第1章單機(jī)自環(huán)系統(tǒng)RZ8001型移動(dòng)終端實(shí)驗(yàn)箱可以自己構(gòu)成一個(gè)自環(huán)系統(tǒng)，完成語音、數(shù)據(jù)（短信）的自環(huán)通信。同時(shí)數(shù)據(jù)還可以通過PC機(jī)接入RZ8001實(shí)驗(yàn)箱，在RZ8001實(shí)驗(yàn)箱完成自環(huán)以后又送回PC機(jī)。對于語音的自環(huán)通信，實(shí)際上完成了對輸入的語音進(jìn)行A/D變換，壓縮編碼，擴(kuò)頻，無線發(fā)送，傳播，無線接收，解壓縮，D/A變換，然后輸出語音信號(hào)。對于數(shù)據(jù)的自環(huán)通信，實(shí)際上完成了對輸入的數(shù)據(jù)，壓縮編碼，擴(kuò)頻，無線發(fā)送，傳播，無線接受，解壓縮，然后輸出數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)一短信收發(fā)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解終端短信和數(shù)據(jù)通信的結(jié)構(gòu)框圖；2．了解移動(dòng)通信終端的短信收發(fā)過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．通過鍵盤和液晶選擇和發(fā)送短信，觀測接收結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)原理 通訊發(fā)達(dá)的今天短信已經(jīng)成為人們交流的重要手段，其中也蘊(yùn)含著巨大的市場和經(jīng)濟(jì)利益。主要過程就是用戶將編制好的短信，通過移動(dòng)信道，發(fā)送給接收方，接收方收到短信，再顯示出來。短信收發(fā)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1-1所示。圖1-1-1工作過程如下：開機(jī)，DSP從FLASH加載程序代碼。（1）發(fā)送方：通過鍵盤選擇短信，由單片機(jī)通過中斷通知DSP；DSP將短信數(shù)據(jù)處理后通過串口MCBSP發(fā)送給D/A轉(zhuǎn)換單元；D/A轉(zhuǎn)換單元將數(shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)，然后上變頻單元通過射頻將語音信號(hào)發(fā)射出去。（2）接收方接收方的下變頻單元，將接收的信號(hào)下變頻給接收方的A/D單元；A/D單元將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，交給DSP的MCBSP；DSP對短信處理后，通過中斷通知單片機(jī)，單片機(jī)將接收的短信內(nèi)容在液晶屏上顯示出來。四、實(shí)驗(yàn)步驟及任務(wù)1．打開實(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，請使用”，此時(shí)可以進(jìn)行下面操作。2．先按下鍵盤上“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“6”選擇“六.短信收發(fā)”，進(jìn)入短信編輯方式按下“1”鍵進(jìn)入“選擇短信序號(hào)”方式，顯示屏顯示短信編號(hào)和內(nèi)容：可以通過“↑/確認(rèn)”鍵和“↓/取消”鍵查看更多的短信。按下相應(yīng)的數(shù)字編號(hào)選擇要發(fā)送的短信內(nèi)容，并啟動(dòng)短信發(fā)送程序；按下“2”鍵進(jìn)入“編輯數(shù)字短信”方式，可以用鍵盤輸入數(shù)字，輸入完畢后按下“↑/確認(rèn)”鍵，啟動(dòng)短信發(fā)送程序；按下“3”鍵進(jìn)入“編輯數(shù)字短信”方式，此時(shí)數(shù)字1~9分別代表字母A~I，可以用鍵盤輸入字母，輸入完畢后按下“↑/確認(rèn)”鍵，啟動(dòng)短信發(fā)送程序；3．在液晶的上方顯示發(fā)送的短信內(nèi)容。如果接收到短信，在液晶的下方將顯示收到的短信內(nèi)容。4．通過菜單選擇短信收發(fā)實(shí)驗(yàn)，選擇其他的短信內(nèi)容，觀測接收到的短信內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)二數(shù)據(jù)接入CDMA信道的收發(fā)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解本實(shí)驗(yàn)箱和計(jì)算機(jī)的接口；2．熟悉通過計(jì)算機(jī)來發(fā)送和接收短信的過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．掌握計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)箱的連接方法；2．了解計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)箱通信過程；3．通過計(jì)算機(jī)來發(fā)送和接收短信。三、實(shí)驗(yàn)原理 PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2-1所示。鍵盤及液晶顯示圖1-2-1計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)箱的連接框圖鍵盤及液晶顯示工作過程如下：1．發(fā)送方（1）用USB接口線連接RZ8001實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的“GSM開發(fā)模塊”和PC機(jī)（需要先安裝CH341驅(qū)動(dòng)，參見“附錄一CH341驅(qū)動(dòng)安裝”）；（2）通過PC機(jī)端編寫要發(fā)送的信息，通過串口傳輸給RZ8001實(shí)驗(yàn)箱；（3）實(shí)驗(yàn)箱的單片機(jī)接收到信息，通知DSP，DSP通過CDMA編碼，再通過射頻發(fā)送。2．接收方（1）接收射頻信號(hào)，下變頻后，傳遞給DSP；（2）DSP收到數(shù)據(jù)，進(jìn)行CDMA譯碼，并傳送給單片機(jī)；（3）單片機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)，傳送給PC機(jī)，在PC機(jī)端顯示處理。3.移動(dòng)GSM短信軟件移動(dòng)GSM短信軟件是與本實(shí)驗(yàn)箱配套的軟件，用它可以實(shí)現(xiàn)在PC機(jī)編輯短消息并通過移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱上的CDMA系統(tǒng)進(jìn)行自環(huán)傳輸。在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，軟件界面如圖1-2-2所示，在消息輸入?yún)^(qū)編寫要發(fā)送的短信內(nèi)容，然后點(diǎn)擊發(fā)送按鈕。圖1-2-2移動(dòng)GSM短信軟件（PC短信發(fā)發(fā)送）四、實(shí)驗(yàn)步驟與任務(wù)1.將實(shí)驗(yàn)箱關(guān)機(jī)，在實(shí)驗(yàn)箱右下的A擴(kuò)展接口安插上“GSM開發(fā)模塊”。用配套的USB接口線連