移动通信实验报告.docx

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移动通信实验报告

移动通信实验报告

实验一移动通信系统组成及功能

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。

3．了解基带话音的基本特点。

二、实验内容

1．按网络结构连接各设备，构成移动通信实验系统。

2．完成有线→有线、有线→无线及无线→有线呼叫接续，观察呼叫接续过程，熟悉移动通信系统的基本功能。

3．用实验箱及示波器观测空中传输的话音波形。

三、基本原理

图1-1是与公用电话网（PSTN）相连的蜂窝移动通信系统方框图。

图1-1移动通信系统方框图

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1-2，它将图1-1实际系统全部交换机EX及MSC合并成一部交换机；基站BS及移动台MS各选用一台；有线电话采用二部。

它与图1-1实际系统在包含的各种功能设备（交换机、基站、移动台及有线电话）、系统基本网络结构（各设备的连接关系）及系统功能等特征方面是相同的。

MS（MobileStation）:

移动台

BS（BaseStation）:

基地台

EX（Exchanger）:

程控交换机

TEL（Telephone）:

有线电话

MS

BS

EX

TEL

TEL

图1-2简化的移动通信系统方框图

常用的移动通信系统主要有三类：

蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统及无绳电话系统，它们的功能及应用场合各不相同，但它们涉及的基本工作原理及技术是相同的。

移动通信的多址方式主要有FDMA、TDMA、CDMA三大类。

FDMA系统一般为模拟移动通信制式，TDMA及CDMA（实际上，通常为TDMA/FDMA及CDMA/FDMA混合多址方式）为数字移动通信制式。

在图1-2中，BS、MS实际选用基于FDMA技术、采用数字信令的中国CT1无绳电话，EX选用小型程控交换机，TEL为有线电话。

为了测试上述小型移动通信系统无线部分的功能，采用了一台实验箱（SDT），构成一套完整的移动通信教学实验系统，如图1-3所示。

MS（MobileStation）:

移动台（无绳电话手机）

BS（BaseStation）:

基地台（无绳电话座机）

EX（Exchanger）:

程控交换机

TEL（Telephone）:

有线电话

SDT:

实验箱

SDT

MS

BS

EX

TEL

TEL

图1-3移动通信教学实验系统

按照图1-3的布局顺序放置并连接设备，就构成了移动通信实验系统。

本系统可实现以下呼叫通话功能：

（1）无绳手机呼叫有线电话（无线呼叫有线）；

（2）有线电话呼叫无绳手机（有线呼叫无线）；

（3）有线电话呼叫有线电话（有线呼叫有线）。

在同时满足以下两个条件时，主、被呼用户才可能建立话路，进入通话：

（1）被呼用户空闲；

（2）主、被呼用户之间至少有一条空闲路径。

另外，在手机与有线电话通话时，用示波器在实验箱上观测发射在空中的话音波形，可了解话音的基本特征。

图1-5浊音的准周期波形

四、实验步骤

1．按图1-3的布局顺序放置设备并连接成系统：

两部有线电话用户线插入交换机号码801、802的用户线插孔；无绳电话座机用户线（带用户线信号测量板LINE.PCB）插入交换机号码804的用户线插孔。

这些号码就是各部电话对应的号码。

将交换机、无绳电话座机及手机充电器都接通220VAC电源。

无绳电话座机、手机及实验箱使用上次实验已经对好码的同一套系统或由教师实验前完成对码，使三者识别码及呼叫信道一致（对码步骤详见实验四的实验步骤1）。

2．有线电话1摘机，交换机上对应的LED指示灯亮，用户听拨号音。

用户拨号呼叫有线电话2，有线电话2振铃，有线电话1听回铃。

有线电话2摘机通话，通话完毕挂机，未挂机的一方听忙音。

若有线电话2忙（已摘机），则有线电话1摘机拨号后听忙音。

若有线电话2用户线从交换机上拔下，有线电话1拨号后听回铃。

3．有线电话2拨号呼叫有线电话1，通话完毕挂机。

4．无绳手机按“通话”键摘机，听到拨号音后拨有线电话1或有线电话2的号码，有线电话振铃，无绳手机听回铃。

有线电话摘机通话，通话完毕挂机（其中，无绳手机再按“通话”键或将手机放回充电器则挂机）。

5．有线电话摘机拨号（804）呼叫无绳手机，手机振铃，有线电话听回铃。

手机按“通话”键摘机通话，通话完毕挂机。

6．将双踪示波器两个探头分别接至实验箱”BS测量”及”MS测量”面板上接收机解调输出端AFo。

接通实验箱电源（K5置ON），置系统测量自动AUTO工作方式（按”工作方式”控制面板K1键至SYST灯亮，再按K2键使K2灯亮），实验箱守候在无绳电话控制信道。

关发射机（”发射机控制”面板上的K6置OFF），关信令存储显示模块（”无线信令存储显示”面板上的K10置OFF）。

手机按“通话”键摘机，与座机一起由控制信道转移到某空闲通话信道，实验箱检测到摘机信令后自动跟踪扫描，锁定于该通话信道。

若实验箱因误码未检测到手机摘机信令仍停在控制信道，则按K3键启动实验箱扫描信道（SCAN），最后锁定于该通活信道。

实验箱锁定于通话信道的标志是：

信道扫描仃止并且”BS测量”及”MS测量”面板同时显示各自的接收频率。

手机拨号呼叫有线电话进入通话后，示波器可观测到通话双方的话音波形，记录浊音波形，测出浊音的基音频率。

五、实验报告内容

1．画出移动通信实验系统的网络结构方框图，给出系统功能，并说明它是如何由常用的蜂窝移动通信系统在保持基本特证不变条件下合理简化而来。

MS（MobileStation）:

移动台（无绳电话手机）

BS（BaseStation）:

基地台（无绳电话座机）

EX（Exchanger）:

程控交换机

TEL（Telephone）:

有线电话

SDT:

实验箱

SDT

MS

BS

EX

TEL

TEL

答：

系统的基本功能是：

移动台能与有线电话或其它移动台通话（或传输数据等信息）。

本系统可实现一下呼叫通话功能：

（1）无绳手机呼叫有线电话（无线呼叫有线）；

（2）有线电话呼叫无绳手机（有线呼叫无线）；

（3）有线电话呼叫有线电话（有线呼叫有线）。

实验将实际系统全部交换机EX及MSC合并成一部交换机：

基站BS及移动台MS各选用一台；有线电话采用两部。

它与实际系统在系统基本网络结构、网络设备及功能等特征方面是相同的。

BS、MS实际选用基于FDMA技术、采用数字信令的中国CT1无绳话机，EX选用小型程控交换机，TEL为有线电话。

为了测试上述小型移动通信系统无线部分的功能，采用了一台双路无线综合测试仪。

2．总结主呼方从摘机、拨号、通话到挂机的各个阶段听到那些信号音。

答：

主呼方摘机时听到的信号音为：

拨号音；

主呼方拨号时听到的信号音为：

回铃音；

主呼方通话时听到的信号音为：

对方的答音；

主呼方挂机时听到的信号音为：

忙音。

3．画出自己话音浊音波形，给出所测基音频率，与同组同学比较。

答：

浊音波形如下：

BS基波频率为：

1.471KHz，MS基波频率为：

1.031KHz

由实验数据显示，每个人所对应的频率是不同的，并由实验证明，通常女生的浊音频率要高于男生的浊音频率

六、实验心得:

在此试验中，通过体验主呼方在摘机，拨号，通话和挂机状态下所听到的信号音使我对移动通信系统的组成及其功能有了从抽象到具体的了解和认识。

而通过示波器对话音的波形进行测试观察的让我对基带话音的基本特点有了初步的解了。

这是移动通信的第一个实验，为此，正所谓“万事开头难”，在调对码的过程中就遇到不小的麻烦，反反复复，但是在与同学的交流探讨中解决了种种问题，收获颇多。

实验二无线数字信令

一、实验目的

通过对移动通信教学实验系统的测量，了解一般移动通信系统无线数字信令（空中信令）的基本概念，包括数字信令调制方式、帧结构及传输协议等概念。

二、实验内容

1．用双踪示波器通过实验箱观测无绳电话无线数字信令波形，了解数据的副载波调制方式及数字信令帧结构。

2．用双踪示波器通过实验箱观测无绳电话无线数字信令传输协议。

三、基本原理

典型的移动通信系统BS至MS之间的无线数字信令帧结构如图2-1所示，它包括位同步码（又称为前置码）、帧同步（又称为字同步）、有效数据（包括地址、消息和其它数据）及纠/检错码四部分，分别介绍如下。

位同步

帧同步

有效数据

纠/检错码

图2-1典型的数字信令帧结构

1、无绳电话无线数字信令副载频调制方式及帧结构

信令数据先对副载频进行FSK调制，即一次调制，如表2-1所示。

表2-1信令数据的FSK调制方式

数据

FSK调制参数

0

周期2.0ms的一周方波

1

周期2.8ms的一周方波

帧同步S

周期4.0ms的一周方波

数据帧的典型结构以手机拨号码7为例，见图2-2。

数据帧各部分的含义见图2-3，其中有效数据有12位，分为三个部分：

图2-2典型的信令数据帧结构

00S,1010,00,1110,00

图2-3信令数据帧各部分的含义

（1）IDH：

IDH为无绳电话系统16位识别码（ID码）的高4位。

（2）手机号代码

本无绳电话一台座机最多可带4部手机（任一时间只能有一部手机占用座机通话）。

在对码时，按手机对码的先后顺序，座机顺次指定手机号码为1、2、3、4。

信令中手机号代码含义见表2-2，2位代码倒序看为自然二进制码，与手机号码直接对应。

表2-2手机号码

手机号码

1

2

3

4

代码

00

10

01

11

倒序代码

00

01

10

11

（3）消息

消息为6位，亦应倒序读取，图2-3中消息倒序码为00,0111B=07H，表示消息”拨号码7”。

常用消息见表2-3。

表2-3无绳电话常用消息

消息

代码（倒序读出）

拨号码0-9、*、#

01-09H、0EH、0FH

闪断（Flash）

10H

挂机

12H

2、无线数字信令传输协议

无绳电话呼叫接续有不同状态，包括手机被呼振铃，手机主呼/被呼摘机，手机拨号，进入通话后手机进行“闪断”、“换频”、“挂机”等操作。

在呼叫接续的不同状态下，信令传输协议各不相同，下面仅介绍手机拨号、闪断（Flash）及通话结束后挂机的信令传输协议。

（1）手机拨号

图2-4手机拨号信令传输过程

图2-4为手机拨号（以”拨号码7”为例）信令传输过程。

为保证信令数据传输可靠性，必须采用差错控制。

本无绳电话采用检错重发即自动请求重发ARQ方式实现差错控制。

但与一般ARQ方式不同，数据中的检错功能不是由纠检错编码而是由以下手段实现：

座机及手机依据以上信令数据的可靠检错功能，以自动请求重发ARQ方式保证信令数据传输的可靠性：

（2）手机挂机

图2-5手机挂机信令传输过程

图2-5为手机挂机信令传输过程。

由图可见，其过程与手机拨号完全相同，唯一的区别是消息内容不同。

四、实验步骤

用TDS210双踪数字存储示波器观测无线数字信令

1．将TDS210双踪数字存储示波器的两个测量探头分别接至实验箱”BS测量”及”MS测量”面板上AFo端；示波器外触发输入端接至TRI触发输出端。

示波器设置为上升沿外触发，单次触发方式，触发电平1~1.6V；水平分度25ms/DIV；垂直为直流、2V/DIV。

关断实验箱发射机及信令存储显示电路（”发射机控制”面板上的K6置OFF，”无线信令存储显示”控制面板上的K10置OFF）；置实验箱为自动测量AUTO方式（按”工作方式”控制面板K1键至SYST灯亮，再按K2健使K2灯亮），实验箱守候于无绳电话系统的控制信道。

