1、1GSM 模块 实验一 移动通信系统组成及功能一、实验目的1了解移动通信系统的组成。2了解移动通信系统的基本功能。3了解基带话音的基本特点。二、实验内容1按网络结构连接各设备，构成移动通信实验系统。2完成有线有线、有线无线及无线有线呼叫接续，观察呼叫接续过程，熟悉移动通信系统的基本功能。3用实验箱及示波器观测空中传输的话音波形。三、基本原理移动通信教学实验系统1CT1 无绳电话CT1 无绳电话属于 FDMA 系统，数十个双工频道被全部无绳电话共用,采用话音模拟调频及数字信令技术。系统有一个基地台，即无绳电话座机，通过用户线接入电话网交换机；可带 1-4 部移动台即无绳电话手机（每一时刻，只能有
2、一部手机通话） 。无绳电话是为方便有线电话用户而提出的。它将有线电话座机与通话手柄之间的电缆（绳）去掉，用无线信道代替之，通话手柄成为无绳电话手机。用户持无绳手机在以座机为中心的小范围内移动通话，十分方便。虽然从使用功能上看，无绳电话是有线电话的无线延伸，但其工作原理及使用的技术都属于移动通信范畴。CT1 无绳电话及在其后发展起来的各种数字无绳电话组成的无绳电话大家族，成为常用的四类移动通信系统之一。通常，同一实验室内有许多组实验系统，相距很近，为了防止互相干扰，必须降低无绳电话的发射功率及接收机灵敏度，以减小电磁波作用范围。在此条件下，为了保证同一套实验系统内部接收信号足够强，能正常完成各实
3、验，必须加强无线设备间的无线耦合： 无绳座机 BS 的天线垂直竖立但不要拉出。实验箱”BS 收发信机”天线放置在无绳座机天线与座机外壳之间的缝隙中，使二者无线紧耦合。 无绳手机 MS 的天线不要拉出。将实验箱 ”MS 收发信机 ”天线的芯线与地线夹在一起后套在无绳手机天线上，使二者无线紧耦合。2程控交换机本教学实验系统中程控交换机采用 1 拖 4 双绳路小型用户程控交换机，一条外线可接4 部内部电话。本系统中不用其外线端口，只使用内部 4 条用户线端口，其技术参数与使2用方法与 PSTN 程控交换机相同，相当于 4 门 PSTN 程控交换机。3实验箱实验箱包含的电路模块很多，功能齐备，它既是测
4、量仪器，又可作为被测量对象，其电路原理及使用方法详见附录 2。4移动通信教学实验系统的组成及功能根据上面介绍的各设备原理，按照图 1-3 的布局顺序放置并连接设备，就构成了移动通信实验系统。本系统可实现以下呼叫通话功能：（1）无绳手机呼叫有线电话（无线呼叫有线） ；（2）有线电话呼叫无绳手机（有线呼叫无线） ；（3）有线电话呼叫有线电话（有线呼叫有线） 。在同时满足以下两个条件时，主、被呼用户才可能建立话路，进入通话：（1）被呼用户空闲；（2）主、被呼用户之间至少有一条空闲路径。由以上实验可了解移动通信系统的基本网络结构及功能。另外，在手机与有线电话通话时，用示波器在实验箱上观测发射在空中的话
5、音波形，可了解话音的基本特征。话音是由发音器官中的声音激励源和口腔声道形状的不同而形成的。话音分为浊音和清音，浊音包括元音及浊辅音。浊音对应于声带振动，每个单词中至少包括 1 个浊音。浊音，又称有声音。发浊音时声带在气流作用下准周期地闭合或开启，从而在声带中激励起准周期的声振动，形成浊音声波，如图 1-5 所示。图中 TP 为基音周期，则基音频率fp=1/Tp。通常 fp 在 70300Hz 范围内，则 Tp=313ms。基音频率一般女声较高，男声较低。清音又称无声音。发清音时声带不振动，声道被气流冲击产生较小辐度的声波，其波形与噪声相似，清音信号没有准周期性。包括浊音及清音的话音能量主要集中
6、在 3003400Hz频率范围内。t(ms)10-100相 对 声 压 图 1-3 浊 音 波 形Tp Tp浊音的准周期波形四、实验步骤1按布局顺序放置设备并连接成系统：两部有线电话用户线插入交换机号码801、802 的用户线插孔；无绳电话座机用户线(带用户线信号测量板 LINE.PCB)插入交换相对声压3机号码 804 的用户线插孔。这些号码就是各部电话对应的号码。将交换机、无绳电话座机及手机充电器都接通 220VAC 电源。无绳电话座机、手机及实验箱使用上次实验已经对好码的同一套系统或由教师实验前完成对码，使三者识别码及呼叫信道一致。2有线电话 1 摘机，交换机上对应的 LED 指示灯亮，
