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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