《移动通信技术》实验教学大纲186.docx

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《移动通信技术》实验教学大纲186

《移动通信技术》实验教学大纲

1．实验课程号：

B453L07500

2．课程属性：

（限选）

3．实验属性：

非独立设课

4．学时学分：

总学时36，实验学时10

5．实验应开学期：

秋季

6．先修课程：

数据通信与计算机网络，信号与系统，通信原理等。

一、课程的性质与任务

本实课程是移动通信技术的配套实验课，要求通过实验课的练习与实践使学生加深对现代移动通信技术的基本概念和基本原理的理解，并掌握典型通信系统的基本组成和基本技术，以适应信息社会对移动通信高级工程技术人才的需求。

二、实验的目的与基本要求

通过实验使学生对比较抽象的移动通信理论内容产生一个具体的感性认识，通过具体的实验操作使学生达到“知其然，且知其所以然”，从而提高分析问题、解决问题的能力。

三、实验考核方式及办法

实验成绩评分办法：

实验成绩占课程成绩的15％。

四、实验项目一览表

移动通信技术实验项目一览表

序实验项目实验实验适用学

号名称类型要求专业时

1数字调制与解调技术验证性必做信息工程/电子信息工程2

2扩频技术验证性必做信息工程/电子信息工程2

3抗衰落技术验证性必做信息工程/电子信息工程2

4GSM通信系统实验综合性必做信息工程/电子信息工程2

5CDMA通信系统实验综合性必做信息工程/电子信息工程2

五、实验项目的具体内容：

实验一数字调制与解调技术

1．本次实验的目的和要求

通过本实验了解QPSK,OQPSK,MSK,GMSK调制原理及特性、解调原理及载波在相干及非相干时的解调特性。

将它们的原理及特性进行对比，掌握它们的差别。

掌握星座图的概念、星座图的产生原理及方法。

2．实验内容

1）观察I、Q两路基带信号的特征及与输入NRZ码的关系。

2）观察IQ调制解调过程中各信号变化。

3）观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。

4）观察各调制信号的区别。

5）观察QPSK、OQPSK、MSK、GMSK基带信号的星座图，并比较各星座图的不同及他们的意义。

3．需用的仪器

移动通信原理实验箱（主控&信号源模块、软件无线电调制模块10号模块、软件无线电解调模块11号模块），示波器。

4．实验步骤

1）准备：

阅读实验教程，了解QPSK,OQPSK,MSK,GMSK的调制解调原理；

2）QPSK调制及解调实验

（1）按实验要求完成所有连线，形成调制解调电路。

（2）QPSK调制。

设置主控菜单，选择QPSK调制及解调；用示波器观测10号模块的TP8（NRZ-I）和TP9（NRZ-Q）测试点，观测基带信号经过串并变换后输出的两路波形，与输入信号对比；示波器探头接10号模块TH7（I-Out）和TH9（Q-Out），调节示波器为XY模式，观察QPSK星座图；示波器探头接10号模块TH7（I-Out）和TP3（I），对比观测I路成形波形的载波调制前后的波形；示波器探头接10号模块TH9（Q-Out）和TP4（Q），对比观测Q路成形波形的载波调制前后的波形；示波器探头接10模块的TP1，观测I路和Q路加载频后的叠加信号，即QPSK调制信号。

（3）QPSK相干解调实验。

用示波器观测10号模块的TH3（DIN1），11号模块的TH4（Dout），适当调节11号模块压控偏置电位器W1来改变载波相位，对比观测原始基带信号和解调输出信号的波形；用示波器观测10号模块的TH1（BSIN），11号模块的TH5（BS-out），对比观测原始时钟信号和解调恢复时钟信号的波形；用示波器对比观测原始I路信号与解调后I路信号的波形，以及原始Q路信号与解调后Q路信号的波形。