7、用户听拨号音。用户拨号呼叫有线电话 2，有线电话 2 振铃，有线电话 1 听回铃。有线电话 2 摘机通话，通话完毕挂机，未挂机的一方听忙音。若有线电话 2 忙（已摘机） ，则有线电话 1 摘机拨号后听忙音。若有线电话 2 用户线从交换机上拔下，有线电话 1 拨号后听回铃。3有线电话 2 拨号呼叫有线电话 1，通话完毕挂机。4无绳手机按“通话”键摘机，听到拨号音后拨有线电话 1 或有线电话 2 的号码，有线电话振铃，无绳手机听回铃。有线电话摘机通话，通话完毕挂机（其中，无绳手机再按“通话”键或将手机放回充电器则挂机） 。5有线电话摘机拨号(804)呼叫无绳手机，手机振铃，有线电话听回铃。手机按
8、“通话”键摘机通话，通话完毕挂机。6将双踪示波器两个探头分别接至实验箱”BS 测量” 及”MS 测量”面板上接收机解调输出端 AFo。接通实验箱电源（K5 置 ON） ，置系统测量自动 AUTO 工作方式( 按”工作方式”控制面板 K1 键至 SYST 灯亮，再按 K2 键使 K2 灯亮 )，实验箱守候在无绳电话控制信道。关发射机（” 发射机控制”面板上的 K6 置 OFF） ，关信令存储显示模块（ ”无线信令存储显示”面板上的 K10 置 OFF） 。手机按“通话”键摘机，与座机一起由控制信道转移到某空闲通话信道，实验箱检测到摘机信令后自动跟踪扫描，锁定于该通话信道。若实验箱因误码未检测到手
9、机摘机信令仍停在控制信道，则按 K3 键启动实验箱扫描信道（ SCAN） ，最后锁定于该通活信道。实验箱锁定于通话信道的标志是：信道扫描仃止并且”BS 测量 ”及”MS 测量”面板同时显示各自的接收频率。五、实验思考一 、移动通信系统组成及功能1画出移动通信实验系统的网络结构方框图，给出系统功能，并说明它是如何由常用的蜂窝移动通信系统在保持基本特证不变条件下合理简化而来。图 1-1 是与公用电话网（PSTN）相连的蜂窝移动通信系统方框图。系统包括大量移动台 MS、许多基站 BS、若干移动交换中心 MSC 及若干与 MSC 相连的数椐库(HLR 、VLR等，图中未画出)，MSC 通过中继线与公用
10、电话网 PSTN 的交换机 EX 相连，接入公用电话网。系统的基本功能是：移动台能与有线电话或其它移动台通话(或传输数椐等信息) 。蜂窝移动通信系统公用电话网（PSTN）MS ( Mobile Station ) : 移动台BS ( Base Station ) : 基地台MSC ( Mobile Switch Center ) : 移动交换中心(包括交换机和数据库)EX ( Exchanger ) : 公用电话网(PSTN)程控交换机TEL (Telephone ) : 有线电话MSMSEX MSCBSBS TELTEL4图 1-1 移动通信系统方框图将系统合理简化得到图 1-2，它将图 1
11、-1 实际系统全部交换机 EX 及 MSC 合并成一部交换机；基站 BS 及移动台 MS 各选用一台；有线电话采用二部。 它与图 1-1 实际系统在包含的各种功能设备(交换机、基站、移动台及有线电话 )、系统基本网络结构(各设备的连接关系) 及系统功能等特征方面是相同的。图 1-2 简化的移动通信系统方框图常用的移动通信系统主要有三类：蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统及无绳电话系统，它们的功能及应用场合各不相同，但它们涉及的基本工作原理及技术是相同的。FDMA 系统一般为模拟移动通信制式，TDMA 及 CDMA（实际上，通常为 TDMA/FDMA及 CDMA/FDMA 混合多址方式）为数字移
12、动通信制式。FDMA 发展早，已成功应用于各种移动通信系统多年，目前在一些领域仍在应用。数字移动通信是在模拟移动通信基础上发展、演进而来的，在网络组成、设备配置、系统功能和工作方式上二者都有许多相同之处。2总结主呼方从摘机、拨号、通话到挂机的各个阶段听到那些信号音。摘机：拨号音 拨号：回铃音；久不拨号送忙音 通话：语音 挂机：忙音信号音 频率连续信号电平（dBm0） 测试点相对电平 （3.5dBr）信号脉冲断续比（S-秒） （H）代表振铃 （L）代表不振铃拨号音 45025 103dBm0 连续信号音回铃音 45025 103dBm0 1S(H)/4S(L)忙音 45025 103dBm0 0
