《移動通信技術》實驗教學大綱設計(18.6)

實用文案標準文檔移動通信技術實驗教學大綱1.實驗課程號：B453L075002 課程屬性：（限選）3. 實驗屬性：非獨立設課4.學時學分：總學時 36,實驗學時 105. 實驗應開學期：秋季6. 先修課程：數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡，信號與系統(tǒng)，通信原理等。一、課程的性質與任務本實課程是移動通信技術的配套實驗課，要求通過實驗課的練習與實踐使學生加深對現(xiàn)代移動通信技術的基本概念和基本原理的理解，并掌握典型通信系統(tǒng)的基本組成和基本技 術，以適應信息社會對移動通信高級工程技術人才的需求。二、實驗的目的與基本要求通過實驗使學生對比較抽象的移動通信理論內容產(chǎn)生一個具體的感性認識，通過具體的實驗操作使學生達到“知其然，且知其所以然”，從而提高分析問題、解決問題的能力。三、實驗考核方式及辦法實驗成績評分辦法：實驗成績占課程成績的15%。四、實驗項目一覽表移動通信技術實驗項目一覽表序號實驗項目名稱實驗類型實驗要求適用專業(yè)學時1數(shù)字調制與解調技術驗證性必做信息工程/電子信息工程22擴頻技術驗證性必做信息工程/電子信息工程23抗衰落技術驗證性必做信息工程/電子信息工程24GSM 通信系統(tǒng)實驗綜合性必做信息工程/電子信息工程25CDMA 通信系統(tǒng)實驗綜合性必做信息工程/電子信息工程2五、實驗項目的具體內容:實驗一數(shù)字調制與解調技術1 本次實驗的目的和要求通過本實驗了解 QPSK, OQPSK,MSK,GMSK 制原理及特性、解調原理及載波在相干及非相干時的解調特性。將它們的原理及特性進行對比，掌握它們的差別。掌握星座圖的概念、 星座圖的產(chǎn)生原理及方法。2實驗內容實用文案標準文檔1)觀察 I、Q 兩路基帶信號的特征及與輸入NRZ 碼的關系。2)觀察 IQ 調制解調過程中各信號變化。3)觀察解調載波相干時和非相干時各信號的區(qū)別。4)觀察各調制信號的區(qū)別。5)觀察 QPSK OQPSKMSK GMSKi 帶信號的星座圖，并比較各星座圖的不同及他們的意義。3 需用的儀器移動通信原理實驗箱(主控 &信號源模塊、軟件無線電調制模塊10 號模塊、軟件無線電解調模塊 11 號模塊)，示波器。4.實驗步驟1)準備：閱讀實驗教程，了解QPSK, OQPSK,MSK,GMSK 調制解調原理；2)QPSK 調制及解調實驗(1) 按實驗要求完成所有連線，形成調制解調電路。(2)QPSK 調制。設置主控菜單，選擇QPSK 調制及解調；用示波器觀測10 號模塊的TP8(NRZ-I)和 TP9(NRZ-Q)測試點，觀測基帶信號經(jīng)過串并變換后輸出的兩路波形，與輸入信號對比；示波器探頭接 10 號模塊 TH7(l-0ut)和 TH9(Q-Out),調節(jié)示波器為 XY 模式，觀 察 QPSK 星座圖；示波器探頭接 10 號模塊 TH7(I-Out)和 TP3(I)，對比觀測 I 路成形波形的 載波調制前后的波形； 示波器探頭接 10 號模塊 TH9(Q-Out)和 TP4(Q)，對比觀測 Q 路成形波 形的載波調制前后的波形；示波器探頭接10 模塊的 TP1，觀測 I 路和 Q 路加載頻后的疊加信號，即 QPSK 調制信號。(3)QPSK 相干解調實驗。