北京科技大学《现代通信技术》实验报告.docx

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北京科技大学《现代通信技术》实验报告

《现代通信技术》实验报告

地点    通信实验室

学院计算机与通信工程学院

专业班级    通信  

姓  名      

学  号      

指导教师     王丽娜  

 年10月

实验一　用户接口电路及2/4线变换实验

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芯片MY88622的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。

3．熟悉用户模块电路的电路组成及工作原理。

4．掌握用户线接口电路对用户状态改变的识别原理。

二、实验设备

20M通用示波器一台，万用表一块，电话一部，RC－CK－II型实验箱一台

三、电路工作原理

图1-1用户线接口功能框图

四、实验内容

1．了解用户模块MY88622的主要性能与特点。

2．熟悉用MY88622组成的用户线接口电路。

3．连接上电话机，用示波器分别观测MY88622的20脚在摘挂机时的工作电平，摘机时，测试TF15（MY88622四线输入）的信号；拨号，测试TF11（MY88622四线输出）信号。

五、实验步骤

1．将一部电话机接入用户接口模块一。

2．打开系统主电源开关，观察系统上电状态。

3．保持电话机处于持机状态，用示波器波观察MY88622第20脚的电平状态及发光二极管D15的状态。

此时二极管不亮。

4．电话摘机，继续观察第20脚的了信号电平状态及发光二极管的状态。

此时发光二级管亮。

5．电话挂机，用示波器观察TF15和TF11的波形。

6．电话摘机，用示波器观察TF15和TF11的波形。

7．电话拨号，用示波器观察TF15和TF11的波形。

六、实验注意事项

1．MY88622是厚膜电路，比较脆弱，不要用力搬弄。

2．系统上电后摘挂机，如果二极管不发光，请确认连接正确，检查接口是否有接触不良的现象。

实验二　信号音产生实验

一、实验目的

1．了解常用的几种信令信号音和铃流发生器的电路组成和工作过程。

2．熟悉这些信号音和铃流信号的技术要求。

二、实验设备

　　20M通用示波器一台，万用表一块，电话一部，RC－CK－II型实验箱一台

三、电路工作过程

在用户话机与交换机之间的用户线上，要沿两个方向传递语言信息。

但是，为了实现一次通话，还必须沿两个方向传送所需的控制信号。

比如，当用户想要通话时，必须首先向程控机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有关设备，此外，还要把指明呼叫的目的地的信号发往交换机。

