移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì)

移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì),移動(dòng),挪動(dòng),通信,通訊,課程設(shè)計(jì) 目錄 第一部分 MBC-8A移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)……………………………………1 1.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)組成及功能…………………………………………..……………….1 1.1.1、 移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)….. ……………………………………………..………1 1.1.2、 有線電話與有線電話呼叫接續(xù)過(guò)程……………….………………………2 1.1.3、 手機(jī)與有線電話呼叫接續(xù)過(guò)程………………………….…………………3 1.1.4、 話音波形………………………………………….…………………………3 1.2. 無(wú)線數(shù)字信令………………………………………………………………………4 1.2.1、 數(shù)字信令幀結(jié)構(gòu)………………………………………………….…………4 1.2.2、 無(wú)繩電話無(wú)線無(wú)線數(shù)字信令副載頻調(diào)制方式及幀結(jié)構(gòu)…….……………4 1.2.3、 雙綜示波器存儲(chǔ)觀測(cè)無(wú)線數(shù)字信令……………………………….………4 1.3. 信令系統(tǒng)……………………………………………………………………………6 1.3.1、 程控交換機(jī)用戶(hù)線信令…………………………………….………………6 1.3.2、 觀測(cè)程控交換機(jī)用戶(hù)信令……………………………….…………………6 1.4. 無(wú)繩電話及實(shí)驗(yàn)箱識(shí)別碼…………………………………………………………8 1.4.1、 設(shè)置無(wú)繩電話及實(shí)驗(yàn)箱識(shí)別碼（ID碼）…………………………………8 1.4.2、 無(wú)繩電話各個(gè)頻道的頻率……………………………………….…………8 1.5. TDMA（時(shí)分多址）移動(dòng)通信……………………………………………………9 1.5.1、 TDMA移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)……………………………………………………9 1.5.2、 各點(diǎn)信號(hào)的測(cè)量………………………………………….…………………9 第二部分 MBC-CDMA移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)………………………………………11 2.1 m序列相關(guān)特性……………………………………………………………………11 2.1.1 基本原理……………………………………………………………..………11 2.1.2 m序列自相關(guān)特性…………………………………….……………………12 2.2 M序列相關(guān)特性……………………………………………………………………13 2.2.1 5階M序列…………………………………………………………………13 2.2.2 5階M序列自相關(guān)…………………………………………………………13 2.3 信道編碼：交織編碼………………………………………………………………15 2.3.1 基本原理………………………………………………….…………………15 2.3.2 各點(diǎn)信號(hào)……………………………………………………………….……16 2.4 復(fù)合地址碼擴(kuò)頻調(diào)制………………………………………………………………20 2.4.1 基本原理………………………………………………………….…………20 2.4.2 測(cè)量各點(diǎn)信號(hào)的波形………………………………………………….……20 第三部分 課程設(shè)計(jì)總結(jié)………………………………………….…………21 第一部分 MBC-8A移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn) 1.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)組成及功能 1.1.1、移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 下圖是與公用電話網(wǎng)（PSTN）相連的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)方框圖。系統(tǒng)包括大量移動(dòng)臺(tái)MS、許多基站BS、若干移動(dòng)交換中心MSC及若干與MSC相連的數(shù)椐庫(kù)(HLR、VLR等，圖中未畫(huà)出)，MSC通過(guò)中繼線與公用電話網(wǎng)PSTN的交換機(jī)EX相連，接入公用電話網(wǎng)。 這樣龐大復(fù)雜的系統(tǒng)無(wú)法放在實(shí)驗(yàn)桌上由同學(xué)自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。將系統(tǒng)合理簡(jiǎn)化得到圖下圖，它將上圖實(shí)際系統(tǒng)全部交換機(jī)EX及MSC合并成一部交換機(jī)；基站BS及移動(dòng)臺(tái)MS各選用一臺(tái)；有線電話采用二部。 