实验 移动通信系统的组成与结构认识 实验目的 1.了解移动通信系统的组成。 2.了解移动通信系统的基本功能 实验仪器设备 HD8670型移动通信实验箱(南京恒缔科技有限公司)、100Mz示波 器等 、实验内容 1.按系统结构连接各设备,构成移动通信实验系统。 2.利用仿真信道模拟移动通信的接续过程,熟悉移动通信系统的 基本功能 3.用示波器观测系统的各点信号波形。 四、实验原理 )移动通信系统的组成 图1-1是与公用电话网(PSTN)相连的移动电话网方框图。各 模块之间的信道,包括MS-BS的无线信道,以及 BS--MSC、MSC=EX、 EX一TEL的有线信道都包含信令通道及话音通道。各段信令通道互连, 逐段传输、转发信令,才能完成一次呼叫接续,最后在主、被呼用户 间分配、建立一条逐段互连而成的话务信道,实现双方通话(以传输 话音为例,亦可传数据等信息)。GSM数字蜂窝移动通信系统的呼叫 接续过程如图1-2所示
实验一 移动通信系统的组成与结构认识 一、实验目的 1．了解移动通信系统的组成。 2．了解移动通信系统的基本功能。 二、实验仪器设备 HD8670 型移动通信实验箱(南京恒缔科技有限公司)、100MHz 示波 器等 三、实验内容 1．按系统结构连接各设备，构成移动通信实验系统。 2．利用仿真信道模拟移动通信的接续过程，熟悉移动通信系统的 基本功能。 3．用示波器观测系统的各点信号波形。 四、实验原理 （一）移动通信系统的组成 图 l－l 是与公用电话网（PSTN）相连的移动电话网方框图。各 模块之间的信道，包括 MS－BS 的无线信道，以及 BS－MSC、MSC—EX、 EX－TEL 的有线信道都包含信令通道及话音通道。各段信令通道互连， 逐段传输、转发信令，才能完成一次呼叫接续，最后在主、被呼用户 间分配、建立一条逐段互连而成的话务信道，实现双方通话（以传输 话音为例，亦可传数据等信息）。GSM 数字蜂窝移动通信系统的呼叫 接续过程如图 l－2 所示
公用电话网(PSTN) 移动电话网 MS TE MSC TEL MS Ms (Mobile Station 移动台 Bs (Base Station) 基地台 MSC( Mobile switch center)移动交换中心(包括交换机和数据库) EX(Exchange 公用电话网(PSTN)程控交换机 TEL(Telephone 有线电话机 图1-1移动通信系统方框图 MSC VLR BSS (8 PSTN 图1-2移动台主呼接续过程 这样庞大复杂的系统无法放在实验桌上由同学自己动手做实验。 将系统合理简化得到图1—-3,它与图1-1比较,在系统网络结构及 功能等基本特征方面是完全一样的。 EX Ms Mobile Station 移动台
MS（Mobile Statioｎ）——— 移动台 BS（Base Station）———— 基地台 MSC（Mobile Switch Center） 移动交换中心（包括交换机和数据库） EX（Exchange）—————— 公用电话网（ PSTN）程控交换机 TEL（Telephone）————— 有线电话机 图 l－1 移动通信系统方框图 图 l－2 移动台主呼接续过程 这样庞大复杂的系统无法放在实验桌上由同学自己动手做实验。 将系统合理简化得到图 l—3，它与图 1－1 比较，在系统网络结构及 功能等基本特征方面是完全一样的。 MS （Mobile Station : 移动台 TEL TEL EX BS MS ┆┆ 公用电话网（PSTN） 移动电话网 TEL TEL ┇ ┇ ┆┆┆┆┆ MSC ┇BS BS ┇MS MS ┆┆ EX
Bs (Base Station) :基地台 EX (Exchange) :程控交换机 TEL(Telephone) 有线电话 图1—3简化的移动通信系统方框图 为了得到体积小巧、价格低廉、可放在实验桌上由学生动手操作 的教学实验系统。可以用如图1-4所示的移动通信教学实验系统。它 突出了移动通信的基本技术一—各种数据源和扩频码序列的产生技 术、数字调制解调技术、扩频调制解扩技术和数字变频技术,以及全 数字化实现(采用DSP、CPLD器件)这些技术的方法。移动通信可以 传输话音信号和数据,但本实验系统传输的是数据。 数据源 扩频 上变频 载波电路 扩频码 载波电路 模拟信道 音频输出解调解扩—下变频 图1-4移动通信实验系统的组成方框图 (二)移动通信实验系统的组成 移动通信教学实验系统由11个电路模块组成,各模块的组成及 主要功能如下 1.电源输入电路 实验装置采用交流供电,输入220V交流经实验箱的内置稳压电 源变换为+-5V、艹1四V、-12V三种直流电源供给各个模块使用 2.CPU中央控制单元
