移动实验指导
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。
二进制 MSK 信号的表达式可写为：
cos t S MSK kkctTsat 2 kTs t Ts k )1(c——载波角频率； Ts——码元宽度； ka——第 k 个码元中的信息，其取值为±1； k——第 k 个码元的相位常数，它在时间 kTs t Ts k )1(中保持不变； 当ka ＝＋1 时，信号的频率为：2f ＝cf ＋Ts 41 当ka ＝－1 时，信号的频率为：1f ＝cf －Ts 41 由此可得频率之差为：
f ＝2f －1f ＝Ts 21 那么 MSK 信号波形如图 2.1-1 所示：
＋－ －＋ ＋ ＋－ －图 图 2.1-1 MSK 信号波形 为了保持相位的连续，在 t= kTs 时间内应有下式成立：
k =1 k ＋（1 ka －ka）2（1 k） 即：当ka ＝1 ka 时，k =1 k ； 当ka ≠1 ka 时，k =1 k ±（1 k）π； 若令0 ＝0，则k ＝0 或±π，此式说明本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入有关，还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关。
cos t S MSK kkctTsat 2 =k cos）（tTs 2costc cos －kak cos）（tTs 2sintc sin kTs t Ts k )1(令k cos ＝kI，－kak cos ＝kQ 则：
t S MSK ＝kI）（tTs 2costc cos ＋kQ）（tTs 2sintc sin kTs t Ts k )1(为了便于理解如图 2.1-2 所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1kakkdk cosk ka cos)2sin(cosTstak k0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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 +1 +1 +1 +1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1)2cos(cosTstkk图 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 ω ctSin ω ctMSK信号波形选择地址生成器EEPROMEEPROMD/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I kQ k延时TsNRZ 图 图 2.1-3 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 I k、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 Q k）输出波形选择的地址。EEPROM（各种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 D／A 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 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：
t S MSK ＝kI）（tTs 2costc cos ＋kQ）（tTs 2sintc sin 把该信号进行正交解调可得到：
I k 路 [kI）（tTs 2costc cos ＋kQ）（tTs 2sintc sin ] tc cos =21kI）（tTs 2cos+41kI tTsc）（22 cos +41kItTsc）－（22 cos －41kQ tTsc）（22 cos +41kQ tTsc）（22 cos Q k 路 [kI）（tTs 2costc cos ＋kQ）（tTs 2sintc sin ] tc sin =21kQ）（tTs 2sin+41kI tTsc）（22 sin +41kItTsc）－（22 sin －41kQ tTsc）（22 sin +41kQ tTsc）（22 sin 我们需要的是21kI）（tTs 2cos、21kQ）（tTs 2sin两路信号，所以必须将其它频率成份）（Tsc22 、）（Tsc22 通 过 低 通 滤 波 器 滤 除 掉，然 后 对21kI）（tTs 2cos、21kQ）（tTs 2sin采样即可还原成kI、kQ 两路信号。
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：
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 ω ctCos ω ctNRZCPLDCLKBSI kQk图 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。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 ① 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。
明 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 ② 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。
③ 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。