3）OQPSK调制及解调实验。

选择OQPSK调制模式，实验步骤同2）

4）MSK调制及相干解调实验。

（1）按实验要求完成所有连线，形成调制解调电路。

（2）MSK调制。

设置主控菜单，选择MSK调制及解调。

示波器探头接10号模块TP8（NRZ-I）和TP9（NRZ-Q），观测基带信号经过串并变换后输出的两路波形；示波器对比观测I路信号成形前后的波形和Q路信号成形前后的波形；示波器探头接10号模块TH7（I-Out）和TH9（Q-Out），调节示波器为XY模式，观察MSK星座图；示波器对比观测I路成形波形的载波调制前后的波形和Q路成形波形的载波调制前后的波形；示波器探头CH1接10模块的TP1，观测I路和Q路加载频后的叠加信号，即MSK调制信号。

（3）MSK相干解调实验。

示波器探头接10号模块TH3（DIN1）和11号模块TH4（Dout），适当调节11号模块压控偏置电位器W1，同时按复位开关键S3，对比观测原始基带信号和解调输出信号的波形；示波器探头接10号模块TH1（BSIN）和11号模块TH5（BS-out），对比观测原始时钟信号和解调恢复时钟信号的波形。

示波器对比观测原始I路成形信号与解调后I路成形信号的波形、原始Q路成形信号与解调后Q路成形信号的波形；示波器探头CH1接10号模块和11号模块TH10（DA输出1），对比观测原始基带信号与解调后但未经码元再生判决的信号。

