1、RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 1 页 共 77 页移动通信实验 箱 RZ6001 型RZ6001 移动通信实验箱是南京润众科技有限公司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 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 CDMA 移动通信系统。一、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
2、。(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。RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 2 页 共 77 页实验目录第一章 伪随机序列产生实验实验一 m 序列码产生及特性分析实验实验二 GOLD 序列码产生及特性分析实验实验三 WALSH 码产生及特性分析实验第二章 语音变换和性能测试实验实验四 语音变换模块实验实验五 语音压缩编码实验实验六 语音压缩编码性能测试实验第三章 扩频通信基础实验实验七 直接序列扩频（DS）编解码实验实验八 跳频（FH）通信实验实验九 DSCDMA 码分多址实验第四章 数字调制和
3、解调实验实验十 PSK 调制解调实验实验十一 QPSK 调制解调实验实验十二 OQPSK 调制解调实验实验十三 MSK 调制解调实验第五章 数据和话音业务通信实验实验十四 短信收发实验实验十五 移动终端语音自环通信实验实验十六 数据接入 CDMA 信道的收发实验第六章 GSM/GPRS 通信模块实验十七 移动终端与 GSM 设备短信收发实验实验十八 移动终端呼叫 GSM 设备的实验实验十九 PC 机和 GSM 设备通信实验实验二十 GPRS 数据通信实验第七章 用户二次开发说明RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 3 页 共 77 页仪器配置序号 设 备 名 称 型 号 数 量（台） 备
4、注1 移动通信实验箱 RZ6001 1 每组 1 台2 50MHz 示波器 1 每组 1 台3 200MHz 频谱仪 1 每 5 组 1 台4 微 机 1 每组 1 台RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 4 页 共 77 页第一章 伪随机序列产生实验在扩频通信系统中，信号频谱的扩展是通过扩频码（或伪随机序列）来实现的。从理论上讲，用纯随机序列去扩展信号的频谱是最理想的，但接收机为了解扩还应当有一个同发送端扩频码同步的副本。所以实际工程中多用伪随机序列作为扩频码。根据 Shannon 编码定理可知：只要信息速率 Rb 小于信道容量 C，总可以找到某种编码方法，在码周期相当长的条件下，能够几
5、乎无差错地从受到高斯噪声干扰的信号中恢复出原发送的信号。Shannon 在证明编码定理时提出用具有白噪声统计特性的信号来编码。白噪声是一种随机过程，它的瞬时值服从正态分布，功率谱在很宽的频带内都是均匀的，具有及其优良的相关特性。之所以选择随机信号来传输信号，是为了实现多址通信，信号间必须正交或者准正交。这样信号之间不容易发生干扰。但是由于随机信号的不可复制性，接收端无法恢复原始的发送序列，所以采用一个周期性的、足够随机的序列来逼近白噪声性能。这就是伪随机序列，也被成为 PN 码。伪随机序列具有类似于随机序列的性质，归纳起来有下列三点：1平衡特性：随机序列中 0 和 1 的个数接近相等；2游程特
6、性：把随机序列中连续出现 0 或 1 的子序列称为游程。连续的 0 或 1 的个数称为游程长度。随机序列中长度为 1 的游程约占游程总数的 12，长度为 2 的游程约占游程总数的 12 2，长度为 3 的游程约占游程总数的 12 3 ，3相关特性：随机序列的自相关函数具有类似于白噪声自相关函数的性质。伪随机序列具有类似于随机序列的性质，但它的结构或形式是预先可以确定的，并且可以重复地产生和复制。扩频码中应用最广的是 m 序列，又称最大长度线性序列。通常还有 GOLD 序列和 WALSH 序列。由于 m 序列在扩频码中占据特别重要的地位。所以我们先对 m 序列的性质及 m 序列的产生进行讨论。R
