移动通信实验指导书2008

1、第一章 移动通信实验系统概述1.1 移动通信实验系统简介 移动通信实验箱是结合移动通信课程，验证移动通信中涉及的主要技术。实验通过终端技术和网络技术介绍当前移动通信中的典型技术，并区别于以前的通信技术。移动通信终端技术实验包括以下几部分的实验：信源编解码实验部分、信道编解码部分、调制解调部分。这些实验都由实验箱上的相关模块在学生平台的配合下完成。网络技术实验包括系统实验部分、900MHzGSM手机系统实验部分。每个实验的简单介绍参见本章1.3节。1.2 移动通信实验系统框架结构本实验系统的框架结构是根据GSM移动通信系统的结构制订的。图1.2-1是GSM移动通信系统的框架结构图。包括移动终端M

2、S、基站子系统BS（包括BTS和BSC）、交换中心MSC/VLR、HLR/AUC数据库等部分。作为对实际移动通信系统的模拟，本移动通信实验系统也相应的要实现以上部分的功能。图1.2-1 GSM移动通信系统的框架结构图1.2-2为本实验系统的总体结构，每一模块的功能都可以对应到实际系统中某一块的功能，下面进行具体的介绍。图1.2-2 本实验系统的总体结构以上各模块的作用：l 实验箱：移动通信实验机箱主要模拟了通信终端的处理技术，无线基站的处理技术。并通过无线信道连接，模拟电话信号的无线接入。当移动实验箱配以PC系统和软件，通过局域网和电话交换机模拟了移动交换网，实现移动台开机登陆和关机实验、移动

3、性管理、移动台呼叫处理的实验，较为形象的说明了移动通信的主要特征。移动实验箱还配有标准GSM/GPRS通信模块，通过软件控制实现和实际网络中的任意用户进行话音和数据通信。实验箱上还能完成信源编解码、信道编解码交织及扰码、调制解调等实验。实验箱具体电路组成见1.3节。l 学生平台：学生平台是一台微型计算机，它通过串口同实验箱相连，通过局域网同其他学生平台和教师平台相连。学生平台是学生控制实验箱进行相应实验的平台。每次实验，学生进入学生平台的相应实验界面，学生平台程序会向实验箱下发相应的控制指令，配置相应的参数，从而使实验箱做好相应实验的准备。部分实验的结果也将通过串口由实验箱传送到学生平台上，学

4、生平台通过界面可以更清楚的看到部分实验的结果。学生平台在每个实验中的具体功能参见各实验的指导说明。在系统实验中，学生平台的作用非常多，包括以下几方面：（1）手机界面的作用：学生平台上将有一般的手机上存在的开机、拨号、挂机 、关机等按钮。学生按动相应的按钮，学生平台将这些动作翻译成相应的消息发送给实验箱，实验箱的MS和BS开始相应的信令交互过程。（2）信令分析和显示的作用：为了让学生了解GSM网络中各功能单元之间的信令过程。MS、BS和MSC之间的信令均要显示到学生平台上。因此实验箱上MS和BS每收到一个消息都要向学生平台汇报，学生平台在界面上显示。这时，学生平台就充当了实际中信令分析仪的作用。

5、（3）部分MSC/VLR的作用：学生平台在呼叫控制中，还将完成部分MSC/VLR的功能。与其他实验组的手机通信建立过程中，呼叫控制的信令需要由学生平台通过内部网络发送给其他的学生平台。（4）各功能单元参数的维护和显示：为了让学生了解特定的信令过程对各功能单元参数的影响，学生平台要维护四张参数列表：MS参数列表、BS参数列表、MSC/VLR参数列表、HLR参数列表。在系统实验开始前，学生平台的这些参数由教师平台下发，学生平台利用教师平台收到的列表初始化这四张表。并且要将MS参数列表、BS参数列表的部分参数通过串口下发给实验箱。实验开始后，学生平台这四张参数列表会随信令过程而改变。一些特定的信令过

6、程之后，学生可通过学生平台的界面观察到各参数列表的变化情况。对MSC/VLR参数列表的维护，相当于学生平台实现了实际系统中VLR数据库的功能。l 教师监控台：教师平台监控台通过局域网同所有学生平台相连。教师监控台的作用有：控制学生平台的工作。在系统实验部分，负责HLR、MS等参数列表的下发。教师监控台上将维护一个参数列表数据库，实验开始后，学生平台将访问此数据库获得与本学生平台相关的参数列表。对HLR参数列表的维护，相当于教师平台实现了实际系统中HLR数据库的功能。l 小型交换机：交换设备的作用是完成两个MS之间的话音通信。在移动台呼叫过程的实验中，在主叫和被叫之间信令交互完成之后，交换设备完

7、成两个学生平台之间话音的接续。在实际移动通信系统中，话音和信令除了在BS和MS之间通过无线信道传输之外，其余部分均通过有线信道进行传输。用小交换机进行话音接续模拟了实际移动通信系统中话音信号在有线部分的传输：主叫BS主叫MSC被叫MSC被叫BS。通过以上各模块的介绍，我们可以清楚看到本实验系统与实际系统的对应关系：实验箱对应MS和BS的功能；学生平台上完成MSC/VLR的功能，一方面在主叫和被叫实验中，完成用户呼叫建立的过程，另一方面维护VLR数据库；教师平台维护HLR数据库。接口的对应关系如下：实验箱上无线射频接口相当于GSM实际系统中的Um接口；实验箱与学生平台之间的串口相当于实际系统中的