5）GMSK调制及相干解调实验。

选择GMSK调制模式，实验步骤同4）

5．教学方式

教师先讲解，并提供部分实验步骤；学生自己动手实验，教师进行辅导。

6．考核要求

调试成功并提交实验报告。

7．实验报告要求

1）写出实验步骤；

2）写出观察到的实验结果；

3）分析实验结果，并得出实验结论。

4）格式符合《实验报告格式》书，书写规范。

实验二扩频技术

1．本次实验的目的和要求

掌握m序列、Gold序列、Walsh序列的特性、产生方法及应用；了解直接序列扩频、解扩原理和方法。

了解扩频前后信号在时域及频域上的变化。

了解解扩前后信号在时域及频域上的变化。

2．实验内容

1）观察m序列，识别其特征，自相关特性。

2）观察Gold序列，识别其特征，自相关特性及互相关特性。

3）观察Walsh序列，识别其特征，自相关特性及互相关特性。

4）观察扩频前后信息码的时域变化，频域变化。

5）观察已调信号在扩频前后的频域变化，解扩前后的频域变化。

6）观察解扩时本地扩频码与扩频时扩频码的同步情况。

3．需用的仪器

移动通信原理实验箱（主控&信号源模块、软件无线电调制模块10号模块、CDMA发送模块14号模块、CDMA接收模块15号模块），示波器。

4．实验步骤

1）准备：

阅读实验教程，了解m序列、Gold序列和Walsh序列的特征，了解扩频解扩原理。

2）m序列产生及其特性实验。

（1）按实验要求完成连线。

设置主菜单，选择m序列产生及特性。

（2）将14号模块的拨码开关S1、S2、S3、S4全拨为“0000”。

将开关S6拨至“127位”，设置PN序列长度为127位。

按复位开关S7。

（3）观测测试点PN1或PN3，了解m序列波形；观测TH9（相关函数值）测试点，了解m序列自相关特性。

3）Gold序列产生及其特性实验。

（1）按实验要求完成连线。

设置主菜单，选择Gold序列产生及特性。

（2）将14号模块的拨码开关S1、S4全拨为“0000”。

将开关S6拨至“127位”，设置PN序列长度为127位。

设置S2为0001，使G1输出一种Gold序列。

设置S3为0001，使G2输出Gold序列与G1相同。

按复位开关S7。

观测TH9（相关函数值）测试点，了解GOLD序列自相关特性。

（3）设置S2为0001，使G1输出一种Gold序列。

设置S3为0010，使G2输出Gold序列与G1不相同。

按复位开关S7。

观测TH9（相关函数值）测试点，了解GOLD序列互相关特性。

4）Walsh序列产生及其特性实验。

（1）按实验要求完成连线。

设置主菜单，选择Gold序列产生及特性。

（2）设置主菜单，选择Walsh序列产生及特性。

将14号模块的拨码开关S2、S3全拨为“0000”，使G1和G2一致。

设置S1为0001，使W1输出一种Walsh序列。

设置S4为0001，使W2输出Walsh序列与W1相同。

按复位开关S7。

观测TH9（相关函数值）测试点，了解Walsh与Gold序列经模2加合成后的序列自相关特性。

（3）设置S1为0001，使G1输出一种Walsh序列。

设置S4为0010，使W2输出Walsh序列与W1不相同。

按复位开关S7。

观测TH9（相关函数值）测试点，了解Walsh与Gold序列经模2加合成后的序列互相关特性。

5）直接序列扩频实验。

（1）按实验要求完成连线。

设置主菜单，选择直接序列扩频。

再根据实验框图说明，分别设置不同的扩频码，并按复位键S7进行确认。

（2）对比观测NRZ1和CDMA1，从时域和频域上观测扩频前后波形变化情况。

（3）观测“调制输出”，对比扩频前后调制信号变化情况。

6）解扩实验。

（1）按实验要求完成连线。

设置主菜单，选择直接序列扩频及解扩。

（2）根据实验框图说明，设置拨码开关，使扩频端的扩频码与解扩端的扩频码一致，并按复位键确认；调节15号模块的判决门限调节旋钮W2，观察捕获指示灯的亮灭变化情况。

当扩频码同步时，指示灯应由灭变为亮。

（3）根据实验原理中的测试点说明，调节W2，观察各点在捕获过程中的变化情况。

5．教学方式

教师先讲解，并提供部分实验步骤；学生自己动手实验，教师进行辅导。

6．考核要求

调试成功并提交实验报告。

7．实验报告要求

1）写出实验步骤；

2）写出观察到的实验结果；

3）分析实验结果，并得出实验结论。

4）格式符合《实验报告格式》书，书写规范。

实验三抗衰落技术

1．本次实验的目的和要求

掌握汉明码编译码原理和检错纠错原理；掌握卷积码编译码的原理，卷积码检错纠错原理；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。

2．实验内容

1）通过改变输入数字信号的码型，观测延时输出，编码输出及译码输出，验证汉明码编译码规则。

2）通过插入不同个数的错误，观测译码结果与输入信号验证汉明码的检纠错能力。

3）通过观察并记录编码输入与输出波形，验证卷积码编码规则。

4）通过插入不同个数不同位置的误码，观察译码结果与输入信号验证卷积码的检纠错能力。

5）通过观察并记录编码输入与卷积交织输出波形，验证卷积交织编码规则，并对比无交织编码结果验证交织规则。

6）通过插入不同种类不同个数的误码，观察译码结果与输入信号验证卷积交织的检纠错能力，并且对比无交织编码的检纠错能力，验证在突发错以及连续错中，交织与否对检纠错性能的影响。