7、Z6001 型 移动通信综合实验教程第 5 页 共 77 页实验一 M 序列码产生及特性分析实验一 实验目的1. 了解 m 序列的性质和特点；2. 熟悉 m 序列的产生方法；3. 了解 m 序列的 DSP 实现方法。二 实验内容1. 熟悉 m 序列的产生方法；2. 测试 m 序列的波形；3采用 DSP 来产生 m 序列。三 实验原理m 序列是最长线性反馈移存器序列的简称,是伪随机序列的一种。它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。m 序列在一定的周期内具有自相关特性。它的自相关特性和白噪声的自相关特性相似。虽然它是预先可知的，但性质上和随机序列具有相同的性质。比如：序列中“0”码与“
8、1”码等抵及具有单峰自相关函数特性等。1 m 序列的产生m 序列是由带线性反馈的移存器产生的。结构如图： an-1 an-r.an-3an-2c1 crc3c2.c0 输 出图 1-1 反馈移位寄存器的结构其中 an-i为移位寄存器中每位寄存器的状态，Ci 为第 i 位寄存器的反馈系数。Ci1 表示有反馈，Ci0 表示无反馈。我们先给出一个 m 序列的例子。在图 1-1 中示出一个 4 级反馈移存器。若其初始状态为（a 3, a2 , a1 , a0 ） =（1，0，0，0） ，则在移位一次时，由 a3和 a0模 2 相加产生新的输入 a4=10=1 新的状态变为（a 4 , a3 , a2
9、, a1 ）=( 1, 1, 0, 0)这样移位 15 次后又回到初始状态（1，0，0，0） ，不难看出，若初始状态为全“0” ，即“0，0，0，0” ，RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 6 页 共 77 页1111010110010001011110101100100000111101011001000001111010110010则移位后得到的仍为全“0”状态。这就意味着在这种反馈移存器中应避免出现全“0”状态。不然移存器的状态将不会改变。因为 4 级移存器共有 24=16 种可能的不同状态。除全“0”状态外，只剩 15 种状态可用。即由任何 4 级反馈移存器产生的序列的周期最长为
10、 15。我们常常希望用尽可能小的级数产生尽可能长的序列。由上例可见，一般说来，一个 n 级反馈移存器可能产生的最长周期等于（2 n 1） 。我们将这种最长的序列称为最长线性反馈移存器序列，简称 m 序列。图 1-1 m 序列的产生一个线性反馈移位寄存器能否产生 m 序列，取决于它的反馈系数 Ci(例如上图的 C3)。对于 m 序列，Ci 的取值必须按照一个本原多项式： 中的二进制系数来取niixCf0)(值。n 级移位寄存器可以产生的 m 序列个数由下式决定： rN)12(其中 (x)为欧拉函数，表示小于等于 x 并与 x 互质的正整数个数（包括 1 在内） 。C3a3 a2 a1 a0 输出
11、初始状态24 -1=15（个）RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 7 页 共 77 页表 11 列出了部分 m 序列的反馈系数 Ci，按照下表中的系数来构造移位寄存器，就能产生相应的 m 序列。表 11 m 序列的反馈系数表m 序列的级数 n m 序列的周期P反馈系数 Ci(八机制)3 7 134 15 235 31 45,67,756 63 103,147,1557 127 203,211,217,235,277,313,325,345,3678 255 435,453,537,543,545,551,703,7479 511 1021,1055,1131,1157,1167,1175
12、10 1023 2011,2033,2157,2443,2745,327111 2047 4005,4445,5023,5263,6211,736312 4095 10123,11417,12515,13505,14127,1505313 8192 20033,23261,24633,30741,32535,3750514 16383 42103,51761,55753,60153,71147,6740115 32765 100003,110013,120265,133663,142305m 序列的具有以下性质：（1）均衡性。m 序列中 0 和 1 的数目基本相等。（2）游程分布（3）移位相加
