通信系统综合实践指导书.docx

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通信系统综合实践指导书

通信系统综合实践指导书

2014年11月

1实践介绍

信息处理技术主要分为图像处理技术和语音处理技术两大部分。

图像处理技术包括图像的采集和数字化，图像数据处理变换，图像滤波增强，图像几何形态变换，图像分割，图像分析及识别等相关知识。

语音处理技术包括语音的采集及数字化，时域分析，变换域分析，线性预测分析，矢量量化，语音编码，语音识别，语音合成和语音增强等相关知识。

在大学课程中，我们涉及到的关于信息处理技术的相关课程有信息论基础，多媒体计算机技术，数字图像处理，计算机图形学，图像通信，语音信号处理。

以及各种信息处理的硬件设施和相关的编程语言知识。

实践指导书为语音信号处理部分的实践指导书。

根据信息处理综合实践的目的及方向，以及大学本科4年级已经学习过的课程，我们将以语音/说话人识别的过程为例，综合运用各种语音处理知识和技术，先使用MATLAB进行仿真实现，然后使用达芬奇系统DM6446在硬件实现语音/说话人的自动识别。

1、实践意义及目的

本综合实践主要内容包括：

理论讲授学习、系统或技术方案设计仿真与实现、调试与性能分析三部分，根据各个项目有所不同。

理论讲授主要包括：

各种常见通信系统的组成，各种常见通信技术处理，通信系统的发展和研究，以及实验系统设备简介等。

理论讲授学习部分只是提纲挈领讲解各部分知识点，要求学生结合讲授部分内容在课堂内外查阅大量相关技术资料，主要设计各种技术规范、通信处理算法仿真、各种应用软件使用手册等。

系统设计仿真与实现部分要求学生以分组合作的方式根据前期资料和实践项目的具体指标要求，进行系统或技术方案的设计并进行仿真，对某些内容进行硬件实现，指导教师根据进度和项目内容进行指导。

调试和性能分析部分要求学生在正确设计的基础上对技术指标进行验证，并不断修改设计以达到要求，对问题和故障进行探索解决，对系统在不同条件下的性能进行分析。

目前除了计算机仿真通信系统外，实验室有通信类的硬件设备CC&08程控交换机和RZ600X移动通信系列实验箱，以及WCDMA通信模块实验箱。

经过前期学习，已经了解了通信系统的各部分知识。

要求学生完成一个综合性较强的实践，有利于巩固基础，加强对通信系统的整体理解，通过仿真、测试、手工制作等方式锻炼并提高学生解决实际问题的能力。

2、预备知识

（1）通信原理、移动通信、通信电子电路、电工电子等；

（2）软件/编程技术：

matlab、protel电路设计、CCS等；

3、实践类型

综合设计型。

4、实践方式

分组实践，每组不超过4人，共同完成一个实践项目；共有4个实践项目，每个实践项目不少于3组选择。

完成同一项目的不同小组的设计方案不得雷同。

5、建议的实践步骤

（1）确定项目

根据小组综合情况，可以选择感兴趣、有能力完成的实践项目。

不同的项目难度有所不同，例如无线测温网络制作的难度高于说话人识别。

同时实现过程中所选取的方案不同，难度也不同，完成效率也不同。

（2）设计方案

●确定功能模块

根据实践项目内容要求，在查阅大量资料的基础上，画出系统框图，详细划分各个模块的功能。

●确定各功能模块的实现方法

各个功能模块有不同的实现方式，查找资料后选择一种难度较小、短时间能够实现的方式。

例如数字均衡系统设计中的数字均衡模块，可以仿照《通信原理实验指导书》实验2的介绍采用专用器件实现，也可以采用FPGA或ARM系统先进行数据采集，再进行处理，然后再数模转换输出。