2．手机按“通话”键摘机，与座机一起由控制信道转移到某空闲通话信道，实验箱检测到摘机信令后自动跟踪扫描，锁定于该通话信道，并发出一声蜂鸣声指示。

按示波器运行（RUN）键使示波器处于等待触发扫描状态，示波器显示屏上方状态栏中停止（STOP）字符变为运行（RUN）字符。

3．手机用户按键进行“拨号”、“闪断”等操作，TDS210数字存储示波器以单次触发方式存储显示这一次信令传输过程，示波器显示屏上方状态栏中显示停止（STOP）字符。

调节示波器水平分度至2.5~5ms/DIV，展开波形，仔细观测并记录信令传输过程。

（1）手机拨号码2；

4．调节示波器水平分度返回25ms/DIV，按运行（RUN）键使示波器处于等待触发扫描状态，示波器显示屏上方状态栏中停止（STOP）字符变为运行（RUN）字符。

重复3，观测并记录另一次信令传输过程。

（2）手机拨号码4；

5.拉开手机与座机之间的距离，即拉开实验箱”BS收发信机”天线与无线电话座机天线距离及实验箱”MS收发信机”天线与无线电话手机天线距离，降低座机的接收机输入C/N，增大接收信令误码率。

手机重复按某数字键拨号，观测信令传输过程中消息帧重发2次以上的现象。

五、实验报告内容

1．给出以下几种操作的无线数字信令传输过程图，并注明在实验箱上查到的无绳电话系统16位ID码，与图中IDH、IDL及

比较。

最后总结出数字信令典型帧结构和信令传输过程。

（1）手机拨号码1；

（2）手机拨号码3；

（3）手机拨号码9；

（4）手机进行“闪断”操作；

（5）手机挂机。

答：

实验结果：

（1）手机拨号码1；

同步IDH手机代码挂机消息重发消息帧应答确认重发应答确认

MS发：

00S,1000,00,1000,00;S1000,00,1000,00;00S,1010;S1010;

同步应答重发应答

BS发：

00S,0101;S0101;S0101.

（2）手机拨号码3；

同步IDH手机代码挂机消息重发消息帧应答确认重发应答确认

MS发：

00S,1000,00,1100,00;S1000,00,1100,00;00S,1010;S1010;

同步应答重发应答

BS发：

00S,0101;S0101;S0101.

（3）手机拨号码9；

同步IDH手机代码挂机消息重发消息帧应答确认重发应答确认

MS发：

00S,1000,00,1001,00;S1000,00,1100,00;00S,1010;S1010;

同步应答重发应答

BS发：

00S,0101;S0101;S0101.

（4）手机进行“闪断”操作；

同步IDH手机代码挂机消息重发消息帧应答确认重发应答确认

MS发：

00S,1000,00,0000,00;S1000,00,1100,00;00S,1010;S1010;

同步应答重发应答

BS发：

00S,0101;S0101;S0101.

（5）手机挂机。

同步IDH手机代码挂机消息重发消息帧应答确认重发应答确认

MS发：

00S,1000,00,0100,00;S1000,00,1100,00;00S,1010;S1010;

同步应答重发应答

BS发：

00S,0101;S0101;S0101.

