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现 代 通 信 新 技 术实验指导书(初稿)烟台大学文经学院 二零一二年三月目录实验一、实验平台的简介3实验二、PSK调制与解调实验(通原)10实验三、QPSK调制与解调(通原)18实验四、块交织及解交织实验(移动)25实验五、GSM通信系统实验(移动)31实验六、用户线接口实验(程控)35实验七、信令信号的产生及观测(程控)41实验八、简单的组网实验(网络)45实验一、实验平台的简介一、 实验目的1、了解实验平台及环境。2、了解通信模块。二、 实验内容登录仿真型开发实验室管理系统修改个人密码，登录E-Labsim开放型仿真实验平台。三、 实验步骤1、通过IE浏览器，在地址栏中输入192.168.10.9按回车进入登录仿真型开发实验室管理系统登录界面，输入学号，密码默认为888888。2、通过桌面的进入E-Labsim开放型仿真实验平台。实验二、PSK调制与解调实验一、 实验目的1、 掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。2、 掌握用键控法产生PSK/DPSK信号的方法。3、 掌握PSK/DPSK相干解调的原理。4、 掌握绝对码波形与DPSK信号波形之间的关系。二、 实验内容1、 观察绝对码和相对码的波形和转换关系。2、 观察PSK/DPSK调制信号波形。3、 观察PSK/DPSK解调信号波形。三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 号模块 一块4、 号模块 一块5、 20M双踪示波器 一台6、 连接线 若干四、 实验原理1、 2PSK/2DPSK调制原理PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于ASK移幅键控和FSK移频键控。因此，PSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。PSK信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定0相位载波和相位载波分别代表传1和传0，其时域波形示意图如图2-1所示。设二进制单极性码为an，其对应的双极性二进制码为bn，则2PSK信号的一般时域数学表达式为： （2-1）其中：则（2-1）式可变为： （2-2）图2-1 2PSK信号的典型时域波形由（2-1）式可见，2PSK信号是一种双边带信号我们知道，2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会与发送的数字信息完全相反，从而造成错误的恢复。这种现象常称为2PSK的“倒”现象，因此，实际中一般不采用2PSK方式，而采用差分移相（2DPSK）方式。2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用相位偏移x表示（x定义为本码元初相与前一码元初相之差），并设”则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：数字信息：00111001012DPSK信号相位：000000或： 0 0 0 0 0图2-2 2PSK与2DPSK波形对比图2-2为对同一组二进制信号调制后的2PSK与2DPSK波形。从图中可以看出，2DPSK信号波形与2PSK的不同。2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号。这说明，解调2DPSK信号时并不依赖于某一固定的载波相位参考值。只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个关系就可以正确恢复数字信息，这就避免了2PSK方式中的“倒”现象发生。同时我们也可以看到，单纯从波形上看，2PSK与2DPSK信号是无法分辨的。这说明，一方面，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；另一方面，相对移相信号可以看成是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。为了便于说明概念，我们可以把每个码元用一个如图2-3所示的矢量图来表示。图中，虚线矢量位置称为基准相位。在绝对移相中，它是未调制载波的相位；在相对移相中，它是前一码元载波的相位。如果假设每个码元中包含有整数个载波周期，那么，两相邻码元载波的相位差既表示调制引起的相位变化，也是两码元交界点载波相位的瞬时跳变量。根据ITU-T的建议，图2-3（a）所示的移相方式，称为A方式。在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取0、。因此，在相对移相后，若后一码元的载波相位相对于基准相位为0，则前后两码元载波的相位就是连续的；否则，载波相位在两码元之间要发生跳变。图2-3（b）所示的移相方式，称为B方式。在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取/2。