13、性（4）相关特性。自相关波形如图 12 所示 1/p1P图 12 m 序列的自相关波形（5）周期性（6）伪随机性。分布无规律，具有与白噪声相似的伪随机特性。四、实验步骤1观测现有的 m 序列RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 8 页 共 77 页在液晶的主菜单中按下键盘“1” ，则选择“一.伪随机序列” ，出现的界面如下所示：一 . 伪 随 机 序 列1.m序 列 产 生2.GOLD序 列 产 生3.WALSH序 列 产 生选择“1” ，则产生一个周期为 15 的 m 序列。2在测试点 TP201 测试输出的时钟，在测试点 TP202 测试输出的 m 序列码。3自主设计通过 DSP 产生
14、 m 序列1）将 DSP 的仿真器 JTAG 接口与 DSP 模块板的双排针相连，注意连接方向。2）将 CCS2.0 仿真软件打开3）建立一个工程文件，学生在 main.c 中编写产生 m 序列的源代码4）编译和链接程序。5）通过仿真器加载.out 文件，并执行 DSP 程序6）在 TP201 观测时钟输出7）在 TP202 观测产生的 m 序列波形五、实验任务1画出 TP202 测试点的波；2比较 TP202 输出的序列和图 11 中的 m 序列是否一致；3分析和验证 m 序列的周期性、均衡性、游程分布和移位相加性等特性。RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 9 页 共 77 页实验二
15、GOLD 序列码产生及特性分析实验一、实验目的1. 了解 Gold 码的性质和特点；2. 熟悉 Gold 码的产生方法；3. 测试 Gold 码的的波形，了解 Gold 序列的 DSP 实现方法。二、实验内容1. 熟悉 Gold 码的的产生方法；2. 测试 Gold 码的的波形；3采用 DSP 来产生 Gold 码的。三、实验原理m 序列虽然性能优良，但同样长度的 m 序列个数不多，且 m 序列之间的互相关函数值并不理想（为多值函数） 。1967 年，RGold 提出和讨论了一种新的序列，即 Gold 码序列。这种序列有较为优良的自相关和互相关特性，构造简单，产生的序列数多，因而得到广泛的应用
16、。1 m 序列优选对m 序列优选对是指在 m 序列集中，其互相关函数最大值的绝对值满足下式的两条 n阶 m 序列：表 21 给出了部分 m 序列优选对。表 21 部分优选对码表级数 基准本原多项式 配对本原多项式7 211 217,235,277,325,203,357,301,3239 1021 1131,133310 2415 2011,3515,317711 4445 4005,5205,5337,52632Gold 码的产生方法Gold 码是 m 序列的组合码，由同步时钟控制的两个码字不同的 m 序列优选对逐位模整 除为 偶 数 ， 但 不 能 被位 奇 数 412)(/)(nRnxy
17、RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 10 页 共 77 页2 加得到，其原理如图 2-1 所示。这两个码发生器的周期相同，速率也相同，因而两者保持一定的相位关系，这样产生的组合码与这两个子码序列的周期也相同。当改变两个 m序列的相对位移时，会得到一个新的 Gold 码。Gold 码虽然是 m 序列模 2 加得到的，但它已不再是 m 序列，不过仍具有与 m 序列近似的优良特性，各个码组之间的互相关特性与原来两个 m 序列之间的互相关特性一样，最大的互相关值不会超过原来两个 m 序列间最大互相关值。Gold 码最大的优点是具有比 m 序列多得多的独立码组。n级 m序 列 发 生 器n级 m序
18、 列 发 生 器模 2加时 钟m2m1 Gold码 序 列图 2-1 Gold 码序列发生器Gold 码序列具有以下性质：（1）两个 m 序列优选对经不同移位相加产生的新序列都是 Gold 序列，两个 n 级移位寄存器可以产生 2n+1 个 Gold 序列，周期均为 2n-1。（2）Gold 码序列的周期性自相关函数是一个三值函数，与 m 序列相比，具有良好的互相关特性。Gold 码的产生有两种形式：并联形式和串联形式。例如 m 序列本原多项式为：和 ，构成的并联和串联形式的 Gold 码发生61)(xf6521)(xxf器如 22 图所示。 （a）为并联形式， （b）为串联形式。（a）并联结