明 说明 2 ：如果在步骤②、③中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。
④ 用示波器观察“I 路成形”信号、“Q 路成形”信号的 X-Y 波形。
明 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 ① 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 MSK 解调。
明 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。
② 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。
③ 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。
④ 最后比较调制端“NRZ”波形和解调端“NRZ”波形，看解调是否正确。
明 说明 5 ：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、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。
实验二 GMSK 调制解调实验 一、实验目的 1、掌握 GMSK 调制解调原理。
2、理解 GMSK 的优缺点。
二、实验内容 1、观察 GMSK 调制过程中各信号波形。
2、观察 GMSK 解调过程中各信号波形。
三、预备知识 1、GMSK 调制解调的基本原理。
2、GMSK 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、GMSK 调制原理 GMSK 调制方式，是在 MSK 调制器之前加入一个基带信号预处理滤波器，即高斯低通滤波器，由于这种滤波器能将基带信号变换成高斯脉冲信号，其包络无陡峭边沿和拐点，从而达到改善 MSK 信号频谱特性的目的。基带的高斯低通滤波平滑了 MSK 信号的相位曲线，因此稳定了信号的频率变化，这使得发射频谱上的旁瓣水平大大降低。
实现 GMSK 信号的调制，关键是设计一个性能良好的高斯低通滤波器，它必须具有如下特性：
①有良好的窄带和尖锐的截止特性，以滤除基带信号中多余的高频成分。
②脉冲响应过冲量应尽量小，防止已调波瞬时频偏过大。
③输出脉冲响应曲线的面积对应的相位为π/2，使调制系数为 1/2。
以上要求是为了抑制高频分量、防止过量的瞬时频率偏移以及满足相干检测所需要的。
图 2.2-1 描述出了 GMSK 信号的功率谱密度。图中，横坐标的归一化频率（cf f ）ST，纵坐标为谱密度，参变量S b TB 为高斯低通滤波器的归一化 3dB 带宽bB 与码元长度ST 的乘积。
S b TB 的曲线是 MSK 信号的功率谱密度，由图可见，GMSK 信号的频谱随着S b TB 值的减小变得紧凑起来。需要说明的是，GMSK 信号频谱特性的改善是通过降低误比特率性能换来的。前置滤波器的带宽越窄，输出功率谱就越紧凑，误比特率性能变得越差。不过，当 25.0 S b TB 时，误比特率性能下降并不严重。
在本实验中，不采用硬件构成高斯低通滤波器进行调制的方法，而是将 GMSK 的所有组合波形数据（高斯滤波后的）计算出来，然后将得到的数据输入 EEPROM 中，最后通过数据（kI、kQ）进行寻址访问，取出相应的 GMSK 成形信号。
GMSK 同样可以采用 MSK 的原理框图，其区别在于输出的成形信号要比 MSK 输出的成形信号多六种（MSK 只有波形 1、波形 5），如图 2.2-2 所示：
0-20-40-60-80-100-120)(MSK T BS b 0.50.30 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5频谱密度（dB）S cT f f)( 归一化频率0.160.200.25图1－6 G M SK 信号的功率谱密度图 图 2.2-1 GMSK 信号的功率谱密度
波形8 波形7 波形6 波形5波形1波形4 波形3 波形2A类B类110000 011 010101 111 100001 图 图 2.2-2 GMSK 成形信号 在 GMSK 调制中，成形信号取出原理为：由于成形信号有八种波形选择，因此当前数据取出的成形信号不仅与它的前一位数据有关，也与它的后一位数据有关。所以只要知道前一数据用的波形是 A 类还是 B 类，然后通过连续三个数据之间相同或不同的关系就可确定当前数据的波形。例如假设前一位数据用的是 A 类波形，如果当前的数据与前一位数据不相同就采用波形 2 或波形 3，当前数据与下一位数据相同，则可确定当前数据用波形 2。
2、GMSK 解调原理 GMSK 解调原理同 MSK 解调原理一致。
六、实验步骤 1、B b T s =0.3 的 GMSK 调制实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 01000000、0001，则调制类型选择为 BbTs=0.3的 GMSK 调制。
② 分别观察差分编码“／NRZ”波形，并由此串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。并同 MSK 调制比较。
③ 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 MSK 调制比较。
④ 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 b T s =0.5 的 GMSK 调制实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00100000、0001，则调制类型选择为 BbTs=0.5的 GMSK 调制。
