《移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì)報(bào)告》.

1、移動(dòng)通信實(shí)訓(xùn)報(bào)告基于實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)結(jié)果的MATLAB通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)姓名：李有芬學(xué)號(hào)：201104090147年級(jí)：2011級(jí)專業(yè)：通信技術(shù)專業(yè)自機(jī)學(xué)院通信技術(shù)教研室2013年12月目錄移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2一、課題目的： 2二、課題要求： 2三、時(shí)間進(jìn)度表： 3四、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：（90+附加分：10） 3實(shí)訓(xùn)一 語(yǔ)音通信中的PCM編碼、解碼 5、PCM編碼 8、PCM解碼 8實(shí)訓(xùn)二時(shí)分復(fù)用解復(fù)用 9時(shí)分復(fù)用解復(fù)用 10實(shí)訓(xùn)三 數(shù)字通信中的 MSK GMS調(diào)制解調(diào) 12、MSK調(diào)制解調(diào) 13、GMS調(diào)制解調(diào) 13實(shí)訓(xùn)四 數(shù)字通信中的 QPSK OQPSXDQPSX及n /4 DQPS調(diào)制解調(diào)（選二

2、） 15、數(shù)字通信中的QPSK 15、數(shù)字通信中的OQPSK 16總結(jié) 18移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院：自動(dòng)控制與機(jī)械工程學(xué)院年級(jí)：2011 專業(yè)：通信技術(shù)班級(jí)：_通信技術(shù)_1班_學(xué)號(hào)：201104090147 姓名： 李有芬一、課題目的：本課程設(shè)計(jì)的目的是通過觀察 ZYE1101F現(xiàn)代通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱相關(guān)實(shí)驗(yàn)波形后記錄結(jié)果， 并通過MATLAB件（或其它設(shè)計(jì)軟件）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的仿真，最后利用Protel99se （或其它設(shè) 計(jì)軟件）進(jìn)行電路仿真。從中鍛煉實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作能力、軟件仿真、以及電路設(shè)計(jì)的能力，加深對(duì)移動(dòng)通信課程的 理解。實(shí)訓(xùn)一語(yǔ)音通信中的PCM編碼、解碼實(shí)訓(xùn)二時(shí)分復(fù)用解復(fù)用實(shí)訓(xùn)三數(shù)字通信中

3、的MSK GMS調(diào)制解調(diào)及其調(diào)制解調(diào)實(shí)訓(xùn)四 數(shù)字通信中的QPSK OQPSKDQPSK及n /4 DQPSI調(diào)制解調(diào)（選二）二、課題要求：（一）基本要求：1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟在“ ZYE1101F代通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱”完成實(shí)驗(yàn)。2. 記錄相關(guān)點(diǎn)的波形，運(yùn)用軟件的方法對(duì)所選課題的通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)：1）畫出原理框圖；2）運(yùn)用Matlab中的工具箱Simlink進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)；3）改變相關(guān)參數(shù)記錄仿真情況并進(jìn)行分析說明。3. 完成設(shè)計(jì)說明書（文章中包含實(shí)驗(yàn)結(jié)果、設(shè)計(jì)方案、原理、框圖、仿真圖、仿真波形、電路圖擴(kuò)展部份以及綜合分析）。（二）擴(kuò)展部分：查閱資料，運(yùn)用Protel99se軟件繪制相關(guān)電路圖三、時(shí)間進(jìn)

4、度表:序號(hào)內(nèi)容安排時(shí)間（天）備注1下任務(wù)書、選題并熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，收集 資料。22進(jìn)實(shí)驗(yàn)室分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)論并進(jìn)行記錄。03介紹Matlab軟件基礎(chǔ)知識(shí)及相關(guān)基礎(chǔ)應(yīng)用技能。14進(jìn)行軟件仿真試驗(yàn)，觀察結(jié)果并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分 析。65運(yùn)用Protel99se軟件繪制相關(guān)電路圖。（擴(kuò)展部分）06完成設(shè)計(jì)說明書。17考核。0合計(jì)10四、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：（90 +附加分：10 ）1. 完成實(shí)驗(yàn)，結(jié)果正確（20分）。2. 記錄相關(guān)點(diǎn)的波形，運(yùn)用軟件的方法對(duì)所選課題的通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)（30 分）1）畫出原理框圖；（10分）2） 運(yùn)用matlab中的工具箱simlink進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)；（10分

