4G移动通信实验报告.pptx
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四、 实验原理
FM 接收机
FM 的原理是以载波的瞬时频率变化来表示信息，可以使用一个频率偏移来精 确地模拟相位随时间的变化，而从 IQ 中得到相位信息是很容易的。
FM Signal = sine（carrier frequency + ∫0t message signal dt） 下划线部分即为相位信息，而对于以 IQ 形式采集的调频电台信号，可以很 方便地获得相位信息，将 IQ 构成的复数转换为 polar 极坐标形式即可获得。然 后我们利用积分的逆过程即微分就可以获得原来的信号。但是当相位在-180 度 至 180 度范围内变化时，还存在一个相位不连续问题。为了解决这个问题，我 们可以把相位增加 360 度的倍数使得相位变化连续，即进行相位展开。
图 16.1 QPSK 信号矢量图
QPSK 信号地产生方法与 2PSK 信号一样，也可分为调相法和相位选择法。实 验中用调相法产生 QPSK 调制信号的原理框图如图 16. 2 所示。
图 16. 2 QPSK 调制调相法原理框图
下面以B 方式的 QPSK 调制为例，讲述 QPSK 信号相位的合成原理。
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学海无涯
所示。图（a）表示 A 方式时 QPSK 信号的矢量图，图（b）表示 B 方式时 QPSK
信号的矢量图。
双比特码元
载波相位
a
b
A 方式
B 方式
0
0
1
0
1
1
0
1
0° 90° 180° 270°
225° 315° 45° 135°
表格 16. 1 双比特码元与载波相位关系
由图 16.1 可知，QPSK 信号的相位在（0°，360°）内等间隔地取四种可能 相位。由于正弦和余弦函数的互补特性，对应于载波相位的四种取值，比如在 A 方式中为 0°、90°、180°、270°，则其成形波形幅度有三种取值，即±1、0； 比如在B 方式中为 45°、135°、2250、315°，则其成形波形幅度有两种取值， 即± 。 2 / 2
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图 30. 6 Differentiate-Continuous.vi 接口说明
图 30. 7 Resample Waveform.vi 接口说明
最后，被重采样的FＭ解调信号送声卡进行播放，用户即可收听 FM 广播。 需要说明的是，XSRP 所采集的空口 FM 信号一般来说特别弱，信噪比不利于解码， 即使解出来，噪音的成分特别重，几乎听不清 FM 消息。在进行此实验时，强烈 建议用户使用 FM 发射机。
学海无 涯
湖北文理学院 4G 移动通信课
程 实验报告
学院 专业 班级 学号 姓名 任课教师
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学海无涯
实验一：通用软件无线电平台与 QPSK 无线传输系统
一、 实验目的
1. 掌握 XSRP 无线传输 Matlab 形式接口的使用方法。 2. 掌握真实 FM 信号的解调处理方法 3. 掌握 QPSK 调制的原理及实现方法。 4. 掌握 QPSK 解调的原理及实现方法。
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五、 实验步骤
首先，打开实验目录 1.7.4,呈现如图 30. 1 界面。
图 30. 1 FM 接收机实验界面
FM 实验打开后，FM 解码过程就开始了，但由于未配置合适的接收频率，解 出的信号完全为噪声。因此在开始实验前，需要对 RF 进行配置，将 RF 接收频率 配置到目标频率，如 106.4MHz，示意图如图 30. 2。确认配置成功。
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上图中，Hale Waihona Puke Baidu入的二进制序列，即信号源模块提供的 NRZ 码，先经串/并转换
分为两路并行数据 DI 和 DQ。
I 路成形和Q 路成形信号分别与同相载波及其正交载波乘法器相乘进行二相
图 30. 2 射频参数配置
之后在界面上点击右键，选择右键菜单中的“显示后面板”，我们可以看 到 该实验的源程序，如图 30. 3。
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图 30. 3 功能实现源码