② 分别观察差分编码“／NRZ”波形，并由此串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形，并同 BbTs=0.3 的 GMSK 调制比较。
③ 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 BbTs=0.3 的 GMSK调制比较。
④ 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）。
明 说明 1 ：如果在步骤②、③中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。
3、B b T s =0.3 的 GMSK 解调实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 01000000、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为 01000000、0100，则解调类型选择为 BbTs=0.3 的 GMSK 解调。
② 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。
③ 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“NRZ”的波形，同调制“NRZ”的波形相比。
4、B b T s =0.5 的 GMSK 解调实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00100000、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为 00100000、0100，则解调类型选择为 BbTs=0.5 的 GMSK 解调。
② 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。
③ 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“NRZ”的波形。
明 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、GMSK 调制与 MSK 调制有何不同？ 2、请分析 GMSK 调制中的 B b T s 系数？ 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 GMSK 分别在调制解调中的各测量点的波形图。
3、画出 GMSK 在调制解调中的 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。
实验三 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 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kI、kQ 通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值± 2 / 2 ；B 方式中：0°、90°、180°、270°，则数据kI、kQ 通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。
表 表 2.3-1 双比特码元与载波相位关系 双比特码元 载波相位 a b A 方式 B 方式 0 1 1 0 0 0 1 1 225° 315° 45° 135° 0° 90° 180° 270° 图 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± 2 / 2）。设两个双极性序列中的二进制数字分别为 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。
a(1)b(1)b(0)a(0)(-1,1)(1,-1)(-1,-1)(1,1)(1,1)(0,1)(0,0)(1,0)45°(1,0)(1,1)(0,1)(0,0)0°参考相位参考相位(a)(b)
图 图 2.3-2 矢量图 表 表 2.3-2 QPSK 信号相位编码逻辑关系 a 1 －1 －1 1 b 1 1 －1 －1 a 路平衡调制器输出 b 路平衡调制器输出 合成相位 0° 90° 45° 180° 90° 135° 180° 270° 225° 0° 270° 315° 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 ω ctSin ω ctQPSK信号波形选择地址生成器EEPROMEEPROMD/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I kQ kNRZ 图 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 ω ctCos ω ctNRZCPLDCLKBSI kQk图 图 2.3-4 QPSK 解调原理框图 六、实验步骤 1、A 方式的 QPSK 调制实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00010000、0001，则调制类型选择为 A 方式的QPSK 调制。
② 分别观察 NRZ 码经串并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。
③ 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。
④ 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 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00010001、0001，则调制类型选择为 B 方式的QPSK 调制。
