108移动通信系统教师用书.docx
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108移动通信系统教师用书
目录
第1章伪随机序列产生实验1
实验一m序列产生及特性分析实验1
实验二GOLD序列产生实验2
实验三WALSH序列产生及特性分析实验4
第2章信源编码和信道编码实验7
实验一语音模数转换和压缩编码实验7
实验二线性分组码实验19
实验三GSM卷积码实验22
实验四GSM交织技术实验26
第3章扩频通信基础实验31
实验一直接序列扩频(DS)编解码实验31
实验二跳频(FH)通信实验36
实验三DS/CDMA码分多址实验40
第4章数字调制和解调实验54
实验一BPSK调制解调实验54
实验二QPSK调制解调实验58
实验三OQPSK调制解调实验63
实验四MSK调制解调实验69
实验五GMSK调制解调实验74
实验六OFDM调制解调实验78
第1章伪随机序列产生实验
准备工作:
在下面实验之前,首先将示波器探头和示波器通道的探头衰减系数为1×。
给实验箱加电,通过键盘和液晶选择“菜单”中的“一.伪随机序列产生”
实验一m序列产生及特性分析实验
在伪随机序列产生中选择“1.m序列产生”
(1)在测试点TP201测试数据输出的时钟;
(2)在测试点TP202测试输出的周期为15的m序列码。
测量操作与测量结果:
(1)CH1连接到TP201;CH2连接到TP202;
(2)按下示波器的“AUTO”键;
(3)分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”,时间档设为“100us”;
(4)将CH1向移动,CH2向下移动。
(5)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(6)和CH1始终波形对照,CH2波形从最宽的高电平开始读取,15位的m序列码为:
111101*********,如图1-1-TP201~TP202。
图1-1-TP201~TP202
实验二GOLD序列产生实验
在伪随机序列产生中选择“2.GOLD序列产生”
(1)在测试点TP201测试数据输出的时钟;
(2)在测试点TP202、TP203测试用于产生GOLD序列的周期为31的m序列优选;
(3)在TP204测试输出的周期为31的Gold序列码。
(4)测量操作与测量结果:
(5)CH1连接到TP201;CH2连接到TP202;
(6)按下示波器的“AUTO”键;
(7)分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”,时间档设为“200us”;
(8)将CH1向移动,CH2向下移动。
(9)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(10)时间档设为“100us”,和CH1始终波形对照,CH2波从最宽的高电平开始读取,m序列优选:
111110*********1010000100101100,如图1-2-TP201~TP202:
图1-2-TP201~TP202
(11)CH2连接到TP203,同样可以测得另一组m序列优选为:
1111100100110000101101010001110,如图1-2-TP201~TP203;
图1-2-TP201~TP203
(12)CH2连接到TP204,同样可以测得31位的GOLD序列码为:
0000001100101101000101010010101,如图1-2-TP201~TP204。
图1-2-TP201~TP204
实验三WALSH序列产生及特性分析实验
在伪随机序列产生中选择“3.WALSH序列产生”;
(1)在测试点TP201测试输出的时钟;
(2)分别在测试点TP202、TP203、TP204、TP205测试16位的WALSH序列。
测量操作与测量结果:
(1)CH1连接到TP201;CH2连接到TP202;
(2)按下示波器的“AUTO”键;
(3)分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”,时间档设为“100us”;
(4)将CH1向移动,CH2向下移动。
(5)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(6)和CH1始终波形对照,可以从CH2波形读取到16位WALSH码为:
111100*********0,如图1-3-TP201~TP202;
图1-3-TP201~TP202