它與上圖實(shí)際系統(tǒng)在包含的各種功能設(shè)備(交換機(jī)、基站、移動(dòng)臺(tái)及有線電話)、系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(各設(shè)備的連接關(guān)系)及系統(tǒng)功能等特征方面是相同的。 為了得到體積小巧、價(jià)格低廉、可放在實(shí)驗(yàn)桌上由學(xué)生動(dòng)手操作的移動(dòng)通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在上圖中，BS、MS實(shí)際選用基于FDMA技術(shù)、采用數(shù)字信令的中國(guó)CT1無(wú)繩電話，EX選用小型程控交換機(jī)，TEL為有線電話。 為了測(cè)試上述小型移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線部分的功能，采用了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱（SDT），構(gòu)成一套完整的移動(dòng)通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如下圖所示。 下面對(duì)上圖各部分實(shí)際采用的設(shè)備及本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹如下： 1．CT1無(wú)繩電話 CT1無(wú)繩電話屬于FDMA系統(tǒng)，數(shù)十個(gè)雙工頻道被全部無(wú)繩電話共用,采用話音模擬調(diào)頻及數(shù)字信令技術(shù)。系統(tǒng)有一個(gè)基地臺(tái)，即無(wú)繩電話座機(jī)，通過(guò)用戶(hù)線接入電話網(wǎng)交換機(jī)；可帶1-4部移動(dòng)臺(tái)即無(wú)繩電話手機(jī)（每一時(shí)刻，只能有一部手機(jī)通話）。無(wú)繩電話是為方便有線電話用戶(hù)而提出的。它將有線電話座機(jī)與通話手柄之間的電纜（繩）去掉，用無(wú)線信道代替之，通話手柄成為無(wú)繩電話手機(jī)。用戶(hù)持無(wú)繩手機(jī)在以座機(jī)為中心的小范圍內(nèi)移動(dòng)通話，十分方便。雖然從使用功能上看，無(wú)繩電話是有線電話的無(wú)線延伸，但其工作原理及使用的技術(shù)都屬于移動(dòng)通信范疇。CT1無(wú)繩電話及在其后發(fā)展起來(lái)的各種數(shù)字無(wú)繩電話組成的無(wú)繩電話大家族，成為常用的四類(lèi)移動(dòng)通信系統(tǒng)之一。 通常，同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有許多組實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，相距很近，為了防止互相干擾，必須降低無(wú)繩電話的發(fā)射功率及接收機(jī)靈敏度，以減小電磁波作用范圍。在此條件下，為了保證同一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部接收信號(hào)足夠強(qiáng)，能正常完成各實(shí)驗(yàn)，必須加強(qiáng)無(wú)線設(shè)備間的無(wú)線耦合： ① 無(wú)繩座機(jī)BS的天線垂直豎立但不要拉出。實(shí)驗(yàn)箱”BS收發(fā)信機(jī)”天線放置在無(wú)繩座機(jī)天線與座機(jī)外殼之間的縫隙中，使二者無(wú)線緊耦合。 ② 無(wú)繩手機(jī)MS的天線不要拉出。將實(shí)驗(yàn)箱”MS收發(fā)信機(jī)”天線的芯線與地線夾在一起后套在無(wú)繩手機(jī)天線上，使二者無(wú)線緊耦合。 2、程控交換機(jī) 本教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中程控交換機(jī)采用1拖4雙繩路小型用戶(hù)程控交換機(jī)，一條外線可接4部?jī)?nèi)部電話。本系統(tǒng)中不用其外線端口，只使用內(nèi)部4條用戶(hù)線端口，其技術(shù)參數(shù)與使用方法與PSTN程控交換機(jī)相同，相當(dāng)于4門(mén)PSTN程控交換機(jī)。 下圖為小型程控交換機(jī)的外觀圖。四個(gè)用戶(hù)線插座可連接四部電話（包括無(wú)繩電話座機(jī)），插座下方號(hào)碼為對(duì)應(yīng)電話的號(hào)碼。交換機(jī)由220VAC市電供電，通電后電源指示LED燈連續(xù)閃爍。用戶(hù)電話摘機(jī)后對(duì)應(yīng)的LED指示燈亮。 1.1.2、有線電話與有線電話呼叫接續(xù) 按順序放置設(shè)備并連接成系統(tǒng)：兩部有線電話用戶(hù)線插入交換機(jī)號(hào)碼81、82的用戶(hù)線插孔，無(wú)繩電話座機(jī)用戶(hù)線(帶用戶(hù)線信號(hào)測(cè)量板LINE.PCB)插入交換機(jī)號(hào)碼84的用戶(hù)線插孔，三個(gè)有線電話的號(hào)碼分別為81、82、84。有線電話之間通信，其接續(xù)過(guò)程如下圖所示： 1.1.3、手機(jī)與有線電話呼叫接續(xù)過(guò)程 無(wú)繩手機(jī)按“通話”鍵摘機(jī)，聽(tīng)到撥號(hào)音后撥有線電話1或有線電話2的號(hào)碼，有線電話振鈴，無(wú)繩手機(jī)聽(tīng)回鈴。有線電話摘機(jī)通話，通話完畢掛機(jī)。其接續(xù)過(guò)程如下所示： 1.1.4、話音波形 在手機(jī)與有線電話通話時(shí)，用示波器在實(shí)驗(yàn)箱上觀測(cè)發(fā)射在空中的話音波形，可了解話音的基本特征。