② 分别观察 NRZ 码经串并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。
③ 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。
④ 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）。
明 说明 1 ：如果在步骤②、③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 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00010000、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为 00010000、0100，则解调类型选择为 A 方式的 QPSK 解调。
② 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。
③ 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 ① 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。
② 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。
③ 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。
明 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 X－Y 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。
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 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。
实验四 OQPSK 调制解调实验 一、实验目的 1、掌握 OQPSK 调制解调原理。
2、理解 OQPSK 的优缺点。
二、实验内容 1、观察 OQPSK 调制过程中各信号的波形。
2、观察 OQPSK 解调过程中各信号的波形。
三、预备知识 1、OQPSK 调制解调的基本原理。
2、OQPSK 调制解调模块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 OQPSK 调制解调原理 OQPSK 又叫偏移四相相移键控，它同 QPSK 的不同之处是在正交支路引入了一个码元（ST）的延时，这使得两个支路的数据错开了一个码元时间，不会同时发生变化，而不象QPSK 那样产生±π的相位跳变，而仅能产生±π/2 的相位跳变，如图 2.4-1 所示。（采用 A方式的 QPSK、OQPSK 调制进行说明）从图 2.4-1 星座图和相位转移图中看出对于 OQPSK，±π相位的跳变消除了，所以OQPSK 信号的带限不会导致信号包络经过零点。OQPSK 包络的变化小多了，因此对 OQPSK的硬限幅或非线性放大不会再生出严重的频带扩展，OQPSK 即使再非线性放大后仍能保持
其带限的性质。
OQPSK 的调制解调方法同 QPSK 一样。
I kQ k＋1－1＋1－10I kQ k＋1－1＋1－10QPSK OQPSK 图 图 2.4-1 QPSK 和 和 OQPSK 的星座图和相位转移图 六、实验步骤 1、A 方式的 OQPSK 调制实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00001000、0001，则调制类型选择为 A 方式的OQPSK 调制。
② 分别观察 NRZ 码经串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。
③ 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。
④ 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 OQPSK 调制实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00001001、0001，则“调制类型选择”为 B 方式的 OQPSK 调制。
② 分别观察 NRZ 码经串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。
③ 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 OQPSK调制比较。
④ 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）。
明 说明 1 ：如果在步骤②、③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 OQPSK 解调实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00001000、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为 00001000、0100，则解调类型选择为 A 方式的 OQPSK 解调。
② 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。
