第一章 感知性实验

第一章感知性实验
一、实验目的
1、使学生了解整个实验箱整体结构框架；
2、使学生了解射频部分使用的一些特殊器件（如穿心电容、射频连接器等）的作用；
3、使学生了解人机接口部分的器件的功能。

二、实验器材
1、GSM移动通信系统实验箱
三、实验原理
实验箱的结构
GSM移动通信系统实验箱（简称GSM实验箱，下同）整体布局图和整机控制图如图1-1-1和1-1-2所示。

实验箱整机布局
图1-1-1
各部分完成的功能如下：
1、射频部分
射频部分包括接收部分和发射部分。

接收部分的作用是将接收的高频信号下变频到1MHz的中频，并解调出模拟I、Q信号；发射部分的作用是将基带I、Q信号调制到高频载
波上去。

2、频谱测量部分
频谱测量部分的作用是分析接收信号的频谱，确定接收信号的质量。

3、中央控制单元
中央控制单元的作用是控制整机的工作进程。

4、基带部分
基带部分的作用是进行信道编解码，GMSK调制与解调，以及TDMA帧形成。

5、整机时钟
整机时钟主要是给中央控制单元提供时钟，给射频部分提供参考频率。

6、射频衰减器部分
射频衰减器为发射部分和接收部分共用，最大衰减量为60dBm。

7、人机接口单元
人机接口单元主要作用是便于整机操作和观察实验现象。

8、测试区
测试区中设置很多测试钩（参看附图5），便于测试各实验中所需观察的信号。

射频板结构
射频部分的接收和发射各为一个PCB板，分别装在两个屏蔽盒中，屏蔽盒与盒盖接触处开有凹槽，槽内装有屏蔽网线，以便屏蔽盒和盖子之间进行可靠接触，从而达到良好的屏蔽效果。