19、构 （b）串联结构图 22Gold 码发生器 （a） 并联形式（b）串联形式为了观测方便，本实验用两个周期为 31 的 m 序列优选对采用并联结构产生一个Gold 序列，如下图 23 所示。RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 11 页 共 77 页1 2 3 4 51 2 3 4 5图 23 并联结构的 Gold 码发生器四、实验步骤1观测现有的 Gold 序列波形在液晶的主菜单中按下键盘“1” ，则选择“一.伪随机序列” ，出现的界面如下所示：一 . 伪 随 机 序 列1.m序 列 产 生2.GOLD序 列 产 生3.WALSH序 列 产 生选择“2” ，则产生一个级数为 31 的 G
20、old 序列。2在测试点 TP201 测试输出的时钟，在测试点 TP202、 TP203 测试用于产生 GOLD序列的周期为 31 的 m 序列优选对3在 TP204 测试输出的 Gold 序列码。4自主设计通过 DSP 产生 Gold 序列1）将 DSP 的仿真器 JTAG 接口与 DSP 模块板的双排针相连，注意连接方向。2）将 CCS2.0 仿真软件打开3）建立一个工程文件，学生在 main.c 中编写产生 Gold 序列的源代码4）编译和链接程序5）通过仿真器加载.out 文件，并执行 DSP 程序6）在 TP201 观测时钟输出7）在 TP202、TP203 观测用于产生的 Gold
21、 序列的 m 序列优选对波形。8）在 TP204 测试输出的 Gold 序列码。五、实验任务1. 观测测试点 TP202、TP203 和 TP204 的信号波形，对照测试点 TP201 数据输出的时钟，写出对应的信号序列；RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 12 页 共 77 页2. 根据图 23 中结构，计算出该图中的 m 序列优选对的信号序列；3. 比较测试点 TP202、TP203 与上一步计算出来的信号序列是否一致；4. 分析 TP204 的波形与 TP202、TP203 之间的关系；5. 比较根据图 23 计算出来的 GOLD 码和 TP204 测试的波形序列是否一致。RZ60
22、01 型 移动通信综合实验教程第 13 页 共 77 页实验三 WALSH 码产生及特性分析实验一实验目的1了解 Walsh 码的性质和特点；2熟悉 Walsh 码的产生方法；3了解 Walsh 码的 DSP 实现方法。二实验内容1熟悉 Walsh 码的产生方法；2测试 Walsh 码的波形；3采用 DSP 来产生 Walsh 码。三实验原理1Walsh 码的基本概念Walsh 码是正交的扩频码，是根据 Walsh 函数集而产生。Walsh 函数的取值为1 或者1。图 31 展示了一个典型的 8 阶 Walsh 函数的波形 W1。n 阶 Walsh 函数表明在Walsh 函数的周期 T 内，由
23、 n 段 Walsh 函数组成。n 阶的 Walsh 函数集有 n 个不同的Walsh 函数，根据过零的次数，记为 W0、W 1、W 2 等等。 t+1-1 T图 3-1 Walsh 函数Walsh 函数集的特点是正交和归一化，正交是同阶不同的 Walsh 函数相乘，在指定的区间积分，其结果为 0；归一化是两个相同的 Walsh 函数相乘，在指定的区间上积分，其平均值为 1。可以将1 和1 转换为二进制的 0 和 1，这样一个 n 阶 Walsh 函数在周期 T 内取值就转换为由 n 个码元表示的序列。8 阶 Walsh 序列内容如表 31 所示。RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 14
24、 页 共 77 页表 31 8 阶 Walsh 序列编号 Walsh 函数表示 Walsh 码序列表示0 1 1 1 1，1 1 1 1 0 0 0 0， 0 0 0 01 1 1 1 1，1 1 1 1 0 1 0 1， 0 1 0 12 1 1 1 1，1 1 1 1 0 0 1 1， 0 0 1 13 1 1 1 1，1 1 1 1 0 1 1 0， 0 1 1 04 1 1 1 1， 1 1 1 1 0 0 0 0， 1 1 1 15 1 1 1 1， 1 1 1 1 0 1 0 1， 1 0 1 06 1 1 1 1， 1 1 1 1 0 0 1 1， 1 1 0 07 1 1 1
