CDMA通信系统数据与语音传输设计-王树伟、陈阵、汪亚文

PAGEPAGE19Hefei现代通信技术课程设计设计报告 论文题目：CDMA通信系统数据与语音传输设计学科专业：08通信工程（2）作者姓名：王树伟陈阵汪亚文指导教师：胡国华完成时间：2011.12.论文题目CDMA通信系统数据与语音传输设计设计类型工程技术导师姓名胡国华主要内容及目标设计一个CDMA通信系统数据与语音传输系统，要求：1、可以通过CDMA通信系统正常准确的传输数据与语音；2、可以通过CDMA信道收发数据信息；3、可以实现CDMA通信系统终端自环通信和双机通信；4、自由发挥其他功能；5、要求有系统框图，电路原理图，软件流程图。具有的设计条件根据设计要求提供相关的试验环境。计划学生数及任务计划需要3人王树伟主要进行系统功能设计；汪亚文主要进行系统软件设计；陈阵主要进行系统与硬件接口设计。计划设计进程1、从接题开始收集资料、准备设计；2、第1周画出设计系统框图，电路原理图，制定设计方案；3、第2周系统调试和完善，同时编写设计报告。参考文献[1]李建东,郭梯云,邬国扬.移动通信.西安:西安电子科技大学出版社,2006[2]南利平,李学华,张晨燕,王亚飞,通信原理简明教程.清华大学出版社.2007[3]邬国扬.CDMA数字蜂窝网.西安电子科技大学出版社.2007[4]魏国桢,魏晨.无线本地环路.北京:人民邮电出版社,1996《通信技术综合课程设计》任务书目录一、摘要 3二、系统方案设计 32.1移动通信实验箱简介 32.11技术指标 32.12模块框图 42.1短信收发模块 42.2语音传输模块 42.3数据接入信道收发模块 42.4双机电路工作过程 5三、系统原理设计 53.1CDMA通信系统数据与语音传输流程 53.2CDMA通信系统数据与语音传输工作原理 73.21短信收发 73.22数据接入CDMA信道的收发 83.23移动终端语音自环通信 93.24移动终端双机通信 10四、系统设计 114.1系统设计框图 114.2电路原理图 124.3软件流程图 12五、功能实现 135.1短信收发 135.2数据接入CDMA信道的收发 145.3移动终端语音自环通信 145.4移动终端双机通信 15六、总结 17七、参考文献 18附：程序清单 191、移动短信软件代码 19一、摘要本设计中，使用RZ6001型移动终端实验箱可以自己构成一个自环系统，完成语音、数据的自环通信。同时数据还可以通过PC机接入RZ6001实验箱，在RZ6001实验箱完成自环以后又送回PC机。对于语音的自环通信，实际上完成了对输入的语音进行A/D变换，压缩编码，扩频，无线发送，传播，无线接受，解压缩，D/A变换，然后输出语音信号。对于数据的自环通信，实际上完成了对输入的数据，压缩编码，扩频，无线发送，传播，无线接受，解压缩，然后输出数据。关键字：数据与语音传输信道收发自环通信双机通信二、系统方案设计2.1移动通信实验箱简介RZ6001移动通信实验箱是一种新近推出的新型移动通信实验箱，它既可自成系统完成相当于一个CDMA手机的所有实验；也可作为一个移动终端和移动基站、移动交换机配合构成一个完整的移动通信系统；实验箱上还配置了一个GSM模块，利用它还可以和GSM公网的普通手机进行短消息收发和语音呼叫等实验。2.11技术指标发送：(1)拨号呼叫实现移动终端信令交换。(2)完成语音的模数转换，实验箱采用AD73311线性16位A/D变换，采样率32K/S。(3)AMBE2000对前级的语音数据进行压缩编码，语音速率为2350bps，FEC速率为50bps。(4)CDMA编码。(5)各种调制方式。(6)射频调制、发射。(7)完成短消息的收发。(8)对语音数据进行线路编码：卷积编码。接收： 为上述过程的逆过程。2.12模块框图图2.1移动实验箱模块框图2.1短信收发模块发送方通过键盘选择短信，由单片机通过中断通知DSP，DSP将短信数据处理后通过串口MCBSP发送给D/A转换单元，D/A转换单元将数字信号变换为模拟信号，然后上变频单元通过射频将语音信号发射出去。接收方的下变频单元，将接收的信号下变频给接收方的A/D单元，A/D单元将模拟信号转换为数字信号，交给DSP的MCBSP，DSP对短信处理后，通过中断通知单片机，单片机将接收的短信内容在液晶屏上显示出来。