8、A接口；VLR、HLR、MSC之间的接口功能均由学生平台实现了。下面简单介绍在本实验系统话音和信令的传输过程。话音以MS A传到MS B为例，MS A的话音信号通过实验箱A上MS侧信源编码模块将语音变成PCM信号并进行压缩，压缩后的信号送入MS侧的信道编解码调制解调器（由DSP芯片完成），信号进行信道编码交织和调制，已调制的信号送入无线射频模块，通过天线发送出去。BS侧的无线射频模块接收到此信号，送入BS侧的信道编解码调制解调器进行解调和信道解码解交织，得到的信号再送入BS侧的信源解码模块，将信号解压缩成PCM信号，将此信号通过小交换机送到MS B所在的实验箱B。首先是实验箱B上的BS侧的信源

9、编码模块将从交换机来的PCM进行压缩，降低速率。压缩后的信号送入BS侧的信道编解码调制解调器，输出的已调制信号送入无线射频模块，通过天线发送出去。实验箱B上的MS侧无线射频模块接收到此信号，送入MS侧的信道编解码调制解调器，输出的信号送入MS B的信源解码模块，信源解码模块进行解压缩和PCM译码，恢复出语音。这时候实验箱B的学生就可以通过电话听筒听到声音。下面介绍信令的传输过程，空中接口Um上的信令，处理由MS侧和BS侧的两块DSP芯片完成，传输通过无线射频模块；A接口上的信令，由实验箱和学生平台之间的串口进行有线传输；MSC/VLR与MSC/VLR之间的通信信令是由实验室局域网进行传输，这模

10、拟了实际系统中MSC和MSC之间的七号信令传输系统。图1.2-3 双向语音传输过程1.3 实验箱电路模块组成实验箱的主要逻辑框图如图1.3-1，主要包括移动终端部分、基站、中央控制器、专项实验模块和GSM无线MODEM。（一） 移动终端部分 移动终端主要提供移动通信中的主要技术和功能模块，为了使实验者更清楚地了解移动通信中用到的很多技术，系统由多个模块组成，即可以进行系统实验，也可分开完成个别实验。移动终端部分主要有：1、 音频输入/输出接口（听筒和麦克风）2、 直流电平控制器3、 PCM/ADPCM编解码器4、 LPC语音压扩编解码器5、 信道编/解码、成帧、调制/解调DSP6、 信道形成器

11、7、 无线收发射频模块（二）基站部分基站部分的电路与移动部分大致相同，主要差别在音频接口，基站音频接口连接移动交换机，本实验箱的音频通道通过电话用户接口与有线交换机实现多台实验箱构成移动交换网，信令通过个实验箱中央控制器间的网络传输。图1.3-1 实验箱的逻辑框图基站部分主要有：1、 交换机接口2、 免提音频功放3、 PCM/ADPCM编解码器4、 LPC语音压扩编解码器5、 信道编/解码、成帧、调制/解调DSP6、 信道形成器7、 无线收发射频模块（三）中央控制器中央控制器以MCU为核心，具有4X5键盘和320X240的LCD显示屏，RS232C三线通信接口与PC相连构成本地基站控制器。中央

12、控制器主要完成对个模块的初始化，各种实验的设定，系统参数的配置和信令传输。MCU还可以通过控制GSM MODEM的工作，与标准GSM网络中的任意用户通话实验。中央控制器主要有：1、 AT89C55WD MCU控制核心2、 RS232C通信口3、 16C550 GSM MODEM 通信接口4、 SPI 总线ADPCM通信接口5、 DSP 数据交换和程序加载通信接口6、 LC4384 ISP数据接口（CPLD）7、 LCD显示接口8、 键盘接口9、 DSP HPI接口10、 其他IO输入输出接口（四）专项实验模块专项实验模块用大规模可编程逻辑器件（LVC384）和存储器（RAM）构成，可以完成扰码

13、、交织和纠错编码等实验，实现硬件逻辑的高速处理方法。从另一角度展示通信技术的实现方法。主要器件包括：1、 LC4384 ISP可编程逻辑器件2、 数据处理存储器（62256）3、 ISP编程接口4、 MCU通信接口5、 一般用处的IO（五）GSM 无线MODEM标准的GSM无线MODEM是为了实现无线移动实验接入公网的实验而设，当插入有效的SIM卡，在MCU的控制下可以与公网中的任意有线和无线用户通话、收发短信。主要部件有：1、 GSM MODEM 模块2、 SIM卡3、 复位、上电和音频处理/转换电路第二章 基本实验§2.1 PCM与ADPCM语音压缩编码一、实验目的1、了解PCM

14、的基本原理和方法；2、了解ADPCM的基本原理；3、了解语音压缩编码的基本原理和过程。二 、实验内容1、演示正弦信号通过A律13折线PCM的编码；2、录取语音信号，感受64KPCM、32KADPCM、16KADPCM语音质量；三 、实验步骤1、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“传统语音压缩信源编码”实验图标，进入此实验界面。2、正弦信号通过A律13折线PCM编码的演示实验：首先在信源编码试验界面的左边选中量化方法为“A率”，然后点击“正弦信号量化演示”。试验界面的右边将会出现正弦通过A律13折线PCM编码的波形示意。信号第一路