3．需用的仪器

移动通信原理实验箱（主控&信号源、数字终端&时分多址模块2号模块、信道编码及交织模块4号、信道译码及解交织模块5号模块），示波器。

4．实验步骤

1）线性分组编码实验。

（1）按实验要求完成连线。

设置主控菜单，选择线性分组码实验→无误码。

将2号模块的拨码开关S12#拨为10100000，拨码开关S22#、S32#、S42#均拨为00000000；用示波器观测4号模块TH4处编码输出波形。

设置2号模块拨码开关S1前四位，观测编码输出。

（2）在主控模块中，选择【插入1个误码】。

对比观测译码结果与输入信号，验证汉明码的纠错能力。

对比观测插错指示与误码指示，验证汉明码的检错能力。

在主控模块中，选择逐一选择其他插入误码模式，如【插入2个误码】、【插入3个误码模式一】、【插入3个误码模式二】。

重复以上观测，验证汉明码的检纠错能力。

将示波器触发源通道接4号模块的TP1帧同步信号，示波器另外一个通道接TP2插错指示，可以观测插错的位置。

2）卷积码编码及译码实验。

（1）卷积码编码规则验证。

按实验要求完成连线。

设置主控菜单，选择卷积码实验。

在“卷积及交织误码设置”界面中，先选择无误码。

用示波器观测编码输入数据TH1，读出并记录15位PN序列码型。

用示波器分别接输入数据TH1和卷积编码输出数据TH4，以TH1作为触发源，观察卷积编码输出。

（2）卷积码检纠错性能检验。

对比观测模块4的编码输入数据TH1与模块5的译码输出TH3，验证卷积编译码功能。

在主控模块中，进行误码设置，分别选择【随机错】、【突发错】。

对比观测译码结果与输入信号，验证卷积码的纠错能力。

分别观测插错指示与误码指示，验证卷积码的检错能力。

3）交织技术实验。

（1）卷积码编码及交织规则验证。

按实验要求完成连线。

设置主控菜单，选择交织技术实验。

在“卷积及交织误码”界面中，先选择【无误码】。

用示波器观测编码输入数据TH1，读出并记录15位PN序列码型。

用示波器分别接输入数据TH1和卷积编码及交织输出数据TH4，以TH1作为触发源，观察卷积编码及交织输出。

（2）卷积及交织检纠错性能检验。

对比观测模块4的编码输入数据TH1与模块5的译码输出TH3，验证卷积编码交织和译码解交织功能。

在主控模块中，进行误码设置，分别选择【随机错】、【突发错】。

对比观测译码结果与输入信号，验证卷积交织的纠错能力。

分别观测插错指示与误码指示，验证卷积交织的检错能力。

5．教学方式

教师先讲解，并提供部分实验步骤；学生自己动手实验，教师进行辅导。

6．考核要求

调试成功并提交实验报告。

7．实验报告要求

1）写出实验步骤；

2）写出观察到的实验结果；

3）分析实验结果，并得出实验结论。

4）格式符合《实验报告格式》书，书写规范。

实验四GSM通信系统实验

1．本次实验的目的和要求

通过自行搭建GSM通信系统，认识和掌握GSM通信系统的框架以及相关原理知识点。

2．实验内容

1）搭建GSM有线通信系统，观察GSM通信系统各部分信号。

2）搭建GSM无线通信系统，观察GSM通信系统各部分信号。

3．需用的仪器

移动通信原理实验箱（主控&信号源模块、信道编码及交织模块4号、信道译码及解交织模块5号模块、软件无线电调制模块10号模块、软件无线电解调模块11号模块、AMBE语音压缩模块12号模块、CDMA发送模块14号模块、CDMA接收模块15号模块），示波器。