用示波器觀測 10 號模塊的 TH3(DIN1) , 11 號模塊的TH4(Dout)，適當調節(jié) 11 號模塊壓控偏置電位器 W1 來改變載波相位，對比觀測原始基帶信 號和解調輸出信號的波形；用示波器觀測 10 號模塊的 TH1(BSIN) ,11 號模塊的 TH5(BS-out), 對比觀測原始時鐘信號和解調恢復時鐘信號的波形；用示波器對比觀測原始I 路信號與解調后 I 路信號的波形，以及原始Q 路信號與解調后 Q 路信號的波形。3)OQPS 調制及解調實驗。選擇 OQPS 碉制模式，實驗步驟同 2)4)MSK 調制及相干解調實驗。(1) 按實驗要求完成所有連線，形成調制解調電路。(2)MSK 調制。實用文案標準文檔設置主控菜單，選擇 MSK 調制及解調。示波器探頭接 10 號模塊 TP8(NRZ-I) 和 TP9(NRZ-Q),觀測基帶信號經(jīng)過串并變換后輸出的兩路波形；示波器對比觀測I 路信號成形前后的波形和Q 路信號成形前后的波形；示波器探頭接10 號模塊 TH7(l-0ut)和TH9(Q-0ut)，調節(jié)示波器為 XY 模式，觀察 MSK 星座圖；示波器對比觀測 I 路成形波形的載 波調制前后的波形和 Q 路成形波形的載波調制前后的波形；示波器探頭 CH1 接 10 模塊的 TP1,觀測 I 路和 Q 路加載頻后的疊加信號，即MSK 調制信號。(3)MSK 相干解調實驗。示波器探頭接 10 號模塊TH3(DIN1)和 11 號模塊 TH4(Dout)，適當調節(jié) 11 號模塊壓控偏置電位器 W1 同時按復位開關鍵 S3,對比觀測原始基帶信號和解 調輸出信號的波形；示波器探頭接10 號模塊 TH1(BSIN)和 11 號模塊 TH5(BS-out)，對比觀測原始時鐘信號和解調恢復時鐘信號的波形。示波器對比觀測原始 I 路成形信號與解調后 I路成形信號的波形、原始Q 路成形信號與解調后 Q 路成形信號的波形；示波器探頭CH1 接10 號模塊和 11 號模塊 TH10(DA 輸出 1)，對比觀測原始基帶信號與解調后但未經(jīng)碼元再生判決的信號。5)GMSI 調制及相干解調實驗。選擇 GMSI 調制模式，實驗步驟同 4)5 教學方式教師先講解，并提供部分實驗步驟；學生自己動手實驗，教師進行輔導。6 考核要求調試成功并提交實驗報告。7實驗報告要求1)寫出實驗步驟；2)寫出觀察到的實驗結果；3)分析實驗結果，并得出實驗結論。4)格式符合實驗報告格式書，書寫規(guī)范。實驗二擴頻技術1 本次實驗的目的和要求掌握 m 序列、Gold 序列、Walsh 序列的特性、產(chǎn)生方法及應用；了解直接序列擴頻、解擴原理和方法。了解擴頻前后信號在時域及頻域上的變化。了解解擴前后信號在時域及頻域上的變化。2實驗內容實用文案標準文檔1)觀察 m 序列，識別其特征，自相關特性。2)觀察 Gold 序列，識別其特征，自相關特性及互相關特性。3)觀察 Walsh 序列，識別其特征，自相關特性及互相關特性。4)觀察擴頻前后信息碼的時域變化，頻域變化。5)觀察已調信號在擴頻前后的頻域變化，解擴前后的頻域變化。6)觀察解擴時本地擴頻碼與擴頻時擴頻碼的同步情況。3 需用的儀器移動通信原理實驗箱(主控 &信號源模塊、軟件無線電調制模塊10 號模塊、CDMA發(fā)送模塊 14 號模塊、CDMA 接收模塊 15 號模塊)，示波器。4.實驗步驟1)準備：閱讀實驗教程，了解m 序列、Gold 序列和 Walsh 序列的特征，了解擴頻解擴原理。2)m 序列產(chǎn)生及其特性實驗。(1)按實驗要求完成連線。