13、.35S(H)/0.35S(L)空号音 45025 103dBm0 4 个 0.1S(H)/0.1S(L) 1 个 0.4S(H)/0.4S(L)证实音 95025 203dBm0 连续音催挂音 95025 025dBm0 连续式、采用五级 响度逐级上升呼入等待音 45025 203dBm0 0.4S(H)/4S(L)MS ( Mobile Station ) : 移动台BS ( Base Station ) : 基地台EX ( Exchanger ) : 程控交换机TEL (Telephone ) : 有线电话MSBSEXTELTEL53画出自己话音浊音波形，给出所测基音频率，与同组同学比较
14、。实验结果：ID 码：3（频道号）BS 测量：接收频率：45.15MHZMS 测量：接收频率：48.15MHZ浊音波形：f=248hz，和同组相比频率不一样。心得：通过实验一，我们对移动通信充的系统组成和基本功能有了一定的了解。常用的移动通信系统主要有三类：蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统及无绳电话系统，它们的功能及应用场合各不相同，但它们涉及的基本工作原理及技术是相同的。话音分为浊音和清音，浊音及清音的话音能量主要集中在 3003400Hz 频率范围内。清音信号没有准周期性实验二、无线数字信令一、 实验目的通过对移动通信教学实验系统的测量，了解一般移动通信系统无线数字信令（空中信令）的基本
15、概念，包括数字信令调制方式、帧结构及传输协议等概念。二、 实验内容1用双踪示波器通过实验箱观测无绳电话无线数字信令波形，了解数据的副载波调制方式及数字信令帧结构。2用双踪示波器通过实验箱观测无绳电话无线数字信令传输协议。三、基本原理典型的移动通信系统 BS 至 MS 之间的无线数字信令帧结构如图 2-1 所示，它包括位同步码（又称为前置码） 、帧同步（又称为字同步） 、有效数据（包括地址、消息和其它数据）及纠/检错码四部分，分别介绍如下。位同步 帧同步 有效数据 纠 /检错码图 2-1 典型的数字信令帧结构1无绳电话无线数字信令副载频调制方式及帧结构6信令数据先对副载频进行 FSK 调制，即一
16、次调制，如表 2-1 所示。然后再对45/48MHz 的主载频调频（FM） ，即二次调制。由于每个码元只调制为 1 个周期的副载频，故与经典的 FSK 调制相比有点不同：码元宽度随 0/1 数据而变化。表 2-1 信令数据的 FSK 调制方式数据 FSK 调制参数0 周期 2.0ms 的一周方波1 周期 2.8ms 的一周方波帧同步 S 周期 4.0ms 的一周方波数据帧的典型结构以手机拨号码 7 为例，见图 2-2。数据帧各部分的含义见图 2-3，其中有效数据有 12 位，分为三个部分： 0S1010011100波 形数 据 图 3-1 典 型 的 信 令 帧 结 构图 2-2 典型的信令数
17、据帧结构0 0 S, 1 0 1 0, 0 0, 1 1 1 0, 0 0图 2-3 信令数据帧各部分的含义表 2-2 手机号码手机号码 1 2 3 4代码 00 10 01 11倒序代码 00 01 10 11表 2-3 无绳电话常用消息消息 代码（倒序读出）拨号码 0-9、*、#01-09H、0EH、0FH闪断（Flash ） 10H挂机 12H2无线数字信令传输协议无绳电话呼叫接续有不同状态，包括手机被呼振铃，手机主呼/被呼摘机，手机拨号，进入通话后手机进行“闪断” 、 “换频” 、 “挂机”等操作。在呼叫接续的不同状态下，信令传输协议各不相同，下面仅介绍手机拨号、闪断（Flash）及通
18、话结束后挂机的信令传输协议。（1）手机拨号同步码 IDH 手机号 代码 消息(消息)波形：数据： 0 0 0 07图 2-4 手机拨号信令传输过程（2）手机挂机图 2-5 手机挂机信令传输过程图 2-5 为手机挂机信令传输过程。由图可见，其过程与手机拨号完全相同，唯一的区别是消息内容不同。四、实验内容1、 （1）手机拨号码 1，MS 发：00S 1010 00 1000 00BS 发：00S 0111 S0111（2）手机拨号码 3，MS 发：00S 1010 00 1100 00BS 发：00S 0111 S0111MS 发：0 0 S, 0 1 0 0, 0 0, 0 1 0 0, 1 0