因而，在相对移相时，相邻码元之间必然发生载波相位的跳变。这样，在接收端接收该信号时，如果利用检测此相位变化以确定每个码元的起止时刻，即可提供码元定时信息，这正是B方式被广泛采用的原因之一。图2-3 二相调制移相信号矢量图2DPSK的调制原理与2FSK的调制原理类似，也是用二进制基带信号作为模拟开关的控制信号轮流选通不同相位的载波，完成2DPSK调制，其调制的基带信号和载波信号分别从“PSK-NRZ”和“PSK载波”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS”点输入，其原理框图如图2-4所示：图2-4 2DPSK调制原理框图差分变换在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有抗干扰噪声能力强，在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而这种方式广泛应用在实际通信系统中。DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，既把数据信息源（如伪随机码序列、增量调制编码器输出的数字信号或脉冲编码调制PCM编码器输出的数字信号）作为绝对码序列an，通过差分编码器变成相对码序列bn，然后再用相对码序列bn，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。 绝对码是以宽带信号码元的电平直接表示数字信息的，如规定高电平代表“1”，低电平代表“0”。 图2-6（a） 差分编码器电路 图2-6（b） 工作波形相对码（差分码）是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的，如规定：相对码中有跳变表示1，无跳变表示0。 图2-6（a）是差分编码器电路，可用模二加法器延时器（延时一个码元宽度Tb)来实现这两种码的互相转换。设输入的相对码an为1110010码，则经过差分编码器后输出的相对码bn为1011100，即bn= an bn1。 图2-6（b）是它的工作波形图。相乘器实现输入载波信号和基带信号的相乘变换，输出相应调制信号。2、 2DPSK解调原理（a）极性比较法（b）相位比较法图2-7 2DPSK解调原理框图2DPSK解调最常用的方法是极性比较法和相位比较法，这里采用的是极性比较法对2DPSK信号进行解调，原理框图如图2-7（a）所示。2PSK调制信号从“PSKIN”输入，位同步信号从“PSK-BS”输入，同步载波从“载波输入”点输入。调制信号经过U11（MC1496）与载波信号相乘后，去掉了调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，对此信号进行抽样判决（抽样判决器由U15（74LS74）构成，其时钟为基带信号的位同步信号），将K1的2、3脚相连，即可得到基带信号，对于2DPSK信号，将K1的1、2脚相连，即将PSK解调信号再经过逆差分变换电路（由U15（74LS74）、U13（74LS86）组成），就可以得到基带信号了。五、 测试点说明1、 信号输入点参考说明PSK调制模块：PSK-NRZ：PSK基带信号输入点。PSK载波：PSK载波信号输入点。PSK-BS：PSK差分编码时钟输入点。PSK解调模块：PSKIN：PSK调制信号输入（观测点）。PSK-BS：PSK解调位同步时钟输入点。载波输入：PSK解调同步载波信号输入点。2、 信号输出点参考说明PSK-OUT：PSK调制信号输出点。PSK-DOUT：PSK解调信号经电压比较器后的信号输出点（未经同步判决）。OUT3：PSK解调信号输出点（K1的1、2脚相连，输出DPSK解调信号，2、3脚相连，输出PSK解调信号）。六、 实验步骤（一）PSK/DPSK调制实验1、 将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2、 按照下表进行实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：PN（32K）模块3：PSK-NRZS4拨为“1010”，PN是32K伪随机码信号源：128K同步正弦波模块3：PSK载波提供PSK调制载波，幅度为4V* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源3、 将开关K3拨到“PSK”端，以信号输入点“PSK-NRZ”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“PSK-NRZ”与“PSK-OUT”输出的波形。4、 不改变PSK调制实验连线。将开关K3拨到“DPSK”端，增加连线：源端口目的端口连线说明信号源：CLK1（32K）模块3：PSK-BSDPSK位同步时钟输入以信号输入点“PSK-NRZ”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“PSK-NRZ”与“PSK-OUT”输出的波形。