25、1， 1 1 1 1 0 1 1 0， 1 0 0 1Walsh 函数的自相关特性并不理想，但是互相关特性很好，为了改善自相关特性，实际系统中，序列经 Walsh 函数调制后，再用自相关特性好的 PN 序列进行扩频。由于Walsh 函数之间的正交性，可以使用不同的 Walsh 码对不同的信道进行调制，在接收端再用相同的 Walsh 码提取信号，从而接收到所发送的信息。用这种方法，我们可以使多个信道在同一频率上发送而不会相互干扰，这也正是码分多址得以实现的基础。2Walsh 码序列的产生生成 Walsh 序列有很多种方法，通常是通过哈达码矩阵来产生 Walsh 序列。利用哈达码矩阵产生 Wals
26、h 序列的过程是采用迭代的方法。迭代过程如下： NNH2的 逻 辑 取 反 。 例 如 ：为其 中 HnN,.1,2,01H 01,102412 H将上式矩阵中的第 j 行用二进制序列H N,j表示，可以得到相应的 Walsh码序列。四、实验步骤1观测现有的 Walsh 序列波形；在液晶的主菜单中按下键盘“1” ，则选择“一.伪随机序列” ，出现的界面如下所示：RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 15 页 共 77 页一 . 伪 随 机 序 列 1.m序 列 产 生 2.GOLD序 列 产 生 3.WASH序 列 产 生选择“3” ，则产生四个阶数为 16 的 Walsh 码。2在测试点
27、 TP201 测试输出的时钟，分别在测试点 TP202、TP203、TP204、TP205测试 16 位的 WALSH 序列；3自主设计通过 DSP 产生 Walsh 序列；1）将 DSP 的仿真器 JTAG 接口与 DSP 模块板的双排针相连，注意连接方向；2）将 CCS2.0 仿真软件打开；3）建立一个工程文件，学生在 main.c 中编写产生 Walsh 码的源代码；4）编译和链接程序；5）通过仿真器加载.out 文件，并执行 DSP 程序；6）在 TP201 观测时钟输出；7）在 TP202、TP203、TP204、TP205 观测产生的 Walsh 码波形。五、实验任务1. 分别画出
28、测试点 TP202、TP203、TP204、TP205 的信号波形；2. 分析 WALSH 码的特点，分析这四个 Walsh 码之间的正交关系。RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 16 页 共 77 页第二章 语音变换和性能测试实验实验四 语音模数转换实验一、实验目的1. 了解模拟/数字,数字/模拟信号的转换过程；2. 了解 PCM 的编译码原理；3通过观测 A/D、D/A 波形，加深对模数转换的理解。二、实验内容1观测 A/D 转换前后及 D/A 转换前后的波形；2通过改变输入模拟信号，观测 A/D 波形的变换。三、实验原理1模数转换的基本原理在现代数字通信系统中，传输的信号都是数字信
29、号，而我们通信的主要业务语音是模拟信号，要想在数字通信的网络中传输，必须进行信号的模数转换，将模拟信号转换为数字信号。 在现代通信系统中以 PCM 为代表的编码调制技术被广泛应用于模拟信号的数字传输。PCM 的主要优点是：抗干扰能力强；失真小；传输特性稳定，尤其是远距离信号再生中继时噪声不累积，而且可以采用压缩编码、纠错编码和保密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性。另外，PCM 还可以在一个信道上将多路信号进行时分复用传输。脉冲编码调制（PCM）是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，其最大的特点是把连续输入的模拟信号变换为在时间和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。PCM
30、编码通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。为便于用数字电路实现，其量化电平数一般为 2 的整数次幂，有利于采用二进制编码表示。采用均匀量化时，其抗噪声性能与量化级数有关，每增加一位编码，其信噪比增加约6dB，但实现的电路复杂程度也随之增加，占用带宽也越宽。因此实际采用的量化方式多为非均匀量化，通常使用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化。在保持信号固有的动态范围前提下，在量化前将小信号进行放大而对大信号进行压缩。通常的压缩方法有 13折线 A 律和 律两种标准，国际通信中多采用 A 律。采用信号压缩后，用 8 位编码实际可以表示均匀量化 11 位编码时才能表示的动态范围