19、; S 0 1 0 0, 0 0, 0 1 0 0, 1 0; 0 0 S, 0 1 0 0; S 0 1 0 0; S 0 1 0 0.BS 发： 0 0 S, 1 0 1 1; S 1 0 1 1; S 1 0 1 1.同步 IDH 挂机消息手机号代码MS 发：0 0 S, 0 1 0 0, 0 0, 1 1 1 0, 0 0; S ,0 1 0 0, 0 0, 1 1 1 0, 0 0; S, 0 1 0 0; S 0 1 0 0; S 0 1 0 0.BS 发： 0 0 S, 1 0 1 1; S 1 0 1 1; S 1 0 1 1.同步 IDH消息(拨号码 7)重发消息帧应答确认(
20、IDL)重发应答确认同步 应答(IDL)重发应答手机号代码8（3）手机拨号码 9，MS 发：00S 1010 00 1001 00BS 发：00S 0111 S0111（4）手机进行“闪断”操作，MS 发：00S 1010 00 0000 10BS 发：00S 0111 S0111（5）手机挂机，MS 发：00S 1010 00 0100 10BS 发：00S 0111 S01112根椐信令传输过程中，因接收误码导至消息帧重发 2 次以上的现象，数字信令传输采用差错控制方式为检错重发。BS 未收到正确的消息帧，则不发应答，等效为发送请求重发信息，MS 就连续重发第 3 个、第 4 个消息帧，直
21、至收到 BS 的应答为止（或MS 因发送超时，放弃这次信令传输） 。9五、思考题测量并记录手机主呼摘机信令传输过程，试分析信令帧结构及传输协议。（注：研究性题目，无现成答案）心得：通过实验二，我们对移动通信系统无线数字信令的基本概念有所了解。典型的移动通信系统 BS 至 MS 之间的无线数字信令帧包括位同步码（又称为前置码） 、帧同步（又称为字同步） 、有效数据（包括地址、消息和其它数据）及纠/检错码四部分。实验四、多信道共用、空闲信道选取方式1总结本实验系统的无绳电话空闲信道选取方式。实验结果: -3-6-9-12-15-18-01-选取方式：以 3 为间隔选择随即信道。2总结本实验系统的无
22、绳电话在通话状态下信道切换的变化规律，并回答当下一个信道已被其它电台占用成为忙信道时还会切换到该信道吗？K6 关闭时，信道的选取是按顺序的随机选取；K6 开启时，电话的频道变化不10影响实验箱的频道号。实验五、FH-CDMA （跳频码分多址）移动通信1、整理实验记录，画出图 5-3 所示 FH-CDMA 系统在同地址同步 FH-CDMA 工作方式下，工作过程图及数椐传输处理波形图，结合不同地址 FH-CDMA 工作方式下接收端接收不到发端信号、AF O输出恒为一片噪声的情况，说明 FH-CDMA的基本工作原理。FH-CDMA 实验系统如下：数椐传输处理波形图：AFO 处信号波形和原信息相比 A
23、FO 处幅值变小，高低电平相反，但信息内容是相同的DK1 处信号波形：幅度图 5-3 FH-CDMA 移动通信实验系统信码 D1(RX-MS)AF0(TX-BS)CLKDK(fb=1.2kb/s) (清除)DK1 DK2调制 解调 0Tb( ) dt 采样(采样)时钟同步频率合成器跳频序列跳频同步频率合成器跳频序列umBS MS11经过反相器作用，高低电平取反后和原信息相同。DK 处信号波形：采样后，出现一定的延时。FH-CDMA 的基本工作原理：FH-CDMA ( Frequency Hopping-Code Division Multiple Access ) 跳频码分多址移动通信系统原理
24、框图如图 5-1 所示。基带信号对载波调制后发射，载频来自频率合成器，在跳频序列（常用 PN 序列即伪调 制信码频率合成器跳频序列发生器频率合成器跳频序列发生器解 调同步电路信码图 51 FHCDMA 移动系统原理框图12噪声序列：PseudoNoise sequence）的控制下随机跳变（最简单的控制方法是以 PN 序列值作为频道号） 。收端的本振亦来自受跳频序列控制的频率合成器，接收频率随机跳变。当收发二端频率按同一跳频序列随机跳变，并且达到同步时，接收端就可解调出发端信息。当收发二端频率按不同跳频序列随机跳变时，二端频率在任何时刻都不相同或相同的概率极小，即频率序列相互正交或准正交，接收