当用户想要结束通话时，也必须向电信局交换机提供一个信号，以释放通话期间所使用的设备。

除了用户要向交换机传送信号之外，还需要传送相反方向的信号，如交换机要向用户传送关于交换机设备状况，以及被叫用户状态的信号。

图2-1本实验系统传送信号流程图

由此可见，一个完整电话通信系统，除了交换系统和传输系统外，还应有信令系统。

用户向电信局交换机发送的信号有用户状态信号（一般为直流信号）和号码信号（地址信号）。

交换机向用户发送的信号有各种可闻信号与振铃信号（铃流）两种。

A．各种可闻信号：

一般采用频率为450Hz或950Hz的正弦信号，例如：

拨号音：

（Dialtone）连续发送的450Hz正弦信号。

回铃音：

（Echotone）1秒送，4秒断的5秒断续的450Hz正弦信号。

忙音：

（busytone）0.35秒送，0.35秒断的0.7秒断续的450Hz正弦信号。

空号音：

为450Hz的断续信号。

0.2S断续，即0.1S续、0.1S断。

催挂音：

950Hz，连续发送响度较大的信号与拨号音有明显区别。

B．振铃信号（铃流）：

一般采用频率为25Hz，幅度为90V±15V的交流电压，以1秒送，4秒断的5秒断续方式发送。

C．拨号音由DSP生成相关的数字信号，通过FPGA送给D/A芯片进行D/A转换输出模拟信号到MY88622输入端，由MY88622将信号音馈到电话线上。

频率为450Hz，幅度在1V左右。

测量点为TF15。

D．回铃音由DSP生成相关的数字信号，通过FPGA送给D/A芯片进行D/A转换输出模拟信号到MY88622输入端，由MY88622将信号音馈到电话线上。

为1秒通、4秒断的重复周期为5秒的450Hz的正弦信号。

测量为TF15。

E．忙音由DSP生成相关的数字信号，通过FPGA送给D/A芯片进行D/A转换输出模拟信号到MY88622输入端，由MY88622将信号音馈到电话线上。

为0.35秒通，0.35秒断的重复周期为0.7S的450Hz的正弦信号，测量点为TF15。

F．空号音由DSP生成相关的数字信号，通过FPGA送给D/A芯片进行D/A转换输出模拟信号到MY88622输入端，由MY88622将信号音馈到电话线上。

为0.1秒通，0.1秒断的重复周期为0.2S的450Hz的正弦信号，测量点为TF15。

G．催挂音由DSP生成相关的数字信号，通过FPGA送给D/A芯片进行D/A转换输出模拟信号到MY88622输入端，由MY88622将信号音馈到电话线上。

为频率为950Hz的连续正弦信号，连续发送响度较大，与拨号音有明显区别，测量点为TF15。

H．铃流信号是铃流发生器产生的25Hz方波经放大电路放大，逆变后形成。

铃流信号送入振铃继电器后，需要MY88622来驱动，向用户送出铃流，完成振铃，它的测量点为TF21。

图2-2为它们各信号音工作波形图。

图2-2各信号音工作波形图

上图的各种信号音是由DSP产生数字音频信号，然后通过FPGA给1446进行D/A转换得到模拟信号的。

1446是一款低功耗，双通道的12位D/A转换器，其结构框图如下图：

图2-31446芯片结构框图

四、实验内容

1．用万用表测量各测量点拨号音、忙音、空号音、催挂音、回铃音及铃流控制信号的电压。

2．用示波器测量各测量点拨拨号音、忙音、空号音、催挂音、回铃音及铃流控制信号的波形。

3．各测量点说明如下：

TF15：

信号音

TF21：

铃流信号音信号

五、实验步骤

1．将一部电话机接入用户接口模块一。

2．打开系统主电源开关，观察系统上电状态。

3．将铃流开关关闭。

4．在电话摘机的同时，用示波器观察TF15点的波形，记录下拨号音的波形及频率。

5．在不按键及不更改系统参数的情况下，20秒后，TF15出现忙音，记录下忙音的波形及频率。

6．继续20秒后，TF15出现催挂音，记录下催挂音的波形及频率。

7．将电话挂机。

8．将电话摘机，键入非本系统电话号码，如333等，用示波器测量TF15的波形，记录下空号音的波形及频率。

9．将电话挂机，打开铃流开关，观察铃流状态指示灯D202的状态及闪烁情况（闪），用万用表交流电压档测量TF21的电压值（154.4v）。

10．用示波器观察TF21的波形及频率。

11．关闭铃流开关，关闭系统电源，整理实验记录及实验设备。