同时确定各功能模块之间通信的接口（输入输出数据的种类、格式、尺寸等），便于分工协作。

●确定设计进度方案

每个实践项目都需要规划好实现方案所需的时间进度。

每个小组根据组员情况合理分工。

（3）验证设计

（4）完成实践报告

6、实践考核

实践成绩有考核成绩和报告成绩构成，考核成绩占75%，报告成绩占25%。

（1）考核成绩

考核分出勤记录、现场演示和实践成果，出勤记录占成绩的50%，现场演示占30%，实践成果占20%。

在综合实践的最后1天进行现场考核，考核方式：

每组PPT讲解自己的实践，并电脑演示。

（2）报告成绩

1）以小组形式递交，电子档和纸质档都要。

小组成员每个人都要写自己的一部分，然后合成一个总体，由小组长总结整理。

2）报告内容

●介绍实践所用总体方案；

●介绍各模块方案、流程、电路图等，并加以注释说明、运行结果等；

●最终实践结果及效果分析，即影响最终结果的各种因素，从方案的优缺点到参数的选择，仿真的结果，实验箱验证的结果等加以论述；

●心得体会；

●不少于15页内容，可以打印；

7、实践时间安排

综合实践共15天，每天不少于3课时。

要求每天实践小组需写实践日志。

8、参考书籍

《通信原理》、《通信电子电路》、《protel电路设计》、《MATLAB/SIMULINK通信系统建模与仿真实例精讲》等，以及相关期刊文献等

2实践项目

项目一：

扩频通信系统MATLAB仿真及RZ600X移动通信实验（限5组）

1、内容

本项目分为两个部分。

第一部分扩频通信系统仿真，目的是学习和了解扩频通信的原理。

数字扩频通信技术已经成为移动通信和室内无线通信系统的基础技术之一，广泛用于各种商用系统。

扩频通信有如下特点：

●内在的抗干扰特性；

●保密性强，发射信号功率低；

●可采用CDMA技术，多用户可在同一信道传输信号；

本项目需使用MATLAB/SIMLINK建立简单的直接序列扩频DS-CDMA系统和跳频FD-CDMA通信系统进行仿真性能分析。

第二部分是RZ600X移动通信实验测量记录。

RZ600X移动通信部分实验的指导书见《移动通信实验系统说明书（2011年9月版）.doc》，包括基础实验部分和系统实验部分。

基础实验部分需要完成的实验项目包括：

实验1、了解m序列、GOLD序列和WALSH序列的产生原理和特性，并使用示波器进行的波形测试，且记录，比较。

实验2、语音模数转换和压缩编码实验。

了解语音模数转换和压缩编码的原理，并使用示波器进行的波形测试，并记录。

实验3、GSM卷积码实验。

了解GSM卷积码的原理，并按照实验步骤使用示波器进行的波形测试，并记录。

实验4、直接序列扩频（DS）编解码实验。

了解直接序列扩频的原理，并按照实验步骤使用示波器进行的波形测试，并记录。

实验5、QPSK调制解调实验。

了解QPSK调制解调的原理，并按照实验步骤使用示波器进行的波形测试，并记录。

实验6、GMSK调制解调实验。

了解GMSK调制解调的原理，并按照实验步骤使用示波器进行的波形测试，并记录。

系统实验部分需要完成的实验项目包括：

实验1、移动终端原理实验。

了解GSM移动系统的物理层和语音通信的原理和过程，并按照实验步骤使用示波器进行的测试，并记录。

实验2、移动台主叫和被叫实验。

了解移动台主叫和被叫的接续的信令流程，并按照实验步骤使用PC机软件和移动终端实验箱按照实验步骤使用示波器进行的测试。

2、要求

●自行选择扩频系统中的调制解调方式；

●仿真绘制扩频系统在不同信噪比的误码率曲线；

●仿真绘制扩频系统在不同振幅同频正弦干扰下的误码率曲线；

●小组每个组员对扩频系统都要了解扩频通信的基本知识；

●每个组员都要记录RZ600X移动通信实验的测量结果；

3、实践报告要求

●选择本项目的小组每个组员都要写实践报告；

●实践报告包括扩频系统基本原理，仿真系统框图，MATLAB编程代码或SIMLINK模块说明，仿真结果图形曲线；

●实践报告包括RZ600X移动通信实验测量点所对应的原理和波形记录，如GMSK原理和测量波形；

●心得体会；

项目二：

扩频通信系统MATLAB仿真及WCDMA模块短信收发及语音通信编程实验（限5组）

1、内容

本项目分为两个部分。

该部分实验使用PC机和WCDMA实验箱。

第一部分扩频通信系统仿真，目的是学习和了解扩频通信的原理。

数字扩频通信技术已经成为移动通信和室内无线通信系统的基础技术之一，广泛用于各种商用系统。

扩频通信有如下特点：

●内在的抗干扰特性；

●保密性强，发射信号功率低；

●可采用CDMA技术，多用户可在同一信道传输信号；

本项目需使用MATLAB/SIMLINK建立简单的直接序列扩频DS-CDMA系统和跳频FD-CDMA通信系统进行仿真性能分析。