(7)CH2连接到TP203,同样可以测得16位WALSH码为1010101010101010:
如图1-3-TP201~TP203;
图1-3-TP201~TP203
(8)CH2连接到TP204,同样可以测得16位WALSH码为0000111100001111:
如图1-3-TP201~TP204;
图1-3-TP201~TP204
(9)CH2连接到TP205,同样可以测得16位WALSH码为:
110100*********0,如图1-3-TP201~TP205;
图1-3-TP201~TP205
第2章信源编码和信道编码实验
实验一语音模数转换和压缩编码实验
通过键盘和液晶选择“菜单”中的“二、语音变换”
1.语音模数转换实验
(1)在语音变换下选择“1:
语音模数变换”;
(2)按下AMBE2000的复位按钮,对AMBE2000进行复位;
(3)K501拨到“SIN”,将输入的模拟信号设置为2kHZ的正弦信号,通过测试点TP501可以观测到输入给AD73311的模拟信号,调节面板上的W501,可以改变输入信号的幅度;
(4)通过测试点TP502观测AD73311中A/D和D/A变换的时钟输出;
(5)通过测试点TP503观测AD73311中数字输出和输入的帧同步信号;
(6)通过测试点TP504观测AD73311的A/D转换后的数字输出信号;
(7)通过测试点TP505观测AD73311的D/A转换前的数字输入信号;
(8)通过测试点TP506观测AD73311完成D/A转换后的模拟信号,并可以通过调节面板上的W502改变输出信号的幅度;
(9)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,可以从耳机中听到麦克风的声音。
测量操作与测量结果:
(1)CH1连接到TP501;CH2连接到TP506;
(2)按下示波器的“AUTO”键;
(3)分别将CH1和CH2的电压档设为“200mV”,时间档设为“200us”;
(4)将CH1向移动,CH2向下移动。
(5)调节面板上的W501和W502,分别将TP501和TP506信号的幅度调整到300mV和500mV左右。
(6)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(7)CH1为输入的模拟2KHz正弦波,CH2为输出恢复信号,可以看到恢复波形比原始波形质量变差了。
如图2-1-TP501~TP506。
2-1-TP501~TP506
(8)CH1连接到TP502,CH2连接到TP503,电压档设置保持为“2.0V”,时间档设为“5us”。
可以打开测量功能,测量CH1和CH2的频率。
可以观测到时钟波形和帧同步波形,时钟信号的频率为1.048MHz(示波器测试不精确显示为1.053MHz),帧同步信号的频率为32KHz。
波形如图2-1-TP502~TP503。
2-1-TP502~TP503
(9)CH1连接到TP502,CH2连接到TP504,电压档设置保持为“2.0V”,时间档设为“5us”。
可以打开测量功能,测量CH1的频率。
可以观测到时钟波形和A/D转换后的数字输出信号波形,时钟信号的频率为1.048MHz(示波器测试不精确显示为1.000MHz)。
波形如图2-1-TP502~TP504。
2-1-TP502~TP504
(10)CH1连接到TP502,CH2连接到TP505,电压档设置保持为“2.0V”,时间档设为“5us”。
可以打开测量功能,测量CH1的频率。
可以观测到时钟波形和D/A转换前的数字输入信号波形,时钟信号的频率为1.048MHz(示波器测试不精确显示为1.053MHz)。
波形如图2-1-TP502~TP505。
注意,由于延时D/A转换前的数字信号和(9)中的A/D转换后的数字信号不是同一个时刻的信号,所以波形不同。
2-1-TP502~TP505
(11)CH1连接到TP503,CH2连接到TP504,电压档设置保持为“2.0V”,时间档设为“10us”。
可以打开测量功能,测量CH1的频率。
可以观测到帧同步信号波形和A/D转换后的数字输出信号波形。
帧同步信号的频率为32.0kHz(示波器测试不精确显示为32.05kHz)。
波形如图2-1-TP503~TP504。
2-1-TP503~TP504
2.语音压缩编码实验
(1)在语音变换实验中选择“2.语音压缩编码”;
(2)左上方的拨码开关SW601(压缩编码性能设置)中速率设置为2400bps,开关位置为(1~8):
下上下上上上上上。
(3)按下AMBE2000的复位按钮,对AMBE2000进行复位;