5、 通过信号源模块上的拨码开关S4改变PN码频率后送出，重复上述实验。6、 实验结束关闭电源。（二）PSK/DPSK解调实验1、 恢复PSK调制实验的连线，K3拨到“PSK”端，然后增加以下连线：源端口目的端口连线说明模块3：PSK-OUT模块4：PSKINPSK解调输入模块3：PSK-OUT模块7：PSKIN载波同步提取输入模块7：载波输出模块4：载波输入提供同步解调载波模块4：PSK-DOUT模块7：DIN锁相环法位同步提取信号输入模块7：BS模块3：PSK-BS提取的位同步信号* 检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源2、 将模块7上的拨码开关S2拨为“0110”，观察模块4上信号输出点“PSK-DOUT”处的波形。并调节模块4上的电位器W4（逆时针拧到最大），直到在该点观察到稳定的PN码。3、 用示波器双踪分别观察模块3上的“PSK-NRZ”和模块4上的“OUT3”处的波形，比较二者波形。4、 通过信号源模块上的拨码开关S4改变PN码频率后送出，重复上述实验。5、 实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据及波形完成实验报告。七、 实验报告要求1、 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。写出完成本次实验后的心得体会以及对本次实验的改进建议。实验三、QPSK调制与解调一、实验目的1、 了解用CPLD进行电路设计的基本方法。2、 掌握QPSK调制与解调的原理。3、 了解OQPSK调制与解调的原理。二、实验内容1、 观察QPSK调制的各种波形。2、 观察QPSK解调的各种波形。三、实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 20M双踪示波器 一台4、 连接线 若干四、实验原理（一）QPSK调制解调原理1、QPSK调制QPSK信号的产生方法可分为调相法和相位选择法。用调相法产生QPSK信号的组成方框图如图3-1（a）所示。图中，串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列。设两个序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图3-1（b）中虚线矢量。将两路输出叠加，即得如图3-1（b）中实线所示的四相移相信号，其相位编码逻辑关系如表3-1所示。（a）（b）图3-1 QPSK调制表3-1 QPSK信号相位编码逻辑关系A1001B1100a路平衡调制器输出b路平衡调制器输出合成相位09045180901351802702250270315在本实验系统中EPM3032ATC44-10型号的CPLD用于将信号源产生的伪随机码进行串/并变换。串/并变换器将输入的二进制序列分为两个并行的双极性序列110010001111010和111101011001000。双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，然后将两路输出叠加，即得到QPSK调制信号。2、QPSK解调图3-2 QPSK相干解调器由于四相绝对移相信号可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其组成方框图如图3-2所示。图中的并/串变换器的作用与调制器中的串/并变换器相反，它是用来将上、下支路所得到的并行数据恢复成串行数据的。在本实验系统中的相干载波直接从调制端引入，因此解调器中的载波与调制部分的载波同频同相。在实际系统中，相干载波是通过载波同步获取的，相干载波的频率和相位只有和调制端相同时，才能完成相干解调。本实验系统采用MC1496作为载波调制的模拟相乘器，相乘器输出包括高频和低频信号，经过低通滤波器滤除高频成份，得到低频调制信号。定时抽样判决实现帧同步和位同步并将方波信号变成数字基带信号。I、Q两路基带信号在EPM3032ATC44-10中实现并/串转换。（二）OQPSK调制解调原理OQPSK又叫偏移四相相移键控，它是基于QPSK的改进型，为了克服QPSK中过零点的相位跃变特性，以及由此带来的幅度起伏不恒定和频带的展宽（通过带限系统后）等一系列问题。若将QPSK中并行的I，Q两路码元错开时间（如半个码元），称这类QPSK为偏移QPSK或OQPSK。通过I，Q路码元错开半个码元调制之后的波形，其载波相位跃变由180降至90，避免了过零点，从而大大降低了峰平比和频带的展宽。下面通过一个具体的例子说明某个带宽波形序列的I路，Q路波形，以及经载波调制以后相位变化情况。若给定基带信号序列为1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1对应的QPSK与OQPSK发送波形如图3-3所示。图3-3 QPSK,OQPSK发送信号波形图3-3中，I信道为U（t）的奇数数据单元，Q信道为U（t）的偶数数据单元，而OQPSK的Q信道与其I信道错开（延时）半个码元。