設置主菜單，選擇m 序列產(chǎn)生及特性。(2)將 14 號模塊的撥碼開關 S1、S2、S3、S4 全撥為“ 0000”。將開關 S6 撥至“ 127 位”，設置 PN 序列長度為 127 位。按復位開關 S7。(3) 觀測測試點 PN1 或 PN3, 了解 m 序列波形；觀測 TH9(相關函數(shù)值)測試點，了解m 序列自相關特性。3)Gold 序列產(chǎn)生及其特性實驗。(1)按實驗要求完成連線。設置主菜單，選擇Gold 序列產(chǎn)生及特性。(2)將 14 號模塊的撥碼開關 S1、S4 全撥為“ 0000”。將開關 S6 撥至“ 127 位”，設置PN 序列長度為 127 位。設置 S2 為 0001 ,使 G1 輸出一種 Gold 序列。設置 S3 為 0001,使 G2 輸出 Gold序列與 G1 相同。按復位開關 S7。觀測 TH9(相關函數(shù)值)測試點，了解 GOLD 序 列自相關特性。(3) 設置 S2 為 0001，使 G1 輸出一種 Gold 序列。設置 S3 為 0010，使 G2 輸出 Gold 序列與 G1不相同。按復位開關 S7。觀測 TH9(相關函數(shù)值)測試點，了解 GOLD 序列互相關 特性。4)Walsh 序列產(chǎn)生及其特性實驗。(1)按實驗要求完成連線。設置主菜單，選擇Gold 序列產(chǎn)生及特性。(2)設置主菜單， 選擇 Walsh 序列產(chǎn)生及特性。 將 14 號模塊的撥碼開關 S2、 S3 全撥 為“0000”，使 G1 和 G2 一致。設置 S1 為 0001,使 W1 輸出一種 Walsh 序列。設置 S4 為 0001,使 W2 輸出 Walsh 序列與 W1 相同。按復位開關 S7。觀測 TH9 (相關函數(shù)值)測試點，了解 Walsh 與實用文案標準文檔Gold 序列經(jīng)模 2 加合成后的序列自相關特性。(3) 設置 S1 為 0001，使 G1 輸出一種 Walsh 序列。設置 S4 為 0010,使 W2 輸出 Walsh序列與 W1 不相同。按復位開關 S7。觀測 TH9 (相關函數(shù)值)測試點，了解Walsh 與 Gold序列經(jīng)模 2 加合成后的序列互相關特性。5)直接序列擴頻實驗。(1) 按實驗要求完成連線。設置主菜單，選擇直接序列擴頻。再根據(jù)實驗框圖說明，分別設置不同的擴頻碼，并按復位鍵S7 進行確認。(2) 對比觀測 NRZ1 和 CDMA1 從時域和頻域上觀測擴頻前后波形變化情況。(3) 觀測“調制輸出”，對比擴頻前后調制信號變化情況。6)解擴實驗。(1) 按實驗要求完成連線。設置主菜單，選擇直接序列擴頻及解擴。(2) 根據(jù)實驗框圖說明，設置撥碼開關，使擴頻端的擴頻碼與解擴端的擴頻碼一致，并按復位鍵確認；調節(jié) 15 號模塊的判決門限調節(jié)旋鈕W2 觀察捕獲指示燈的亮滅變化情況。當擴頻碼同步時，指示燈應由滅變?yōu)榱痢?3)根據(jù)實驗原理中的測試點說明，調節(jié)W2 觀察各點在捕獲過程中的變化情況。5 教學方式教師先講解，并提供部分實驗步驟；學生自己動手實驗，教師進行輔導。6 考核要求調試成功并提交實驗報告。7 實驗報告要求1)寫出實驗步驟；2)寫出觀察到的實驗結果；3)分析實驗結果，并得出實驗結論。4)格式符合實驗報告格式書，書寫規(guī)范。