5、）3） 改變相關(guān)參數(shù)記錄仿真情況并進(jìn)行分析說明。（10分）3. 查閱資料，運(yùn)用Protel99se軟件繪制相關(guān)電路圖；（附加分：10分）（注：本部分 為該課程設(shè)計(jì)的擴(kuò)展部份。）4. 完成設(shè)計(jì)說明書（實(shí)驗(yàn)結(jié)果、設(shè)計(jì)方案、原理、框圖、仿真圖、仿真波形、電路圖擴(kuò) 展部份以及綜合分析）。（20分）5. 答辯。（20分）實(shí)訓(xùn)一語(yǔ)音通信中的PCM編碼、解碼脈沖編碼調(diào)制(PCM, Pulse Code Modulation)在通信系統(tǒng)中完成將語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化功能。是一種 對(duì)模擬信號(hào)數(shù)字化的取樣技術(shù)，將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的編碼方式，特別是對(duì)于音頻信號(hào)。PCM對(duì) 信號(hào)每秒鐘取樣8000次；每次取樣為8個(gè)位，總

6、共64kbps。PCM的實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)步驟完成：抽 樣、量化、編碼。分別完成時(shí)間上離散、 幅度上離散、及量化信號(hào)的二進(jìn)制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號(hào)量化性能，采用壓擴(kuò)非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和律方式。歐洲和我國(guó)大陸采用A律，北美、日本和其他一些國(guó)家和地區(qū)采用律。本設(shè)計(jì)采用了 A律方式，由于A律壓縮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，常使用13折線法編碼，采用非均勻量化 PCM編碼?；赑CM的語(yǔ)音信號(hào)編碼與譯碼性能分析，就是將一段模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并通過對(duì)實(shí)際語(yǔ)音 信號(hào)進(jìn)行PCM編碼和譯碼來掌握PCM編碼和譯碼原理及其實(shí)現(xiàn)方法，提高我們綜合應(yīng)運(yùn)基礎(chǔ)知識(shí)能力 和計(jì)算機(jī)編程能力，為今后的學(xué)習(xí)和

7、工作積累經(jīng)驗(yàn)。1、脈沖編碼原理通常把從模擬信號(hào)抽樣、量化，直到變換成為二進(jìn)制符號(hào)的基本過程，成為脈沖編碼調(diào)制(PCMPulse Code Modulatio n)，簡(jiǎn)稱脈沖調(diào)制。PCM是 一種對(duì)模擬信號(hào)數(shù)字化的取樣技術(shù)，是一種將模擬 信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的編碼方式。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號(hào)量化性能，采用壓擴(kuò)非均勻量化，有兩種建議方式，分別為 A律和 律方式。本設(shè)計(jì)采用了 A律方式，采用非均勻量化 PCM編碼示意圖 如下圖所示：2、抽樣原理所謂抽樣，就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模 擬信號(hào)經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說能無失真的恢

8、復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣速 率的下限是由抽樣定理確定的3、量化原理模擬信號(hào)的量化分為均勻量化和非均勻量化。由于均勻量化存在的主要缺點(diǎn)是：無論抽樣值大小 如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，則信號(hào)量化噪聲功率比也就很小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求2。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號(hào)取值范圍定義為動(dòng)態(tài)范圍， 可見，均勻量化時(shí)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際中，往往采用非均勻量化。非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對(duì)于信號(hào)取值小的區(qū)間，其量化間隔也?。环粗炕g隔就大。它與均勻量化相比，有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化

9、器的信號(hào)具有 非均勻分布的概率密度（實(shí)際中常常是這樣）時(shí)，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號(hào)量 化噪聲功率比；其次，非均勻量化時(shí)，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號(hào)抽樣值成比例。因此量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大致相同，即改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進(jìn)行均勻量化。 通常使用的壓縮器中， 大多采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對(duì)數(shù)壓縮律是 壓縮律和A壓縮律。美國(guó)采用 壓縮律，我國(guó)和 歐洲各國(guó)均采用A壓縮律，因此，PCM編碼方式采用的也是 A壓縮律。模擬信號(hào)的量化過程如圖 1-2 所示：圖1-2模擬信號(hào)的量化4、編碼原理所謂編碼就是把量化后的信

10、號(hào)變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與 差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和咼速編碼。通信中 一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。在逐 次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。5、譯碼原理PCM譯碼器是實(shí)現(xiàn)PCM編碼的逆系統(tǒng)。其中各模塊功能如下5:D/A轉(zhuǎn)換器：用來實(shí)現(xiàn)與 A/D轉(zhuǎn)換相反的過程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，從而達(dá)到譯碼最基本 的要求，也就是最起碼的步驟。瞬時(shí)擴(kuò)張器：實(shí)現(xiàn)與瞬時(shí)壓縮器相反的