③ 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 OQPSK 解调实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00001001、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为 00001001、0100，则解调类型选择为 B 方式的 OQPSK 解调。
② 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。
③ 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。
明 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、分析 OQPSK 较 QPSK 有哪些优点？
2、观察 OQPSK 调制解调中的 X-Y 波形（即星座图），分析同 QPSK 有哪些不同点？ 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。
2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出 OQPSK 分别在调制解调中的各测量点的波形图。
3、画出 OQPSK 在调制解调中的 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。
实验五 DQPSK 调制解调实验 一、实验目的 1、掌握 DQPSK 调制解调原理。
2、理解 DQPSK 的优缺点。
二、实验内容 1、观察 DQPSK 调制过程中各信号的波形。
2、观察 DQPSK 解调过程中各信号的波形。
三、预备知识 1、DQPSK 调制解调的基本原理。
2、DQPSK 调制解调模块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、DQPSK 调制原理 DQPSK 又叫四相相对相移键控，通过 QPSK 实验已知 QPSK 具有固定的参考相位，它是以四进制码元本身的相位值来表示信息的。而 DQPSK 没有固定的参考相位，后一个四进制码元总是以和它相邻的前一个四进制码元的终止相位为参考相位（或称为基准相位），因此，它是以前后两个码元的相位差值来表示信息的，如表 2.5-1 所示（这里我们采用 B 方式进行说明）。由于 DQPSK 传输信息的特有方式，使得解调时不存在相位模糊问题，这是因为不论提取的载波取什么起始相位，对相邻两个四进制码元来说都是相等的，那么相邻两个四进制码元的相位差肯定与起始相位无关，也就不存在由于相干解调载波起始相位不同而引起的相位模糊问题，所以，在使用中都采用相对的四相调制。
表 表 2.5-1 四相相对调相码变换的逻辑功能 本时刻到达的 ab 及所要求 的相对相位变化 前一码元的状况 本时刻应出现的码元状况 ka kb k 1 kc 1 kd 1 k kc kd k 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 90 0 180 0 270 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 90 0 180 0 270 0 1 0 90 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 90 0 180 0 270 0 1 0 1 1 0 1 0 0 90 0 180 0 270 0 0 0
1 1 180 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 90 0 180 0 270 0 1 1 0 1 0 0 1 0 180 0 270 0 0 0 90 0 0 1 270 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 90 0 180 0 270 0 0 1 0 0 1 0 1 1 270 0 0 0 90 0 180 0 在 2DPSK 调制实验中，是先将绝对码变换成相对码，然后用相对码对载波进行绝对相移，同样在 DQPSK 调制实验中，将输入的双比特码经码型变换，将得到的相对双比特码进行 QPSK 调制，DQPSK 原理框图如图 2.5-1 所示。
串/并转换波形选择地址生成器Cos ω ctSin ω ctDQPSK信号波形选择地址生成器EEPROMEEPROMD/A转换器 乘法器乘法器加法器（运放）D/A转换器CPLDCLKBSNRZ时序电路 低通滤波器时序电路 低通滤波器I kQkNRZ 差分编码 图 图 2.5-1 DQPSK 调制原理框图 2、DQPSK 解调原理 DQPSK 解调原理同 QPSK 是一样的，仅需要在 QPSK 解调器的并/串转换器之前加接一个差分译码器使相对码变为绝对码，便形成了 DQPSK 解调器，DQPSK 解调原理框图如图 2.5-2 所示。
DQPSK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 ω ctCos ω ctNRZCPLDCLKBSI kQk
图 图 2.5-2 DQPSK 解调原理框图 六、实验步骤 1、A 方式的 DQPSK 调制实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00000100、0001，则调制类型选择为 A 方式的DQPSK 调制。
② 分别观察 NRZ 码经串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。
③ 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。
④ 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 DQPSK 调制实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00000101、0001，则调制类型选择为 B 方式的DQPSK 调制。