第二部分是使用WCDMA模块实验箱连接电脑终端，在电脑上制作一个软件，使之能够通过串口发送AT命令实现短信收发、拨打电话、接听电话的功能。

该部分实验指导书见《3G接入平台-WCDMA接入实验指导书》

2、要求

●自行选择扩频系统中的调制解调方式；

●仿真绘制扩频系统在不同信噪比的误码率曲线；

●仿真绘制扩频系统在不同振幅同频正弦干扰下的误码率曲线；

●小组每个组员对扩频系统都要了解扩频通信的基本知识；

●第二部分编程可以使用任何语言，只要有可执行的图形界面，能够完成各种功能；

●第二部分编程注意串口终端的配置，短信的编码方式，汉字的编码等；

3、实践报告要求

●选择本项目的小组每个组员都要写实践报告；

●实践报告包括扩频系统基本原理，仿真系统框图，MATLAB编程代码或SIMLINK模块说明，仿真结果图形曲线；

●第二部分的软件系统框图和短信收发、拨打/接听电话部分的源代码说明；

●心得体会；

项目三：

数字基带均衡系统设计（限5组）

1、内容

设计一个数字基带均衡的演示实验系统。

在我们的通信原理实验指导书中有个实验二，是数字基带均衡系统实验，因为原有的实验箱是上世纪90年代制作的，很多器件老化、灵敏度降低，已经无法使用，所以在这个项目中，重新设计一个数字基带均衡系统，可以采用不同的方式实现。

项目的系统框图如下，虚框内的部分为设计内容：

外部能够提供的系统资源：

●有±5V和±12V直流电压源；

●有4.096MHz、2.048MHz、1.024MHz时钟信号

●有32位伪随机序列发生器和位同步信号

完成的功能如下：

1）通过分频器将外部提供的时钟信号降低得到合适的时钟信号，如1.024MHz经过32分频得到32KHz时钟信号，或1.024MHz经过128分频得到8KHz时钟信号；

2）分频器的输出提供给伪随机发生器，产生32位m序列作为基带信号源，产生的位同步信号作为测试单脉冲信号；

3）通过开关K可选择哪个信号接入手动可调信道滤波器模块；

4）可调信道滤波器模块是在实验室条件下用来模拟传输信道特性的，其功能如图3所示，a图是输入单脉冲信号，b图是经过传输信道后的冲激响应；该模块的实现方法有很多，常用多路低通滤波器来实现，可通过改变电位器来改变滤波器的传递函数特性，尽而改变传输信道特性。

当然也可使用其他方法来实现，具体请查阅期刊文档等；

图3

5）可调均衡模块的功能是滤除造成码间串扰的旁瓣，如图3（b）中的h1、h2、h4、h5，尽量使h3以外部分为零。

在原系统中是使用模拟器件构成的7抽头可调的横向滤波器实现的，具体可参看《通信原理实验指导书》，电路原理比较复杂，可控性可靠性比较差。

我们在设计时可参照原设计，也可重新采用其他方式设计。

例如先进行AD采样转化成数字信号，再用单片机、DSP、FPGA、ARM等可编程数字芯片设计数字均衡器，然后通过DA转化成模拟信号输出。

但这个数字均衡器必须是可调的，可以通过输入数据来改变数字均衡器的某些参数以完成均衡的功能。

数字均衡器可采用多种均衡器设计，不局限于横向滤波器；

6）去扰滤波器的功能就是滤除叠加在均衡器输出上的高低频噪声；

7）取样判决的功能就是将模拟信号恢复成数字信号序列；

根据设计画出各部分的电路。

2、要求

●仔细了解系统设计的目的；

●发挥想象力去完成各个模块的功能；

●可以将原有的功能模块合并，也可以再细分，只要还能在各测量点测到相应的波形；

●小组每个组员都要了解数字基带通信的基本知识，了解均衡器的实现；

●画出系统的电路图；

●整个设计尽量降低成本；

3、实践报告要求

●实践报告包括数字基带通信的基本知识，各功能模块的设计思路和实现；

●如使用数字器件实现均衡，需给出具体的设计和相应的代码；

●系统的电路图；

●心得体会；

项目四：

无线环境监测模拟装置的设计（限5组）

1、内容

本项目为2009年全国大学生电子设计竞赛D题改编而来，可以参考该设计。

设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度信息的探测。

该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作3个）。

监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。

2、要求

和原电子设计竞赛题目不同点：

●不考虑干电池供电的功率问题，监测终端和探测节点都采用外接电源；

●监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的信息；

●发挥部分只需实现探测节点增加信息的转发功能；

●制作成本不超过100元；

●可以参考电子设计竞赛使用分立元件，也可以自行采用某种集成器件来完成，例如使用单片机加RF24L01；

3、实践报告要求

●实践报告包括设计框图，系统设计方案，器件选型、电路图等等；

●心得体会；