QPSK，OQPSK载波相位变化公式为QPSK数据码元对应的相位变化如图3-4所示，OQPSK数据码元对应相位变化如图3-5所示图3-4 QPSK相位变化图 图3-5 OQPSK相位变化图对于QPSK数据码元对 的相位变换由图3-4求得为：可见，在QPSK中存在过零点的180跃变。对于OQPSK数据码元对的相位变化由图3-5求得为：可见，在QPSK中，仅存在小于90的相位跃变，而不存在过零点跃变。所以OQPSK信号的带限不会导致信号包络经过零点。OQPSK包络的变化小多了，因此对OQPSK的硬限幅或非线性放大不会再生出严重的频带扩展，OQPSK即使再非线性放大后仍能保持其带限的性质。OQPSK的调制和相干解调框图如图3-6、3-7所示。图3-6 OQPSK调制器框图图3-7 OQPSK相干解调器框图五、测试点说明1、 输入点说明128K方波：0相方波输入128K正交方波：/2相方波输入NRZIN：16KNRZ码输入CLK：16K时钟输入512K：512K时钟输入端口解调载波：QPSK解调I路相干载波输入正交解调载波：QPSK解调Q路相干载波输入QPSKIN：QPSK调制信号输入2、 输出点说明I-IN：I路NRZ码输出观测点Q-IN：Q路NRZ码输出观测点I：I路QPSK调制信号观测点Q：Q路QPSK调制信号观测点QPSKOUT：QPSK调制信号输出点（调节W2改变QPSK调制信号幅度）模拟-I：I路解调输出波形模拟-Q：Q路解调输出波形IOUT：I路定时判决输出波形QOUT：Q路定时判决输出波形NRZOUT：QPSK解调出来的基带信号波形六、实验步骤（一）观测QPSK调制解调信号波形1) 将信号源模块和模块5固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2) 将信号源上S4拨为“1011”，使“PN”“CLK1”输出码速率为16K，将S5拨为“0110”，使“CLK2”输出码速率为512K。3) 关闭系统电源，按如下方式连线源端口目标端口连线说明信号源：PN（16K）模块5：NRZINS4拨为“1011”，PN是16K伪随机码信号源：CLK1（16K）模块5：CLK提供16K时钟输入信号源：CLK2（512K）模块5：512KS5拨为“0110” 模块5：调制载波模块5：解调载波提供解调载波输入模块5：正交调制载波模块5：正交解调载波提供正交解调载波输入模块5：QPSKOUT模块5：QPSKINQPSK解调信号输入* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源4) 将模块5上开关J1调到“QPSK”档。 5) 以I-IN信号为内触发源，用双踪示波器观察I路基带信号和I路调制输出“I”的输出波形。6) 以Q-IN信号为内触发源，用双踪示波器观察Q路基带信号和Q路调制输出“Q”的输出波形。调节电位器W2，使I路、Q路调制信号幅度一致。7) 以NRZIN信号为内触发源，用双踪示波器观察基带信号和“QPSKOUT”输出波形。（W4、W5分别调节解调载波的相位，调节它们可在“QPSKOUT”处可观察到解调载波和信号不正交时波形变化的情况）8) 用示波器观察“IOUT”、“QOUT”处波形，与原始信号“I-IN”和“Q-IN”进行比较。9) 用示波器观察“NRZOUT”处波形，与NRZIN进行比较。（二）观测OQPSK调制解调信号波形不改变QPSK调制解调的实验连线，将开关J1调到“OQPSK”档，重复步骤（一）中的4）8），观察OQPSK调制解调各测试点的波形。 实验结束关闭电源，拆除实验连线，整理实验数据及波形完成实验报告。七、实验思考题1、 分析QPSK的调制与解调原理。2、 QPSK及OQPSK基带信号有什么区别？这些区别产生了什么结果？3、 分析多进制数字相位调制系统的抗噪声性能。八、实验报告要求1、 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。3、对实验思考题加以分析，尝试画出本实验的电路原理图。4、写出完成本次实验后的心得体会以及对本次实验的改进建议。实验四、块交织及解交织实验一、 实验目的通过本实验掌握块交织的特性、产生原理及方法，掌握块交织对译码性能的影响。二、 实验内容1、观察经交织后的卷积编码信号。2、观察随机差错经解交织后的差错分布，观察突发差错经解交织后的差错分布。3、观察交织对卷积编码突发差错信号纠错的性能改善。三、 基本原理当移动通信信道出现深衰落时，数字信号的传输可能出现成串的突发差错。一般的差错编码（如卷积码）只能纠正有限个错误，对于大量的突发误码无能为力。通信系统采用交织编码和卷积码结合的方式来纠正突发差错。交织的目的是把一个较长的突发差错离散成随机差错，使得纠错编码技术更容易纠正。常用的交织技术主要有两类：块交织和卷积交织。块交织通常在数据分块分帧的情况下使用，卷积交织对连续的数据流来说比较使用。在码分多址系统中，基于数据分帧的情况采用了块交织的形式，所以这里我们仅介绍块交织的有关内容。描述交织器性能的几个参数如下： 突发长度：突发错误的长度，用B表示。 最小间隔：突发连续错误分布的最小距离，用S表示。 交织时延：由于交织和解交织引起的编码时延，用D表示。 