實驗三抗衰落技術1 本次實驗的目的和要求掌握漢明碼編譯碼原理和檢錯糾錯原理；掌握卷積碼編譯碼的原理， 卷積碼檢錯糾錯原 理；掌握塊交織的特性、產(chǎn)生原理及方法，掌握塊交織對譯碼性能的影響。實用文案標準文檔2實驗內容1)通過改變輸入數(shù)字信號的碼型，觀測延時輸出，編碼輸出及譯碼輸出， 驗證漢明碼編譯碼規(guī)則。2)通過插入不同個數(shù)的錯誤，觀測譯碼結果與輸入信號驗證漢明碼的檢糾錯能力。3)通過觀察并記錄編碼輸入與輸出波形，驗證卷積碼編碼規(guī)則。4)通過插入不同個數(shù)不同位置的誤碼，觀察譯碼結果與輸入信號驗證卷積碼的檢糾錯能力。5)通過觀察并記錄編碼輸入與卷積交織輸出波形，驗證卷積交織編碼規(guī)則， 并對比無交織編碼結果驗證交織規(guī)則。6)通過插入不同種類不同個數(shù)的誤碼，觀察譯碼結果與輸入信號驗證卷積交織的檢糾錯能力，并且對比無交織編碼的檢糾錯能力，驗證在突發(fā)錯以及連續(xù)錯中，交織與否對檢糾錯性能的影響。3 需用的儀器移動通信原理實驗箱(主控&信號源、數(shù)字終端&時分多址模塊 2 號模塊、信道編碼 及交織模塊4 號、信道譯碼及解交織模塊 5 號模塊)，示波器。4.實驗步驟1)線性分組編碼實驗。(1)按實驗要求完成連線。設置主控菜單，選擇線性分組碼實驗T無誤碼。將2 號模 塊的撥碼開關 S12#撥為 10100000，撥碼開關 S22#、S32# S42#均撥為 00000000 ;用示波器 觀測 4 號模塊 TH4 處編碼輸出波形。設置 2 號模塊撥碼開關 S1 前四位，觀測編碼輸出。(2) 在主控模塊中，選擇【插入 1 個誤碼】。對比觀測譯碼結果與輸入信號，驗證漢明碼的糾錯能力。對比觀測插錯指示與誤碼指示，驗證漢明碼的檢錯能力。在主控模塊中，選 擇逐一選擇其他插入誤碼模式，如【插入 2 個誤碼】、【插入 3 個誤碼模式一】、【插入 3 個誤碼模式二】。重復以上觀測，驗證漢明碼的檢糾錯能力。將示波器觸發(fā)源通道接4 號模塊的TP1 幀同步信號，示波器另外一個通道接TP2 插錯指示，可以觀測插錯的位置。2)卷積碼編碼及譯碼實驗。(1) 卷積碼編碼規(guī)則驗證。按實驗要求完成連線。設置主控菜單，選擇卷積碼實驗。在“卷積及交織誤碼設置”界面中，先選擇無誤碼。用示波器觀測編碼輸入數(shù)據(jù)TH1,讀出并記錄 15 位 PN 序列碼型。 用示波器分別接輸入數(shù)據(jù) TH1 和卷積編碼輸出數(shù)據(jù) TH4,以 TH1 作為觸發(fā)源，實用文案標準文檔觀察卷積編碼輸出。(2)卷積碼檢糾錯性能檢驗。對比觀測模塊4的編碼輸入數(shù)據(jù) TH1 與模塊 5 的譯碼輸出 TH3,驗證卷積編譯碼功能。在主控模塊中，進行誤碼設置，分別選擇【隨機錯】、【突發(fā)錯】。對比觀測譯碼結果與輸入信號，驗證卷積碼的糾錯能力。分別觀測插錯指示與誤碼指 示，驗證卷積碼的檢錯能力。3）交織技術實驗。（1）卷積碼編碼及交織規(guī)則驗證。按實驗要求完成連線。設置主控菜單，選擇交織技術實驗。在“卷積及交織誤碼” 界面中，先選擇【無誤碼】。用示波器觀測編碼輸入數(shù)據(jù)TH1,讀出并記錄 15 位 PN 序列碼型。用示波器分別接輸入數(shù)據(jù)TH1 和卷積編碼及交織輸出數(shù)據(jù)TH4,以 TH1 作為觸發(fā)源，觀察卷積編碼及交織輸出。（2） 卷積及交織檢糾錯性能檢驗。對比觀測模塊4 的編碼輸入數(shù)據(jù) TH1 與模塊 5 的譯 碼輸出 TH3,驗證卷積編碼交織和譯碼解交織功能。