手機(jī)撥號(hào)呼叫有線電話進(jìn)入通話后，示波器可觀測(cè)到通話雙方的話音波形。如下圖： （每格為2ms，所以Tp=7ms） 話音是由發(fā)音器官中的聲音激勵(lì)源和口腔聲道形狀的不同而形成的。話音分為濁音和清音，濁音包括元音及濁輔音。濁音對(duì)應(yīng)于聲帶振動(dòng)，每個(gè)單詞中至少包括1個(gè)濁音。濁音，又稱(chēng)有聲音。發(fā)濁音時(shí)聲帶在氣流作用下準(zhǔn)周期地閉合或開(kāi)啟，從而在聲帶中激勵(lì)起準(zhǔn)周期的聲振動(dòng)，形成濁音聲波，如下圖所示。圖中TP為基音周期，則基音頻率fp=1/Tp。通常fp在70~300Hz范圍內(nèi)，則Tp=3~13ms?；纛l率一般女聲較高，男聲較低。清音又稱(chēng)無(wú)聲音。發(fā)清音時(shí)聲帶不振動(dòng)，聲道被氣流沖擊產(chǎn)生較小輻度的聲波，其波形與噪聲相似，清音信號(hào)沒(méi)有準(zhǔn)周期性。包括濁音及清音的話音能量主要集中在300~3400Hz頻率范圍內(nèi)。 1.2 無(wú)線數(shù)字信令 1.2.1、數(shù)字信令幀結(jié)構(gòu) 按信令形式不同，信令分為模擬信令和數(shù)字信令兩類(lèi)。模擬信令包括音頻信令及其它形式的模擬信號(hào)，它應(yīng)用早，現(xiàn)在仍應(yīng)用在許多通信系統(tǒng)中，例如PSTN模擬用戶(hù)線信令全為模擬信令。數(shù)字信令具有速度快、容量大等一系列明顯優(yōu)點(diǎn)，已成為目前通信系統(tǒng)中采用的主要形式。 典型的移動(dòng)通信系統(tǒng)BS至MS之間的無(wú)線數(shù)字信令幀結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，它包括位同步碼（又稱(chēng)為前置碼）、幀同步（又稱(chēng)為字同步）、有效數(shù)據(jù)（包括地址、消息和其它數(shù)據(jù)）及糾/檢錯(cuò)碼四部分。 位同步 幀同步 有效數(shù)據(jù) 糾/檢錯(cuò)碼 圖2-1 典型的數(shù)字信令幀結(jié)構(gòu) 1.2.2．無(wú)繩電話無(wú)線數(shù)字信令副載頻調(diào)制方式及幀結(jié)構(gòu) 信令數(shù)據(jù)先對(duì)副載頻進(jìn)行FSK調(diào)制，即一次調(diào)制，如表2-1所示。然后再對(duì)45/48MHz的主載頻調(diào)頻（FM），即二次調(diào)制。由于每個(gè)碼元只調(diào)制為1個(gè)周期的副載頻，故與經(jīng)典的FSK調(diào)制相比有點(diǎn)不同：碼元寬度隨0/1數(shù)據(jù)而變化。 表2-1 信令數(shù)據(jù)的FSK調(diào)制方式 數(shù)據(jù) FSK調(diào)制參數(shù) 0 周期2.0ms的一周方波 1 周期2.8ms的一周方波 幀同步S 周期4.0ms的一周方波 1.2.3、用TDS210雙蹤數(shù)字存儲(chǔ)示波器觀測(cè)無(wú)線數(shù)字信令 數(shù)據(jù)幀的典型結(jié)構(gòu)以手機(jī)撥號(hào)碼7為例，見(jiàn)下圖。 數(shù)據(jù)幀為00S001100111000，各部分的含義見(jiàn)下圖，其中有效數(shù)據(jù)有12位，分為三個(gè)部分： 同步碼 IDH 手機(jī)號(hào)代碼 消息(消息) 0 0 S, 0 0 1 1, 0 0, 1 1 1 0, 0 0 （1）IDH IDH為無(wú)繩電話系統(tǒng)16位識(shí)別碼（ID碼）的高4位。在初裝無(wú)繩電話時(shí)，座機(jī)與手機(jī)要統(tǒng)一ID碼，稱(chēng)為對(duì)碼。只有ID碼相同的座機(jī)和手機(jī)才能建立無(wú)線連接，有效防止不同ID碼無(wú)繩電話之間的竄擾和盜打。在手機(jī)摘機(jī)主呼及被呼振鈴時(shí)，才全部發(fā)送及接收16位ID碼，在這以后的信令傳輸過(guò)程中為節(jié)省傳輸時(shí)間只發(fā)送部分ID碼。由于實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)進(jìn)行了對(duì)碼，ID碼為03210300（四進(jìn)制），所以IDH為0011（二進(jìn)制）。 （2）手機(jī)號(hào)代碼 本無(wú)繩電話一臺(tái)座機(jī)最多可帶4部手機(jī)（任一時(shí)間只能有一部手機(jī)占用座機(jī)通話）。在對(duì)碼時(shí)，按手機(jī)對(duì)碼的先后順序，座機(jī)順次指定手機(jī)號(hào)碼為1、2、3、4。信令中手機(jī)號(hào)代碼含義見(jiàn)表2-2，2位代碼倒序看為自然二進(jìn)制碼，與手機(jī)號(hào)碼直接對(duì)應(yīng)。 表2-2 手機(jī)號(hào)碼 手機(jī)號(hào)碼 1 2 3 4 代碼 00 10 01 11 倒序代碼 00 01 10 11 由于本次實(shí)驗(yàn)只使用一個(gè)手機(jī)，所以手機(jī)號(hào)代碼為00B （3）消息 常用消息見(jiàn)表2-3。 表2-3 無(wú)繩電話常用消息 消息 代碼（倒序讀出） 撥號(hào)碼0-9、*、# 01-09H、0EH、0FH 閃斷（Flash） 10H 掛機(jī) 12H 同時(shí)測(cè)得其他數(shù)字信令如下圖所示： （1）手機(jī)撥號(hào)碼6（00S001100011000）； （2）手機(jī)撥號(hào)碼7（00S001100111000）； （3） “閃斷”操作（00S001100000010）； （4）手機(jī)掛機(jī)（00S001100010010） 1.3 信令系統(tǒng) 1.3.1、程控交換機(jī)用戶(hù)線信令 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PSTN程控交換機(jī)用戶(hù)線信令如下所示。 （1）監(jiān)視信令 ?．饋電電壓為-48VDC，用戶(hù)環(huán)路電阻（包括話機(jī)摘機(jī)電阻）小于2000W，交換機(jī)向電話機(jī)直流饋電電流（環(huán)路電流）18-50mA（電話機(jī)摘機(jī)門(mén)限電流約10mA）。 ?．鈴流：25±3Hz正弦波，有效值90±15VAC。 ?．撥號(hào)音：450±25Hz連續(xù)信號(hào)，電平為-10±3dBm。 ?．忙音：450±25Hz、0.7秒斷續(xù)（0.35秒送、0.35秒斷）信號(hào)，電平為-10±3dBm。 ?．回鈴音：450Hz±25Hz、5秒斷續(xù)（1秒送、4秒斷）信號(hào)，電平為-10±3dBm。 （2）地址信令（撥號(hào)信令） ?．直流脈沖信號(hào)（已不常用，略） ?．雙音多頻（DTMF：Dual Tone Multi-Frequency）信號(hào)，如表3-1所示。 由以上用戶(hù)線信令技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可見(jiàn)，它是包括直流（環(huán)流）和音頻（25Hz、450Hz及DTMF）的模擬信令。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用的小型用戶(hù)程控交換機(jī)用戶(hù)線信令總體上符合以上標(biāo)準(zhǔn)，只在以下細(xì)節(jié)上有差別，但是它的使用完全正常。 ?．饋電電壓約為24VDC，比PSTN交換機(jī)的48VDC低。這是因?yàn)槠溆脩?hù)線短，線路壓降小，24VDC電壓已足夠使用。 ?．發(fā)出的450Hz信號(hào)音為方波。由于450Hz信號(hào)音（包括撥號(hào)音，回鈴音及忙音）是發(fā)給用戶(hù)聽(tīng)的指示音，其波形不理想不影響用戶(hù)聽(tīng)覺(jué)對(duì)其含義的判斷。 ?．鈴流為50Hz，有效值70VAC。由于用戶(hù)線不長(zhǎng)，電話能正常振鈴。 1.3.2、觀測(cè)程控交換機(jī)用戶(hù)線信令 1．座機(jī)手柄掛機(jī)，無(wú)環(huán)流。示波器測(cè)量通道CH1設(shè)置為DC、20V/DIV，測(cè)量用戶(hù)線a、b端電壓。測(cè)量結(jié)果為-28V。 2．一些模擬信令如下圖： （撥號(hào)音） （DTMF號(hào)碼） （回鈴信號(hào)） （忙音） （回鈴音） 1.4 無(wú)繩電話及實(shí)驗(yàn)箱識(shí)別碼 1.4.1．重新設(shè)置無(wú)繩電話及實(shí)驗(yàn)箱識(shí)別碼（ID碼）及專(zhuān)用呼叫信道 （1）仍按圖1-3的布局放置設(shè)備并連接成系統(tǒng)。設(shè)置實(shí)驗(yàn)箱為系統(tǒng)測(cè)量方式（按K1鍵至SYST燈亮）。 （2）連續(xù)按住實(shí)驗(yàn)箱”對(duì)碼”鍵超過(guò)4秒，實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)入對(duì)碼及搜索專(zhuān)用呼叫信道狀態(tài)，守候在CH7準(zhǔn)備接收無(wú)繩座機(jī)發(fā)送的新ID碼，信道號(hào)LED數(shù)碼管顯示CH7。然后釋放”對(duì)碼”鍵。 （3）在掛機(jī)狀態(tài)下，按住無(wú)繩座機(jī)“對(duì)碼”鍵，座機(jī)進(jìn)入對(duì)碼狀態(tài)，隨機(jī)產(chǎn)生16位新的ID碼，在CH7信道上發(fā)射出去。實(shí)驗(yàn)箱正確收到ID碼后發(fā)出一長(zhǎng)聲蜂鳴聲指示。仍按住座機(jī)“對(duì)碼”鍵不放，再按住手機(jī)“對(duì)碼”鍵，手機(jī)正確收到座機(jī)發(fā)射的新ID碼后，發(fā)出蜂鳴聲指示，新ID碼設(shè)置完畢。無(wú)繩電話座機(jī)、手機(jī)及實(shí)驗(yàn)箱三者的ID碼一致了，并且無(wú)繩電話座機(jī)及手機(jī)的新呼叫信道也確定了。釋放座機(jī)及手機(jī)“對(duì)碼”鍵，雙方返回正常工作的掛機(jī)狀態(tài)。幾秒鐘后實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)入搜索專(zhuān)用呼叫信道狀態(tài)，循環(huán)搜索20個(gè)信道，信道號(hào)LED數(shù)碼管循環(huán)顯示對(duì)應(yīng)的信道號(hào)。 （4）有線電話撥號(hào)呼叫無(wú)繩電話，無(wú)繩手機(jī)振鈴，無(wú)繩座機(jī)在新的專(zhuān)用呼叫信道上向無(wú)繩手機(jī)發(fā)振鈴信令。實(shí)驗(yàn)箱循環(huán)搜索到專(zhuān)用呼叫信道，就停留在該信道并發(fā)出連續(xù)蜂鳴聲。 （5）按實(shí)驗(yàn)箱K3鍵，實(shí)驗(yàn)箱存儲(chǔ)新ID碼及新呼叫信道號(hào)于E2PROM后返回系統(tǒng)測(cè)量工作方式，SYST燈亮。 1.4.2．無(wú)繩電話各個(gè)頻道的頻率 觀察各個(gè)頻道的頻率，可以得到二十個(gè)信道的頻率如下： 1.5 TDMA（時(shí)分多址）移動(dòng)通信 1.5.1、TDMA移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 時(shí)分多址TDMA（Time Division Multiple Access）是把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙，1個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)TDMA信道，按需要?jiǎng)討B(tài)分配給用戶(hù)使用。