11、功能，由于采用A律壓縮，擴(kuò)張也必須采用 A律瞬時(shí)擴(kuò)張器。低通濾波器：由于采樣脈沖不可能是理想沖激函數(shù)會(huì)引入孔徑失真，量化時(shí)也會(huì)帶來量化噪聲， 及信號(hào)再生時(shí)引入的定時(shí)抖動(dòng)失真，需要對(duì)再生信號(hào)進(jìn)行幅度及相位的補(bǔ)償，同時(shí)濾除高頻分量，在 這里使用與編碼模塊中相同的低通濾波器。實(shí)訓(xùn)二時(shí)分復(fù)用解復(fù)用1、復(fù)用部分及解復(fù)用部分原理在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，為了提高通信系統(tǒng)的利用率，往往用多路通信的方式來傳輸信號(hào)。所謂多 路通信，就是指把多個(gè)不同信源所發(fā)出的信號(hào)組合成一個(gè)群信號(hào)，并經(jīng)由同一信道進(jìn)行傳輸，在收端 再將它分離并將它們相應(yīng)接收。時(shí)分復(fù)用就是一種常用的多路通信方式。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理 基礎(chǔ)上的，因?yàn)槌?/p>

12、樣定理使連續(xù)的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖所代替。這樣，當(dāng) 抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙。利用這些空隙便可以傳輸其他信號(hào)的 抽樣值，因此，就可能用一條信道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號(hào),并且每一個(gè)抽樣值占用的時(shí)間越短，能夠傳輸?shù)穆窋?shù)也就越多。圖 18-1表示的是兩個(gè)基帶信號(hào)在時(shí)間上交替出現(xiàn)。顯然這種時(shí)間復(fù)用信號(hào) 在接收端只要在時(shí)間上恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分離，各個(gè)信號(hào)就能分別得到恢復(fù)。這就是時(shí)分復(fù)用的概念。此外,時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，一是多路信號(hào)的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡(jiǎn)單、可靠；二是 時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)對(duì)非線性失真的要求比較低。PCM ACLKB-OUTCLK

13、DATA復(fù)用部分的原理框圖J-FSJ-DATADATA1J-BSPulseGen eratorSi ne WaveRepeati ngSequeneeSine Wave2Subsystemtv幗Is樺tfDATA 2BS1/BS2解復(fù)用原理框圖時(shí)分復(fù)用解復(fù)用MergeIn1Out1In2Out2In3Out3In4Out4MergeIn1OutIn2Out：In3Out：In4OutSubsystemScope2丄ScopeScopel時(shí)分復(fù)用解復(fù)用回46810Tine offacL 0scopeScopelTime offset. 0Scope2實(shí)訓(xùn)三數(shù)字通信中的MSK GMS碉制解調(diào)1、數(shù)

14、字通信中MSK GMS調(diào)制解調(diào)最小移頻鍵控(Minimum Shift Keying)，簡(jiǎn)記為MSK有時(shí)也稱為快速移頻鍵控(FFSK)。 最小移頻鍵控(MSK)是移頻鍵控(FSK)的一種改進(jìn)型。在FSK方式中，相鄰碼元的頻率不變或 者跳變一個(gè)固定值。所謂“最小”是指這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)(0.5)獲得正交信號(hào); 而“快速”是指在給定同樣的頻帶內(nèi)，MSK能比2PSK的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量要比2PSK衰減的快。MSK!種在無線移動(dòng)通信中很有吸引力的數(shù)字調(diào)制方式，它具有 以下兩種主要的特點(diǎn)：1. 信號(hào)能量的99.5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率的1.5倍的帶寬內(nèi)。譜密度隨頻率(遠(yuǎn)離信

15、 號(hào)帶寬中心)倒數(shù)的四次幕而下降，而通常的離散相位FSK信號(hào)的譜密度卻隨頻率倒數(shù)的平方 下降。因此，MSK言號(hào)在帶外產(chǎn)生的干擾非常小。這正是限帶工作情況下所希望有的寶貴特點(diǎn)。2. 信號(hào)包絡(luò)是恒定的，系統(tǒng)可以使用廉價(jià)高效的非線性器件。MSK調(diào)制的基本原理MSK稱為最小移頻鍵控，是二進(jìn)制移頻鍵控(2FSK)的一種改進(jìn)形式。在FSK方式中，兩 個(gè)碼元之間的載波相位可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的，而 MSK屬于連續(xù)相位移頻鍵控中 的一種特殊情況。這里“最小”指的是 MSK能以最小的調(diào)制指數(shù)或頻偏比獲得調(diào)制信號(hào)。數(shù)字通信中的GMS調(diào)制解調(diào)高斯濾波最小頻移鍵控(Gaussian Filtered Mini