31、，能有效提高小信号时的信噪比。图RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 17 页 共 77 页示为脉冲编码调制的原理框图。抽 样 量 化 编 码 脉 冲再 现 译 码 LPF噪 声信 道定 时f(x)A/D变 换 D/A变 换（1）抽样定理及其应用低通信号均匀抽样定理：一个频带限制在 0 到 以内的低通信号，如果以xf的抽样速率进行均匀抽样，则 x(t)可以由抽样后的信号 完全地确定指xsf2 )(ts包含有 x(t)的成分，可以通过适当地理想低通滤波器不失真地恢复 x(t)。而最小抽)(t样速率 称为奈奎斯特速率，1/(2 )称为奈奎斯特间隔。sfxf（2）量化量化的过程是指模拟信号 f(
32、t)按照适当抽样速率 进行均匀抽样，抽样周期sf。第 k 个抽样值为 f(k )。抽样值在量化时转换为 Q 个规定电平ssfT/1sT中的一个。量化后的信号是对原来信号的近似。当抽样速率一定时，nm2、 量化级数目增加和量化电平选择适当，可以使与 f(t)近似程度提高。量化过程分为均匀量化和非均匀量化。在均匀量化中，量化噪声与信号电平大小无关。量化误差的最大瞬时值等于量化阶距的一半。所以信号电平越低，信噪比越小。当信号的振幅动态范围越宽，需要的量化电平数就越多。为了克服均匀量化的缺点，需要量化阶距跟随输入信号电平的大小而改变。在低电平时分层细一些，用小的量化阶去近似，对大信号则用大的量化阶去近
33、似。这样就使输入信号与量化噪声之比在小信号到大信号的整个范围内基本一致。因此，就要使用压扩技术来实现非均匀量化。（3）编码信号经过抽样、量化以后成为可以编码的量化信号。量化信号经过模/数变换可以转换成各种各样的编码信号，然后就可以将它们送到信道中去传输，这就是基带信号。代码的形式通常采用二进制，而多进制代码只是用在线路的信噪比较好，可以利用的频带比较窄的情形。（4）数模转换数模转换为模数的反过程，通过将模数转换的数据通过内插和低通滤波来完成。2A/D 和 D/A 转换芯片 AD73311在语音变换实验中，我们采用了 Analog Device 公司的芯片AD73311。AD73311 具有线性
34、 A/D 和 D/A 转换功能，采样频率为 8kHZ64kHZ，可以编程控制，采样字长为 16位。具有大信噪比、输入输出增益可编程控制、低工作电压(2.7V5.5V)，并且一片两RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 18 页 共 77 页用的特点，是一种很受欢迎的芯片。AD 公司的 AD73311 用起来非常灵活，内部有五个控制寄存器(CRA,CRB,CRC, CRD,CRE)，工作时先对其进行一些必要的参数设置。前两个控制寄存器（CRA 和CRB）是用来进行参数设置的，例如设置内部计数器、序列时钟分频率和主时钟分频率。其他三个寄存器用来设置模数、数模控制以及设备的电源控制等。这些寄存器的
35、配置是由和 AD73311 直接相连的语音压缩芯片 AMBE2000 来自动完成的。AD73311 的主时钟频率是 16.384MHZ，采样频率是经过主时钟分频得到的，是 AD73311 的输出信号。A/D转换电路如图 43 所示。图 43 AD73311 电路外围电路设计模拟语音信号通过麦克分到达 AD73311 的模拟输入端口 VIN，经过内部的 A/D 转换，完成采样量化和编码，通过 SDO 端口串行数字输出，每个采样点 16 比特，同时芯片的SDI 端口可以接收数字化后的语音信号，进行 D/A 转换，通过 VOUT 端口，到达喇叭。可以听到相应的声音。其中 SDOFS 和 SDIFS
36、分别为发送和接收数据的帧同步信号。四、实验步骤1. 给实验箱加电，通过键盘和液晶选择“菜单”中的“二 语音变换” 。2. 在语音变换实验中选择“1. 语音模数变换” 。3. 按下 AMBE2000 的复位按钮，对 AMBE2000 进行复位。4. 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。5. 通过测试点 TP502 观测 AD73311 中 A/D 和 D/A 变换的时钟输出，为 1024kHZ。6. 通过测试点 TP503 观测 AD73