在主控模塊中，進行誤碼設置，分別選擇【隨機錯】、【突發(fā)錯】。對比觀測譯碼結果與輸入信號，驗證卷積交織的糾錯能力。分別 觀測插錯指示與誤碼指示，驗證卷積交織的檢錯能力。5 教學方式教師先講解，并提供部分實驗步驟；學生自己動手實驗，教師進行輔導。6 考核要求調試成功并提交實驗報告。7 實驗報告要求1）寫出實驗步驟；2）寫出觀察到的實驗結果；3）分析實驗結果，并得出實驗結論。4）格式符合實驗報告格式書，書寫規(guī)范。實驗四 GSM 通信系統(tǒng)實驗1 本次實驗的目的和要求通過自行搭建 GSM!信系統(tǒng)，認識和掌握 GSM!信系統(tǒng)的框架以及相關原理知識點。2實驗內容1） 搭建 GSM 有線通信系統(tǒng)，觀察 GSM1信系統(tǒng)各部分信號。實用文案標準文檔2） 搭建 GSM 無線通信系統(tǒng)，觀察 GSM1信系統(tǒng)各部分信號。3 需用的儀器移動通信原理實驗箱（主控 &信號源模塊、信道編碼及交織模塊 4 號、信道譯碼及 解交織模塊 5 號模塊、軟件無線電調制模塊 10 號模塊、軟件無線電解調模塊 11 號模塊、 AMB 萌音壓縮模塊 12 號模塊、CDMA 發(fā)送模塊 14 號模塊、CDMA 接收模塊 15 號模塊）， 示波器。4. 實驗步驟1） 按實驗指導書要求搭建 GSM 有線通信系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端。2） 設置系統(tǒng)菜單，選擇實驗項目【GSM 通信系統(tǒng)實驗】。先按 12 號模塊的復位鍵 S1,再進行系統(tǒng)聯(lián)調，適當調節(jié) 11 號模塊壓控偏置電位器 W1,同時按復位開關鍵 S3,感受 GSM 系統(tǒng)的通話效果。3） 用示波器觀察各信號點波形，并記錄。4） 分別將 10 號模塊的 P2（發(fā)射天線）和 11 號模塊的 P2（接收天線）連接拉桿天線，按實驗指導書搭建 GSM 無線通信系統(tǒng)。適當調節(jié) 11 號模塊天線接收端的增益調節(jié)旋鈕W2 再適當調節(jié)壓控偏置電位器 W1 按復位 S3,進行系統(tǒng)聯(lián)調。感受 GSM 系統(tǒng)的通話效果。5. 教學方式教師先講解，并提供部分實驗步驟；學生自己動手實驗，教師進行輔導。6考核要求調試成功并提交實驗報告。7.實驗報告要求1） 寫出實驗步驟；2） 寫出觀察到的實驗結果；3） 分析實驗結果，并得出實驗結論。4） 格式符合實驗報告格式書，書寫規(guī)范。實驗五 CDMA 通信系統(tǒng)實驗1本次實驗的目的和要求通過自行搭建 CDMAT 頻通信系統(tǒng)，認識和掌握 CDMA!信系統(tǒng)的框架以及相關原理知識 點。2實驗內容1） 搭建 CDMAI信系統(tǒng)。2） 觀察 CDMAT 頻通信系統(tǒng)各部分信號。3） 觀察兩路信號碼分多址及其選址。3需用的儀器移動通信原理實驗箱（主控 &信號源模塊、信道編碼及交織模塊 4 號、信道譯碼及 解交織模塊 5 號模塊、軟件無線電調制模塊 10 號模塊、軟件無線電解調模塊 11 號模塊、 AMB 萌音壓縮模實用文案標準文檔塊 12 號模塊、CDMA 發(fā)送模塊 14 號模塊、CDMA 接收模塊 15 號模塊）， 示波器。4.實驗步驟1）按實驗指導書要求搭建 CDMA!信系統(tǒng)發(fā)送端的連線。