15、是原始输入模拟正弦信号，第二路是PCM编码以后的正弦信号的量化值，第三路是量化过程中因量化而造成的量化值和真实值的误差的波形图。界面的中间为A律13折线的正电平部分的压扩示意图。将鼠标放在右边第一路输入模拟正弦信号的曲线上，13折线图示意图上会即时给出鼠标所在位置的正弦信号的输入未量化电平值，量化电平值，量化误差值，以及去掉极性的7位量化编码；同时折线上的圆形标点会随之移动，指示当前量化电平在13折线上的位置。试验时请注意： 点击波形窗口的“all”按钮，将波形显示方式切换到用带圆圈的竖直线的显示方式，才能正确直观地观察到试验结果。同时可以点击波形图右边的“”，“”扩展或压缩波形；点击“”“”

16、向左或向右移动波形。然后，改变量化方式为“均匀”，然后点击“正弦信号量化演示”。再次观察界面右边的三个波形，比较均匀量化和前面A率13折线PCM量化方式得到的量化信号以及量化误差的不同。364K PCM、32K ADPCM、16K ADPCM语音主观听觉感受实验：实验界面左半部通过移动通信实验箱上Motorola的MC145540芯片从主观听觉方面来感受的64K A律PCM编码、32K ADPCM和16K ADPCM编码的语音质量。在界面左边最上部可以选择外部输入信号的来源，包括“直流”和语音两种方式，本处请选择“语音”。然后可以分别选择三种语音编码方式中的任一种：64K A律PCM编码、32

17、K ADPCM编码、16K ADPCM编码。最后在实验箱上相应的音频接口接上耳机和麦克风。用户此时可以讲话，麦克风录取实时语音，该语音通过不同方式的语音编码，然后环回进行语音解码，用户可以听到语音的延时几秒的回放。此处可以由两个同学一起进行，一人用麦克风在一端讲话，另一人用耳机在另一端收听语音。在此实验中注意对比三种不同速率语音质量。4. 时序波形观察在A率64K PCM、32K ADPCM、16K ADPCM三种工作方式下，用示波器观察MC145540上的帧同步信号(MPCMFSX)，时钟信号(MPCMCLK)，接收和发送数据信号(MPCMTX, MPCMRX)的时序波形。5 语音波形观察通

18、过观察点“音频入”、“音频出”，用数字存储示波器可以观察到不同工作方式下、在说话过程中的语音波形。四、 实验报告 1 在实验步骤2中，记录10组数据（正弦信号采样的原始电平，量化电平，去极性7位PCM编码，量化误差）。2 任意选择上面的一组数据，写出用逐次比较型编码器从原始电平到PCM8位编码的详细过程。3 比较正弦信号量化演示实验中A率13折线和均匀量化两种量化方式下的误差信号峰值有何不同，并说明原因。45 说说你在实验步骤3中，对三种不同速率的语音压缩编码质量的主观感受，并说明原因。6 在实验步骤4中第二组和第三组信号时序图对应的是何种语音压缩编码方式，并说明原因。§2.2 分组

19、码交织与解分组码解交织一、实验目的1、了解分组码的编码原理和利用伴随式译码的基本方法；2、掌握简单的交织和解交织的基本原理和方法；3、了解利用交织和编码结合的方法纠突发差错的原理。二、实验内容1、分组码的编码原理和译码的基本方法；2、交织和解交织的基本原理和方法，并进行实验；3、验证分组码，统计误码三、 实验步骤1、 将实验箱和计算机通过串行口连接好，为实验箱上电。2、 将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在“实验选择”栏中选择“分组码交织”实验，点击确认键。从而进入此实验界面。3、 在实验界面点右下方“操作”一栏中的 “生成数据”，让系统自动生成待编码的随机比特。也可在界面上直接双击所

20、显示的bit，修改其值。（信息的显示为图形显示比特显示）。4、 在界面上点击下发“原始数据”，该数据将被送入单片机（或CPLD）进行分组码编码和7×8交织，然后经过编码和交织后的数据被送回学生平台并显示在“编码数据”栏。5、 学生可以在噪声图样一栏加入一个突发差错，然后点击“加噪声”，再点击下发“加噪数据”，将加入噪声的信息比特送到单片机（或CPLD）进行分组码解码和解交织。6、 解码和解交织以后的数据被回显在解码数据一栏，同时，不能纠正的误码比特在“错误统计”显示。7、（可选）利用CPLD实现分组码交织时，学生自己编写（7，4）分组码的编码和解码模块程序，综合适配后，下载到CPLD

21、中，然后重复26步骤，进行验证。四、实验报告1、 记录加入一个突发差错的长度分别为8个以上和8个以下的实验数据。2、 比较上述两组数据的纠错性能，说明原因。3、 （可选）提交用Verilog编写的（7，4）分组码的编码和解码模块程序。§2.3 循环码的编码和解码一、 实验目的1、了解循环码的基本原理；2、掌握循环码编码的电路设计；3、掌握循环码解码的基本原理和电路设计方法。二、 实验内容1、熟悉循环码的编码原理并进行验证；2、熟悉循环码的解码原理并进行验证三、 实验步骤1、 将实验箱和计算机通过串行口连接好，为实验箱上电。2、 将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在“实验选择”