25、端收不到发射端的信息。以上两种情况，前者为同地址 FH-CDMA 用户正常通信过程；后者为不同地址 FH-CDMA 用户之间相互干扰关系。心得：本次实验使我们对 FH-CDMA 的跳频码分多址移动通信系统原理有了进一步的理解，通过实验结果观察出同地址 FH-CDMA 用户正常通信和不同地址 FH-CDMA 用户间相互干扰关系图。实验七、TDMA（时分多址）移动通信（1） 、整理实验记录，分别画出系统在二种子工作方式下发端 D1 及收端AFO、D K1、D K2、CLK(上升沿有效)、D K 波形，分析、总结 TDMA 通信工作原理。实验结果：二信道 TDMA 通信子工作方式如下所示K2 灯指示
26、子方式序号闪速 占空比子工作方式1 1Hz 0.1 发 D1(TS1+TS2)，收 d1(TS1)2 1Hz 0.9 发 D1(TS1+TS2)，收 d2(TS2)占空比为 0.9 时D1 与 AF0 波形为 D1 与 DK1 波形为13D1 与 DK2 波形 D1 与 CLK 波形（上升沿有效）占空比为 0.1 时：D1 与 AF0 波形 D1 与 DK1 波形D1 与 DK2 波形 D1 与 CLK 波形关断 TX-BS，则发送台没发送，但接受台还是有在等待接收，故还会有一定规律的波形，但并非发送台信息。波形如下：占空比为 0.1 时 14D1 与 AF0 波形 D1 与 DK1 波形D1
27、 与 DK2 波形 D1 与 CLK 波形占空比为 0.9 时D1 与 AF0 波形 D1 与 DK1 波形D1 与 DK2 波形 D1 与 CLK 波形15TDMA 工作原理：时分多址 TDMA（Time Division Multiple Access）是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，1 个时隙就是一个 TDMA 信道，按需要动态分配给用户使用。在频分双工（FDD）方式中，上行链路（MSBS）和下行链路（BSMS）的帧分别占用具有足够间隔（双工频率间隔）的不同频率。在时分双工（TDD）方式中，上下行帧交错排列在相同载频上。为保证在不同传播时延情况下，各移动台到达基站的信
28、号不重叠，采取了以下二个措施：（1）移动台受基站控制，动态调整所占用的上行时隙发送时刻的提前量，补偿电磁波从基站移动台基站的传播时延。（2）移动台上行时隙起始和结束位置留有保护间隔，在该间隔内不传送信号。实验结果：关断 TX-BS，则发送台没发送，但接受台还是有在等待接收，故还会有一定规律的波形，但并非发送台信息。心得：通过实验七的图形观察及分析，对于 TDMA 原理有了更深刻的认知：把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，1 个时隙就是一个 TDMA 信道，按需要动态分配给用户使用。实验八 DS/FH（直扩加跳频）混合多址移动通信一、实验目的了解 DS/FH（直扩加跳频）混合多址移
29、动通信原理。二、实验内容测量 DS/FH 混合多址移动通信实验系统各点信号波形及数据，分析、了解 DS/FH 混合多址通信工作原理。三、基本原理DS/FH（直扩加跳频）混合多址通信系统采用一组 N 个正交地址码序列，在一对双工载频上可形成 N 个 DS-CDMA 逻辑信道，而载频又按 FH-CDMA 方式采用一组 M 个正交跳频序列中的某一序列随机跳频，共形成 NM 个逻辑信道，按需要动态分配给用户使用。16DS-CDMA 及 FH-CDMA 各自的工作原理已分别在实验六及五中介绍，不再重述。DS/FH 混合多址综合了 DS-CDMA 及 FH-CDMA 的特点，具有极强的抗干扰及抗多径衰落能
30、力，所付出的代价是电路较复杂。图 8-1 是实验箱电路组合成的 DS/FH 混合多址移动通信实验系统框图。TX-BS 是实验箱 BS 的发射机，RX-MS 是实验箱 MS 的接收机。收端通过切换本地地址码 Ci 为 C1/C2模拟二个移动台 MS1/MS2 接收机。信码 D1、D 2 及地址码 C1、C 2 的设置同实验六，即D1=10101100（周期循环） ，D 2=01010011（周期循环） ，C1=W18=01010101，C 2=W78=01101001。跳频序列的设置同实验五。当收发两端按同一 PN 序列同步跳频时（同地址同步 FH-CDMA 方式 ） ， 收 端 就 能 收到两