2.2语音传输模块采用A/D转换芯片AD73311转换模拟信号，AMBE2000模块根据预先的参数配置压缩语音编码，DSP接收到语音压缩数据，通过Walsh序列进行扩频和BPSK调制，调制后的数据经过D/A转换，然后上变频，通过射频将语音信号发射出去，接收方将接收的信号下变频给接收方的A/D单元，DSP对接收的数据进行解调和解扩，并传输给AMBE2000，AMBE2000将接收的语音压缩数据做解压，并传递给AD73311。2.3数据接入信道收发模块发送方使用PC机和RZ6001实验箱通过RS232串口连接，通过PC机端编写要发送的信息，通过串口传输给RZ6001实验箱，实验箱的单片机接收到信息，通知DSP，DSP通过CDMA编码，再通过射频发送。接收方接收射频信号，下变频后，传递给DSP，DSP收到数据，进行CDMA译码，并传送给单片机，单片机将接收到的数据，传送给PC机，在PC机端显示处理。移动GSM短信软件是与本实验箱配套的软件，用它可以实现在PC机编辑短消息并通过移动实验箱上的CDMA系统进行自环传输。2.4双机电路工作过程语音通信：主叫方和被叫方移动终端实验箱都选择双机通信实验并处于空闲状态，如有拨号则该移动终端实验箱成为主叫方，拨号完成后将主叫方的发射频道调整到被叫方的接收频道，被叫移动终端实验箱收到主叫号码后进行显示并振铃，被叫移动终端实验箱根据被叫用户选择接通或拒绝，如被叫用户选择接通，被叫也将自已的发射频道调整到主叫的接收频道，主叫和被叫建立通信链路，主叫和被叫用户可以通过麦克风进行全双工的语音通信，主叫和被叫用户在进行语音通信过程中可以选择结束语音通信，主叫和被叫撤消通信链路，通信链路撤消后原主叫和被叫移动终端实验箱均进入空闲状态，可以再次进行语音或数据通信，主叫和被叫语音数据的处理与（2.2）移动终端语音自环通信步骤相同。数据通信（短信收发）：发送方和接收方均处于空闲状态，如有拨号则该移动终端实验箱成为发送方，拨号完成后发送方根据接收方设置发射频道，拨号完成后进行短信选择，短信选择完成后发送方根据设置的发送频道发送数据，接收方移动终端实验箱收到主叫号码和短信内容后分别显示，完成一次数据通信，完成一次数据通信后，发送方和接收方均回到空闲状态，可以再次进行语音或数据通信。三、系统原理设计3.1CDMA通信系统数据与语音传输流程话音以MSA传到MSB为例，MSA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MSB所在的实验箱B。首先是实验箱B上的BS侧的信源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MSB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。图3.1CDMA系统发射机实现框图图3.2CDMA系统接收机实现框图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,这模拟了实际系统中MSC和MSC之间的七号信令传输系统。图3.3双向语音传输过程3.2CDMA通信系统数据与语音传输工作原理3.21短信收发 通讯发达的今天短信已经成为人们交流的重要手段，其中也蕴含着巨大的市场和经济利益。主要过程就是用户将编制好的短信，通过移动信道，发送给接收方，接收方收到短信，再显示出来。短信收发的结构框图如图3.4所示。图3.4短信收发的结构框图工作过程如下：开机，DSP从FLASH加载程序代码。（1）发送方：通过键盘选择短信，由单片机通过中断通知DSP；DSP将短信数据处理后通过串口MCBSP发送给D/A转换单元；D/A转换单元将数字信号变换为模拟信号，然后上变频单元通过射频将语音信号发射出去。（2）接收方接收方的下变频单元，将接收的信号下变频给接收方的A/D单元；A/D单元将模拟信号转换为数字信号，交给DSP的MCBSP；DSP对短信处理后，通过中断通知单片机，单片机将接收的短信内容在液晶屏上显示出来。3.22数据接入CDMA信道的收发 PC机发送数据的结构框图如图3.5所示。键盘及液晶显示键盘及液晶显示图3.5计算机和实验台的连接框图工作过程如下：1．