22、栏中选择“循环码”实验，点击确认键。从而进入此实验界面。3、 在实验界面右下操作栏点“生成数据”，让系统生成待编码的随机比特。也可在界面上直接双击所显示的bit，修改其值。4、 在界面上点击下发“原始数据”，该数据将被送入单片机（或CPLD）进行循环码编码然后经过编码的数据被送回学生平台并显示在“编码数据”栏。5、 学生可以在“噪声图样”一栏加入差错bit，然后点击“加噪声”，再点击“加噪数据”，将加入噪声的信息比特下发到单片机（或CPLD）进行循环解码。6、解码以后的数据被回显在解码数据一栏，同时，误码比特也被统计并显示。7、（可选）利用CPLD实现分组码交织时，学生自己编写8种差错图样的检

23、测程序，综合适配后，下载到CPLD中，然后重复16步骤，进行验证。四、实验报告1记录加入一个分组内加入错误比特小于2个的实验数据。2记录加入一个分组内加入错误比特大于2个的实验数据。3比较上述两组数据的纠错性能，说明原因。4 写出该（15,7）循环码译码电路中的8个错误检测图样。5（可选）提交用Verilog编写的（15，7）循环码的错误图样检测程序。§2.4 卷积码的编码及解码（Viterbi 解码）一、 实验目的1、 了解卷积码的基本原理；2、 掌握卷积码编码的电路设计方法；2、掌握卷积码Viterbi译码的基本方法和电路设计方法。二、实验内容1、了解卷积码的基本原理及Viter

24、bi译码的方法；2、验证卷积码编码和Viterbi译码。三、 实验步骤1、 将实验箱和计算机通过串行口连接好，为实验箱上电。2、 将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在“实验选择”栏中选择“卷积码”实验，点击确认键。从而进入此实验界面。3、 在实验界面上点“生成数据”，让系统生成待编码的随机比特。也可在界面上直接双击所显示的bit，修改其值。4、 在界面上点击下发“原始数据”，该数据将被送入单片机（或CPLD）进行卷积编码然后经过编码的数据被送回学生平台并显示在“编码数据”栏。5、 学生可以在噪声一栏加入差错bit，然后点击“加噪声”，再点击“加噪数据”，将加入噪声的信息比特下发到单片机

25、（或CPLD）进行Viterbi译码。6、译码以后的数据被回显在解码数据一栏，同时，误码比特也被统计并显示。7、（可选）利用CPLD实现Viterbi译码时，学生自己编写ACS功能部分的程序，综合适配后，下载到CPLD中，然后重复16步骤，进行验证。四、实验报告1记录加入分散的随机差错的一次实验数据。2记录加入一个突发差错但差错比特总数和1相同的实验数据。3比较上述两组数据的纠错性能，说明原因。4（可选）提交用Verilog编写的ACS功能部分的程序。§2.5 扰码与解扰实验一、 实验目的1了解扰码的目的和基本原理；2掌握伪随机序列m序列的实现方法；二、 实验内容1、验证扰码的基本原

26、理和用途；2、利用CPLD实现m序列。三、 实验步骤1、 将实验箱和计算机通过串行口连接好，为实验箱上电。2、 将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在“实验选择”栏中选择“扰码”实验，点击确认键。从而进入此实验界面。3、 在实验界面上点“生成数据”，让系统生成待编码的随机比特。也可在界面上直接双击所显示的bit，修改其值。4、 在界面上点击下发“原始数据”，该数据将被送入单片机（或CPLD）进行扰码然后经过扰码的数据被送回学生平台并显示在“编码数据”栏。5、 点击“编码数据”，将经过扰码的信息比特送到单片机（或CPLD）进行解扰码。6、 解扰后的数据送回后，显示在解码数据一栏。7、 利用

27、CPLD实现m序列码时，学生自己编写m序列功能部分的程序，综合适配后，下载到CPLD中，然后重复16步骤，进行验证。四、实验报告1记录一次原始数据有长连零的实验数据。2记录一次原始数据有长连1的实验数据。3观察上述两组数据，说明扰码在此刻的作用。5提交用Verilog编写的m序列功能部分的程序。§2.6 GMSK调制解调实验一、 实验目的1. 了解GMSK技术在移动通信系统中的应用2. 掌握GMSK调制解调数据传输过程；3. 掌握GMSK解调数据传输过程；4. 掌握高斯成形滤波器的实现原理二、 实验内容1. 了解GMSK调制的基本工作原理2. 观察GMSK调制解调器各点的波形三、实验

28、步骤1. 启动实验箱，在主界面上选择实验 “GMSK调制”，进入“GMSK调制”界面。2. 点击“系统模型”按钮，弹出“GMSK调制原理框图”窗口，熟悉GMSK调制原理；关闭该窗口。3. 输入原始数据。原始数据产生方式有两种：自动和手动。选中“自动”方式时，原始数据由系统自动生成；未选中“自动”方式时，将会出现数据输入窗口，根据窗口提示输入16进制原始数据，点击“返回”按钮完成输入。4. 点击“初始化”按钮，调制过程开始；5. 根据系统模型，在画面右上方选择需要观察的信号点对应的字母（如要观察发送数据的波形，点击字母“A”），观察调制过程中信号点的波形；可通过页面下方按钮选择“放大”、“缩小”

29、或“移动”观察波形。6. 也可以选择通过示波器观察各信号点。先将示波器的输入端与实验板上“观察端M”（在实验箱最右边偏上的位置，为D/A转换器的输出口）连接，根据系统模型，在画面右上方选择需要观察的信号点对应的字母（如要观察发送数据的波形，点击字母“A”），在示波器上观察调制过程中信号点的波形。四、实验报告1. 试说明MSK调制信号的基本特点；2. 试说明高斯低通滤波器的作用和实现方法；3. 理解附加相位的基本含义，及其在解调中的作用；4. 理解各个观察点数据的意义。§2.7 QPSK调制解调实验一、实验目的3. 了解QPSK技术在移动通信系统中的应用4. 掌握QPSK调制解调数据传