31、路直扩数据中的某一路 D1 或 D2(ci=c1 或 c2)；当收发两端按不同 PN 序列跳频时（不同地址 FH-CDMA 方式） ，收端收不到发端数据。四、实验步骤1设置实验箱为 DS/FH 混合多址工作方式（按 K1 键至 HYMA 灯亮，再按 K4 键使K4 灯亮） ，打开发射机 TX-BS（K6 置 ON，K7 置 BS， ”BS 测量”面板的”发射”灯亮） ，置内调制（K9 置” 内调制”） ，实验箱内部组合成图 8-1 所示 DS/FH 混合多址通信系统。2反复按 K4 键，系统循环步进处于表 8-1 所示三种子工作方式之一。表 8-1 DS/FH 混合多址通信子工作方式(HYMA
32、 灯常亮)K4 灯指示子方式序号闪速 占空比子工作方式1 1Hz 0.1 发 D1(C1)+D2(C2)，同地址同步 FH，收 D1(C1)2 1Hz 0.5 发 D1(C1)+D2(C2)，同地址同步 FH，收 D2(C2)(RX-MS)AF0跳频序列跳频序列（15 跳/秒）(TX-BS)DK1(清除)时钟 CLKDK2调制 解调 0Tb( ) dt 采样DK(D1/D2)地址码 Ci(C1/C2)图 8-1 DS/FH 混合多址移动通信实验系统(采样)BS MS1/ MS2频率合成器 频率合成器DE2地址码 C1(Rp=2.4kc/s)信码 D2地址码 C2DE1信码 D1(Rb=300b
33、/s)幅度um173 1Hz 0.9 发 D1(C1)+D2(C2)，不同地址 FH，收 D1(C1)3双踪示波器设置为：双踪/切换(CHOP) 扫描方式；二个通道为DC、1V/DIV2V/DIV ；扫描速率 2ms/DIV5ms/DIV；外触发、DC 方式，外触发输入接至实验箱”BS 测量” 或”MS 测量 ”面板 TRI 端。4顺着信号流向测量并用座标纸记录三种子方式下系统发端D1、C 1、D E1、D 2、C 2、D E2、u m 及收端 AFO、 Ci、D K1、D K2、CLK( 上升沿有效)、D K 波形，分析、了解 DS/FH 混合多址通信原理。占空比为 0.1 时AF0 C1C
34、2 CiCLK D1D2 DE118DE2 DKDK1 DK2um占空比为 0.5 时AF0 C119C2 CiCLK D1D2 DE1DE2 DK20DK1 DK2um占空比为 0.9 时AF0 C1C2 Ci21CLK D1D2 DE1DE2 DKDK1 DK2um22心得：前几次的实验为本次实验的顺利进行打下了良好的基础，通过本次实验，了解DS/FH 混合多址综合了 DS-CDMA 及 FH-CDMA 的特点，具有极强的抗干扰及抗多径衰落能力，所付出的代价是电路较复杂。CDMA 模块实验一、 m 序列相关特性四、实验步骤（1）示波器设置：CH1 内触发，直流耦合。CH1 测量“测量仪”模
35、块上 PN 序列同步信号端 TRI。CH2 顺次测量 PNi与 PNj，与表 3-1-1表 3-1-4 中对应的测量项目表比较是否相同。测得 PNi 端的波形如下所示：（结果是相同）（2）示波器设置：外触发，直流耦合，外触发信号接自 TRI。按 K4 键使 K4 键 LED 灯灭，选择“手动延时” 。示波器二个通道同时测量 PNi及 PNj，观测 PNj对 PNi的时延 。每按 K4 一次 K4 键 LED 灯闪亮一下，并且 LED 数码管显示时延 增加 0.2Tp，观测 PNj对 PNi的实际时延与 LED 数码管显示的是否相同。 （实验结果：相同）23右图为时延增加 0.4 Tp即 K4
36、按下两次的波形图，LED 显示 0.4 （3）示波器一个通道测量 PNj，另一个通道顺次测量 PNi(t)PNj(t- )及 Ri， j( )。反复按 K4 键，观察 PNj时延变化及 PNi(t)PNj(t- )和 Ri， j( )的相应变化。（3）示波器一个通道测量 PNj，另一个通道顺次测量 PNi(t)PNj(t- )及 Ri， j( )。反复按 K4 键，观察 PNj 时延变化及 PNi(t)PNj(t- )和 Ri， j( )的相应变化。PNi(t)PNj(t- )波形：LED 显示 2.0LED 显示 0.4Ri， j( )图形如下：时延为 024时延为 100实验结果：时延 =