37、311 中数字输出和输入的帧同步信号。7. 通过测试点 TP504 观测 AD73311 的 A/D 转换后的数字输出信号。8. 通过测试点 TP505 观测 AD73311 的 D/A 转换前的数字输入信号。RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 19 页 共 77 页9. 通过测试点 TP506 观测 AD73311 完成 D/A 转换后的模拟信号，可以通过调节面板上的 W502 改变输出信号的幅度。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，观测 TP501、TP504、TP505 和 TP506 的信号变换，
38、可以从耳机中听到麦克风的声音。五实验任务1测试各点的波形；2计算 A/D 输出速率。RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 20 页 共 77 页实验五 语音压缩编码实验一、实验目的1了解语音信号压缩的性质和特点；2熟悉音信号压缩的方法；3了解 AMBE2000 完成语音压缩和解压实现方法。二、实验内容1熟悉语音压缩和解压的过程；2测试 AMBE2000 语音压缩和解压的波形；3通过麦克风和耳机来观测语音压缩和解压之后的语音。三、实验原理1语音压缩基本概念语音编码技术可分为两大类：波形编码和参量编码。波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码，其特点是再建信号的质量，即信号的信噪比高，而其变换
39、的比特率在64kb/s 16kb/s 范围，PCM、M 等均属于这一类。参量编码，又叫变换域编码，是在信源信号的频率域或其它正交域抽取其特征参量变换为数字代码进行传输。在接收端从数字代码恢复特征参量，再从参量重建语音信号。这种方法的特点是质量较前者低，但可大大压缩比特速率，多用于窄带信道，如在移动通信、卫星通信、军事通信中应用日益广泛。通用的 PCM 数码率为 64kb/s，语音质量可达到长途通信网的标准要求。ADPCM 在数码率为 32kb/s，可达到 64kb/s 的 PCM 系统的通话质量，而且压缩了数码率。M 系统虽然也压缩了数码率，可工作在 32kb/s 或 16kb/s，但其话音质
40、量不如 PCM 和 ADPCM。理论和实践证明，采用上述语音编码方法，若进一步降低数码率，语音质量会明显下降，达不到电话通信的质量要求，在很低码率时，甚至无法实现通话。通常，降低数码率的语音编码方法，叫语音压缩编码。压缩编码共分为两大类：一类叫中速率压缩编码，指数码率 4.8kb/s16kb/s 范围的语音编码。其语音质量较好，达到常用数字电话通信中等质量要求，清晰度很高、自然度能达到基本要求，通信质量有少许失真，且与语音特征有一定程度关系。谐波压扩ADPCM、子带编码、自适应变换域编码(ATC)、多脉冲预测编码和矢量编码等均属于这一类。另一类叫低速率压缩编码，其数码率从 100b/s 左右到
41、 4.8kb/s。这种编码技术又叫声码器技术，其语音质量比前者差，尤其时自然度较差，较难从声音辨认出讲话人声音RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 21 页 共 77 页的特点；同时，它和语音特征有较大关系，不同人讲话，其质量不同。研究表明：语音编码的极限压缩率为 80100b/s。这是只能传送句子内容，讲话人的音质，情绪等信息就丧失了。广泛应用的早期声码器形式是通道声码器。发端对输入语音进行粗略的频谱分析，而收端产生一信号，其频谱与发端规定的频谱相匹配。目前较常采用的是线性预测声码器，它们不仅语音质量大为提高，同时数码率也得到充分降低。发端包括两个子系统：一个是线性预测编码滤波器；另一个
42、是提取基音和判决清浊音系统。由发端传输清浊音参数，在收端利用这些参数控制激励源。和通道声码器一样，收端激励源或者产生随机噪声，或者产生基音周期脉冲序列，激励幅度取决于输入增益。然后通过合成恢复语音信号。也可以用语音激励来取代基音提取和清浊音判决，构成声激励线性预测(VELP)声码器。多脉冲激励声码器模型是用一串脉冲来代替 LPC 声码器中的周期脉冲和白噪声序列。用于中速(9.616kb/s)语音编码得到了质量很好的合成语音，其优点之一是不必象LPC 声码器那样需要精确提取基音信息和清浊音判决信息。多脉冲激励编码要传送脉冲位置和幅度信息，故编码速率不能压得太低。通常用于中速编码，进一步压低比特率
43、，一般要采用矢量量化(VQ)技术。2AMBE-2000TM 声码器芯片的应用本实验采用的语音压缩编码芯片为 Digital Voice Systems, Inc 公司的 AMBE2000TM 语音编码芯片。该芯片是一种灵活性好，高性能，低功耗的单片实时全双工语音压缩解压芯片。它能在低速率下提供良好的语音质量，并且提供实时，全双向的标准 AMBE 语音压缩算法。经过证明该语音压缩技术在性能上已经超过了CELP， RELP， VSELP，MELP，ECELP，MP-MLQ，LPC-10 和其它的一些压缩技术。AMBE2000TM 语音编码芯片在语音速率和前向纠错数据率的选择上具有很高的灵活性。在总