存储要求：交织或解交织过程需要的存储单元的大小，用M表示交织器的性能通常用S/D以及S/M来描述，最小间隔S越大越好，交织时延D和存储要求M越小越好交织器的实现框图如图4-1所示图4-1 分组（块）交织器实现框图由图4-1可见，交织、解交织由如下几步构成：若发送数据（块）经信道编码后为：；读出顺序写入顺序发送端交织存储器为一个行列交织矩阵存储器，它按列写入，按行读出，即(4-1)交织器输出后并送入突发信道的信号为(4-2)假设在突发信道中受到两个突发干扰：第一个突发干扰影响5位，即产生于至；第二个突发干扰影响4位，即产生于至。则突发信道的输出端信号可以表示为(4-3)在接收端，将受突发干扰的信号送入解交织器，解交织器也是一个行列交织矩阵的存储器，它是按行写入，按列读出（正好与交织矩阵规律相反），即(4-4)经解交织存储器解交织以后的输出信号，则为(4-5)可见，由上述分析，经过交织矩阵和解交织矩阵变换后，原来信道中的突发性连错，即两个突发一个连错5位、另一个连错4位却变成了输出中的随机独立差错。从交织器实现原理来看，一个实际上的突发信道，经过发送端交织器和接收端解交织器的信息处理后，就完全等效成一个随机独立差错信道，正如图中虚线方框所示。所以从原理上看，信道交织编码实际上就是一类信道改造技术，它将一个突发信道改造成一个随机独立差错信道。它本身并不具备信道编码检、纠错功能，仅起到信号预处理的作用。我们可以将上述一个简单的55矩阵存储交织器的例子推广到一般情况。若分组（块）长度为：，即由列行的矩阵构成。其中交织矩阵存储器是按列写入、行读出，而解交织矩阵存储器是按相反的顺序按行写入、列读出，正是利用这种行、列顺序的倒换，可以将实际的突发信道变换成等效的随机独立差错信道。矩阵中行的数目称为交织深度。交织深度越大，符号的离散性就越大，抗突发差错的能力也越强。但是，交织深度越大，交织编码的处理时间即交织时延也越长，所以说，交织编码的抗突发能力是以时间为代价的。两个突发错误之间的最小间隔满足下式：(4-6)交织器的最小间隔可以通过改变读出行的顺序来改变，但交织时延和存储要求不随读出的顺序改变而改变，但交织时延和存储要求不随读出的顺序的改变而改变。因为交织和解交织均有时延，所以交织器的交织时延为：D=2IJ/Rc，其中Rc为符号速率。交织器的存储要求为：M=2IJ。交织编码的主要缺点是：在交织和解交织过程中，会产生2IJ个符号的附加处理时延，这对实时业务，特别是语音业务将带来很不利的影响。所以对于语音等实时业务应用交织编码时，交织器的容量即尺寸不能取得太大。交织器的改进主要是处理附加时延大及由于采用某种固定形式的交织方式就有可能产生很特殊的相反效果，即存在能将一些独立随机差错交织为突发差错的可能性。为了克服以上两个主要缺点，人们研究了不少有效措施，如采用卷积交织器和伪随机交织器等。四、 实验原理1、实验模块简介本实验需用到基带成形模块、信道编码及交织模块（以下简称编码模块）及信道译码及解交织模块（以下简称译码模块）。（1）基带成形模块：本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。本实验只用该模块输出的位同步信号作为编码模块的基带信号驱动源。（2）信道编码及交织模块：本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源，并进行（2，1，4）卷积编码，然后可选择有无块交织，再加上帧同步信号组成成帧数据后输出，输出的码可以选择有无差错、随机差错或突发差错。（3）信道译码及解交织模块：本模块主要功能：完成帧同步捕获，同步后取出信息元进行（2，1，4）维特比卷积译码及解交织。2、实验框图及电路说明基带成形信道编码及交织信道译码及解交织 3、编码输出帧格式ACB A：帧同步头，为11位巴克码：11100010010。 B：经卷积编码、打孔、交织后的信息数据，共484位。 C：帧数据补足位，共1位，固定为0。4、卷积编码生成多项式 本实验采用（2，1，4）卷积编码，生成多项式为： G0=x3+x2+1 G1=x3+x2+x+15、实验原理卷积编码、译码及帧映射部分同实验十七。块交织原理如下： 打孔后的484位信息数据组成一个22位22位的数据块，从上至下、从左至右按列放置，取出时从左至右、从上至下按行取出，完成交织。如下图所示：从左至右按列存从左至右按行取五、 实验步骤1、 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、信道编码及交织模块（以下简称编码模块）及信道译码及交织模块（以下简称译码模块）。2、 关闭实验箱电源，用台阶插座线完成如下连接：源端口目的端口连线说明基带模块：BS编码模块：BS IN提供时钟信号编码模块：NRZ D编码模块：PN31提供PN31信号编码模块：BS OUT译码模块：BS IN提供时钟信号编码模块：编码 OUT译码模块：编码 IN将已编码信号进行译码编码模块：原码 OUT译码模块：原码 IN方便译码端信号的对比* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。3、 用示波器探头分别接编码模块上“BS IN”和“PN31”端信号，观察“PN31”端信号应为8K伪随机码。