(4)K501拨到“SIN”,将输入的模拟信号设置为2kHZ的正弦信号,通过测试点TP501可以观测到输入给AD73311的模拟信号;
(5)TP602为语音压缩后数据传输的帧同步信号,每20ms突发24个脉冲;
(6)TP603为压缩后发送的语音数据,每20毫秒突发24个字(16位);
(7)TP604为接收的语音压缩数据;
(8)TP601为语音压缩芯片数据传输的时钟;
(9)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,可以从耳机中听到麦克风的声音。
测量操作与测量结果:
(1)CH1连接到TP603;CH2连接到TP601;(注意这样接的目的是用CH1作触发源。
)
(2)按下示波器的“AUTO”键;
(3)分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”,时间档设为“5us”;
(4)将CH1向上移动,CH2向下移动。
(5)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(6)CH2为压缩数据的时钟,CH1为语音压缩后发送的数据信号,可以打开测量功能,测量CH2的频率。
时钟信号的频率为1.048MHz(示波器测试不精确显示为1.000MHz)。
如图2-2-TP601~TP603。
2-2-TP601~TP603
(7)CH1连接到TP604,CH2连接到TP601,电压档设置保持为“2.0V”,时间档设为“5us”。
CH2为压缩数据的时钟,CH1为接收到的语音压缩数据信号。
如图2-2-TP601~TP604
2-2-TP601~TP604
(8)CH1连接到TP602,CH2连接到TP603,电压档设置保持为“2.0V”,时间档设为“50us”。
CH1为语音压缩后数据传输的帧同步信号,每20ms突发24个脉冲,CH2为语音压缩后发送的数据信号。
可以看到压缩速率为2400bps时,帧头(12个字)和语音压缩数据(3个字),16帧同步脉冲之后无数据。
如图2-2-TP602~TP603
(1)。
此时SW601设置为:
10100000,对应的速率为:
2.4kbs
ON
DIP
█
█
█
█
█
█
█
█
1
2
3
4
5
6
7
8
2-2-TP602~TP603
(1)
(9)将时间档设为“20us”,展宽上述波形。
如图2-2-TP602~TP603
(2)。
2-2-TP602~TP603
(2)
注意:
仔细观察可以发现,2-2-TP602~TP603波形中,第1~12个帧同步脉冲之间的数据保持不变,这是帧头。
第13~15个帧同步脉冲之间的数据在随机变化,这是语音数据。
第16个帧同步脉冲之后无数据。
3.语音压缩编码性能
(1)在语音变换实验中选择“3.语音编码性能”;
(2)将K501拨到“SIN”,将输入的模拟信号设置为2kHZ的正弦信号,通过测试点TP501可以观测到输入给AD73311的模拟信号。
调节面板上的W501,可以改变输入信号的幅度。
(3)通过改变拨码开关SW601,可以改变语音的压缩编码性能,拨动1~5,改变语音压缩的速率从2.0~9.6KHZ。
拨动6~8,可以改变语音其他性能,具体见实验指导书,或语音压缩芯片的手册;
(4)左上方的拨码开关SW601(压缩编码性能设置)中速率设置为9600,开关位置为(1~8):
上上下上上上上上。
(5)按下AMBE2000的复位按钮,对AMBE2000进行复位;
(6)TP602为语音压缩后数据传输的帧同步信号,每20ms突发24个脉冲;
(7)TP603为压缩后发送的语音数据,每20毫秒突发24个字(16位);
(8)TP604为接收的语音压缩数据;
(9)TP601为语音压缩芯片数据传输的时钟。
(10)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,通过耳机来感觉改变语音压缩速率后的语音性能的变化。
注意:
每次改变拨码开关SW601的配置,需要对AMBE2000进行复位。
测量操作与测量结果:
其他的测量结果和方法与“2语音压缩编码实验”类似,下面只给出当压缩速率从2400改为9600后引起的最重要的变化的数据波形。
(1)CH1连接到TP602;CH2连接到TP603;
(2)按下示波器的“AUTO”键;
(3)分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”,时间档设为“50us”;
(4)将CH1向上移动,CH2向下移动。
(5)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(6)CH1为语音压缩后数据传输的帧同步信号,每20ms突发24个脉冲,CH2为语音压缩后发送的数据信号。