中央控制单元的控制信号经盒壁上的穿心电容接入，穿心电容能将控制信号在传输途中感应的高频信号滤除掉。

射频信号的输入和输出是通过射频连接头和射频电缆进行的。

穿心电容的外壳为金属封装，它能可靠地与屏蔽盒接触，不至于使屏蔽盒因为信号的接入而使屏蔽效果下降。

射频连接头中心为信号接点，四周被金属包围，起屏蔽作用，并与其内部绝缘材料共同形成一50 同轴线。

射频电缆中间有一屏蔽网线层，对信号起屏蔽作用。

人机接口部分
1、操作面板介绍
ZY12GSMSys23BC GSM移动通信系统实验箱人机接口部分的操作面板如图1-1-3所示。

（1）液晶显示屏：用于显示测试条件、测试结果和曲线、工作状态和功能键标签。

（2）液晶显示屏右侧的五个无印字功能键：在不同的显示界面中有不同的功能定义。

它们在不同时刻的功能与各显示界面中右侧的功能键标签一致。

（3）射频接口（RF IN/OUT）：是ZY801和手机的射频连接通道。

（4）射频指示灯：用来指示有足够强的手机射频信号从射频接口输入ZY801。

（5）亮度旋钮：用来调节液晶显示屏的亮度，以便清晰显示字幕。

（6）旋转编码器：主要有三项功能。

●移动光标：转动光标控制旋钮，可将光标移到所需栏目。

屏幕上光标可以指到的黑底白字栏目，其内容可修改的。

不是黑底白字的栏目，其内容是不可修改的。

●修改栏目内容：将光标移到所需栏目处，再按光标控制旋钮会使该栏目输入区闪烁。

这时转动光标控制旋钮，可选择不同的值。

当该区显示出所需的值时，按下光标控制旋钮就可确认输入。

当所选栏目输入内容为数字时，屏幕右侧的功能键显示为数值调整倍率，例如按“×10”功能键，则光标控制旋钮每转动一格，输入数值变化10。

这样可以方便快速地输入数值。

●移动标记：在显示频谱曲线时，如果选择“标记”，则转动光标控制旋钮就可移动曲
线上的三角形选点标记，从而选择任意数据点，查看其具体测试结果。

图1-1-3 人机接口操作面板示意图
（7）电源开关键：用于开关本机电源。

（8）电源指示灯：当按电源开关键开机时，该指示灯发绿色光。

按电源开关键关机后，该指示灯发红色光。

（9）复位键（PRESET）：用来将测试仪复位，并显示初始屏幕界面。

2、显示屏工作界面介绍
液晶显示屏（LCD）共有11个工作界面，依次用00～11表示，其中：
00为开机界面；
01为“同步工作模式”界面；
02为“基站主叫”界面；
03为“通话”界面；
04为“手机主叫”界面；
05为“实时频谱监测”连续工作界面；
06为“实时频谱监测”设置界面1；
07为“实时频谱监测”设置界面2；
08为“实时频谱监测”设置界面3；
09为“异步工作模式”编解码界面；
10为编码模式下数据更改界面。

11为解码后的数据界面。

四、实验内容
1、加电操作
2、手机入网操作
3、手机与GSM实验箱通信操作
4、挂机操作
5、频谱实时测量操作
6、编解码操作
五、实验步骤
1、加电操作
将GSM移动通信系统实验箱接通电源，此时人机接口部分的电源指示灯亮（呈红色）。

当按下开关“POWER”键时，电源指示灯由红色转成绿色，同时主板上的＋5V，±12V电源指示灯亮，显示屏显示开机界面00。

界面00
在该界面下，延时2秒钟后，实验箱将自动进入“同步工作模式”界面，如界面01所示。

界面 01
注：如显示屏字幕不清晰，请调节人机接口控制面板上的“亮度”旋纽，使LCD背景亮度适中（能清晰显示字幕）。

2、手机入网操作
第一步：将GSM实验箱随机配备的SIM卡放入手机中，将天线与人机接口部分的射频输入/输出（RF IN/OUT）相连，同时将手机靠近天线（或用天线耦合器代替天线，并将手机插入天线耦合器中）。

第二步：打开GSM实验箱电源，实验箱进入“同步工作界面”（如界面01所示），预热10分钟，然后用旋转编码器对显示屏中处于反白状态的项目进行选择和设置。

在界面01上可以用旋转编码器进行选择、设置的项目如下：
（1）无线标准：在无线标准中可选择项为GSM900、E—GSM和DCS1800。

（2）广播信道号（BCCH）：广播信道号对于标准为GSM900时，可选项为（1～124）；对于标准为E-GSM时可选项为975～1023、0～124；对于标准为DCS1800时为512～885。

（3）频率：频率根据所选信道号自动生成。

生成公式为 GSM900标准：f（n）=890+0.2n MHz （1≤n≤124）；
E-GSM标准：f（n）=890+0.2n MHz （0≤n≤124）；
f（n）=890+0.2（n-1024）MHz （975≤n≤1023）；
DCS1800标准：f（n）=1710.2+0.2（n-512）MHz（512≤n≤885）。

（4）通话信道（即业务信道）号：在GSM实验箱中，通话信道与广播信道设置为同一个频率，所以在对广播信道设置时自动生成通话信道号，相应的频率也自动生成。

（5）功率控制：功率控制是对手机发射功率进行控制，其选择范围为：5：＋33dBm～19：＋5dBm（GSM900/E-GSM）或0：＋30dBm～14：＋2dBm（DCS1800）。

（6）射频开关选择：有开（ON）和关（OFF）两种状态，应将射频选择为开（ON）。

（7）联网：有开和关两种状态，仅在双机联网实验时，将联网打开。

（8）射频输出：射频输出是指GSM实验箱发射的功率。

可选范围为：-110dBm～-50dBm 第三步：在设置好GSM实验箱各参数后，将手机开机，等待入网。

入网成功后在手机的显示屏会显示GSM网络号，网络号为“001-01”；GSM实验箱的LCD显示手机的国际移动用户号（IMSI）（即SIM卡的编号）和手机的国际移动设备号（IMEI）（即手机的机身号）。