4、 编码模块上拨位开关“差错”位拨向上，其它位向下。5、 示波器探头分别接译码模块上“译码 OUT”及“原码 OUT”测试点，比较译码结果。6、 在上面拨码开关状态下，再将编码模块和译码模块上拨位开关“交织”位拨向上，观察译码结果是否正确。7、 在上面拨码开关状态下，再将编码模块上拨位开关“错型”位拨向上，观察在突发差错情况下的译码结果是否正确，可以看出，在交织的作用下，突发差错全部纠正。8、 在比较译码结果是否正确时，可借助译码模块上的“ERROR”测试点的信号确定错码位的位置。该测试点的信号指示相对于输入的原码而言哪个位发生了错误，若该点无信号表示没有发现错码。实验五、GSM通信系统实验一、 实验目的通过本实验将正交调制及解调的单元实验串起来，让学生建立起GSM通信系统的概念，了解GSM通信系统的组成及特性。二、 实验内容1、搭建GSM数据通信系统。2、观察GSM通信系统各部分信号。三、 基本原理由于GSM是一个全数字系统，话音和不同速率数据的传输都要进行数字化处理。为了将源数据转换为最终信号并通过无线电波发射出去，需要经过几个连续的过程。相反，在接收端需要经过一系列的反过程来重现原始数据。下面我们主要针对数据的传输过程进行描述。信源端的主要工作有1、信道编码信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。信道编码的基本原理是在原始数据上附加一些冗余比特信息，增加的这些比特是通过某种约定从圆熟数据中经计算产生的，接收端的解码过程利用这些冗余的比特来检测误码并尽可能的纠正误码。如果收到的数据经过同样的计算所得的冗余比特同收到的不一样时，我们就可以确定传输有误。根据传输模式不同，在无线传输中使用了不同的码型。GSM使用的编码方式主要有块卷积码、纠错循环码、奇偶码。块卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果，纠错循环码主要用于检测和纠正成组出现的误码，通常和块卷积码混合使用，用于捕捉和纠正遗漏的组误差。奇偶码是一种普遍使用的最简单的检测误码的方法。2、交织在移动通信中这种变参的信道上，比特差错通常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。但是，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长差错串时才有效，为了解决这一问题，希望找到把一条消息中的相继比特分开的方法，即一条消息的相继比特以非相继的方式被发送，使突发差错信道变为离散信道。这样，即使出现差错，也仅是单个或者很短的比特出现错误，也不会导致整个突发脉冲甚至消息块都无法被解码，这时可再用信道编码的纠错功能来纠正差错，恢复原来的消息，这种方法就是交织技术。3、调制调制和解调是信号处理的最后一步。简单的说GSM所使用的调制是BT0.3的GMSK技术，其调制速率是270.833kbit/s，使用的是Viterbi算法进行的解调。调制功能就是按照一定的规则把某种特性强加到电磁波上，这个特性就是我们要发射的数据。GSM系统中承载信息的是电磁场的相位，即采用调相方式。从发送角度看，首先要完成二进制数据到一个低频调制信号的变换，然后在进一步把它变到电磁波的形式。接收端则是经过解调，解交织，信道译码等一系列的反过程来重现原始数据。四、 实验原理1、实验模块简介本实验需两台实验箱共同完成，一台实验箱作发射用，另一台作接收用。发射用实验箱需用到基带成形模块、IQ调制解调模块、信道编码模块及信源模块。接收用实验箱需用到IQ调制解调模块、PSK载波恢复模块、MSK/GMSK非相干解调模块、码元再生模块、信道译码模块及信源模块。（1）基带成形模块：本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。（2）IQ调制解调模块：本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。（3）码元再生模块：本模块主要功能：从解调出的IQ基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。（4）PSK载波恢复模块：本模块主要功能：与IQ调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环恢复PSK已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。（5）信道编码及交织模块：本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源，并进行（2，1，4）卷积编码，然后可选择有无块交织，再加上帧同步信号组成成帧数据后输出，输出的码可以选择有无差错、随机差错或突发差错。（6）信道译码及解交织模块：本模块主要功能：完成帧同步捕获，同步后取出信息元进行（2，1，4）维特比卷积译码及解交织。（7）MSK、GMSK非相干数字解调模块：本模块主要功能：输入非相干解调IQ基带信号，A/D采样后，用数学运算方法完成MSK及GMSK信号解调。