4．实验步骤

1）按实验指导书要求搭建GSM有线通信系统的发送端和接收端。

2）设置系统菜单，选择实验项目【GSM通信系统实验】。

先按12号模块的复位键S1，再进行系统联调，适当调节11号模块压控偏置电位器W1，同时按复位开关键S3，感受GSM系统的通话效果。

3）用示波器观察各信号点波形，并记录。

4）分别将10号模块的P2（发射天线）和11号模块的P2（接收天线）连接拉杆天线，按实验指导书搭建GSM无线通信系统。

适当调节11号模块天线接收端的增益调节旋钮W2，再适当调节压控偏置电位器W1，按复位S3，进行系统联调。

感受GSM系统的通话效果。

5．教学方式

教师先讲解，并提供部分实验步骤；学生自己动手实验，教师进行辅导。

6．考核要求

调试成功并提交实验报告。

7．实验报告要求

1）写出实验步骤；

2）写出观察到的实验结果；

3）分析实验结果，并得出实验结论。

4）格式符合《实验报告格式》书，书写规范。

实验五CDMA通信系统实验

1．本次实验的目的和要求

通过自行搭建CDMA扩频通信系统，认识和掌握CDMA通信系统的框架以及相关原理知识点。

2．实验内容

1）搭建CDMA通信系统。

2）观察CDMA扩频通信系统各部分信号。

3）观察两路信号码分多址及其选址。

3．需用的仪器

移动通信原理实验箱（主控&信号源模块、信道编码及交织模块4号、信道译码及解交织模块5号模块、软件无线电调制模块10号模块、软件无线电解调模块11号模块、AMBE语音压缩模块12号模块、CDMA发送模块14号模块、CDMA接收模块15号模块），示波器。

4．实验步骤

1）按实验指导书要求搭建CDMA通信系统发送端的连线。

2）先将话筒接入到12号模块的话筒接口，作为模拟源。

将14号模块上两路信号设置不同的扩频码序列：

拨码开关S2为0001，拨码开关S3为0010，拨码开关S1和S4全置为0，序列长度设置开关设置为127位。

此时第一路扩频信号CDMA1则对应开关S1为0001的扩频码序列，第二路扩频信号CDMA2则对应开关S2为0010的扩频码序列。

（拨码开关S1、S2、S3、S4的功能，可参考扩频技术相关实验内容说明。

）此时调制信号输出口为：

10号模块的P1（调制输出），以及经过功放后的P2（发射天线）。

3）按实验指导书要求完成CDMA通信系统的接收端连线。

（1）用于接收数字信号PN的CDMA接收系统的连线。

根据发送端的拨码情况，设置接收端15号CDMA接收模块中拨码开关S1=0010，拨码开关S4=0000。

（2）用于接收音频信号的CDMA接收系统的连线。

将耳麦的耳机插头接入至12号模块的耳机接口。

根据发送端的拨码情况，设置接收端15号CDMA接收模块中拨码开关S1=0001，拨码开关S4=0000。

4）设置主菜单，选择实验项目【CDMA扩频通信系统实验】。

根据所需接收的通道，在设置完扩频码序列后，需要按模块14的复位开关S7和模块15的复位开关S2，让系统配置拨码值。

按12号模块的复位键S1。

5）进行系统联调接收PN序列。

用示波器对比观测输入信号和输出信号的波形（为观测方便，可先接收PN序列），各模块中的增益调节旋钮要适当调节，使信号幅度不宜过小。

缓慢调节15号模块CDMA接收单元的判决门限调节旋钮W2，捕获指示灯由灭变亮即可，同时也可以用示波器观测TP4相关1的测试点配合观测，缓慢调节压控偏置调节旋钮W3，观测相关峰值情况。

缓慢调节11号模块压控偏置调节旋钮W1，并适当按复位开关S3使解调端载波与调制载波同频同相。

各个相关旋钮需互相配合调节，直至最后输出波形与原始波形一致。

若PN序列能成功接收，改变接收端的解扩码序列，使其与语音信号通道上的扩频码一致，再适当调节各个旋钮，感受语音效果。

6）搭建CDMA无线通信系统，将10号模块的P2（发射天线）和15号模块的J2（接收天线）接拉杆天线，适当调节11号模块天线接收端的增益调节旋钮W2，再适当调节压控偏置电位器W1，按复位S3，进行系统联调。

重复以上步骤。

7）用示波器观察各信号点波形，并记录。

5．教学方式

教师先讲解，并提供部分实验步骤；学生自己动手实验，教师进行辅导。

6．考核要求

调试成功并提交实验报告。

7．实验报告要求

5）写出实验步骤；

6）写出观察到的实验结果；

7）分析实验结果，并得出实验结论。

格式符合《实验报告格式》书，书写规范。

六、实验教材及主要参考资料

武汉凌特电子技术有限公司提供的移动原理实验箱配套《移动通信系统实验指导书》。

七、教改说明及其他

拟申报校网络课程建设、重点课程建设。

主撰人：

张红燕

审核人：

分管教学院长：

2018年6月10日