六、实验注意事项

在测量25Hz的铃流信号发生器输出的波形时，一定要注意万用表的量程和示波器的电压量程档，以防止损坏仪器和其它电子器件。

实验三GSM/GPRS短消息实验

一、实验目的

学会短消息发送原理，并在基于ARM的WindowsCE操作系统通过GSM/GPRS模块完成短消息的发送。

二、实验设备

1．“现代通信技术综合实验实训系统”实验箱一台。

2．处于有效期并开通上网业务的中国移动电话卡一张，正常工作的移动电话一部。

3．实验模块：

ARM模块与基于ARM的液晶显示模块，GPRS模块。

三、实验原理

SMS是通过移动网络用手机收发简短文本消息的一种通信机制。

SMS采用存储转发模式—短消息被发送出去之后，不是直接发送给接收方，而是先存储在SMC（短消息中心），然后再由SMC将短消息转发给接收方。

如果接收方当时关机或不在服务区内，SMC就会自动保存该短消息，等到接收方在服务区出现的时候再发送给他。

如果使用拉丁字母，每条短消息长度最高可达160个字符。

如果使用非拉丁语字母，比如中文或阿拉伯语，每条短消息最多可支持70个字符长度。

这些字符可以是文本、数字或二进制非文本数据（用于铃声或logo等）。

与普通的寻呼机制不同的是，SMS是一项有保证的双向服务。

发送方可以在将短消息发送出去之后得到一条确认通知，返回传递成功或失败的信息以及不可到达的原因。

SMS是非对称业务，它使用SS7信令信道传输数据分组。

所以，系统可以支持短消息与话音、数据、传真等业务的同步传输。

即使在业务信道处于高峰期的情况下，也照样可以使用短消息顺利通信。

此外，SMS还可以实现全国甚至国际漫游。

SMS属于GSM第一阶段（Phase1）标准，但目前已经被集成到了很多网络标准中。

一般的移动网络（如GSM、CDMA、TDMA、PHS、PDC等）都支持SMS，这更使SMS所向披靡，成为一项非常普及的移动数据业务。

GSM标准中定义的点到点短消息服务使短消息能够在移动台和短消息服务中心之间传递，下图是基于GSM网络的典型SMS体系框架。

SME（短消息实体）：

负责接收和发送短消息。

可以位于固话系统、移动基站或其他服务中心内。

MSC（移动交换中心）：

负责系统交换管理，控制来自或发往其他电话或数据系统的通信。

SMSC（短消息业务中心）：

负责在移动基站和SME之间中继、存储或转发短消息。

HLR（归属位置寄存器）：

是移动网络中最重要的数据库，用于存储管理用户的永久信息和服务记录，帮助把短消息传递给正确的MSC，还能配合MSC与HLR之间的协议，在接收方因超出覆盖区而丢失报文、随后又可找到时加以提示。

SMC—GWMS（短消息中心网关）：

是与其他网络打交道的节点。

一旦从SMSC接收到短消息，SMC—GWMS就向目的移动台的HLR处查询移动站当前的位置，并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心。

VLR（访问定位寄存器）：

该数据库含有一些用户临时信息，如手机鉴别、当前所处的小区（或小区组）等信息。

通过VLR提供的信息，MSC能够将短消息交换到相应的BSS（基站系统，包括BSC+BTS，向移动站发送或接收信息），BSS再将短消息传递到接收方的手机。

GSM/GPRS系统提供点对点的消息传递，包括两种电信业务：

一是从移动用户端到短消息中心端的短消息发送（移动终端发送的短消息业务）；一是从短消息中心端到移动用户端的短消息发送（移动终端终止的短消息业务）。

用户利用短消息中心可以从移动终端发送到移动终端，也可从移动终端发送到固定市话网或者其它外部应用程序；移动终端不仅可接收其他移动终端的短消息，也可接收其他外部应用程序的短消息（如语音留言通知、EMAIL到达通知、天气预报、交通信息公众信息）；外部应用程序之间通过短消息中心也可传递信息。

此外，系统还提供小区广播功能。

系统还提供强大的外部程序接口，可以利用短消息中心开发各种增值业务，如GPS应用、语音留言通知、收发EMAIL、人工/自动发短消息、信息发布等。

同时系统还提供计费接口、运营者分析包、各种统计/查询功能等。

五、实验报告

1．说明GSM/GPRS系统短消息发送的原理与过程，并画出相应框图。

见“实验原理”

2．记录所要发送的短消息以及接收的短消息。

记录如下:

实验四误码率评估

一、实验目的

学习使用MATLAB提供的析误码率的有效工具——误码率评估界面，并用其来计算和比较不同的调制方式、不同差错控制编码方式和不同信道噪声模型条件下通信系统的误码率。

二、实验原理

在MATLAB命令窗口中输入命令：

>>commgui

即可打开一个图形用户界面窗口——误码率评估窗口，如图3-1所示。

由图3-1可以看出，误码率评估窗口包含了通信系统中信号处理的全部过程：

信号源信号的产生；信号经过差错控制编码和调制后发送；叠加信道噪声后送到接收设备；经过解调和解码恢复出原始数据，进行误码率计算等过程。

误码率评估窗口上半部分分为四个功能区域，即

●Source（信号源）

●Err-Ctr-Code（差错控制编码）

●Modulation（信号调制编码）

●Channel（信道）

在每个部分均有一个下拉菜单，并有多种可供用户选择的方式。

下拉菜单的下方有一个文本编辑框，用户一旦选定某种方式，即可在编辑框中输入该方式要求的参数。

全部参数设置好以后，信号的整个处理过程中也就随之确定，此时用户就可以开始对误码率进行评估了。

图3-1所示的窗口下半部分是评估的计算结果显示区域和控制评估按钮。

显示区域共有5个小的矩形区域，其中最左边的窗口区域显示当前计算结果，其他的窗口用来保存以前的计算结果，以便进行比较。

用于可以把不需要的计算结果拖入到窗口右下角的Trash（垃圾桶）中。

在功能区域设置好参数之后，单击Run按钮即可开始评估。

当评估结束后，单击Plot按钮就可输出计算结果，该结果显示的是极坐标系中信噪比和误码率的曲线图。

用户可以通过该窗口比较不同通信系统模型的误码率，从而得到不同的系统性能。

三、实验内容

1．利用MATLAB提供的误码率评估工具，在随机信源、ASK调制方式、加性白高斯噪声信道（AGWN）条件下对线性分组码和循环码的性能进行评估和分析。

线性分组码

循环码

评估和分析：

在随机信源、ASK调制方式、加性白高斯噪声信道（AGWN）条件下，线性分组码的误码率明显高于循环码，由于相同条件下线性分组码所需码字多于循环码，所以导致线性分组码误码率高于循环码。

2．利用MATLAB提供的误码率评估工具，在随机信源，PSK调制方式，加性白高斯噪声信道（AGWN）条件下对线性分组码和循环码的性能进行评估和分析。

线性分组码

卷积码

评估和分析：

在随机信源、PSK调制方式、加性白高斯噪声信道（AGWN）条件下，线性分组码的误码率明显高于循环码，由于相同条件下线性分组码所需码字多于循环码，所以导致线性分组码误码率高于循环码.

3．利用MATLAB提供的误码率评估工具，在随机信源、加性白高斯噪声信道（AGWN）条件，对分别采用ASK和PSK调制方式时的线性分组码的性能进行评估和分析。

Record2:

PSKRecord3:

ASK

评估和分析：

线性分组码在随机信源、加性白高斯噪声信道（AGWN）条件下，采用ASK调制方式与PSK调制方式两者误码率相近。

但是PSK误码率略高于ASK.

4．利用MATLAB提供的误码率评估工具，在随机信源、加性白高斯噪声信道（AGWN）条件，对分别采用ASK和PSK调制方式时的循环码的性能进行评估和分析。

Record2:

PSKRecord3:

ASK

评估和分析：

循环码在随机信源、加性白高斯噪声信道（AGWN）条件下，采用ASK调制方式与PSK调制方式两者误码率相近，但是采用ASK调制的波动小于PSK调制。

实验五编码实验

一、实验目的

学习使用MATLAB实现线性分组码的编码。

二、实验原理

为了求得全部码字，必须要用到全部信息序列，并找出对应的编码序列。

信息矩阵

是一个

的矩阵，该矩阵的行是长为k的全部可能的二进制序列，由全部为0的序列开始，并以全部为1的序列结束。

各行按下述方法排列：

按序列的十进制大小、从上至下由小到大排列。

G是生成矩阵，则码字矩阵

。

三、实验内容

有一（10，4）线性分组码，其生成矩阵为

求全部码字和该码的最小距离。

四、实验步骤

信息码为4位，列出信息矩阵M，用MATLAB矩阵进行模2计算C=MG，

M=[0000;0001;0010;0011;0100;0101;0110;0111;1000;1001;1010;1011;1100;1101;1110;1111];

G=[1001110111;1110001110;0110110101;1101111001];

C=mod（M*G,2）

可得以下结果:

即得到全部码字：

m

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

C

0000000000

1101111001

0110110101

1011001100

1110001110

0011110111

1000111011

010*******

m

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

C

1001110111

010*******

1111000010

0010111011

0111111001

1010000000

0001001100

1100110101

最小码距为2

实验六通信系统设计

一、实验目的

学习使用MATLAB的Simulink仿真工具进行通信系统设计。

二、实验原理

MATLAB为用户提供了一个建模与仿真的平台——Simulink。

Simulink采用模块组合的方法来创建动态系统的计算机模型，其主要特点是快速、准确。

Simulink可以用于模拟线性与非线性系统、连续与非连续系统，或它们的混合系统。

除此之外，Simulink还提供图形动画处理方法，以方便用户观察系统仿真的整个过程。

通常启动Simulink的方法有两种：

●在MATLAB命令窗口总直接输入Simulink命令

●在MATLAB工具栏上单击Simulink按钮

这样就可以打开Simulink的SimulinkLibraryBrower（库模块浏览器），在菜单栏中执行File|New|Model|命令就建立了一个名为untitled的模型窗口。