BS (Base Station) ：基地台 EX (Exchange) ：程控交换机 TEL (Telephone) : 有线电话 图 1—3 简化的移动通信系统方框图 为了得到体积小巧、价格低廉、可放在实验桌上由学生动手操作 的教学实验系统。可以用如图 1-4 所示的移动通信教学实验系统。它 突出了移动通信的基本技术——各种数据源和扩频码序列的产生技 术、数字调制解调技术、扩频调制解扩技术和数字变频技术，以及全 数字化实现（采用 DSP、CPLD 器件）这些技术的方法。移动通信可以 传输话音信号和数据，但本实验系统传输的是数据。 图 1-4 移动通信实验系统的组成方框图 （二）移动通信实验系统的组成 移动通信教学实验系统由 11 个电路模块组成，各模块的组成及 主要功能如下： 1.电源输入电路 实验装置采用交流供电，输入 220V 交流经实验箱的内置稳压电 源变换为+5V、+12V、-12V 三种直流电源供给各个模块使用。 2．CPU 中央控制单元 数 据 源 音频输出 调 制 载波电路 解 调 扩 频 扩 频 码 解 扩 上 变 频 载波电路 下 变 频 模 拟 信 道
CPU中央控制单元执行实验系统的监控管理功能。主要控制键盘 输入电路、液晶显示电路、甲方乙方的扩频调制解调单元,通过键盘 设置实验项目、信息码和扩频码的类型,实时操作与控制实验的进行。 3.液晶显示电路 液晶显示屏以两级菜单显示实验系统的工作环境及工作方式。 4.键盘输入电路 键盘输入电路共有“开始”“复位”、光标上移“↑”光标下移 “↓”、“返回”“确认”六个功能键。通过光标上移或下移键在主菜 单上确定扩频码或数据来选择做扩频调制实验或QSK调制实验,在 子菜单上选择扩频调制的地址码型或QPSK调制的输入数据码型, 5.甲方扩频调制解调单元 甲方扩频调制解调单元主要由EPM7064 S CPLD可编程器件组成。 通过计算机编制软件,从下载接口对CPD器件现场下载编程,使之 成为一个信息码产生器、PSK调制解调器、扩频码产生器和扩频调 制解扩器的多功能专用芯片。直接完成从信息码的产生到扩频调制码 的输出全过程或完成从接收扩频调制码到输出信息码的全过程。全程 信号处理的关键波形可从芯片旁边的8个测量点上进行观察测量。 6.乙方扩频调制解调单元 乙方扩频调制解调单元的组成、功能与甲方的相同。 需要说明,由于CPLD器件要完成的功能很多,受到条件的制约, 目前使用的第1版软件,在皿8670型移动通信实验装置上,甲方CPLD
CPU 中央控制单元执行实验系统的监控管理功能。主要控制键盘 输入电路、液晶显示电路、甲方乙方的扩频调制解调单元，通过键盘 设置实验项目、信息码和扩频码的类型，实时操作与控制实验的进行。 3．液晶显示电路 液晶显示屏以两级菜单显示实验系统的工作环境及工作方式。 4．键盘输入电路 键盘输入电路共有“开始”、“复位”、光标上移“↑”、光标下移 “↓”、“返回”、“确认”六个功能键。通过光标上移或下移键在主菜 单上确定扩频码或数据来选择做扩频调制实验或 QPSK 调制实验，在 子菜单上选择扩频调制的地址码型或 QPSK 调制的输入数据码型。 5．甲方扩频调制解调单元 甲方扩频调制解调单元主要由 EPM7064S CPLD 可编程器件组成。 通过计算机编制软件，从下载接口对 CPLD 器件现场下载编程，使之 成为一个信息码产生器、QPSK 调制解调器、扩频码产生器和扩频调 制解扩器的多功能专用芯片。直接完成从信息码的产生到扩频调制码 的输出全过程或完成从接收扩频调制码到输出信息码的全过程。全程 信号处理的关键波形可从芯片旁边的 8 个测量点上进行观察测量。 6．乙方扩频调制解调单元 乙方扩频调制解调单元的组成、功能与甲方的相同。 需要说明，由于 CPLD 器件要完成的功能很多，受到条件的制约， 目前使用的第 1 版软件，在 HD8670 型移动通信实验装置上，甲方CPLD