（8）信源编码模块：本模块主要功能：音频信号放大、音频信号CVSD编译码及射频信号发射、接收。2、实验系统组成框图五、 实验步骤1、在发射用实验箱上正确安装信道编码及交织模块（以下简称编码模块）、基带成形模块（以下简称基带模块）及IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）。2、在接收用实验箱上正确安装IQ调制解调模块、CDMA接收模块（以下简称接收模块）、PSK载波恢复模块（以下简称载波模块）、MSK/GMSK非相干解调模块（以下简称非相干模块）及信道译码及解交织模块（以下简称译码模块）。3、发送用实验箱连线：a、用台阶插座线完成如下连接源端口目的端口连线说明基带模块：BS编码模块：BS IN提供PN31发生器的时钟编码模块：编码OUT基带模块：NRZ IN将编码信号进行基带成形基带模块：I-OUTIQ模块：I-IN将I路信号进行调制基带模块：Q-OUTIQ模块：Q-IN将Q路信号进行调制b、用同轴视频线连接IQ模块（IQ调制单元）上“输出”端口和信源模块上“发射”端口。4、接收用实验箱上连线：a用台阶插座线完成如下连接源端口目的端口连线说明IQ模块：I-OUT非相干模块：I-IN对I路信号进行A/D变换IQ模块：Q-OUT非相干模块：Q-IN对Q路信号进行A/D变换非相干模块：NRZ 译码模块：编码IN将再生的信号进行译码非相干模块：BS 译码模块：BS IN提供译码时所需的时钟b用同轴视频线完成如下连接源端口目的端口连线说明载波模块：VCOOUTIQ模块(载波单元)：输入提供调制所需的载波信源模块：接收接收模块：输入将接收信号进行小信号放大接收模块：输出2IQ模块(解调单元)：输入将收到的调制信号进行解调* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。5、按前面单元实验要求调整好各模块，主要有发送端的信号输出幅度调整、接收端的载波频率调整、信道编译码模式选择等。选择MSK或GMSK方式后即可进行数据通信。6、用示波器观察各信号点波形，并记录。实验六、用户线接口实验 一、实验目的1、全面了解用户线接口电路功能（BORST）的作用及其实现方法；2、通过对用户线接口电路的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。二、实验内容1、 了解用户模块AM79R70的主要性能与特点；2、 熟悉用AM79R70组成的用户线接口电路；3、用示波器分别观测TP301、TP302、TP303在摘挂机时的工作电平。三、实验仪器1、 LT-CK-02E程控交换实验箱一台；2、 电话机两台；3、 数字示波器一台；4、 数字万用表一台。四、实验原理1、 用户线接口电路工作原理用户线接口电路（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）有时也可以简称为用户电路，在本实验指导书中两者为同一概念。任何交换机都具有用户线接口电路。根据用户电话机的不同类型，用户线接口电路（SLIC）分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。模拟用户线接口电路应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去一般采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成。在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSHCT功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC），其余功能由集成模拟SLIC完成。在布控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在绳路中实现的，馈电电压一般是-60V，用户的馈电电流一般是20mA30mA，铃流是25Hz,90V左右，而在程控交换机中，由于交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振铃等，所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来完成，再加上其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有B（馈电），R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）、O（过压保护）七项功能。图6-1为模拟用户线接口功能框图。模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能，具体含义是：a) 馈电（B-Battery feeling）向用户话机送直流电。通常要求馈电电压为48伏或24伏，环路电流不小于18 mA；b) 过压保护（OOvervoltage protection）防止过压过流冲击和损坏电路、设备。