② 分别观察 NRZ 码经串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。
③ 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 DQPSK调制比较。
④ 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）。
明 说明 1 ：如果在步骤②、③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 DQPSK 解调实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00000100、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为 00000100、0100，则解调类型选择为 A 方式的 DQPSK 解调。
② 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。
③ 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 DQPSK 解调实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00000101、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为 00000101、0100，则解调类型选择为 B 方式的 DQPSK 解调。
② 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。
③ 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。
明 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、什么是 DQPSK？ 2、分析 DQPSK 较 QPSK 有哪些优点？ 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 DQPSK 分别在调制解调中的各测量点的波形图。
3、画出 DQPSK 在调制解调中的 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。
实验六 π/4DQPSK 调制解调实验 一、实验目的 1、掌握π/4-DQPSK 调制解调原理。
2、理解π/4-DQPSK 的优缺点。
二、实验内容 1、观察π/4-DQPSK 调制过程各信号波形。
2、观察π/4-DQPSK 解调过程各信号波形。
三、预备知识 1、π/4-DQPSK 调制解调的基本原理。
2、π/4-DQPSK 调制解调模块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、、π π/4-DQPSK 调制原理 π/4-DQPSK 是对 QPSK 信号特性的进行改进的一种调制方式。改进之一是将 QPSK的最大相位跳变±π，降为±3π/4，从而改善了π/4-DQPSK 的频谱特性，改进之二是解调方式，QPSK 只能用于相干解调，而π/4-DQPSK 既可以用相干解调也可以采用非相干解调。π/4-DQPSK 已用于美国的 IS-136 数字蜂窝系统，日本的（个人）数字蜂窝系统（PDC）和美国的个人接入通信系统（PACS）。
设π/4－DQPSK 信号为：
）（k c kt t S cos 式中，k 为 kTs t Ts k )1(之间的附加相位。
上式可展开成：
k c k c kt t t S sin sin cos cos 当前码元的附加相位k 是前一码元附加相位1 k 与当前码元相位跳变量k 之和，即：k k k 1 k k k k k k k kU sin sin cos cos)cos(cos1 1 1 k k k k k k k kV sin cos cos sin)sin(sin1 1 1 其中，1 1 1 1sin , cos k k k kV U ，上面两式可改写为：
k k k k kV U U sin cos1 1 k k k k kU V V sin cos1 1 这是π/4-DQPSK 的一个基本关系式。它表明了前一码元两正交信号1 1 , k kV U 与当前码元两正交信号k kV U , 之间的关系。它取决于当前码元的相位跳变量k ，而当前码元的相位跳变量k 则又取决于相位编码器的输入码组k kQ I、，它们的关系如表 2.6-1 所规定。
表 表 2.6-1 π π /4--DQPSK 的相位跳变规则 kI kQ k k cos k sin 1 1 π/4 2 / 1 2 / 1 0 1 3π/4 － 2 / 1 2 / 1 0 0 －3π/4 － 2 / 1 － 2 / 1 1 0 －π/4 2 / 1 － 2 / 1 上述规则决定了在码元转换时刻的相位跳变量只有±π/4 和±3π/4 四种取值。π
/4-DQPSK 的相位关系如图 2.6-1 所示，从图中可以看出信号相位跳变必定在图中的“。”组和“×”组之间跳变。即在相邻码元，仅会出现从“。”组到“×”组相位点（或“×组”到“。”组）的跳变，而不会在同组内跳变。同时也可以看到，kU和kV 只可能有 0，±2 / 1，±1 五种取值，分别对应于图 2.6-1 中八个相位点的坐标值。