37、0 时，自相关情况下： PNi(t)PNj(t- )=0 Ri， j( )=0 互相关情况下： PNi(t)PNj(t- )有波形， Ri， j( )无波形时延 =2 时，自相关情况下： PNi(t)PNj(t- )在时延时间内会产生脉冲 Ri， j( )=0互相关情况下： PNi(t)PNj(t- )在时延时间内会产生脉冲 Ri， j( )=0结论：时延越大，脉冲越宽（4）按着 K4 不放至 K4 的 LED 灯常亮，进入“自动延时”方式，PN j(t- )自动步进延时，延时增量为 0.2Tp，LED 数码管显示时延值 。示波器改为 2S/DIV 慢扫描，一个通道（置为 1V/DIV）测量
38、Ri， j( )，另一个通道测量 Ri， j( )重复周期指示信号 SYR，记录二者波形。其中，R i， j( )记录大致波形，但要准确测量记录 Ri， j( )正负峰值。R i， j( )波形中的小毛刺、小起伏不要理睬，这是步进延时跳变瞬间 PNi 及 PNj 码型的短暂混乱所造成。Rij（t）和 SYR 处的波形：Vmax=2.48v Vmin=-480mv 扫描时间是 2s。255. 按 K3 键使 K3 键 LED 灯亮，选择“互相关” 。选择了“5 阶 m 序列互相关特性测量”方式。重复步骤 4。 互相关时 Rij（t ）不会出现尖脉冲。6. 按 K2 键使 K2 键 LED 灯亮，
39、选择“ m7”；按 K3 键使 K3 键 LED 灯灭，选择“自相关”。选择了“7 阶 m 序列自相关相关特性测量”方式。重复步骤 4。7 阶的 m 序列由于码长时 27-1 位，所以扫描时间较 5 阶的长，时间是 10s。7. 按 K3 键使 K3 键 LED 灯亮，选择“互相关” 。选择了“7 阶 m 序列互相关特性测量” 方式。重复步骤 4。扫描时间 10s，互相关函数没有出现尖脉冲。心得：通过本次实验，借助示波器两个通道和 LED 灯的显示以及所学理论知识，对 m 序列相关特性有了进一步的认识。同时细心、严格按照实验操作是实验成功的保证。26实验五、数据成帧及帧同步提取一、实验目的了解
40、 CDMA 移动通信实验系统发端用户数据成帧收端帧同步提取工作原理。二、实验内容1. 发端由信源开始顺着信号处理的流向用示波器观各电路模块输入/ 输出数据，了解成帧过程及原理。2. 收端用示波器测量有关信号，了解帧同步提取过程及原理。三、基本原理1. 发端用户数据成帧7 位拨码开关设置并行数据 并/串变换加编码器尾比特卷积编码器 成帧D1 Dler Dlfr1.425kb/s 2.85kb/s 2.85kb/s用户 1 数据（信码）D1 用 7 位并行拨码开关人工设置（D 2、D3、D4 还可选用内部电路产生的随机并行数据） 。7 位并行数据首先由“并/ 串变换”电路变成串行数据，然后在最后加
41、入 1 位为 0 的尾比特，共 8 位形成一帧数据 D1。尾比特的加入是为了完成其后一帧数据独立的卷积编码，使相邻帧数据之间无约束关系。D 1 送入（2，1，2）卷积编码器进行卷积纠错编码，输出 Dler，每帧数据加倍成为 28=16 位，码速率也由 1.425kb/s 加倍成为2.85kb/s。每帧 16 位有效数据送入“成帧” 电路，在前面集中插入 8 位帧同步（帧同步码由7 位巴克码前面加上 1 位 0 而组成，为 01110010） ，形成完整一帧数据 Dlfr 共 24 位，完成用户数据的成帧处理。2. 收端帧同步提取 9收端帧同步提取及纠错解码由单片机 CPU2 实现，在提取帧同步
42、前，收端已完成 PN码同步及解扩（去扰） 、载波解调及 Walsh 码相关检测，输出信码 Drxs 及同步时钟 CPb。以接收 BS1 的用户 1 数椐为例，在无误码时，Drxs=Dl xs；在无误码并且无分组交织/去交织时，Drxs=Drfr= Dlfr。分组去交织Drfr 卷积解码器Dr LED显示Drxs帧同步提取CPbFSCPbCPb27帧同步提取电路在同步时钟 CPb 驱动下，逐位输入连续的信码，存入串行移位寄存器，以适当的判决门限识别帧同步码，并经过帧同步保护以最低的漏同步概率及假同步概率达到帧同步，输出帧同步信号 FS，控制分组去交织及卷积解码器正确地按帧时序处理输入信码流，恢复