44、的速率从 2.0kbps 到 9.6kbps 之间用户可以以 50bps 为单位任意的进行这些参数的选择。且具有 FEC（前向纠错）、VAD（语音激活检测）和 DTMF（双音多频信号检测）等功能。该芯片可以保持自然语音的质量甚至在 2.0kbps 的低速率下也可以保证会话内容的可理解性。AMBE 算法的低复杂度使得该算法可以集成到低功耗，低价格的集成电路中。 （1）声码器和语音接口设计AMBE-2000 TM 可以看作由两个分立元件编码器和解码器组成。编码器接收 8KHz的语音采样数据流（16 位线性，8 位 A 律，8 位 率），并且在给定速率下输出通道数据流。解码器接收通道数据流，然后合成
45、语音数据流。AMBE-2000TM 编码器和解码器接口时序是完全异步的。语音接口是外置的 A/D-D/A 芯片，流入和流出的语音数据流格式应该匹配。也就是说，它们必须具有统一的格式。在我们做设计的时候，首先考虑的就是 A/D-D/A 芯片选RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 22 页 共 77 页择、通道接口选择、语音和 FEC 速率。本设计中所使用的是上个实验介绍的 AD 公司生产的 AD73311。图 51 为 AMBE2000 和 AD73311 的接口电路。其中 CO_RX_DATA 从AD73311 接收待压缩的语音数据，CO_TX_DATA 将解压缩后的语音数据交给 AD73
46、311完成 D/A 转换。 图 51 AMBE2000 和 AD73311 的接口电路（2）声码器和主机接口设计AMBE2000TM 与主机的接口有两种模式：主动模式和被动模式。在主动模式下，数据选通信号由 AMBE2000TM 声码器芯片内部产生；而在被动模式下，数据选通信号由外部提供。声码器与主机接口的数据格式分为两种：一种是有格式，另一种是无格式。有格式形式在每 20ms 输出一帧数据，每帧由 24 个 16bit 的字组成，总共为 48 字节或 384位。同时解码器接收到 24 个字。其中前 12 个 16bit 字组成头，包括 ID 状态和控制信息。格式字 0 固定为 0x13EC；
47、格式字 1 用于芯片功率控制；格式字 26 用于指定和表示芯片的压缩数据率；格式字 1223 为压缩数据信息。根据数据率的不同，其数据位数也不相同。在信道上只传输格式字 1223。 。在大多数语音传输系统中，从编码器输出的语音帧系统头信息被抽去，把真正的语音编码数据送到传输信道，接收时，再把头信息、控制信息和语音编码信息进行重新组合，然后再送给解码器，这样输入解码器的语音帧就和编码器输出的就一样了。本设计中，使用了 TI 公司的 C55X 系列的 DSPTMS320VC5509 作为主机和AMBE2000TM 之间进行通信。是利用了 DSP 的 MCBSP0 进行串行通信。接口电路设计如图52
48、 所示。RZ6001 型 移动通信综合实验教程第 23 页 共 77 页CH_RXDATTCH_RXCLKTCH_RXSRBTTEPRDX0RCLKX0RFSX0RINTAMBE20 TMS320VC509图 52 AMBE2000 和主机之间的接口电路从上图可以看出，AMBE2000 工作于有格式的主动模式，数据传输接口的时钟由DSP 提供，数据选通信号 CH_TX_STRB 由 AMBE2000 产生，传输给 DSP 的FSR0、FSX0 以及 AMBE2000 自身的 CH_RX_STRB。每隔 20ms 数据转换结束，EPR 都会向 DSP 发送中断，来通知 DSP 来读取要传输的语音数据和发送接收的语音数据。四实验步骤1给实验箱加电，通过键盘和液晶选择“菜单”中的“二 语音变换” ；2在语音变换实验中选择“2. 语音压缩编码” ；3按下 AMBE2000 的复位按钮，对 AMBE2000 进行复位；4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；5. 通过测试点 TP601 观测 AMBE2000 的语音数据传输的时钟信号；6通过测试点 TP602 观测 AMBE2000 的语音数据传输的帧同步信号；7通过测试点