（＋1，0）0（0，＋1）（－1，0）（0，－1）），＋（2 / 2 2 / 2 ），＋（＋ 2 / 2 2 / 2），－（＋ 2 / 2 2 / 2），－（－ 2 / 2 2 / 2kUkV 图 图 2.6-1 π π /4--DQPSK 的相位关系 由上面描述可得π/4-DQPSK 的原理框图如图 2.6-2 所示，输入数据经串/并转换之后得到两路序列k kQ I、，然后通过相位差分编码、基带成形，得到成形波形k kV U、，最后再分别进行正交调制合成，就得到了π/4-DQPSK 信号。
串/并转换波形选择地址生成器Cos ω ctSin ω ctπ /4-D Q PSK 信号波形选择地址生成器EEPROMEEPROMD/A转换器 乘法器乘法器加法器（运放）D/A转换器CPLDCLKBSNRZ时序电路 低通滤波器时序电路 低通滤波器I kQkNRZU KV K相位差分编码图 图 2.6-2 π π /4--DQPSK 调制原理框图 2、、π /4--DQPSK 解调原理 π/4-DQPSK 解调采用相干解调的方法，其实验原理框图如图 2.6-3 所示：
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 ω ctCos ω ctNRZCPLDCLKBS相位差分译码I kQkπ /4-D Q PSK 信号2.6-3 π π /4--DQPSK 解调原理框图 由于kU 和kV 分别有 0，± 2 / 1，±1 五种取值，因此在它们的基带信号中就有五种电平，则同前面的双电平比较不同，这里采用四电平比较器，然后将比较后的数据进行相位差分译码就可还原成k kI Q、，最后在通过并串转换就得到 NRZ 码。
六、实验步骤 1、π/4-DQPSK 调制实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00000010、0001，则调制类型选择为π/4-DQPSK调制。
② 分别观察串/并转换得到的“DI”、“DQ”两路数据波形。
③ 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。
④ 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）。
明 说明 1 ：如果在步骤②、③中发现波形不正确，请按“调制复位”键后继续观察。
2、π/4-DQPSK 解调实验 ① 将“调制类型选择”拨码开关拨为 00000010、0100，“解调类型选择”拨码开关拨为 00000010、0100，则解调类型选择为π/4-DQPSK 解调。
② 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。
③ 分别观察解调的“DI”、“DQ”两路数据波形，并观察解调“NRZ”输出的波形 说明 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。
明 说明 3 ：在π/4-DQPSK 解调实验时，如果按复位键始终不能得到正确的解调波形，则说明现代数字解调上的电位器 RW700、RW701、RW702、RW703（在出厂前均以调试好）在运输过程中或者其它原因导致过调，因此用户须重新调节电位器。采用双踪示波器进行调节，先将 X、Y 通道接地，并使它们的零电平对齐，使 X、Y 的幅值档拨为相同。
先调试 I 路电平：将 X、Y 通道分别接“I 路滤波”、U706 的第 6 脚，调节电位器 RW700使 U706 的第 6 脚电平调至在“I 路滤波”波形的 1 和 2 / 1 电平之间（如下图所示）；再将X、Y 通道分别接“I 路滤波”、U706 的第 10 脚，并调节电位器 RW701 使 U706 的第 10脚电平在“I 路滤波”波形的－1 和－ 2 / 1 电平之间（如下图所示）。
再调试 Q 路电平：将 X、Y 通道分别接“Q 路滤波”、U707 的第 6 脚，并调节电位器RW702 使 U707 的第 6 脚电平调至在“Q 路滤波”波形的 1 和 2 / 1 电平之间（如下图所示）；
再将 X、Y 通道分别接“Q 路滤波”、U707 的第 10 脚，并调节电位器 RW703 使 U707 的第 10 脚电平在“Q 路滤波”波形的－1 和－ 2 / 1 电平之间（如下图所示）。
0电平（Q路滤波后的波形）I路滤波后的波形（U707的第6脚电平通过调节RW702）U706的第6脚电平通过调节RW700U706的第10脚电平通过调节RW701（U707的第10脚电平通过调节RW703）七、实验思考题 1、分析π/4-DQPSK 相对于 QPSK 有哪些改进？ 2、π/4-DQPSK 有哪些优点？ 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π/4-DQPSK 分别在调制解调中的各测量点的波形图。
3、画出π/4-DQPSK 在调制解调中的 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。
实验二 用户线信令与无绳电话实验 一、实验目的 1、了解 PSTN 中常用的几种信号和铃流信号的电路组成与产生方法，以及它们在传送过程中的技术要求和实现方法。
2、通过对本移动通信原理实验箱的测量，了解用户线信令在无绳电话与电话单机通信时的变化情况。
二、实验内容 1、用示波器观测用户线信令。
2、用示波器观测无绳电话座机与电话机之间用户线信令的转换。
三、预备知识 1、预习PSTN 中常用的几种信号和铃流信号的电路组成与产生方法。
2、预习移动通信中关于信令的相关部分。
3、了解移动通信系统的相关知识。
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、20M 双踪示波器 一台 5、频率计 一台 五、实验原理 1、信令 通信系统中除用户信息（如话音）外的一系列控制信号称为信令。信令系统与用户信息传输系统是二个相伴随的系统，共同构成整个通信系统。信令完成呼叫接续的建立、拆除、监控等一系列操作与控制，保证用户信息有效且可靠的传输。因此，信令可以看作是整个通信网络的神经中枢。