30、输过程；5. 了解QPSK的载波恢复和位定时恢复的基本方法6. 掌握QPSK解调数据传输过程；5. 掌握升余弦成形滤波原理二、实验内容1. 了解QPSK的基本工作原理2. 观察QPSK调制的系统框图3. 观察QPSK调制解调器各点波形三、实验步骤1. 启动实验箱，在主界面上选择实验 “QPSK调制”，进入“QPSK调制”界面。2. 点击“系统模型”按钮，弹出“QPSK调制原理框图”窗口，熟悉QPSK调制原理；关闭该窗口。3. 输入原始数据。原始数据产生方式有两种：自动和手动。选中“自动”方式时，原始数据由系统自动生成；未选中“自动”方式时，将会出现数据输入窗口，根据窗口提示输入16进制原始数据

31、，点击“返回”按钮完成输入。4. 点击“初始化”按钮，调制过程开始；5. 根据系统模型，在画面右上方选择需要观察的信号点对应的字母（如要观察发送数据的波形，点击字母“A”），观察调制过程中信号点的波形；可通过页面下方按钮选择“放大”、“缩小”或“移动”观察波形。6. 也可以选择通过示波器观察各信号点。先将示波器的输入端与实验板上“观察端M”（在实验箱最右边偏上的位置，为D/A转换器的输出口）连接，根据系统模型，在画面右上方选择需要观察的信号点对应的字母（如要观察发送数据的波形，点击字母“A”），在示波器上观察调制过程中信号点的波形。四、 实验报告7. 试说明升余弦成形滤波的基本原理和作用。8.

32、 试说明BPSK、QPSK和QPSK之间的区别。9. 简要说明载波同步和位同步的作用和基本实现方法有哪些。§2.8 CDMA扩频与解扩实验一、实验目的1. 了解扩频调制与解扩的基本概念；2. 掌握PN码的概念以及m序列的生成方法；3. 掌握解扩的基本方法4. 掌握扩频调制及解扩过程中信号频谱的变化规律。二、实验内容1. 观察不同多址接入方式（TDMA、FDMA、CDMA）的区别；2. 观察CDMA扩频与解扩过程中信号频谱的变化；三、 实验步骤1. 在主界面上选择实验 “扩频调制”实验；2. 选择“手动输入”或“随即生成”产生原始数据；3. 可选择“长度为15的m序列”，或者“长度为3

33、1的m序列”，或者“长度为31的gold序列”;4. 观察扩频后的数据，并可用频谱分析仪器观察频谱变化；红色曲线表示原始信号，绿色曲线表示扩频信号。我们可以发现，扩频后，频谱展宽。5. 在主界面上选择“解扩”实验；6. 选择“手动输入”或“随机生成”产生原始数据；7. 可选择“长度为15的m序列”，或者“长度为31的m序列”，或者“长度为31的gold序列；8. 设定解扩码相位，比较相位同步、不同步时解扩的结果。9. 设定解扩码相位，观察“频谱分析仪”上信号频谱的变化。红色曲线表示原始信号的频谱，绿色曲线表示扩频信号的频谱，蓝色曲线表示解扩信号的频谱。四、 实验报告1. 试说明扩频码在移动通信

34、中的应用；2. 扩频码的种类有哪些？有何特点？如何产生3. 扩频后信号频谱发生怎样的变化？4. 试说明解扩的基本原理5. 为什么接收机中的扩频码需要进行准确同步？6. 正确解扩和不正确解扩后，信号的频谱有何变化？请画图示意。§2.9 信道复用实验一、 实验目的1、了解通信系统信道复用的基本概念。2、掌握三种基本信道复用的基本方法。3、了解三种基本信道复用在不同通信系统中的应用。二、 实验内容1、演示时分复用，对比复用前和复用后信号在时域中的变化；2、演示频分复用；3、演示码分复用，观察码分复用过程中信号的变化。三、 实验步骤1、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相

35、连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“信道复用”实验图标，进入此实验界面。2、选择界面上的时分复用子实验：时分复用中的两路信号来源于两个频率关系2倍的正弦信号。界面下面的“录制语音”，“读取语音”按钮在此处没有用到。本实验中TMD信道分为8个时隙。界面显示其中的两路，对这两路信号可分别选择每路在总的8个时隙中所占时隙数。点击“复用“键，可以观察时分复用后的信号。对比复用前和复用后信号在时域中的变化情况。试验时请注意： 点击波形窗口的“all”按钮，将波形显示方式切换到用带圆圈的竖直线的显示方式，才能正确直观地观察到试验结果。同时可以点击波形图右边的“”，“”扩展或压缩波形；点击“”“”

36、向左或向右移动波形。3、选择界面上的频分复用子实验：首先通过实验箱上的麦克风分别录制语音，点击实验界面下方的“录取语音”键，然后点击“读取语音键”。然后点击“FDM信号”键，实验将按照实验原理将第一路语音保留在基带，将第二路语音调制到10kHz的中心频率上，第一路和第二路信号相加成为FDM频分复用信号。此时，可以观察界面上方的各路时域波形，可以发现两路信号经过频分复用合并以后，FDM信号波形在时域已经不能区分开来。但是经过解复用后，两路信号又可以恢复原来FDM合路前的波形。除了在时域对整个过程进行观察外，还可以观察实验界面下方的“频谱分析仪”，观察各路信号频谱变化。可以通过点击频谱分析仪上方的