可以看到压缩速率为9600bps时,帧头(12个字)和语音压缩数据(12个字)。
如图2-3-TP602~TP603。
此时SW601设置为:
00100000,对应的速率为:
9.6kbs
ON
DIP
█
█
█
█
█
█
█
█
1
2
3
4
5
6
7
8
2-3-TP602~TP603
注意:
仔细观察可以发现,2-3-TP601~TP603波形中,第1~12个帧同步脉冲之间的数据保持不变,这是帧头。
第13~24个帧同步脉冲之间的数据在随机变化,这是语音数据。
实验二线性分组码实验
(1)在菜单“二信源信道编码”下选择“4:
线性分组码”;
(2)从观测点TP201观测帧同步脉冲信号;
(3)从测试点TP202观测8位基带码元数据;
(4)从TP205观测16位码元数据;
(5)从TP204观测16位码元加错数据;
测量操作与测量结果:
(1)CH1连接到TP201;CH2连接到TP202;
(2)按下示波器的“AUTO”键;
(3)分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”,时间档设为“500us”;
(4)将CH1向上移动,CH2向下移动。
(5)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(6)CH1为帧同步脉冲信号,CH2为8位基带码元数据。
注意:
帧同步脉冲上升沿为帧数据起始时刻。
可见8位基带码元数据为:
01101101,如图2-2-TP201~TP202。
图2-2-TP201~TP202
(7)CH2连接到TP205,记录波形如图2-3-TP201~TP205所示,以帧同步上升沿为起始时刻记录一帧16位码元数据,并8位为一组分为两组,去掉最低位,得到14位码元数据为:
01100111101010,与步骤(6)中的比较可以看出,一个8位基带码元数据线性分组编码后为两个
(7,4)分组码。
将以上两个(7,4)分组码分别带入上述公式左边计算等于右边,也就是无误码。
图2-3-TP201~TP205
(8)CH2连接到TP204,波形如图2-3-TP201~TP204所示,CH2为一帧16位线性分组编码加错后的数据,以帧同步上升沿为起始时刻记录一帧16位码元数据,并8位为一组分为两组,去掉最低位,得到14位码元数据为:
00100111101000,与步骤(6)中的比较可以看出,一个8位基带码元数据线性分组编码后为两个(7,4)分组码;
2-3-TP201~TP204
将上述两(7,4)分组码带入上述公式左边分别得到值为110、010,查下表可知误码位置分别
、
位,误码纠正后得到的14位码元数据为01100111101010与步骤(7)中记录的波形数据相同,可见(7,4)分组码具有1位纠错能力。
111
110
101
011
100
010
001
000
误码位置
无误码
实验三GSM卷积码实验
(1)在菜单“二信源信道编码”下选择“5:
GSM卷积码”;
(2)从观测点TP201观测帧同步脉冲信号;
(3)从测试点TP202观测8位基带码元数据;
(4)从TP205观测16位码元数据;
(5)从TP204观测16位码元加错数据;
测量操作与测量结果:
(1)CH1连接到TP201;CH2连接到TP202;
(2)按下示波器的“AUTO”键;
(3)分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”,时间档设为“500us”;
(4)将CH1向上移动,CH2向下移动。
(5)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(6)CH1为帧同步脉冲信号,CH2为8位基带码元数据。
注意:
帧同步脉冲上升沿为帧数据起始时刻。
可见8位基带码元数据为:
01101101,如图2-3-TP201~TP202。
图2-3-TP201~TP202
(7)采用“实验原理”中的方法,将8位基带数据构造成(2,1,5)卷积码,生成多项式为(31,33)8
生成多项式为(31,33)8得到码的生成多项式C1(x)、C2(x)
(31)8=(11001)2→C1(x)=x4+x3+1
(33)8=(11011)2→C2(x)=x4+x3+x+1
根据码的生成多项式计算8位基带数据构成的(2,1,5)卷积码
为0011100100101000
