移动通信实验报告

3.巩固和加深QAM理论知识的理解，增强分析问题解决问题的能力；
二、实验内容
1.结合理论课讲解的QAM原理利用Matlab语言编程实现；
2.观察基带信号和解调信号波形；
3观察已调信号频谱图；
4.分析调制性能和参数的关系；
5.用简要的文字描述实验感受。
三、实验原理及过程
2.1QAM调制原理
QAM（Quadrature Amplitude Modulation）：正交振幅调制。其映射过程为：将输入的比特信号按所需的QAM信号来进行M 阶映射，分别映射为IQ 两路，成为复数符号信息。QAM调制技术采用振幅和相位进行联合调制，因此单独的使用其中的一种调制，就会演变成其他的调制方式。对于振幅调制而言[5] ，其主要作用是控制载波的振幅大小，因此信号的矢量端点在一条轴线上分布；对于相位调制而言，其主要作用是控制载波相位的变化，因此其信号的矢量端点在圆上分布。QAM信号阶数不断提高，信号矢量点之间的距离就会变小，因此噪声容限也会变小，在判决的时候就很容易发生错误。
移动通信实验报告
实 验 报 告
实验课程：移动通信系统实验
学生姓名：曾棋
学 号：6102214058
专业班级：通信142
2018年1月9日
实验一ZXC10-CDMA系统认识
实验二QAM调制与解调
实验三GMSK调制与解调
实验四移动通信信道建模
实验五GOLD序列
实验六基于GOLD序列的DSSS仿真
实验七OFDM系统仿真
（1）对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路接续的功能。
（2）是CDMA网和其他网络之间的接口。
（3）每个MSC还完成GMSC的功能。
（4）每个MSC还完成SSP的功能。
MSC从三种数据库，拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AUC）中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC根据其最新数据更新数据库。
（5）、抗干扰性和隐蔽性强，接收端输出信噪比是输入端信噪比的G倍，既干扰被降低至1/G，同时传输时频谱密度也被降低了G倍，信号有一定的隐蔽性。
（6）、抗衰落性能好，扩频后的信号是宽带的，它能起到频率分集的作用。
（7）、保密性好，用伪随机码进行扩展频谱调制，相当于给信号带上了伪装。
4.移动交换中心（MSC）, MSC是CDMA网络的核心。
2.描绘出ZXC10-CDMA MSC机柜中语音、消息和信令流程所经过的单板。
3.用简要的文字描述第一次上机实习的感受。
三、实验原理
1.CDMA——基本概念
不同用户传输信息所用的信号是用各自不同的编码序列来区分。发送端使用各不相同的、相互（准）正交的伪随机地址码调制其所发送的信号；在收端则采用同样的伪随机地址码从混合信号中解调检测出相应的信号。无线环境下的通信，本身要解决的就是多址移动通信的问题，通过频率、时间、不同码型，我们就可以建立不同的地址。
z=de2bi(yd,'left-msb');
z=reshape(z.',numel(z),1');
此时解调出来的是16进制信号，转化为对应的二进制比特流，解调后的序
列如下图
五、实验总结
此次实验利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现16QAM的调制解调，并绘制出原始信号，调制后的星座图，叠加噪声时的星座图及解调后的序列。通过此次实验，进一步了解了QAM调制与解调原理，加深了关于正交调幅方面的理论知识，加强了MATLAB软件的操作能力，对以后的实验操作打下了基础。
CDMA传输系统中采用了扩频技术，一种信息传输方式，即是将原始信号的带宽变换为比原始带宽宽的多的传输信号，以来达到提高通信系统的抗干扰目的。数学模型：香农公式。
2.CDMA——关键技术
（1）、地址码的选择：
m序列的PN码作为地址码
（2）、分集技术：（RAKE接收技术）空间分集、时间分集、频率分集
目的：克服多径衰落
y=modulate(modem.qammod(M),xsym);
令M=16，用QAM调制器对信号进行16QAM调制，星座图如下
yn=awgn(y,snr,'measured');
h=scatterplot(yn,samp,0,'b.');
加入高斯白噪声,经过信道后接收到的含白噪声的信号星座图如下
yd=demodulate(modem.qamdemod(M),yn);
（3）、功率控制：
目的：消除远近效应，保证收到的信号功率基本相同。
原则：功率调小迅速，功率调大相对缓慢
（4）、语音编码技术
目的：保持通信质量同时，尽可能降低数据传输速率