37、信号名称，显示或去掉某路信号的频谱。该频谱分析仪可以同时观看对比多路信号的频谱。4、选择界面上的码分复用子实验： 参照前面实验原理的系统框图，观察各个信号的变化。然后修改界面上的两路信号衰减dB数，再观察各个信号的值，理解PN序列的自相关性和互相关性在CDMA系统中的作用。四、实验报告1 模拟移动通信系统、GSM移动通信系统、CDMA IS-95移动通信系统中所用的信道复用方式分别是何种复用方式？2 假设输入信号反别是f1(t)和f2(t)，写出本实验中FDM框图中A、B、C点信号的表达式，同时说明为什么第二路信号能正确恢复过来。3 写出本实验CDM信道复用方式下所用的m序列发生器的所有可能的

38、值，并计算该m序列的自相关和互相关值分别为多少。4 在码分复用实验中，扩频以后的信号1经过信道的传输后，即使衰减10dB以上，仍然能在接收端正确解调，试说明原因。5 请问CDMA2000和WCDMA移动通信系统中所采用的扩频序列分别是何种伪随机序列？§2.10 信道仿真实验一、 实验目的1、了解通信系统信道模型的基本概念。2、掌握高斯白噪声的统计特性及其对通信系统的影响。3、掌握带限线性滤波器信道模型的特性和对通信系统的影响。4、掌握瑞丽衰落信道的统计特性及其对通信系统的影响。二、 实验内容1、建立各种信道模型；2、比较三种信道模型的统计特性；三、 实验步骤1、通过串行口将实验箱和电

39、脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“信道仿真”实验图标，进入此实验界面。2、先点击“初始化”键，再点击“输入数据”键，用于产生信道仿真所需的输入数据。界面显示输入数据窗口，“数据长度”对话框可输入116之间的数，产生相应个数的字节，如果学生想手动输入数据，可在窗口正下方以16进制方式输入数据，如“12 bc ae 3e”等，中间以空格键分隔，输入完毕后按“手动输入”键，这时便可以从界面上看到手动输入的数据对应的二进制代码；如果学生不想手动输入数据，只需按动“随机生成”键，便可以生成实验所需要的输入数据。然后按动“返回”键，输入数据窗口自动关闭，输入数

40、据工作结束。这里需要注意的是，如果不按动“返回”键而人工关闭此窗口，输入数据工作并未完成。3、输入数据产生后就可以进行下面的信道仿真实验。首先进行高斯白噪信道模型实验。（1）在信道选择栏中选中“高斯”。（2）在高斯信道参数信噪比一栏中输入一个数值，然后点击“仿真>GO”键，波形显示区将显示本信噪比下的输入信号波形、输出信号波形以及噪声波形。（3）修改信噪比的值，可重复以上实验。若输入为0，则表示信噪比为0dB，0dB意味着输入信号的功率和噪声功率的大小相当，由于噪声功率过大，因此输出信号与输入信号的相似程度很低。将信噪比提高到一定的值（如：40dB），再点击“仿真”键再观察输入信号和输出

41、信号。完成实验报告的第1题。4、下面进行带限线性滤波器信道模型实验，这个信道模型是对存在码间干扰的信道的建模，反映信道特性的信道参数由学生自定义输入。（1）首先，在信道选择栏中点击“自定义”。（2）找到自定义信道参数设定区域，在信道参数一栏中输入奇数个数值，作为信道单位冲激响应中各冲激的强度，并按旁边的“OK”键确认。这奇数个数值中，中间的一个数值的值最大，对应着经过信道后的输出信号中原输入信号的能量还是最大的，两边小的数值表示的是输入信号经过信道后受到的若干相邻信号码间干扰的大小。为了仿真码间干扰延伸到相邻的23个码元，所以要求输入的信道参数的个数要超过17个，最中间的参数为1，两边的参数可

42、以是较小的数，如0.2、0.05等，也可以是0。如果输入的信道参数个数小于8个的话，这时由信道引起的码间干扰就会局限在一个码元内部，这时从实验结果上来看信道对波形的影响不会太大。为了方便起见，界面上还有“选择预设信道”对话框，其中有“恶劣信道”、“良好信道”以及“理想信道”。它们分别对应的信道特性为：恶劣信道：-0.1,0,0,-0.5,0,0.01,0,0,0.03,0,0,0,1,0,0,0.05,0,0,0.1,0,0.2,0,0,0,0.01；良好信道：-0.2,0,0,0,0.1,0,0,0,1,0,0,0,0.2,0,0,0,0.2；理想信道：0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

43、,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0。直接选中这三个选项之一，就不必手动输入信道参数了。（3）观察参数下面的信道特性，若选中旁边的“频域”选项，显示的就是信道的频域特性，否则为时域特性。（4）点击“仿真>GO”键，界面下方将出现此信道特性下对应的信号波形：包括“发送波形”、“经过信道波形”、“经过信道再成型的波形”，分别对应图6.2.2-1的C、E、D三点波形。对于预设信道，“恶劣信道”是一个码间干扰严重的信道，选择这个信道时，经过信道的波形会发生改变，由于波形改变得非常厉害，所以接收端抽样判决后会出现较多的误码。“较恶劣信道”是一个码间干扰不太严重的信道，选择这个信道时，经过信