在頻分雙工（FDD）方式中，上行鏈路（MS→BS）和下行鏈路（BS→MS）的幀分別占用具有足夠間隔（雙工頻率間隔）的不同頻率。在時(shí)分雙工（TDD）方式中，上下行幀交錯(cuò)排列在相同載頻上。 下圖是實(shí)驗(yàn)箱電路組合成的兩信道（兩個(gè)時(shí)隙TS1、TS2）TDMA移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。發(fā)端TX-BS為系統(tǒng)基站BS的發(fā)射機(jī)，兩個(gè)時(shí)隙TS1及TS2的數(shù)據(jù)d1及d2復(fù)接成幀數(shù)據(jù)D1， d1=1010…（每時(shí)隙4bit，周期循環(huán)），d2=1100…(每時(shí)隙4bit，周期循環(huán))，則D1=10101100…（每幀8bit，2個(gè)時(shí)隙，周期循環(huán)），碼速率fb=1.2kb/s。D1經(jīng)FSK載波調(diào)制后發(fā)送給移動(dòng)臺(tái)。收端RX-MS載波FSK解調(diào)后的基帶信號(hào)經(jīng)整形、積分/采樣/保持，以最低誤碼率恢復(fù)發(fā)端數(shù)據(jù)。時(shí)隙及時(shí)鐘同步電路送出某個(gè)時(shí)隙的同步時(shí)鐘CLK，取出本移動(dòng)臺(tái)給定時(shí)隙的數(shù)據(jù)。通過(guò)切換本地時(shí)鐘的時(shí)隙為T(mén)S1或TS2，模擬二個(gè)TDMA移動(dòng)臺(tái)MS1/MS2的接收機(jī)，分別接收TS1的數(shù)據(jù)d1或TS2的數(shù)據(jù)d2。 1.5.2、各點(diǎn)信號(hào)的測(cè)量 1．按K2鍵，選擇工作方式之一。 2.方式一中AFO、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK波形 （AFO） （DK1） （DK2） （CLK） （DK波形） 3.方式二中AFO、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK波形 （AFO） （DK1） （DK2） （CLK） （DK波形） 第二部分 MBC-CDMA移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn) 2.1、m序列相關(guān)特性 2.1.1、基本原理 設(shè)ci(t), i=1,2,…,N是序列周期為T(mén)的一組序列，序列長(zhǎng)P位碼片（子碼），碼片周期Tp=T/P。它們的互相關(guān)函數(shù)為 （2-1-1） 式中，為的循環(huán)移位序列。自相關(guān)函數(shù)為 （2-1-2） 式中，為的循環(huán)移位序列。相關(guān)函數(shù)描述了二個(gè)序列或波形的相似程度。 如圖3-1-1所示。用示波器觀測(cè)各點(diǎn)波形即可了解它們的相關(guān)特性。 LPF PNi(t)·PNj(t) PNi(t) PNj(t) u0=PNi·PNj中的直流分量 圖3-1-1 序列相關(guān)特性測(cè)量電路 下面是本實(shí)驗(yàn)待測(cè)量的m序列。 （1）5階m序列（序列長(zhǎng)25-1=31位） （2）TRI：正交碼同步信號(hào)。 （3）PNi(t)：求相關(guān)函數(shù)的碼序列之一。 （4）PNj(t-τ)：求相關(guān)函數(shù)的碼序列之二。其中τ是延時(shí)。 （5）PNi×PNj：PNi(t)×PNj(t-) （6）Rij：Rij()=，為相關(guān)函數(shù)， Rij()= （7）SYR：Rij()的重復(fù)周期同步信號(hào)。 2.1.2、m序列自相關(guān)特性 （1）用示波器CH1、CH2測(cè)量PNi與PNj，與表3-1-1~表3-1-4中對(duì)應(yīng)的測(cè)量項(xiàng)目表比較是否相同。 （上面信號(hào)為PNi，下面信號(hào)為PNj） 從上圖可以看出PNi和PNj是一樣的。 （2）示波器設(shè)置：外觸發(fā)，直流耦合，外觸發(fā)信號(hào)接自TRI。按K4鍵使K4鍵LED燈滅，選擇“手動(dòng)延時(shí)”。示波器二個(gè)通道同時(shí)測(cè)量PNi及PNj，觀測(cè)PNj對(duì)PNi的時(shí)延。 （延時(shí)0.2） （延時(shí)0.4） （3）示波器一個(gè)通道測(cè)量PNj，另一個(gè)通道順次測(cè)量PNi(t)×PNj(t-)及Ri，j()。反復(fù)按K4鍵，觀察PNj時(shí)延變化及PNi(t)×PNj(t-)和Ri，j()的相應(yīng)變化。 （延時(shí)1.0 PNi(t)×PNj(t-) ） （延時(shí)1.0Rij） （4）按著K4不放至K4的LED燈常亮，進(jìn)入“自動(dòng)延時(shí)”方式，PNj(t-)自動(dòng)步進(jìn)延時(shí)，延時(shí)增量為0.2Tp，LED數(shù)碼管顯示時(shí)延值。示波器改為2S/DIV慢掃描，一個(gè)通道（置為1V/DIV）測(cè)量Ri，j()，另一個(gè)通道測(cè)量Ri，j()重復(fù)周期指示信號(hào)SYR，記錄二者波形。其中，Ri，j()記錄大致波形，但要準(zhǔn)確測(cè)量記錄Ri，j()正負(fù)峰值。