16、mum Shift Keying- GMSK調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)記為GMSK是從MSKMinimum Shift Keying)調(diào)制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種數(shù)字調(diào)制方式， 其特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流送交頻率調(diào)制器前先通過一個(gè) Gauss濾波器(預(yù)調(diào)制濾波器)進(jìn)行預(yù)調(diào)制濾 波，以減小兩個(gè)不同頻率的載波切換時(shí)的跳變能量，使得在相同的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)頻道間距 可以變得更緊密。由于數(shù)字信號(hào)在調(diào)制前進(jìn)行了Gauss預(yù)調(diào)制濾波，調(diào)制信號(hào)在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù)，而且平滑過濾，因此 GSM調(diào)制的信號(hào)頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動(dòng)通信 中得到了廣泛使用，如現(xiàn)在廣泛使用的 GSM(Global System for Mobile co

17、mmu ni catio n)移動(dòng)通信體制就是使用GMSI調(diào)制方式。GMSI調(diào)制的基本原理GMSKI號(hào)是在MSK調(diào)制信號(hào)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，MSK信號(hào)可以看成是調(diào)制指數(shù)為0.5 的連續(xù)相位FSK信號(hào)。盡管MSK它具有包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、相對(duì)較窄的帶寬和能相干解調(diào) 的優(yōu)點(diǎn)，但它不能滿足某些通信系統(tǒng)對(duì)帶外輻射的嚴(yán)格要求。為了壓縮MSK言號(hào)的功率譜，在MSK調(diào)制前增加一級(jí)預(yù)調(diào)制濾波器，從而有效的抑制了信號(hào)的帶外輻射，得到較好的頻譜 特性GMS調(diào)制的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的高斯低通濾波器。GMSI的調(diào)制原理圖如圖數(shù)據(jù)高斯濾波器彳MSK調(diào)制器| GMSK信號(hào)GMSK調(diào)制原理圖、MSK調(diào)制解調(diào)Binary

18、Ber no ulli Binary Gen eratorMSKMSKModulatorisAWGN1U.B-FFTpectrumScopeChannelBasebandDisplayError Rate0.7491.948e+0042.601e+004TxError RateCalculation r*Calculati onMSKMSKDemodulatorBasebandDiscrete -TimeScatter PlotScopeMSK調(diào)制解調(diào)PJstrrte-Time ic-stter Ptal Scape 1|e3b| & ivivrl-1D1Irt-phtM AjnpliLude

19、file- gue-s fhAnn*購(gòu)vdx 舊曲IpScoter Pkrtupn U 一 d E*J nnpfa、GMSK調(diào)制解調(diào)BernoulliBinaryTrfmGMSKB-FFTSpectrumScopeAWGNBernoulli BinaryGeneratorGMSKModulatorBasebandAWGNChannelDiscrete-TimScatter Plot ScopeDisplayError Rate CalculationTxError RateCalculatioRxGMSK GMSKDemodulatorBasebandGMS碉制解調(diào)iF相加平衡調(diào)制器 一彳co

20、s .ct移相2sin 吐-平衡調(diào)制器輸出2、QPSI解調(diào)QPSK相干解調(diào)器實(shí)訓(xùn)四 數(shù)字通信中的QPSK OQPSKDQPS、及n /4 DQPS調(diào)制解調(diào)（選二）、數(shù)字通信中的QPSK QPSI調(diào)制解調(diào)原理1、QPSI調(diào)制QPSK言號(hào)的產(chǎn)生方法可分為調(diào)相法和相位選擇法。用調(diào)相法產(chǎn)生QPSKI號(hào)的組成方框圖如圖所示串/ 并 變換輸入*載波 振蕩數(shù)字通信中的QPSKKJB-FFTScopelhainp Undcrw H科p RandomIn tegerRan dom In teger Gen eratorQPSKQPSKModulatorBasebandAWGNAWGNCha nnelDiscre

21、te-Time Scatter Plot Scope08445DisplayCalculati onQPSKB QPW/5pwlnjm-32rD12Irbphase AmplrludeM QPSK/Dixyle-Time Scatter Plot ScDpr自 2 1 D.1-2-3I EapndLLr 口rnlE.IPan 口Fie *(Htw Ajh 匚Window HelpFranw: 203Frequency |mHz、數(shù)字通信中的OQPSKOQPS調(diào)制解調(diào)原理OQPSI又叫偏移四相相移鍵控，它是基于 QPSK勺改進(jìn)型，為了克服QPSK中過零點(diǎn)的相 位躍變特性，以及由此帶來的幅度起伏不恒定和頻帶的展寬（通過