注：（1）假如出现SIM卡未注册的现象，处理的方法是，将GSM实验箱处于同步工作状态，按上述步骤设置好各项参数。

将手机靠近天线（或插入天线耦合器中），开机，用手机菜单键选择“网络选择”一栏，进行网络查找，当查找到“001-01”时选择“注册”即可。

（2）如手机无法入网，解决的方法有：a、将实验箱复位（或关机重启）、手机关机后，再进行上述操作；b、重新切换信道频率（避开空中同频无线电波的干扰），再进行手机入网操作。

（3）GSM实验箱每次刚开始启动时必须预热10分钟。

3、手机与实验箱通信操作
基站主叫
第一步：如1.4.2中操作，等待手机入网成功。

第二步：在界面01中，按“基站主叫”，工作界面切换到“02”号界面。

在“02”号界面上，“基站主叫”字样闪烁。

界面 02
第三步：当手机与GSM实验箱之间接续成功后，会听见手机振铃声，此时按下手机接听电话确认键，界面会切换到“03”号界面。

在界面03上，“通话/射频测试”字样闪烁。

这时对手机讲话可以听见延时后的回声。

界面 03
手机主叫
第一步：如1.4.2中操作，等待手机入网成功。

第二步：在界面01中，按“手机主叫”，工作界面切换到“04”号界面。

在“04”号界面上，“手机主叫”字样闪烁，并且等待手机拨号。

第三步：用手机拨号。

当手机与实验箱接续成功的瞬间，会从手机上听到一声鸣叫，同时工作界面切换到“03”号界面上。

在界面03上，显示手机拨号号码。

这时对手机讲话可以听见延时后的回声。

界面 04
4、挂机操作
当手机与GSM实验箱之间通话完毕需要挂机时，在“03”号界面上，按“基站挂机”键时，则实验箱回到主界面（同步模式），同时手机挂机；当按“手机挂机”键时，需要手机按“挂机”键，才能使GSM实验箱回到主界面。

注：直接按手机“挂机”键亦可进行挂机操作。

5、频谱实时测量操作
第一步：如1.4.2中操作，等待手机入网成功。

第二步：如1.4.3中操作（基站主叫、手机主叫均可），实现手机与实验箱之间的通信。

第三步：在通话状态（如界面03所示）下，用旋转编码器选中“频谱监测”项目并按下旋转编码器确认，则进入频谱测量模式（如界面05所示），在此界面上显示GSM实验箱接收信号的频谱（手机发射频谱）。

界面 05
如果想对“触发”模式进行设置，则按“返回”键，进入“06”号界面。

界面 06
在“06”号界面上，可以对 “触发”模式进行设置，设置完后按“开始”键，开始测量。

如果设置为单步，则每按一次“开始”键测量一次，并保持测量结果。

如果设置为“连续”则一直测量，并刷新测量结果。

按“返回”键回到“03”号界面。

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测试中…第××次
频谱检测 跨 度： 信 道：20 频 率：894.0 MHz 功率控制：5：+33 dBm 平 均：3 射频输出：－50 dBm 峰值：
15 KHz---0 dB 标记：-- KHz----- dB M1：+200KHz －36.5dBm M2：+250KHz －40.0dBm 返回
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开始
触发
粗调/细调
更多设置 （1/2） 频谱检测 跨 度：0－400 信 道：20 频 率：894.0 MHz 功率控制：5：+33 dBm 平 均：3 射频输出：－50 dBm 峰值：
15 KHz---0 dB 标记：-- KHz----- dB 返回
如果想对“旋钮”，“标记”和“RBW ”进行设置，按“更多设置（1/2）”键，进入频谱设置界面2（如界面07所示）。

界面 07
●“旋钮”设置为“光标”时，可对处于反白的项目（如“信道”，“频率”，“功率控制”和“平均”）进行设置；设置为“标记”时，可在所测的频谱曲线上滑动光标，左边的“标记”显示光标所对应的幅值。

●“标记”设置为“粗调”时，光标步进6kHz ；设置为“细调”时，光标步进1kHz 。

●“RBW ”设置为“30kHz ”，则测得的频谱很光滑（如界面05～07所示）；如果将“RBW ”设置为“10kHz ”，则测得的频谱上有噪声，如界面08所示。