在建立了空的模块窗口后，用户可以在此窗口中创建自己所需的Simulink模型。

三、实验内容

根据所学的相关通信知识，利用MATLAB的Simulink建立一个通信系统，并对其性能进行评估。

4、实验步骤

实验名称：

（1）PCM串行传输模型

仿真模型如图

Subsystem：

PCM编码子系统

该系统为一个13折线近似的PCM编码器模型，它能够对取舍在[-1,1]内归一化信号样值进行编码。

测试模型和仿真结果如下图所示。

其中信号源用一个常数表示。

以Saturation作为限幅器，Relay模块的门限设置为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位，即确定极性码。

样值取绝对值后，以Look-UpTable（查表）模块进行13折线压缩，并用增益模块将样值范围放大到0~127，然后用间距为1的Quantizer模块进行四舍五入取整量化，并用IntegertoBitConverter将整数转换成长度为8个比特的二进制数据，最后用Display模块显示编码结果。

参数修改:

量化间距为1转换成长度为8个比特的二进制数

Subsystem1：

PCM解码子系统

测试模型和仿真结果如图所示，PCM解码器中首先分离并行数据中的最位（极性码）和7位数据，然后将7位数据转换为整数值，再进行归一化、扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。

　13折线A律解码器

　　仿真采样率必须是仿真模型中最高信号速率的整数倍，这里模型中信道传输速率最高为64bps，故仿真步进设置为1/64000s。

信道错误比特率设为0.01，以观察信道误码对PCM传输的影响。

信号源可以采用比如200Hz的

正弦波。

解码输出存在延迟。

对应于信道产生误码的位置，解码输出波形中出现了干扰脉冲，干扰脉冲的大小取决于信道中错误比特位于一个PCM编码字串中的位置，位于最高位时将导致解码值极性错误，这时干扰最大，而位于最低位的误码引起的误码最轻微。

通过改变BinarySymmetricChannel中的ErrorProbability的大小，观察原信号和解码后的输出。

一种仿真情况下的仿真结果波形如图所示。

（2）超外差收接收机系统

系统模型如图：

其中发送方的基带信号分别为1000Hz的正弦波和500Hz的方波，两路信号分别采用1000kHz和1200kHz的载波进行幅度调制，并在同一信道中进行传输。

要求采用超外差方式对这两路信号进行接收，并能够通过调整接收方的本振频率对解调信号进行选择。

1、设计两个信号源模块，其模块图如下所示，两个信号源模块的载波分别为1000kHz，和1200kHz，被调基带信号分别为1000Hz的正弦波和500Hz的三角波，并将其封装成两个子系统，如下图所示：

子系统一：

基带1kHZ正弦波，载波1000kHZ子系统二：

基带500HZ三角波，载波12000kHZ

2、为了模拟接收机距离两发射机距离不同引起的传输衰减，分别以Gain1和Gain2模块分别对传输信号进行衰减，衰减参数分别为0.1和0.2。

最后在信道中加入均值为0，方差为0.01的随机白噪声，送入接收机。

白噪声参数设置

3、接收机将收到的信号直接送入混频器进行混频，混频所使用的本机振荡信号由压控振荡器产生，其中压控振荡器由输入电压进行控制，设置SliderGain模块，使输入参数在500至1605可调，从而实现本振的频率可控。

压控振荡器的本振频率设为465kHz，灵敏度设为1000Hz/V。

Slidergain参数设置

压控振荡器参数设置

4、混频后得到的信号送入中频滤波器AnalogFilterDesign1进行带通滤波，滤波器阶数设置为1，带宽为12kHz，中心频率为465kHz，从而滤出中频信号。

5、对中频信号进行20倍的增益后，再次经过AnalogFilterDesign2进行中频滤波，进一步消除带外噪声。

滤波器设置与前面相同.

中频滤波器参数LF=465K-12K,HF=465K=12K

6、经过中频滤波后，利用包络检波器进行检波（检波器的上限和下限值分别设置为inf和0），检波输出信号再通过带宽为6kHz的低通滤波器输出。

检波器参数设置

低通滤波器参数设置带宽为6k

7、设置系统仿真时间为0.01s,固定步长，仿真步进为6.23e-8，具体参数设置如下图所示