Ri，j()波形中的小毛刺、小起伏不要理睬，這是步進(jìn)延時(shí)跳變瞬間PNi及PNj碼型的短暫混亂所造成。 2.2、M序列自相關(guān)特性 2.2.1、5階M序列 在實(shí)驗(yàn)一表3-1-1及表3-1-2的5階m序列4個(gè)連0后插入1個(gè)0所構(gòu)成，如表3-2-1及表3-2-2所示(插入的1個(gè)0加黑了) ，表中f(x)為對(duì)應(yīng)的m序列生成多項(xiàng)式。 2.2.2、5階M序列自相關(guān) （1）示波器CH1、CH2測(cè)量PNi與PNj，與表3-2-1~表3-2-4中對(duì)應(yīng)的測(cè)量項(xiàng)目表比較是否相同。 （2）示波器設(shè)置：外觸發(fā)，直流耦合，外觸發(fā)信號(hào)接自TRI。按K4鍵使K4鍵LED燈滅，選擇“手動(dòng)延時(shí)”。示波器二個(gè)通道同時(shí)測(cè)量PNi及PNj，觀測(cè)PNj對(duì)PNi的時(shí)延。每按K4一次K4鍵LED燈閃亮一下，并且LED數(shù)碼管顯示時(shí)延增加0.2Tp。 （延時(shí)0.2） （延時(shí)1.0） （3）示波器一個(gè)通道測(cè)量PNj，另一個(gè)通道順次測(cè)量PNi(t)×PNj(t-)及Ri，j()。反復(fù)按K4鍵，觀察PNj時(shí)延變化及PNi(t)×PNj(t-)和Ri，j()的相應(yīng)變化。 （延時(shí)0，PNij） （延時(shí)0，Rij） （延時(shí)1.0，PNij） （延時(shí)1.0，Rij） （4）按著K4不放至K4的LED燈常亮，進(jìn)入“自動(dòng)延時(shí)”方式，PNj(t-)自動(dòng)步進(jìn)延時(shí)，延時(shí)增量為0.2Tp，LED數(shù)碼管顯示時(shí)延值。示波器改為2S/DIV慢掃描，用一個(gè)通道（置為1V/DIV）測(cè)量Ri，j()，另一個(gè)通道測(cè)量Ri，j()重復(fù)周期指示信號(hào)SYR，記錄二者波形。其中，Ri，j()記錄大致波形，但要準(zhǔn)確測(cè)量記錄Ri，j()正負(fù)峰值。Ri，j()波形中的小毛刺、小起伏不要理睬，這是步進(jìn)延時(shí)跳變瞬間PNi及PNj碼型的短暫混亂所造成。 2.3、信道編碼：交織編碼 2.3.1、基本原理 分組碼只能糾正隨機(jī)分散的誤碼。卷積碼能糾正隨機(jī)分散的誤碼，并且在約束長(zhǎng)度足夠大時(shí)，也能糾正短突發(fā)誤碼。對(duì)付突發(fā)誤碼的最有效編碼是交織編碼，它將信道傳輸造成的長(zhǎng)串的突發(fā)誤碼分散成為隨機(jī)分散誤碼，再由分組碼或卷積碼予以糾正。交織編碼本身并不具有糾檢錯(cuò)能力，只是將突發(fā)信道改造成一個(gè)隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)信道，如下圖所示。 交織編碼有多種，下面只介紹最簡(jiǎn)單、最常用的分組交織編碼。 本CDMA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，將一幀已卷積編碼的16位信碼x1x2x3…x16作為一組進(jìn)行分組交織編碼。發(fā)端交織編碼器是一個(gè)4×4的存儲(chǔ)器矩陣，16位信碼按行寫(xiě)入、按列讀出，置亂后送入信道傳輸，如圖（a）所示。收端的去交織器是與發(fā)端交織器相同的4×4存儲(chǔ)器矩陣，不同的是按相反的方法寫(xiě)/讀：按列寫(xiě)入、按行讀出，則輸出信碼順序還原。若在信道傳輸中受到突發(fā)干擾，發(fā)生成片的4位連續(xù)誤碼（圖中加黑點(diǎn)的信碼），在收端去交織后誤碼被分散，可被其后的卷積糾錯(cuò)解碼器糾正。 （1）D1：并/串變換及加尾比特后用戶(hù)1信碼D10、D11、D12…D16、0（最后1位0為尾比特），每幀共8位，碼速率=fb/2=1.425kb/s，已放在一幀的規(guī)定時(shí)段。 （2）Dler：已卷積編碼后的D1，每幀共16位，碼速率=fb=2.85kb/s。 （3）Dlfr：在Dler前已插入8位幀同步碼（01110010）的用戶(hù)1的成幀信碼，每幀共24位，碼速率=fb=2.85kb/s。 （4）D1x：交織后的Dlfr。若未加入交織，則D1x =Dlfr。 （5）D1xs：已加入人為誤碼的D1x。若未加入人為誤碼，則D1xs=D1x。 （6）Drxs：DK2采樣、保持輸出信碼，在接收D1時(shí)可能有交織及人為誤碼。碼速率=fb=2.85kb/s。 （7） Drfr：已去交織（如果有）的信碼。對(duì)于無(wú)交織的D1及D2、D3、D4，Drfr=Drxs。碼速率=fb=2.85kb/s。 （8）Dr：Drfr經(jīng)卷積糾錯(cuò)解碼后的接收數(shù)據(jù)，碼速率=fb/2=1.425kb/s。 2.3.2、各點(diǎn)信號(hào) 1．關(guān)斷BS2噪聲源。設(shè)置“D1有人為誤碼”、“突發(fā)誤碼”及“D1無(wú)交織/去交織”。其它設(shè)置同前。 2．信碼D1設(shè)置為7位全0。 3．用示波器二個(gè)通道同時(shí)觀測(cè)發(fā)端BS1的D1fr及D1x，比較在無(wú)交織時(shí)二處信碼是否相同。 分析：由于信碼D1設(shè)置為全0，再加上最后1位0尾比特，則D1為8bit0，經(jīng)過(guò)卷積編碼后為D1er，同樣為16bit全0，D1fr是在Dler前已插入8位幀同步碼（01110010）的用戶(hù)1的成幀信碼，每幀共24位，所以D1fr數(shù)據(jù)為01110010 00000000 00000000，由于設(shè)置無(wú)交織，所以D1x=D1fr，也為01110010 00000000 00000000。 4．