方法：可变速率码激励线形预测编码技术（Q-CELP）
（5）、话音激活技术
目的：在用户无信息瞬间，提高系统容量
（6）、同步技术
目的：充分应用码的正交性，而减小可能的干扰。
滤波器的脉冲响应函数：h(t)= exp[ ]
下面分析MSK的原理，其结构原理如图3-2。
图3-2 MSK结构原理
图3-2为MSK调制器的基本原理图，一般的MSK调制器包括四部分电路：数据处理、定时与载波产生、加权波形形成和I，Q信道的正交调制器。Gauss滤波器的传输函数为: H(f)=exp[ ]，经过傅立叶变换可得其单位冲击响应为h(t)= exp[ ]脉冲响应呈典型的Gauss分布，当其输入端有脉冲输入时，输出端产生高斯型输出响应(钟型曲线如图1)。经过高斯滤波后的数据波形具有如下几个特点：①已经抑制了不需要的高频信号分量，从而使得带宽变窄而带外截止尖锐；②过冲量较小，不会对调制器产生不必要的瞬时频偏。因此采用高斯滤波器作为预调制低通滤波是比较适合的。但是当输入一个脉冲宽度为Tb的方波时，其响应输出被展宽，这样一个宽度为Tb的脉冲输入时，其输出将影响前后各一个码元的响应，当然它也受到前后两个码元的影响。也就是说，输入原始数据在通过Gauss型滤波器后，已不可避免地引入了码间干扰。有意引入可控的码间干扰，以压缩调制信号的频谱，解调时利用预知前后码元的相关性，仍可以准确的进行解调判决，这就是所谓的部分响应技术。GMSK就是利用了这种部分响应技术，它是一个有记忆系统。
axis([-5 5 -5 5]);
EbNo=15; %假设Eb/No=15db
snr=EbNo+10*log10(k)-10*log10(samp); %信噪比
yn=awgn(y,snr,'measured'); %加入高斯白噪声
h=scatterplot(yn,samp,0,'b.'); %经过信道后接收到的含白噪声的信号星座图
x4reshapexk矩将矩阵转化为相应的16进制信号序列ymodulaemodemqammodmxsym令m16用qam调制器对信号进行16qam调制星座图如下ynawgnysnr?measuredrplotynsamp0加入高斯白噪声经过信道后接收到的含白噪声的信号星座图如下yddemodulamodemqamdemodmynzde2biyd此时解调出来的是16进制信号转化为对应的二进制比特流解调后的序列如下图五实验总结此次实验利用matlab集成环境下的m文件编写程序来实现16qam的调制解调并绘制出原始信号调制后的星座图叠加噪声时的星座图及解调后的序列
四、实验结果及分析
ZXC10系列产品组网示意图
CDMA蜂窝移动通信系统网络结构图（电路域）
移动交换子系统MSS内部接口如下图所示：
MSS内部及CDMA系统与PSTN之间的协议
TUP：电话用户部分BSSAP：BSS应用部分
ISUP：ISDN用户部分SCCP：信令连接控制部分
MAP：移动应用部分MTP：消息传递部分
附录：源程序代码
clear;clc;
M=16;
k=log2(M);
n=100000; %比特序列长度
samp=1; %过采样率
x=randint(n,1); %生成随机二进制比特流
stem(x(1:50),'filled'); %画出相应的二进制比特流信号
title('二进制随机比特流');
xlabel('比特序列');ylabel('信号幅度'); %
图3-1 GMSK调制器原理方框图
为了使输出频谱密集,调制前LPF应当具有以下特性：
(1)窄带和尖锐的截止；(2)脉冲响应过冲量小；(3)保持滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于π∕2的相移。其中条件(1)是为了抑制高频分量；条件(2)是为了防止过大的瞬时频偏；条件(3)是为了使调制指数为1⁄2。
高斯滤波器的频率传输函数为:H(f)=exp[ ]
（7）、切换
系统的切换包括：硬切换、软切换
CDMA系统:小区/扇区切换采用软/更软切换
切换是先接续再中断，服务质量高,有效减低掉话
其他无线系统:小区/扇区切换采用硬切换，切换是先中断再接续，容易产生掉话
3. CDMA的特点
（1）、覆盖范围大、语音质量高、绿色手机，覆盖半径是标准GSM的2倍。覆盖1000 km2：GSM需要200个基站，CDMA只需50个基站。在相同覆盖条件下，基站数量大为减少，投资将相应减小。
2.2QAM解调原理及方法
利用正交相干解调器，解调器输入端的已调信号与本地恢复的两个正交载波相乘， 经过低通滤波器输出两路多电平基带信号X(t)和Y(t),用门限电平为(L-1)的判决器判决后，分别恢复出两路速率为Rb/2的二进制序列，最后经过并/串变换器将两路二进制序列组合为一个速率为Rb的二进制序列。下图为正交振幅y,1,0,'k+',h); %加入不含高斯白噪声的信号星座图