拖动水平滚动条，可以调整显示区域至合适位置。可以看到，实现 FM 接收 机，主要通过几个步骤完成：
1 通过 GSM_IQ_Send_Rcv.vi 这个函数获取IQ 数据 2通过 Complex to Polar Waveform.vi 将 IQ 复数转为极坐标形式获取相 位信息 3 通过 Unwrap Phase-Continuous.vi 实现相位连续展开 4 通过 Differentiate-Continuous.vi 对相位数据进行微分还原 FM 消息 5通过 Resample Waveform.vi 将还原的FM 消息重采样至声卡可接受的速 率 6 对于 GSM_IQ_Send_Rcv.vi，函数接口示意图如图 30. 4 所示。
如图 30. 8，XSRP 采集信号源发射的扫频信号，IQ 呈现为恒包络信号，而解 出来 FM 消息为正弦波信号。
图 30. 8 XSRP 接收到良好质量的FM 信号并解调
最后，点击界面的结束按钮，结束当前实验。
QPSK 调制调制解调
QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）又叫四相绝对相 移调制，利用载波的四种不同相位来表征数字信息。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所示，矢量关系如表格 16. 1
图 30. 4 GSM_IQ_Send_Rcv.vi 接口说明
GSM_IQ_Send_Rcv.vi 实现 IQ 数据的收发，在 FM 功能中，将采集配置设备为 连续时隙连续采集，则可以实现 IQ 数据的连续接收。函数的具体用法，参见函 数的使用文档。
图 30. 5 Unwrap Phase-Continuous.vi 接口说明
二、 实验内容
1. 掌握 XSRP 无线传输 Matlab 形式接口的使用方法。 2. 掌握真实 FM 信号的解调处理方法 3. 分别采用数字键控法、模拟相乘法 QPSK 调制，观测 QPSK 调制信号波形。 4. 采用相干解调法 QPSK 解调。
三、 实验仪器
1. 安装有 XSRP 系统软件的PC 机。 2. XSRP 系统软件加密狗。 3. XSRP 硬件。 4. 示波器。
FM 接收机
FM 的原理是以载波的瞬时频率变化来表示信息，可以使用一个频率偏移来精 确地模拟相位随时间的变化，而从 IQ 中得到相位信息是很容易的。
FM Signal = sine（carrier frequency + ∫0t message signal dt） 下划线部分即为相位信息，而对于以 IQ 形式采集的调频电台信号，可以很 方便地获得相位信息，将 IQ 构成的复数转换为 polar 极坐标形式即可获得。然 后我们利用积分的逆过程即微分就可以获得原来的信号。但是当相位在-180 度 至 180 度范围内变化时，还存在一个相位不连续问题。为了解决这个问题，我 们可以把相位增加 360 度的倍数使得相位变化连续，即进行相位展开。
图 16.1 QPSK 信号矢量图
QPSK 信号地产生方法与 2PSK 信号一样，也可分为调相法和相位选择法。实 验中用调相法产生 QPSK 调制信号的原理框图如图 16. 2 所示。
图 16. 2 QPSK 调制调相法原理框图
下面以B 方式的 QPSK 调制为例，讲述 QPSK 信号相位的合成原理。
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所示。图（a）表示 A 方式时 QPSK 信号的矢量图，图（b）表示 B 方式时 QPSK
信号的矢量图。
双比特码元
载波相位
a
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A 方式
B 方式
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1
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0° 90° 180° 270°
225° 315° 45° 135°
表格 16. 1 双比特码元与载波相位关系
由图 16.1 可知，QPSK 信号的相位在（0°，360°）内等间隔地取四种可能 相位。由于正弦和余弦函数的互补特性，对应于载波相位的四种取值，比如在 A 方式中为 0°、90°、180°、270°，则其成形波形幅度有三种取值，即±1、0； 比如在B 方式中为 45°、135°、2250、315°，则其成形波形幅度有两种取值， 即± 。 2 / 2