对于电路交换通信系统，用户信息是在呼叫接续完成后建立的逐段连接的信息通道中传输的。与此对应，信令也是在信令通道中逐段传输、转发及实施控制。
按信令通道与用户信息通道在物理上是否独立，信令分为共路信令及随路信令。共路信令集中在独立的信令通道中传输。随路信令在用户信息通道中采用时分、频分等方式随同用户信息一起在信息通道中传输。
按信令形式不同，信令分为模拟信令和数字信令两类。模拟信令包括音频信令及其它形式的模拟信号，它应用早，现在仍应用在许多通信系统中，例如 PSTN 模拟用户线信令全为模拟信令。数字信令具有速度快、容量大等一系列明显优点，目前已成为通信系统中采用的主要形式。
本移动通信原理实验箱在研究信令系统及用户信息传输系统时的原理框图如图 3.2-1 所示，它涉及到无线信道及用户线信道两类信道。无线信道包括 1 个专用呼叫信道及 19 个通话信道。专用呼叫信道上传送的是共路信令。无线通话信道及有线用户线信道上，信令与用户信息以时分方式在同一信道上传输，都属于随路信令。
图 图 3.2-1 移动通信原理实验箱的信道连接 2、用户线信令 2.1 用户信号系统 我们知道，在用户话机与电信局的程控交换机之间的线路上，要沿两个方向传递语言信息。但是，为了接通一个电话，除了上述情况外，还必须沿两个方向传送所需的控制信号。比如，当用户想要通话时，必须首先向程控交换机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有关设备，此外，还要把指明呼叫的目的地的信号（被叫）发往交换机。当用户想要结用户线 信 道 用户线 信 道 无线 信道 TEL EX BS MS
号码信号 呼叫信号 应答信号 摘机 拨号音信号 振铃信号 回铃音信号 通信建立 话音信号 挂机信号 挂机（先挂方）挂机 忙音信号(用户线信号)束通话时，也必须向电信局交换机提供一个信号，以释放通话期间所使用的设备。除了用户要向交换机传送信号之外，还需要传送相反方向的信号，如交换机要向用户传送关于交换机设备状况以及被叫用户状态的信号。由此可见，一个完整的电话通信系统，除了交换系统和传输系统外，还应有信号系统。
普通电话信号是目前各种终端信令中最为简单的一种，话机发出的信令以直流电流的通断表示，交换机产生的则主要是各种音频频率的正弦波。
2.2 信令定义 摘机：话机发出的请求通信的命令。
挂机：由话机发出，表示话机已结束或放弃通信。
拨号音：由交换机发出，促请话机用户输入被叫话机的号码。
忙音：由交换机发出，通知主叫用户通信网络或被叫话机目前正忙。
拨号：话机发出的被叫话机的号码，供通信网接续话路时使用。
回铃音：由交换机发出，提示主叫用户被叫话机正处于振铃状态。
振铃：由交换机发出，供被叫话机发出铃声，促请用户应答。
2.3 信令编码 摘机：环线直流电流由开路变为导通。
挂机：环线直流电流由导通变为开路。
拨号音：持续的 450Hz 的正弦波。
忙音：450Hz 的正弦波，每导通 0.35 秒后间断 0.35 秒。
拨号：采用双音多频拨号方式，即 DTMF（Dual Tone Multifrequency）。
回铃音：450Hz 的正弦波，每导通 1 秒后间断 4 秒。
振铃：25Hz 的正弦波，每导通 1 秒后间断 4 秒。
在呼叫建立过程中，交换机应向主叫用户发送各种信号音，以使用户能了解连续进展情况和下一步应采取的操作。下面是本实验箱的传送信号流程，见图 3.2-2 所示。
图 图 3.2-2 本实验箱传送的信号流程图 2.4 用户线信令的国标 用户线 用户线 主叫用户 被叫用户 摘机
国家标准规定的 PSTN 程控交换机用户线信令如下所示。
2.4.1 监视信令 ①馈电电压为-48V DC，用户环路电阻（包括话机摘机电阻）小于 2000，交换机向电话机直流馈电电流（环路电流）18-50mA（电话机摘机门限电流约 10mA）。
②铃流：253Hz 正弦波，有效值 9015V AC。
③拨号音：45025Hz 连续信号，电平为-103dBm。
④忙音：45025Hz、0.7 秒断续（0.35 秒送、0.35 秒断）信号，电平为-103dBm。
⑤回铃音：450Hz25Hz、5 秒断续（1 秒送、4 秒断）信号，电平为-103dBm。
2.4.2 地址信令（拨号信令）①直流脉冲信号 ②双音多频（DTMF：Dual Tone Multi-Frequency）信号，如表 3.2-1 所示。
表 表 3.2-1 DTMF 信号的频率及表示的数字、符号 高频群(Hz)数字 低频群(Hz)1209 1336 1477 1633 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 *(E)0 #(F)D 2.5 用户线信令传输过程 以有线电话 1 呼叫有线电话 2 为例介绍如下：
①有线电话 1 未摘机，用户线环路断开，环路电流为 0，用户线电话机端电压等于交换机馈电电压。
②有线电话 1 摘机，用户线环路通，环路电流为 18~50mA，大于摘机环流门限 10mA，交换机据此判定有线电话机 1 摘机，向其发拨号音。此时电话机端电压下降到 6-10V。
③有线电话 1 用户按数字键拨号，通过用户线向交换机发 DTMF 号码。
④交换机收齐号码后，检查电话机 2 空闲（环流为 0），则向它发铃流，并向电话机 1发回铃；若电话机 2 忙，则向电话机 1 发忙音。
⑤电话机 2 用户摘机（环流大于摘机门限），交换机停止发铃流，接通双方话路（交换连接），双方通话。
⑥一方挂机（环流为 0），交换机断开双方话路，向另一方发忙音。
⑦另一方挂机，交换机停发忙音，完成一次呼叫接续。
以上呼叫接续（包括信令传输及话音传输）过程如图 3.2-3 所示。
用户线 2 用户线 1 电话 2 EX 电话1 通 话、、、、、、摘 机（有环流）拨 号 音 拨 号（DTMF）回 铃 摘 机（有环流）振 铃
...