发送方（1）PC机和实验台通过串口连接；（2）通过PC机端编写要发送的信息，通过串口传递给实验台；（3）实验台的单片机接收到信息，通知DSP，DSP通过CDMA编码，再通过射频发送。2．接收方（1）接收射频信号，并下变频后，传递给DSP；（2）DSP收到数据，进行CDMA译码，并传递给单片机；（3）单片机将接收到的数据，传递给PC机，在PC机端显示处理。3.移动综合实验平台软件移动综合实验平台软件是与本实验箱配套的软件，用它可以实现在PC机编辑短消息并通过移动实验箱上的CDMA系统进行自环传输。在做本实验时，在“选择”菜单中选择“PC<－>SYS”。软件界面如图3.6所示，在输入区编写要发送的短信内容，然后点击发送按钮。图3.6PC机主界面3.23移动终端语音自环通信移动通信终端的组成框图如图3.7所示。图3.7移动通信终端的组成框图工作过程如下：加电后AMBE2000复位，配置AD73311，根据SW601拨动开关的位置，设置语音压缩速率及其他参数。同时DSP从FLASH加载程序代码。（1）发送方：1）从麦克风插孔插入麦克风，用户可以说话，可以通过W501调节发送的音量；2）语音信号通过A/D转换芯片AD73311转换为数字信号，并传递给AMBE2000；3）AMBE2000根据预先的参数配置，进行语音压缩编码，并每20ms间隔发送24个字给DSP；4）DSP接收到语音压缩数据，通过Walsh序列进行扩频和BPSK调制，将数据通过串口MCBSP发送给D/A转换单元；5）D/A转换单元将数字信号变换为模拟信号，然后上变频单元通过射频将语音信号发射出去。（2）接收方1）接收方的下变频单元，将接收的信号下变频给接收方的A/D单元；2）A/D单元将模拟信号转换为数字信号，交给DSP的MCBSP；3）DSP对接收的数据进行解调和解扩，并传输给AMBE2000；4）AMBE2000将接收的语音压缩数据做解压，并传递给AD73311；5）AD73311将数字语音信号转换为模拟信号，并通过耳机插孔传递给耳机，可以通过W502调节接收的音量。3.24移动终端双机通信实验一、实验二和实验三的语音和短信实验都是在一个实验箱之间进行的数据的自发自收。实际上任意两个移动实验箱之间可以进行全双工通信，包括语音通信和短信通信，这类似于常见的对讲机功能。如下图所示：图3.8移动终端双机通信结构框图在移动终端双机通信中，每个实验箱都分配一个固定的号码，该号码对应着相应的无线发射频道和无线接收频道。本实验中，根据分配的号码，每个实验箱的接收频道是固定不变。而发射频道则要在呼叫时根据接收信号实验箱的号码来确定的。例如号码为X1的实验箱作为主叫和号码为Y1的实验箱进行通信，则X1的实验箱首先主动将自己的发射频道调整到Y1的接收频道，Y1接收到X1的呼叫信息后，也将Y1的发射频道调整到X1的接收频道。这样X1和Y1两个实验箱就可以有两个信道进行语音和数据传输，因此就可以实现全双工通信。在本实验中，要正确设置移动终端,用拨码开关SW601设置语音压缩速率为2.4kb/s(拨码开关SW601的设置拨到ON为1，否则为0。从1到8设置为：01011111),启动移动终端等待初始化完成；主叫和被叫移动终端均进入系统双机通信实验。1．语音通信主叫方和被叫方移动终端都选择双机通信实验并处于空闲状态；如有拨号则该移动终端成为主叫方，拨号完成后将主叫方的发射频道调整到被叫方的接收频道；被叫移动终端收到主叫号码后进行显示并振铃；被叫移动终端根据被叫用户选择接通或拒绝；如被叫用户选择接通，被叫也将自已的发射频道调整到主叫的接收频道，主叫和被叫建立通信链路；主叫和被叫用户可以通过麦克风进行全双工的语音通信；主叫和被叫用户在进行语音通信过程中可以选择结束语音通信，主叫和被叫撤消通信链路；通信链路撤消后原主叫和被叫移动终端均进入空闲状态，可以再次进行语音或数据通信；主叫和被叫语音数据的处理与“实验十四移动终端语音自环通信实验”相同。2．数据通信（短信收发）发送方和接收方均处于空闲状态；如有拨号则该移动终端成为发送方，拨号完成后发送方根据接收方设置发射频道；拨号完成后进行短信选择，短信选择完成后发送方根据设置的发送频道发送数据。接收方移动终端收到主叫号码和短信内容后分别显示，完成一次数据通信。完成一次数据通信后，发送方和接收方均回到空闲状态，可以再次进行语音或数据通信。