44、道的波形会发生改变，这可以从界面上看出来，由于本实验未考虑加性噪声对信号判决的影响，所以虽然接收波形发生了改变，但是抽样判决不会出现误码。原因是我们采用的BPSK调制欧氏距离较大，有很好的抗噪声和波形形变的能力。“理想信道”是一个没有码间干扰的信道，所以可以看出来，这个信道对信号没有任何影响，经过信道后的信号与之前的信号波形完全相同。（5）观察界面右侧关于错误比特的统计。它是同信道的恶劣程度成正比的。（5）改变信道参数，重复（2）（3）（4）（5）步实验。完成实验报告的第2、3题。5、下面进行瑞丽衰落信道模型实验。（1）首先，在信道选择栏中点击“瑞丽”。（2）找到瑞丽信道参数设定区域，首先在界

45、面上输入移动通信系统的特征参数：移动终端运动速度、载频、波特率。（3）点击“仿真>GO”键。界面上将出现相应的波形：包括“GMSK信号”，即输入信号；“经过瑞丽衰落的信号”即GMSK信号经过瑞丽信道之后的时域波形；“瑞丽信道时域衰减包络图”，即信道本身的时域特性；“瑞丽信道频域特性”，从这个频域特性上能看出多普勒频移现象。由于瑞丽信道对输入信号具有乘性干扰，因此输入信号经过信道后的波形同输入信号将有很大的不同。完成实验报告的第4题。四、 实验报告1、简述随着信噪比的改变，通过高斯信道的输出信号与原输入信号在幅度上相似程度做怎样的变化。画出当信噪比为20dB时，输入信号和输出信号的波形。2

46、、画出当信道特性为：-0.3,0,0,0.03,0,-0.3,0,1,0,0,0.2,0,0,0.1,0时，对应的信道时域特性和信道频域特性。3、比较选择预设信道“恶劣信道”和“良好信道”时，输出信号相对于输入信号的畸变程度，以及误码的个数，并说明原因。4、瑞丽衰落信道模型，设置参数为：波特率：1000Bd；载频：900MHz；移动台运动动速度：100公里/小时。简单画出对应的瑞丽衰落信道时域衰减的包络图和瑞丽信道的频域特性。并根据参数对图形进行简单说明。§2.11 信道均衡实验一 、实验目的1、了解通信系统均衡的基本概念。2、掌握对带限线性滤波器信道模型的均衡方法。二 、实验内容1

47、、验证自定义信道下横向滤波器迫零均衡器的作用；2、观察信号通过瑞丽衰落信道均衡器前后的频谱图并分析。三 、实验步骤1、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“均衡”实验图标，进入此实验界面。2、先点击“初始化”键，再点击“输入数据”键，用于产生信道仿真所需的输入数据。界面显示输入数据窗口，“数据长度”对话框可输入116之间的数，产生相应个数的字节，如果学生想手动输入数据，可在窗口正下方以16进制方式输入数据，如“12 bc ae 3e”等，中间以空格键分隔，输入完毕后按“手动输入”键，这时便可以从界面上看到手动输入的数据对应的二进制

48、代码；如果学生不想手动输入数据，只需按动“随机生成”键，便可以生成实验所需要的输入数据。然后按动“返回”键，输入数据窗口自动关闭，输入数据工作结束。这里需要注意的是，如果不按动“返回”键而人工关闭此窗口，输入数据工作并未完成。3、输入数据生成后就可以进行下面的信道均衡实验了。首先进行的是对带限线性滤波器信道模型（自定义信道）采用横向滤波器迫零均衡的实验。（1）在方式选择框中，选中“自定义信道”。（2）根据上一实验中自定义信道的信道参数的输入方法输入一个符合要求的序列，或者在“预设信道”对话框中选择某一信道；均衡器抽头数一栏中输入一个小于80的奇数。由于我们要求输入的信道参数的个数一般要大于10

49、，所以要获得较好的均衡效果，一般均衡器的抽头个数最好不要低于信道参数的个数。点击“OK”。这时信道响应图中将显示信道的时域特性；学生平台就根据输入的参数计算出均衡器的抽头系数，并显示在均衡器特性图上。界面上还将在“均衡后的信道”图上显示经过均衡后系统的特性。点击“切换”键，界面上将显示信道、均衡器、均衡后的信道的频域特性。（3）点击“仿真”键，界面下方的信号波形显示区将显示以下的波形：包括“发送波形”、“经过信道波形”、“经过均衡后信号”、“经过信道和均衡再成型的波形”，分别对应图6.2.3-1中的C、E、F、D点波形，以及“经过信道再成型的波形”。可以观察到，“经过均衡后信号”与“发送波形”

50、相似，原因是均衡器抵消了信道对信号的影响。（4）观察界面右侧关于错误比特的统计。当选择“恶劣信道”时，经过信道而不经过均衡的信号接收后会出现较多的误码，而由于均衡能够抵消掉信道对信号的影响，所以均衡后再成形抽样判决的误码个数为0。（5）改变参数，重复（2）（3）（4）的实验，完成实验报告的第1、2题。四、实验报告1、当信道采用带限线性滤波器信道模型（自定义信道），均衡采用横向滤波器迫零均衡时，信道频域特性和均衡器的频域特性有什么关系。2、当信道采用带限线性滤波器信道模型（自定义信道），均衡采用横向滤波器迫零均衡时，对于预设信道中的“恶劣信道”，抽头系数的个数选择9和75。比较在这两种情况下，（