title('接收信号星座图');
legend('含噪声接收信号','不含噪声接收信号');
axis([-5 5 -5 5]);
hold off;
eyediagram(yn,2); %眼图
yd=demodulate(modem.qamdemod(M),yn);%此时解调出来的是16进制信号
四、实验结果及分析
编程实现16QAM调制
x=randint(n,1);
产生一个n=1000的随机信号，画出该序列(1：50)的时域波形如下图。
x4=reshape(x,k,length(x)/k);
xsym=bi2de(x4.','left-msb');
将原始的二进制比特序列每四个一组分组并排列成k行length(x)/k列的矩，将矩阵转化为相应的16进制信号序列
z=de2bi(yd,'left-msb'); %转化为对应的二进制比特流
z=reshape(z.',numel(z),1');
stem(z(1:50),'filled'); %画出相应的二进制比特流信号
title('解调后二进制随机比特流');
xlabel('比特序列');ylabel('信号幅度');
二、实验内容
1.结合理论课讲解的GMSK原理利用Matlab语言编程实现；
2.观察基带信号和解调信号波形；
3.观察已调信号频谱图；
4.分析调制性能和参数的关系；
5.用简要的文字描述实验感受。
三、实验原理及过程
3.1 GMSK基本原理及调制
GMSK基本原理是基带信号先经过调制前高斯滤波器成形,再进行MSK调制。最小频移键控(MSK)是一种二进制数字调频,它的调制系数为0.5。MSK具有以下优点:恒定的包络、相对稳定的窄带、具有相干检测能力。MSK可以有频率调制FM直接产生。然而它不能严格满足对于SCPC移动无线电的带外辐射的要求。在1979年日本国际电报电话公司电气通信实验室提出了调制前高斯滤波的MSK,也就是GMSK。在MSK前加一高斯低通滤波器,由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿,也无拐点,经调制后的已调波相位路径在MSK基础上进一步得到平滑。GMSK调制器原理方框图如图。
实验八期末测试
实验一ZXC10-CDMA系统认识
一、实验目的
1.了解ZXC10-CDMA的硬件架构；
2.熟悉ZXC10-CDMA的机柜硬件描述；
3.掌握ZXC10-CDMA系统的语音、消息以及信令流程
二、实验内容
1.结合理论课介绍的CDMA系统结构与功能，画出ZXC10-CDMA系统框，描绘ZXC10-CDMA系统MSC机柜的最小配置框图，以及说明子系统功能。
title('16进制随机信号');
xlabel('信号序列');ylabel('信号幅度');
y=modulate(modem.qammod(M),xsym); %用16PSK调制器对信号进行调制
scatterplot(y); %画出16PSK信号的星座图
text(real(y)+0.1,imag(y),dec2bin(xsym));
TCAP：事务处理应用部分
五、实验总结
通过此次实验，了解了ZXC10-CDMA的硬件架构，熟悉ZXC10-CDMA的机柜硬件描述，熟悉了ZXC10-CDMA MSC机柜中语音、消息和信令流程所经过的单板。
实验二QAM调制与解调
一、实验目的
1.掌握QAM调制方式的原理和特点；
2.利用Matlab实现移动通信中的QAM调制方式；
x4=reshape(x,k,length(x)/k); %将原始的二进制比特序列每四个一组分组，并排列成k行length(x)/k列的矩阵
xsym=bi2de(x4.','left-msb'); %将矩阵转化为相应的16进制信号序列
figure;
stem(xsym(1:50)); %画出相应的16进制信号序列
（2）、频谱利用率高、网络规划简单、系统容量配置灵活。相同的频谱，CDMA的容量是GSM的5.5倍。
（3）、软切换：减少掉话，
（4）、软容量：负荷系统均衡，用户数目和服务质量之间可以相互折中，灵活确定。小区的呼吸功能：各小区的覆盖大小是动态的，通过调整小区的导频发射功率，使相邻小区负荷分担话务，相当于增加了容量。
[number_of_errors,bit_error_rate]=biterr(x,z) %计算误码率M=16;
实验三GMSK调制与解调
一、实验目的
1.掌握GMSK调制方式的原理和特点；
2.利用Matlab实现移动通信中的GMSK调制方式；
3.巩固和加深GMSK理论知识的理解，增强分析问题解决问题的能力；