器件只用作发送电路,即作为信息码产生器、编码器、QPSK调制器、 扩频码产生器、扩频调制器。而乙方CPLD器件只用作接收电路,即 作为扩频码解扩器、QPSK解调器、解码器和信息码再生器。在信道 上只用作单工通信。 7.甲方移动通信数字变频单元 该单元电路主要由DSP数字信号处理器和晶振组成。通过计算机 编制软件从JTAG下载接口对DSP器件现场下载编程,使之成为个 上下变频器。目前它的功能仅作为上变频器。数字信号处理过程中的 关键点波形也可通过芯片旁边的测试点进行观察测量。 8.乙方移动通信数字变频单元 该单元电路与甲方移动通信数字变频单元相同。目前它的功能仅 用作下变频器 9.移动通信仿真信道 为了使移动通信实验装置做得小巧一些,便于放在实验桌上进行 实验,本设备采用有线信道,采用跳接器作为仿真信道,把甲方输出 的数字扩频调制高频信号,帧同步信号和时钟信号直接送到乙方相应 的输入端。这样便于集中精力来学习移动通信中的编解码、调制解调、 扩频调制解扩多址方式等关键技术。 音频信号输出电路 该电路主要是为便于系统的调测而设。由于发送的消息信码是低 速率数字信号。甲乙双方解调出来的数字信号送入该电路经D/A变换
器件只用作发送电路，即作为信息码产生器、编码器、QPSK 调制器、 扩频码产生器、扩频调制器。而乙方 CPLD 器件只用作接收电路，即 作为扩频码解扩器、QPSK 解调器、解码器和信息码再生器。在信道 上只用作单工通信。 7．甲方移动通信数字变频单元 该单元电路主要由 DSP 数字信号处理器和晶振组成。通过计算机 编制软件从 JTAG 下载接口对 DSP 器件现场下载编程，使之成为一个 上下变频器。目前它的功能仅作为上变频器。数字信号处理过程中的 关键点波形也可通过芯片旁边的测试点进行观察测量。 8．乙方移动通信数字变频单元 该单元电路与甲方移动通信数字变频单元相同。目前它的功能仅 用作下变频器。 9．移动通信仿真信道 为了使移动通信实验装置做得小巧一些，便于放在实验桌上进行 实验，本设备采用有线信道，采用跳接器作为仿真信道，把甲方输出 的数字扩频调制高频信号，帧同步信号和时钟信号直接送到乙方相应 的输入端。这样便于集中精力来学习移动通信中的编解码、调制解调、 扩频调制解扩多址方式等关键技术。 10．音频信号输出电路 该电路主要是为便于系统的调测而设。由于发送的消息信码是低 速率数字信号。甲乙双方解调出来的数字信号送入该电路经 D/A 变换
和滤波,可驱动喇叭发出声音,同时可从芯片旁边的测试点上观察测 量输出信号的波形。 11.全开放可编程中央处理器与PID可编程模块 该电路是专为学生学习CPU和CPLD编程实验而设置的全开放性 实验电路,是一个独立的编程器。可编程中央处理器AT892051可供 学生通过RS-232接口电路与计算机串行通信,也可以通过CPU的数 据总线把数据送往CPLD器件CPLD可编程器件的I/0口为全开放型, 可由用户自行定义,学生可以在计算机上用硬件描述语言编制软件, 通过下载接口进行现场编程,使CPLD器件成为信号产生器、编码解 码器、调制解调器等数字电路的专用集成电路。 五、实验步骤 按系统结构连接各设备,构成移动通信实验系统 2.利用仿真信道模拟移动通信的接续过程,熟悉移动通信系统 的基本功能。 3.用示波器观测系统的各点信号波形。 六、实验报告要求 1.说明移动通信系统的组成及工作过程。 2.说明本实验系统的组成和各模块的功能,画出各功能模块的 工作波形
和滤波，可驱动喇叭发出声音，同时可从芯片旁边的测试点上观察测 量输出信号的波形。 11．全开放可编程中央处理器与 CPLD 可编程模块 该电路是专为学生学习 CPU 和 CPLD 编程实验而设置的全开放性 实验电路，是一个独立的编程器。可编程中央处理器 AT892051 可供 学生通过 RS-232 接口电路与计算机串行通信，也可以通过 CPU 的数 据总线把数据送往CPLD 器件。CPLD 可编程器件的 I/O 口为全开放型， 可由用户自行定义，学生可以在计算机上用硬件描述语言编制软件， 通过下载接口进行现场编程，使 CPLD 器件成为信号产生器、编码解 码器、调制解调器等数字电路的专用集成电路。 五、实验步骤 1．按系统结构连接各设备，构成移动通信实验系统。 2．利用仿真信道模拟移动通信的接续过程，熟悉移动通信系统 的基本功能。 3．用示波器观测系统的各点信号波形。 六、实验报告要求 1．说明移动通信系统的组成及工作过程。 2．说明本实验系统的组成和各模块的功能，画出各功能模块的 工作波形