用示波器二個(gè)通道同時(shí)觀測(cè)發(fā)端BS1的Dlfr及D1xs，反復(fù)切換“D1人為誤碼”無(wú)/有，測(cè)量D1加突發(fā)誤碼后Dlxs成片誤碼的位置及位數(shù)。 分析：從上面兩個(gè)圖可以看出，第一個(gè)圖是沒(méi)有加入人為誤碼D1xs=D1fr=01110010 00000000 00000000，第二個(gè)圖加入人為誤碼D1xs不等于D1fr，D1xs數(shù)據(jù)為01110010 11110000 00000000，可以看出誤碼的位置是信碼的開(kāi)始四個(gè)比特。 5．用示波器二個(gè)通道同時(shí)觀測(cè)發(fā)端BS1的D1xs及收端MS的Drxs，比較二者是否一樣，發(fā)端模擬的信道傳輸造成的突發(fā)誤碼是否傳輸?shù)搅耸斩恕? 分析：由于D1xs已經(jīng)發(fā)生連續(xù)突發(fā)誤碼，在接收端Drxs=D1xs，說(shuō)明發(fā)端模擬的信道傳輸造成的突發(fā)誤碼傳輸?shù)搅耸斩恕? 6．用示波器二個(gè)通道同時(shí)觀測(cè)發(fā)端BS1的D1及收端MS的Dr，或直接看D1的LDE顯示及Dr的LED顯示，觀測(cè)Dr與D1是否有差別，是否存在卷積糾錯(cuò)解碼糾正不了的誤碼。 分析：在接受端，經(jīng)過(guò)卷積糾錯(cuò)解碼后的數(shù)據(jù)Dr變?yōu)?000001，而原先發(fā)端的數(shù)據(jù)D1為0000000，這從試驗(yàn)箱上的LED燈可以看到，發(fā)端7個(gè)LED全暗，而接收端得LED有一個(gè)是亮的，說(shuō)明經(jīng)過(guò)信道傳輸后數(shù)據(jù)發(fā)生誤碼了，存在卷積糾錯(cuò)解碼糾正不了的誤碼。 7. 設(shè)置“D1有交織/去交織”。 8．用示波器二個(gè)通道同時(shí)觀測(cè)發(fā)端BS1的D1fr及D1x。觀測(cè)D1x信碼位置是否被置亂（交織）。 分析：從上圖中看不出信碼位置已經(jīng)被置亂，即已經(jīng)進(jìn)行交織處理了，這是由于信碼數(shù)據(jù)全為0的緣故，在示波器上看出交織效果而已，實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)行交織處理了，這從后面有人為誤碼可以看出。 9. 同時(shí)觀測(cè)Dlx及Dlxs，觀測(cè)Dlx中加入的成片誤碼位置及位數(shù)。 分析：這以前面的情況是一樣的，加入人為誤碼的位置是交織后信碼的前面四個(gè)比特。 10．用示波器二個(gè)通道同時(shí)觀測(cè)發(fā)端BS1的D1xs及收端MS的Drxs，反復(fù)切換“D1人為誤碼”無(wú)/有，比較二處信碼是否一樣，發(fā)端模擬的信道傳輸造成的突發(fā)誤碼是否傳到了收端。 分析：與前面一樣，有人為誤碼時(shí)，由于D1xs已經(jīng)發(fā)生連續(xù)突發(fā)誤碼，在接收端Drxs=D1xs，說(shuō)明發(fā)端模擬的信道傳輸造成的突發(fā)誤碼傳輸?shù)搅耸斩恕? 11．用示波器二個(gè)通道同時(shí)觀測(cè)收端MS的Drxs及Drfr（已去交織但還未糾錯(cuò)的成幀信碼），反復(fù)切換“D1人為誤碼”無(wú)/有，觀測(cè)Drfr的誤碼是否已分散。 分析：由于Drfr是Drxs經(jīng)過(guò)去交織后的數(shù)據(jù)，而Drxs收到的是有突發(fā)誤碼的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)為01110010 11110000 00000000，經(jīng)過(guò)去交織后的Drfr為01110010 10001000 1000 1000，可以看出Drfr的誤碼已經(jīng)分散了。 12．用示波器二個(gè)通道同時(shí)觀測(cè)發(fā)端BS1的D1及收端MS的Dr，或者直接看D1的LED顯示及Dr的LED顯示，反復(fù)切換“D1人為誤碼”無(wú)/有，觀測(cè)存在突發(fā)誤碼時(shí)，系統(tǒng)采用了交織/去交織及經(jīng)卷積糾錯(cuò)后接收信碼Dr還有無(wú)誤碼。 分析：在接受端，不管是否有無(wú)人為誤碼，經(jīng)過(guò)卷積糾錯(cuò)解碼后的數(shù)據(jù)Dr都為為0000000，原先發(fā)端的數(shù)據(jù)D1為0000000，這從試驗(yàn)箱上的LED燈可以看到，發(fā)端7個(gè)LED全暗，而接收端得LED也是全暗的，說(shuō)明存在突發(fā)誤碼時(shí)，系統(tǒng)采用交織/去交織及經(jīng)卷積糾錯(cuò)后接收信碼Dr已經(jīng)沒(méi)有誤碼。 2.4、復(fù)合地址碼擴(kuò)頻調(diào)制 2.4.1、基本原理 本實(shí)驗(yàn)要研究?jī)?nèi)容收發(fā)二端有關(guān)電路如圖3-8-1所示。 導(dǎo)頻信道信碼 (全0) LPF W0 (全0) PN1 PIL 用戶(hù)1信碼 Dlxs Wi Dlw PN1 Dlss Dss BPSK1 fIF-RX fIF-des Drw fIF1 cosIFt PN1 PN(0) fIF cosIFt BS1 MS M1 M5 M8 同步信道信碼SYfr W8 PN1 SYss 圖3-8-1 復(fù)合地址碼擴(kuò)頻調(diào)制及PN碼解擴(kuò)（去擾）原理框圖 由圖可見(jiàn)，發(fā)端BS1導(dǎo)頻信道擴(kuò)頻基帶信號(hào) PIL=PN1(t) （2-4-1） 同步信道擴(kuò)頻基帶信號(hào) SYss=SYfrW8PN1 （2-4-2） 用戶(hù)1由信道地址碼Wi單獨(dú)擴(kuò)頻的擴(kuò)頻基帶信號(hào) D1w=DlxsWi （2-4-3） 