四、系统设计4.1系统设计框图 图4.1系统设计框图4.2电路原理图图4.2电路原理图4.3软件流程图图4.3软件流程图五、功能实现5.1短信收发1．按下键盘上“复位”键，等待实验台初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作。2．按下键盘上“菜单”键中“六.短信收发”，若选择“选择短信序号：1”3．实验台预设了6条短信，屏幕上显示了四条，可以通过“↑/确认”和“↓/取消”查看其他的短信。按下相应的数字编号选择要发送的短信内容，则启动短信发送程序。如选择“1：您好！”。4．在屏幕的上方显示发送的短信内容，在大约1秒左右，在屏幕的下方显示收到的短信内容。5．通过菜单选择短信收发，可以选择其他的短信内容，如欲发送字母短信，可选择“编辑字母短信：3”，便可发送字母短信5.2数据接入CDMA信道的收发1.关断实验箱的电源，将计算机和移动实验箱通过RS232串口连接，然后打开实验箱的电源，等待初始化完成。2.串口工作方式选择开关K404选择“PC-CPU”。3.选择菜单中的“七.PC短信收发”。4.运行计算机上的移动综合实验平台软件，并在“选择”菜单中选择“PC<－>SYS”。5.在输入区编辑发送短信的内容，可以是中文或英文或数字，也可以是中英文混合，如“我Class2”6.观测实验台液晶显示区发送和接收显示内容。7.观测在计算机端的返回信息区中收到的短信，可发现与发送的内容一致。5.3移动终端语音自环通信1．按下键盘上“复位”键，等待实验台初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作。2．按下键盘上“菜单”键中“八.本地语音通信”，选择移动通信的语音自环通信。3．输入本机号码，可以听到拨号音和回铃音。在振铃两次后，电话自动接通。4．将K501拨到“MIC”，将输入的模拟信号设置为麦克风输入的语音信号，插入麦克风和耳机，对着麦克风说话，通过耳机来听接收到的语音信号。5.4移动终端双机通信1．按下键盘上“复位”键，等待实验台初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作。2．按下键盘上“菜单”键中“9系统综合通信”，选择进行移动双机通信，显示屏上将显示2位数的本机号码，例如11。3．输入2位被叫号码，例如23，可以听到拨号音和回铃音。4．语音通信时：（1）拨号完毕后按“↑/确认”键表示请求与被叫进行语音通信。（2）如果被叫移动终端也进入系统双机通信，则被叫移动终端会收到主叫号码并振铃。（3）可以按下被叫移动终端的“↑/确认”键选择接通，此时主叫方移动终端和被叫方移动终端显示“通信中…”，之后主叫和被叫可以通过麦克风进行语音通信。（4）如果按下被叫移动终端的“↓/取消”键则选择拒绝接通，此时主叫移动终端显示“对方取消”。（5）如果被叫移动终端的长时间（30秒）没有按键，则主叫移动终端显示“被叫无应答”。（6）在主叫和被叫通过麦克风进行语音通信时，双方均可主动按下“↓/取消”键挂机并进入空闲状态，此时另一方显示“对方已挂机”，之后也进入空闲状态。（7）进入空闲状态后可以和其它移动实验箱进行通信。5．短信通信时（1）拨号完毕后按“短信”键表示将进行短信通信，并进入短信选择状态。（2）显示屏显示短信编号和内容，可以通过“↑/确认”键和“↓/取消”键查看更多的短信。按下相应的数字编号选择要发送的短信内容，并启动短信发送程。；（3）如果接收方移动终端也进入空闲状态，则接收方移动终端会收到主叫号码和短信内容并显示，此时发送方显示“发送成功”。（4）如果接收方移动终端没有进入空闲状态，则发送方短信发送不成功。六、总结本学期现代通信技术课程设计由本专业老师命题，学生选题找指导老师的形式，并且组队操作其他的事情（包括设计总体方案、硬件电路、软件设计、焊接、调试等工作）。趣味性强，同时也可以学到很多东西。经过两周的课程设计，我们进一步熟悉了CDMA通信系统数据与语言传输系统的基本过程，实现CDMA通信系统自环通信和双机通信，掌握了CDMA移动通信机组网过程。本课题从基站、移动终端、交换机，依次完成信令转接、信道资源分配，语音数字化、压缩解压、编码译码、调制解调，基站间的信令转接、协调基站对信道资源的分配、各终端状态显示等功能，实现了一个较完整的CDMA语言与数据的传输过程。