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图 30. 6 Differentiate-Continuous.vi 接口说明
图 30. 7 Resample Waveform.vi 接口说明
最后，被重采样的FＭ解调信号送声卡进行播放，用户即可收听 FM 广播。 需要说明的是，XSRP 所采集的空口 FM 信号一般来说特别弱，信噪比不利于解码， 即使解出来，噪音的成分特别重，几乎听不清 FM 消息。在进行此实验时，强烈 建议用户使用 FM 发射机。
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学院 专业 班级 学号 姓名 任课教师
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实验一：通用软件无线电平台与 QPSK 无线传输系统
一、 实验目的
1. 掌握 XSRP 无线传输 Matlab 形式接口的使用方法。 2. 掌握真实 FM 信号的解调处理方法 3. 掌握 QPSK 调制的原理及实现方法。 4. 掌握 QPSK 解调的原理及实现方法。
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五、 实验步骤
首先，打开实验目录 1.7.4,呈现如图 30. 1 界面。
图 30. 1 FM 接收机实验界面
FM 实验打开后，FM 解码过程就开始了，但由于未配置合适的接收频率，解 出的信号完全为噪声。因此在开始实验前，需要对 RF 进行配置，将 RF 接收频率 配置到目标频率，如 106.4MHz，示意图如图 30. 2。确认配置成功。
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上图中，Hale Waihona Puke Baidu入的二进制序列，即信号源模块提供的 NRZ 码，先经串/并转换
分为两路并行数据 DI 和 DQ。
I 路成形和Q 路成形信号分别与同相载波及其正交载波乘法器相乘进行二相
图 30. 2 射频参数配置
之后在界面上点击右键，选择右键菜单中的“显示后面板”，我们可以看 到 该实验的源程序，如图 30. 3。
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图 30. 3 功能实现源码
拖动水平滚动条，可以调整显示区域至合适位置。可以看到，实现 FM 接收 机，主要通过几个步骤完成：
1 通过 GSM_IQ_Send_Rcv.vi 这个函数获取IQ 数据 2通过 Complex to Polar Waveform.vi 将 IQ 复数转为极坐标形式获取相 位信息 3 通过 Unwrap Phase-Continuous.vi 实现相位连续展开 4 通过 Differentiate-Continuous.vi 对相位数据进行微分还原 FM 消息 5通过 Resample Waveform.vi 将还原的FM 消息重采样至声卡可接受的速 率 6 对于 GSM_IQ_Send_Rcv.vi，函数接口示意图如图 30. 4 所示。
如图 30. 8，XSRP 采集信号源发射的扫频信号，IQ 呈现为恒包络信号，而解 出来 FM 消息为正弦波信号。
图 30. 8 XSRP 接收到良好质量的FM 信号并解调
最后，点击界面的结束按钮，结束当前实验。
QPSK 调制调制解调
QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）又叫四相绝对相 移调制，利用载波的四种不同相位来表征数字信息。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所示，矢量关系如表格 16. 1
图 30. 4 GSM_IQ_Send_Rcv.vi 接口说明
GSM_IQ_Send_Rcv.vi 实现 IQ 数据的收发，在 FM 功能中，将采集配置设备为 连续时隙连续采集，则可以实现 IQ 数据的连续接收。函数的具体用法，参见函 数的使用文档。
图 30. 5 Unwrap Phase-Continuous.vi 接口说明
二、 实验内容
1. 掌握 XSRP 无线传输 Matlab 形式接口的使用方法。 2. 掌握真实 FM 信号的解调处理方法 3. 分别采用数字键控法、模拟相乘法 QPSK 调制，观测 QPSK 调制信号波形。 4. 采用相干解调法 QPSK 解调。
三、 实验仪器
1. 安装有 XSRP 系统软件的PC 机。 2. XSRP 系统软件加密狗。 3. XSRP 硬件。 4. 示波器。