(8)CH2连接到TP205,记录波形如图2-3-TP201~TP205所示,以帧同步上升沿为起始时刻记录一帧16位码元数据0011100100101000,与步骤(7)中计算得到的8位基带数据构成的(2,1,5)卷积码相同,TP205所测波形就为8位基带数据构成的(2,1,5)卷积码。
图2-3-TP201~TP205
(9)CH2连接到TP204,波形如图2-3-TP201~TP204所示,CH2
16位卷积码加错后的数据为0111100100101100
2-3-TP201~TP204
经维特比译码后得到16位码元数据0011100100101000,对比步骤(8),实现了误码纠错。
实验四GSM交织技术实验
(1)在菜单“二信源信道编码”下选择“6:
GSM交织技术”;
(2)从观测点TP201观测帧同步脉冲信号;
(3)从测试点TP202观测一帧16位码元数据;
(4)从测试点TP203观测一帧16位交织后的数据
(5)从测试点TP204观测一帧16位交织后加错的数据;
(6)从测试点TP205观测一帧16位解交织后的数据;
测量操作与测量结果:
(1)CH1连接到TP201;CH2连接到TP202;
(2)按下示波器的“AUTO”键;
(3)分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”,时间档设为“500us”;
(4)将CH1向上移动,CH2向下移动。
(5)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(6)CH1为帧同步脉冲信号,CH2为16位码元数据。
注意:
帧同步脉冲上升沿为帧数据起始时刻。
可见16位基带码元数据为:
0110011011010100,如图2-4-TP201~TP202。
图2-4-TP201~TP202
(7)CH2连接到TP203,记录波形如图2-4-TP201~TP203所示,以帧同步上升沿为起始时刻记录一帧16位码元数据为:
0111100100111000,此数据是TP202数据的2*8交织得到的;
图2-4-TP201~TP203
(8)CH2连接到TP204,波形如图2-4-TP201~TP204所示,CH2为一帧16位交织加错的数据,以帧同步上升沿为起始时刻记录一帧16位码元数据,得到16位码元数据为:
0110000100111000;
2-4-TP201~TP204
(9)CH2连接到TP205,波形如图2-4-TP201~TP205所示,CH2为一帧16位交织加错后并解解交织的数据,以帧同步上升沿为起始时刻记录一帧16位码元数据,得到16位码元数据为:
0100011010010100;
2-4-TP201~TP205
(10)纠错处理:
步骤14中的解交织后的数据分为两个(7,4)线性分组码0100011、1001010,根据实验二线性分组码实验中原理对两个分组码进行纠错分析:
将上述两(7,4)分组码带入上述公式左边分别得到值为101、110,查下表可知误码位置分别
、
位,误码纠正后得到的14位码元数据为01100111101010与步骤(12)中记录的波形数据相同,这样就通过GSM解交织技术实现了纠错处理。
111
110
101
011
100
010
001
000
误码位置
无误码
第3章扩频通信基础实验
通过键盘和液晶选择“菜单”中的实验“三.扩频通信基础”
实验一直接序列扩频(DS)编解码实验
(1)通过键盘和液晶选择实验“1.直扩编解码”;
(2)从观测点TP201观测时钟信号;
(3)从测试点TP202观测发送数据的波形;
(4)从TP203观测扩频PN码的波形;
(5)从TP204观测扩频后的数据波形;
(6)从TP205观测解扩出来的数据;
(7)从TP206观测解扩后的PN码。
测量操作与测量结果:
(1)CH1连接到TP202;CH2连接到TP205;
(2)按下示波器的“AUTO”键;
(3)分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”,时间档设为“500us”;
(4)将CH1向移动,CH2向下移动。
(5)按“RUN/STOP”键停止波形采样。
(6)CH1为原始数据波形,CH2为解扩数据波形。
比较可以看出:
CH2波形除了时间上有一定延迟外(约300us),形状和CH1波形完全一致,这说明CH2解扩数据和CH1数据完全一致。
如图3-1-TP202~TP205
图3-1-TP202~TP205
注意:
TP202的原始数据在随机变化,所以TP202的波形和TP205的波形始终在变化。
因此实际测的波形和图3-1
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