用戶(hù)1由信道地址碼Wi及基站地址碼PN1復(fù)合擴(kuò)頻的擴(kuò)頻基帶信號(hào) Dlss=DlwPN1=DlxsWiPN1 （2-4-4） 則BS1總的擴(kuò)頻基帶信號(hào) Dss=PIL+SYss+Dlss+… 經(jīng)BPSK調(diào)制后輸出 BPSK1=Dss·cosIFt =PIL·cosIFt+SYss·cosIFt+D1ss·cosIFt+… （2-4-5） 2.4.2、測(cè)量各點(diǎn)信號(hào)的波形 依次測(cè)量Wi，D1w，PN1，D1ss信號(hào)如下圖所示： （Wi） （D1w） （PN1） （D1ss） D1擴(kuò)頻調(diào)制過(guò)程 Dlxs信碼波形 PN1碼片序號(hào)[1] 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 1 Wi=W 碼片數(shù)據(jù)[2] 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 Dlw 碼片數(shù)據(jù) 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 PN1 碼片數(shù)據(jù) 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 Dlss 碼片數(shù)據(jù) 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 從上面表格得到的數(shù)據(jù)驗(yàn)證了Dlss=DlwPN1=DlxsWiPN1 D1w=DlxsWi 第三部分 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 本次課程設(shè)計(jì)總的來(lái)說(shuō)量比較多，所以完成起來(lái)相對(duì)比較困難，GSM方面完成的實(shí)驗(yàn)有： 實(shí)驗(yàn)一 移動(dòng)通信系統(tǒng)組成及功能 實(shí)驗(yàn)二 無(wú)線數(shù)字信令 實(shí)驗(yàn)三 信令系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)四 多信道共用、空閑信道選取方式 實(shí)驗(yàn)七 TDMA（時(shí)分多址）移動(dòng)通信 CDMA方面完成的實(shí)驗(yàn)有： 實(shí)驗(yàn)一、m序列相關(guān)特性 實(shí)驗(yàn)二、M序列相關(guān)特性及5階M序列 實(shí)驗(yàn)七、信道編碼(2)：交織編碼 實(shí)驗(yàn)八、復(fù)合地址碼擴(kuò)頻調(diào)制 一、在做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中碰到比較多的問(wèn)題，比如： 1、 由于在做實(shí)驗(yàn)之前預(yù)習(xí)的不是很充分，沒(méi)有很認(rèn)真的去分析實(shí)驗(yàn)的原理，以及提前整理在實(shí)驗(yàn)中需要記錄哪些數(shù)據(jù)，所以在做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，思路有點(diǎn)亂，再加上量比較多，而且第一天上午又沒(méi)帶相機(jī)，導(dǎo)致有些重要數(shù)據(jù)忘記記錄，因此在課程設(shè)計(jì)報(bào)告上有些實(shí)驗(yàn)結(jié)果就不能體現(xiàn)出來(lái)。 2、 沒(méi)有很好的去選擇需要完成哪些實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致有些類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)重復(fù)做，而忘記了有些該做的步驟，比如在做CDMA時(shí)，m序列和M序列其實(shí)是類(lèi)似的，M序列的隨機(jī)性與m序列相似。只是M序列自相關(guān)特性稍差，不象m序列的二值特性而是多值的，具有較大的旁峰（旁瓣）。M序列不再具有移位相加性及采樣性。 3、 有些實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測(cè)量的不是很好，比如用示波器觀察程控交換機(jī)用戶(hù)線信令實(shí)驗(yàn)時(shí)，比如測(cè)DTMF號(hào)碼時(shí)，無(wú)繩電話座機(jī)按一個(gè)數(shù)字時(shí)，不好用示波器捕捉到信號(hào)，需要重復(fù)多次測(cè)量才能測(cè)出信號(hào)。 4、 在使用數(shù)字示波器器時(shí)也有一些問(wèn)題，因?yàn)閿?shù)字示波器的有些功能還不清楚，以前也沒(méi)用過(guò)那些功能，比如在測(cè)量數(shù)字信令時(shí)，一開(kāi)始不清楚外部觸發(fā)，所以開(kāi)始不清楚怎么捕捉數(shù)字信令。 二、通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)也學(xué)到很多內(nèi)容，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)原理使自己對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、交換機(jī)用戶(hù)線信令、有線呼叫有線電話的接續(xù)過(guò)程、手機(jī)呼叫有線電話之間的呼叫接續(xù)過(guò)程、時(shí)分復(fù)用，以及m序列、M序列等有了更深的理解。尤其是分析了交織編碼實(shí)驗(yàn)，使自己對(duì)如何降低數(shù)據(jù)誤碼率的方法有了更深的理解。 23