我们认为，在本课题中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。因为由于时间的紧缺和许多课业的繁忙，并没有做到最好，但是，最起码我们没有放弃，它是我们的骄傲！相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！快乐至上，享受过程，而不是结果！认真对待每一个过程，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在本课题中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！本报告功能实现部分所涉及到的图片，均由陈阵同学用手机细心拍摄斟选，照片可能不是很清晰，但绝对真实可靠。最后，感谢胡国华老师的辛勤指导！七、参考文献[1]李建东,郭梯云,邬国扬.移动通信.西安:西安电子科技大学出版社,2006[2]南利平,李学华,张晨燕,王亚飞,通信原理简明教程.清华大学出版社.2007[3]邬国扬.CDMA数字蜂窝网.西安电子科技大学出版社.2007[4]魏国桢,魏晨.无线本地环路.北京:人民邮电出版社,1996附：程序清单1、移动短信软件代码frmPC2MCU.frmVERSION5.00BeginVB.FormfrmPC2MCUBorderStyle=1'FixedSingleCaption="PC<-->SYS"ClientHeight=7095ClientLeft=3810ClientTop=3465ClientWidth=7980ControlBox=0'FalseLinkTopic="Form1"MDIChild=-1'TrueMinButton=0'FalseMoveable=0'FalseScaleHeight=7095ScaleWidth=7980WindowState=2'MaximizedBeginVB.PictureBoxPicture1Height=2535Left=840Picture="frmPC2MCU.frx":0000ScaleHeight=2475ScaleWidth=4275TabIndex=6Top=4320Width=4335EndBeginVB.CommandButtoncmdChangeToPC2GSMCaption="切换到PC<-->GSM"BeginPropertyFontName="宋体"Size=9Charset=134Weight=700Underline=0'FalseItalic=0'FalseStrikethrough=0'FalseEndPropertyHeight=615Left=6120TabIndex=5Top=2880Width=1335EndBeginVB.FrameFrame1Caption="消息输入区"Height=1455Left=360TabIndex=2Top=360Width=7095BeginVB.CommandButtonCommand_sendoutCaption="发送"BeginPropertyFontName="楷体_GB2312"Size=12Charset=134Weight=700Underline=0'FalseItalic=0'FalseStrikethrough=0'FalseEndPropertyHeight=540Left=5040TabIndex=4Top=480Width=1500EndBeginVB.TextBoxtxtSendBackColor=&H00C0FFFF&BeginPropertyFontName="宋体"Size=14.25Charset=134Weight=700Underline=0'FalseItalic=0'FalseStrikethrough=0'FalseEndPropertyForeColor=&H000000C0&Height=615IMEMode=1'ONLeft=240TabIndex=3Top=480Width=4350EndEndBeginVB.FrameFrame4Caption="返回消息"Height=1455Left=360TabIndex=0Top=2040Width