51、1）“经过信道和均衡后信号”和“发送信号”的相似程度，并说明原因；（2）比较这两种情况下均衡后信号的误码情况。（3）均衡后的信道特性在时域和频域上有什么不同。§2.12 GSM移动台开机登陆和关机实验一 、实验目的1、了解GSM移动终端开机后接入网络进入工作状态的全过程；2、掌握GSM移动终端开机入网位置登记的信令过程；3、掌握GSM移动终端关机离开网络的信令过程。二 、实验内容1、演示GSM移动终端开机搜索网络的过程；2、演示GSM移动终端同基站建立RR连接的信令过程；3、观察GSM移动终端开机入网时IMSI附着的信令；4、观察GSM移动终端关机时IMSI分离涉及到的信令。三、实验

52、步骤1、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“开机登陆”实验图标，进入此实验界面。2、点击界面上的“初始化”键。看到消息框中出现 “初始化”完成。3、点击界面上“查看参数列表”键，观察MS参数列表，可以查看到本MS对应的IMSI。再根据此IMSI去观察MSC/VLR中同本MS的IMSI相同的那条记录，可以看到在“是否附着”一栏中，目前的状态为“未附着”。4、点击界面上的“开机”开机键，观察消息框中显示的开机的信令过程。开机信令过程若正常结束，会弹出对话框“开机过程完成，已经完成IMSI附着，手机处于空闲状态”。这时，再次观察MSC

53、/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏，目前的状态变为“已附着”。5、到目前为止，正常的开机过程结束，紧接着点击界面上的“关机”键，观察消息框中显示的关机信令过程。关机信令过程若正常结束，会弹出对话框“关机结束”。这时，点击界面上“查看参数列表”键，再次观察MSC/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏，目前的状态变为“未附着”。6、由于从MS到达MSC/VLR的信令通过了MS和BS之间的无线信道、BS和MSC/VLR之间的有线信道，因此LOCATION UPDATING REQUEST消息出错的情况会偶尔出现，若出现这种情况，

54、IMSI附着会失败，信令会显示“LOCATION UPDATING REJECT”；IMSI附着失败的信令结束后，会弹出对话框：IMSI附着失败，可按“开机”键重新开始。这时，可按动“开机”键重新进行IMSI附着过程。7、以上所有的信令过程我们都是在正常模式下进行的，这时信令交互的速度比较快。为了更清晰的掌握信令的交互过程，我们可以选择界面上的“单步”键。然后按动“初始化”键。这样实验就进入单步执行状态。这时候，需要按动“下一步”按键，相应的信令交互才会出现。这时信令交互的进行由此键控制。从而使学生有充分的时间一边学习实验报告中关于信令交互过程的介绍，一边进行实验。以上正常IMSI附着、关机和

55、的信令过程都可以在单步的情况下再次进行。四、实验报告1、记录开机后正常IMSI附着的信令过程，并阐述MSC/VLR参数列表中的变化情况。2、记录关机的信令过程，并阐述MSC/VLR参数列表中的变化情况。§2.13 移动性管理实验一、实验目的1、了解移动通信网络中移动性管理的作用及其实现。2、掌握VLR内部位置更新的信令过程及其对MSC/VLR参数列表的影响。3、掌握跨VLR位置更新的信令过程及其对MSC/VLR参数列表、HLR参数列表的影响。二、实验内容1、对移动通信网络移动性管理进行演示。2、观察VLR内部的位置更新的原理及其信令流程。3、观察跨VLR位置更新的原理及其信令流程。三

56、、实验步骤1、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“移动性管理”实验图标，进入此实验界面。2、选择界面上“位置更新模式”为“内部”，进行VLR内位置更新实验。点击界面上的“初始化”键。看到消息框中出现 “初始化”完成。3、点击界面上“查看参数列表”键，观察MS参数状态表、MSC/VLR参数状态表、HLR参数状态表。记录MS参数状态表的内容，并根据此MS的IMSI作为索引，在VLR参数状态表、HLR参数状态表中寻找与本IMSI对应的一行记录，并记录下来。4、点击界面上的“位置更新”键，观察消息框中显示的VLR内位置更新信令过程。位置

57、更新过程若正常结束，会弹出对话框“位置更新过程结束”。5、点击界面上“查看参数列表”键，再次观察MS参数状态表、MSC/VLR参数状态表、HLR参数状态表。对比之前记录的参数状态表，可以发现MS的TMSI和LAI都改变了，即MS所在的位置区改变了，但由于这两个位置区同处于一个MSC/VLR的控制，因此HLR参数状态表中MSC/VLR识别码没有发生改变。VLR内位置更新实验结束，若想重复以上过程，可以选择“VLR内”、“单步”标识，再按动“初始化”键，进入单步VLR内位置更新过程。点击“位置更新”键，并按动“下一步”键，信令过程可单步执行。6、VLR内位置更新过程结束后，可进行跨VLR位置更新过程。选择界面上的“跨区”，点击“初始化”键。看到消息框中出现“初始化”完成。这样就可进行跨VLR的实验。7、点击界面上“查看参数列表”键，观察MS参数状态表、MSC/VLR参数状态表、漫游MSC/VLR（即MS漫游到的新MSC/VLR）参数状态表、HLR参数状态表。记录MS参数状态表的内容，并根据此MS的IMSI作为索引，在原M