湖北众友科技实业股份有限公司 旋钮
标记/光标
标记
粗调/细调 RBW(kHz)
10/30
更多设置 （2/2）
频谱检测
跨 度：0－400 信 道：20 频 率：894.0 MHz
功率控制：5：+33 dBm 平 均：3
射频输出：－50 dBm 峰值：15 KHz---0 dB 标记：-- KHz----- dB 返回
界面 08
6、编解码操作 在界面01中，按“模式”键切换到异步工作模式下，进入编解码状态（如界面09所示）。

界面 09
在此界面下可以进行编解码实验，此时，只有中央控制单元和人机接口单元在工作。

湖北众友科技实业股份有限公司
旋钮
标记/光标
标记
粗调/细调
RBW(kHz)
10/30
更多设置 （2/2）
频谱检测
跨 度：0－400 信 道：20 频 率：894.0 MHz 功率控制：5：+33 dBm 平 均：3
射频输出：－50 dBm
峰值：15 KHz---0 dB 标记：-- KHz----- dB
返回
湖北众友科技实业股份有限公司 模式 同步/异步 编码 译码 信道输入实验 输入 AA60980040544C4446C54464544C4446C54400830000D4 法尔码编码 卷积码编码
交织
信道传输后
解交织 卷积码译码
法尔码译码
在编解码模式下可以模拟广播控制信道（BCCH），独立专用控制信道（SDCCH），慢速随路控制信道（SACCH）和快速随路控制信道（FACCH）的信道编码过程，模拟信道传输过程（设置误码）以及信道解码过程。

（1）编码方法
用旋转编码器选择输入码字，输入码字有五种，分别为：
A、AA 60 98 00 40 54 4C 44 46 C5 44 64 54 4C 44 46 C5 44 00 83 00 00 D4
B、C0 00 B0 A0 18 40 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4
C、C0 00 B8 C0 A0 20 20 05 2C FC D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4
D、A0 00 C0 C0 80 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4
E、C0 00 90 C0 F0 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4 D4
每种码字均为184bit（用16进制表示）。

其中：
第一种码字用于广播控制信道（BCCH）；
第二、三种码字用于独立专用控制信道（SDCCH）；
第四种码字用于慢速随路控制信道（SACCH）；
第五种码字用于快速随路控制信道（FACCH）。

当按“编码”键时，他们分别经过（224，184）法尔码编码，得到224bit的信息位，在224bit信息位后加4个尾比特0成为228bit。

228bit经过（2，1，4）卷积码编码后形成456bit的码块。

456bit码块经正交4度交织后形成4个突发序列子块（详见2.3节）。

（2）信道传输
当编码完成时，信道传输后的码字即为交织后的码字。

用旋转编码器选中信道传输后的码字，则界面切换到数据更改界面“10”界面。

界面 10
在“10”界面上，用旋转编码器选择想修改的数据，按下旋转编码器，被选择的数据位闪烁；转动旋转编码器进行修改（在本实验箱中能将数据更改为“0”到“F”间任一值）；当修改好数据后，按旋转编码器进行确认；还可继续进行其他数据的修改。

按“返回”工作
界面返回到“09”界面，此时可以进行信道译码工作。

注：对交织后的码字进行更改，目的是模拟信道传输中引起的误码。

（3）译码
当更改好传输后的码字后，按下“译码”键，进行译码。

如界面11所示。

界面 11
进行信道的译码过程、方法与编码过程正好相反。

当完成法尔码译码后，将所得到的码字与输入的码字进行比较，如果完全一样，则在显示屏右下角显示“正确”字样；否则，显示“出错”字样。

在编解码模式下，按“模式”键，则返回同步工作状态。

注意事项：
1、手机在与GSM实验箱进行接续时，如果不成功，可以试着改变广播信道号。

2、在做GSM实验箱所有的实验时，请不要将您的手机开机（关掉您的手机），以免引起同频干扰。

3、请不要随意拆开实验箱，内部有高压，以防触电。

4、不要用手随意触摸芯片，以免发生短路现象，烧毁电路。

5、GSM实验箱随机附带的三相电源线的地线要可靠接地，不可空置，插头必须插在装有保护接地的插座上，以防触电。