c) 振铃控制（RRinging Control）向用户话机馈送铃流；d) 监视（S-Supervision）监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络；e) 编解码与滤波（C-CODEC/Filter）在数字交换中,它完成模拟话音与数字编码间的转换。通常采用PCM编码器（Coder）与解码器(Decoder)来完成,，统称为CODEC。相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路（300Hz-3400Hz）带宽，编码速率为64kb/s；f) 混合（HHyhird）完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送，接收数字四线单向信号之间的连接。过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路，因此称为“混合电路”；g) 测试（TTest）对用户电路进行测试。2、用户线接口电路:在本实验系统中，用户线接口电路选用的是AM79R70集成芯片。它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，话音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出。AM79R70用户电路的双向传输衰耗均为1dB，供电电源为+ 5 V和5 V，AM79R70还将输入的铃流信号放大以达到电话振铃工作的要求。其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。铃流发生器馈电电源模拟用户线过压保护电路测试开关振铃继电器馈电电路混合电路编码器解码器低通平衡网络低通发送码流接收码流(编码信号)ab测试总线振铃控制信号用户线状态信号 图6-1 模拟用户线接口功能框图1、电路的基本特性向用户馈送铃流；向用户恒流馈电；过压过流保护；被叫用户摘机自截铃；摘挂机检测；音频或脉冲拨号检测；振铃继电器驱动输出；话音信号的2/4线转换；无需耦合变压器。2、用户线接口电路主要功能内部电源稳压电路输入控制译码二/四线接口摘机检测馈电与平衡电路话音通道传输振铃控制控制信号1控制信号2状态指示语音发送支路语音接收支路振铃控制/电话接口1）、 向用户话机供电，AM79R70可对用户话机提供恒流馈电，馈电电流由VBAT以及VDD供给。具体如下：A、 供电电源VBAT采用-48V；B、 在静态情况下（不振铃、不呼叫），-48V电源通过继电器静合接点至话机；C、 在振铃时，-48V电源通过振铃支路经继电器动合接点至话机；D、 用户挂机时，话机叉簧下压，馈电回路断开，回路无电流流过；E、 用户摘机后，话机叉簧上升，接通馈电回路（在振铃时接通振铃支路）回路。2） 、AM79R70内部具有过压保护的功能，可以抵抗TIPRING端口间的瞬时高压，如结合外部的压敏电阻保护电路，则可抵抗250V左右高压。3） 、振铃电路可由外部的振铃继电器和用户电路内部的继电器驱动电路以及铃流电源向用户馈送铃流：当继电器控制端 (RC端) 输入高电平，继电器驱动输出端 (RD端) 输出高电平，继电器接通，此时铃流源通过与振铃继电器连接的15端 (RV端) 经TIPRING端口向被叫用户馈送铃流。当控制端 (RC端) 输入低电平或被叫用户摘机都可截除铃流。用户电路内部提供一振铃继电器感应电压抑制箝位二极管。4） 、监视用户线的状态变化即检测摘挂机信号，具体如下：A、 用户挂机时，用户状态检测输出端输出低电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“闲”；B、 用户摘机时，用户状态检测输出端输出高电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“忙”；C、 若用户拨电话号码为脉冲拨号方式时，该用户状态输出端应能送出拨号数字脉冲。回路断开时，送出低电平，回路接通时送出高电平（注：本实验系统不选用脉冲拨号方式，只采用DTMF双音多频拨号方式）；5）、 在TIPRING端口间传输的话音信号为对地平衡的双向话音信号，在四线VR端与VX端传输的信号为收发分开的不平衡话音信号。AM79R70可以进行TIPRING端口与四线VTX端和RSN端间话音信号的双向传输和2/4线混合转换。6）、 AM79R70可以提供用户线短路保护：TIP线与RING线间，TIP线与地间，RING线与地间的长时间的短路对器件都不会损坏。7）、 AM79R70提供的双向话音信号的传输衰耗均为40dB。该传输衰耗可以通过AM79R70用户电路的内部调整，也可通过外部电路调整。8）、 AM79R70的四线端口可供话音信号编译码器或交换矩阵使用。五、实验步骤1、 阅读AM79R70资料和这部分电路，理解这部分电路的工作原理；2、 通过电源线接通电源，打开实验箱电源开关，准备好电话机开始实验；3、 “甲方一路”接上话机，分别摘机和挂机，在摘机和挂机时用万用表测量TP301,TP302，TP303的电压值；4、 “甲方一路”分别摘机和挂机，利用示波器观察TP306的波形。注意，此时示波器设为直流耦合，探针衰减设为1；