2） 先將話筒接入到 12 號模塊的話筒接口，作為模擬源。將 14 號模塊上兩路信號設置不同的擴頻碼序列：撥碼開關S2 為 0001，撥碼開關 S3 為 0010,撥碼開關 S1 和 S4 全置為0,序列長度設置開關設置為127 位。此時第一路擴頻信號CDMA 則對應開關 S1 為 0001 的擴頻碼序列，第二路擴頻信號CDMA 則 U 對應開關 S2 為 0010 的擴頻碼序列。（撥碼開關 S1、S2、S3 S4 的功能，可參考擴頻技術相關實驗內容說明。）此時調制信號輸出口為：10 號模塊的 P1（調制輸出），以及經(jīng)過功放后的 P2 （發(fā)射天線）。3） 按實驗指導書要求完成 CDMA 通信系統(tǒng)的接收端連線。（1）用于接收數(shù)字信號 PN 的 CDMA 接收系統(tǒng)的連線。根據(jù)發(fā)送端的撥碼情況，設置接收端 15 號 CDMA收模塊中撥碼開關 S1=0010,撥碼開關 S4=0000。（2） 用于接收音頻信號的 CDMA 接收系統(tǒng)的連線。將耳麥的耳機插頭接入至12 號模塊 的耳機接口。根據(jù)發(fā)送端的撥碼情況， 設置接收端 15 號 CDMA 接收模塊中撥碼開關 S 仁 0001, 撥碼開關 S4=0000。4） 設置主菜單，選擇實驗項目【CDMAT 頻通信系統(tǒng)實驗】。根據(jù)所需接收的通道，在設置完擴頻碼序列后，需要按模塊14 的復位開關 S7 和模塊 15 的復位開關 S2,讓系統(tǒng)配置撥碼值。按 12 號模塊的復位鍵 S1。5） 進行系統(tǒng)聯(lián)調接收 PN 序列。用示波器對比觀測輸入信號和輸出信號的波形（為觀 測方便，可先接收 PN 序列），各模塊中的增益調節(jié)旋鈕要適當調節(jié)，使信號幅度不宜過小。緩慢調節(jié) 15 號模塊 CDM 展收單元的判決門限調節(jié)旋鈕W2 捕獲指示燈由滅變亮即可，同時也可以用示波器觀測 TP4 相關 1 的測試點配合觀測，緩慢調節(jié)壓控偏置調節(jié)旋鈕W3 觀測相關峰值情況。緩慢調節(jié)11 號模塊壓控偏置調節(jié)旋鈕W1 并適當按復位開關 S3 使解調端載波與調制載波同頻同相。各個相關旋鈕需互相配合調節(jié)，直至最后輸出波形與原始波形一致。若 PN 序列能成功接收，改變接收端的解擴碼序列，使其與語音信號通道上的擴頻碼 一致，再適當調節(jié)各個旋鈕，感受語音效果。6） 搭建 CDMA6 線通信系統(tǒng)，將 10 號模塊的 P2（發(fā)射天線）和 15 號模塊的 J2（接收天線）接拉桿天線，適當調節(jié)11 號模塊天線接收端的增益調節(jié)旋鈕W2 再適當調節(jié)壓控偏置電位器 W1 按復位 S3,進行系統(tǒng)聯(lián)調。重復以上步驟。7） 用示波器觀察各信號點波形，并記錄。實用文案標準文檔5 教學方式教師先講解，并提供部分實驗步驟；學生自己動手實驗，教師進行輔導。6 考核要求調試成功并提父實驗報告。7 實驗報告要求5)寫出實驗步驟；6)寫出觀察到的實驗結果；7)分析實驗結果，并得出實驗結論。格式符合實驗報告格式書，書寫規(guī)范。六、實驗教材及主要參考資料武漢凌特電子技術有限公司提供的移動原理實驗箱配套移動通信系統(tǒng)實驗指導書七、教改說明及其他擬申報校網(wǎng)絡課程建設、重點課程建設。主撰人：張紅燕審核人：分管教學院長：2018 年 6 月10 日