43、原始用户数据 Dr，并且送 LED 电路显示。帧同步提取模块由帧同步码识别及帧同步保护二部分组成，输入信码在同步时钟驱动下逐位进入 8 位移位寄存器。每当进入 1 位信码后，将移位寄存器中的 8 位信码与帧同步码 01110010 逐位比较是否相同，然后求相同的总位数与判定门限 7 比较。相同位数大于等于 7 位，则判定为是帧同步码；否则不是帧同步吗。这里选择的判决门限，允许输入帧同步码有 1 位误码，以减小漏同步概率。帧识别器实际上是个自相关检测器。帧同步码识别 帧同步保护Drxs FSCPb帧同步提取模块工作状态分别捕捉态（帧失步状态）及维持态（帧同步状态） 。在捕捉状态下，必须在连续几帧
44、（例如 帧）的相同时隙都识别到帧同步码，才确认达到了帧同步状态。以防止用户信码中可能出现的帧同步码型造成的假同步。这称之为后方保护。在帧同步状态下，在每帧数据的帧同步码时隙可能因误码造成漏识别。只有连续几帧（例如 帧）检测不到帧同步码才确认已帧失步，再重新开始捕捉。这称之为前方保护。CPb移位寄存器输入信码Drxs 相同位数7判决0 1 0 0 1 1 1 0M帧同步识别信号四、实验步骤及数据（一）实验箱及示波器的设置按要求设置试验箱（二） “发端数据成帧” 测量步骤（参见图 3-2-1）1. 示波器设置 CH1 内触发，直流耦合。2. CH1 观测 BS1 模块帧同步信号 FS。CH2 观测
45、信码 D1。改变 D1 拨码开关D10D16，观测 D1 的相应改变。28观测结果：波形逐渐向右移动。3. CH2 观测 D1 经卷积编码输出的 Dler，对比时钟 CPb，与 FS、D1 时序关系对齐，记录在表 3-2-1 中（纠错编码原理见实验三） 。4. CH2 观测 Dler 经“成帧” 电路插入帧同步码 01110010 后输出的成帧信码 Dlfr，对比时钟 CPb，与 FS、D1 时序关系对齐，记录在表 3-2-1 中。根据“发端数据成帧 ”实验过程及记录的数据，说明数据成帧处理过程。实验所得数据如下：发端 BS1 用户 1 数据成帧过程FS 波形CPb 波形CPb 序号 1 2
46、3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2D1 数据 1 0 1 0 0 1 1 0D1 标号(Dli) D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17Dler 数据 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1Dlfr 数据 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1D1 的数据是 7 位拨码开关 1010011 加上尾比特码 0 形成 1010 0110，D1 数据经过卷积编码器形成 Dler 数据 1101 1101 00
47、11 1001，Dler 加上帧同步码 01110010 形成完整的数据帧 Dlfr 数据 0111 0010 1101 1101 0011 1001D1 数据和 FS 波形对齐图：Dler 和 FS 波形对比图如下：FS 波形中高电平对应的 Dler 波形中的则为数据位 1101 1101 0011 1001Dlfr 波形如下：29对应码位 0111 0010 1101 1101 0011 1001发端用户数据成帧处理过程：7 位拨码开关设置并行数据 并/串变换加编码器尾比特卷积编码器 成帧D1 Dler Dlfr1.425kb/s 2.85kb/s 2.85kb/s图 3-5-1 发端用户 1 数据成帧用户 1 数据（信码）D1 用 7 位并行拨码开关人工设置（D 2、D3、D4 还可选用内部电路产生的随机并行数据） 。7 位并行数据首先由“并/ 串变换”电路变成串行数据，然后在最后加入 1 位为 0 的尾比特，共 8 位形成一帧数据 D1。尾比特的加入是为了完成其后一帧数据独立的卷积编码，使相邻帧数据之间无约束关系。D 1 送入（2，1，2）卷积编码器进行卷积纠错编码，输出 Dler，每帧数据加倍成为 28=16 位，码速率也由 1.425kb/s 加倍成为2.85kb/s。每帧 16 位有效数据送入“成帧” 电路，在前面集中插入 8 位帧同步（帧同步码由7 位巴克码前面