由以上实验数据显示，典型的移动通信系统无线数字信令帧结构包括位同步码，帧同步，有效数据以及纠错码四个部分组成。

2．根椐信令传输过程中，因接收误码导至消息帧重发2次以上的现象，回答数字信令传输采用何种差错控制方式。

答：

在信令传输过程中每位数据都是特定周期的一周方波，收端微处理器采用脉宽检测方式检测其半周期及周期，超过表中数值（有一定允许误差）就判定为误码。

只要有1位误码就确定数据帧出错。

另外，噪声及干扰引起前一码元脉宽变化会传递到下一码元，若前一码元刚好错成另一码元，则下一码元脉冲半周期或周期一般都会出错。

此外，消息帧中的IDH及应答/应答确认帧中的

、IDL分别为无绳电话系统16位ID码的高4位、低4位的反码及低4位，是座机及手机双方都确知的数据，收端可检出这些数据的错误。

所以座机及手机依据以上信令数据的可靠检错功能，以自动请求重发ARQ方式保证信令数据传输的可靠性

六、实验心得：

通过此实验，我初步了解了一般移动通信系统无线数字信令（空中信令）的基本概念，包括数字信令调制方式、帧结构及传输协议等概念。

在利用双踪示波器观测无绳电话无线数字信令波形的过程中，使我对数据的副载波调制方式及数字信令帧结构有了从抽象到具体的认识。

在实验过程中，频繁地使用示波器，通过示波器显示的波形来验证理论的正确性，使我意识到示波器的重要性，同时我们有必要熟悉使用示波器。

在实验中通过发现问题，分析问题，逐步提高我们的动手，思考能力。

实验三信令系统

一、实验目的

通过对移动通信教学实验系统的测量，了解一般移动通信系统的信令系统的基本概念。

二、实验内容

1．用示波器观测无绳座机用户线信令。

2．用示波器观测手机操作时座机对手机—座机之间无线数字信令与座机—交换机之间用户线信令的转换、转发。

3．用示波器观测手机主呼有线电话的呼叫接续信令传输全过程。

三、基本原理

如图3-1所示，它涉及到无线信道及程控交换机用户线信道两类信道。

图3-1移动通信实验系统的信道连接

1．程控交换机用户线信令

国家标准规定的PSTN程控交换机用户线信令如下所示[17]。

（1）监视信令

①．馈电电压为-48VDC，用户环路电阻（包括话机摘机电阻）小于2000Ω，交换机向电话机直流馈电电流（环路电流）18-50mA（电话机摘机门限电流约10mA）。

②．铃流：

25±3Hz正弦波，有效值90±15VAC。

③．拨号音：

450±25Hz连续信号，电平为-10±3dBm。

④．忙音：

450±25Hz、0.7秒断续（0.35秒送、0.35秒断）信号，电平为-10±3dBm。

⑤．回铃音：

450Hz±25Hz、5秒断续（1秒送、4秒断）信号，电平为-10±3dBm。

（2）地址信令（拨号信令）

①．直流脉冲信号（已不常用，略）

②．双音多频（DTMF：

DualToneMulti-Frequency）信号，如表3-1所示。

表3-1DTMF信号的频率及表示的数字、符号

高频群（Hz）

数字

低频群（Hz）

1209

1336

1477

1633

697

1

2

3

A

770

4

5

6

B

852

7

8

9

C

941

*（E）

0

#（F）

D

由以上用户线信令技术标准可见，它是包括直流（环流）和音频（25Hz、450Hz及DTMF）的模拟信令。

本实验系统中采用的小型用户程控交换机用户线信令总体上符合以上标准，只在以下细节上有差别，但是它的使用完全正常。

①．馈电电压约为24VDC，比PSTN交换机的48VDC低。

这是因为其用户线短，线路压降小，24VDC电压已足够使用。

②．发出的450Hz信号音为方波。

由于450Hz信号音（包括拨号音，回铃音及忙音）是发给用户听的指示音，其波形不理想不影响用户听觉对其含义的判断。

③．铃流为50Hz，有效值70VAC。

由于用户线不长，电话能正常振铃。

2．用户线信令过程

以图3-2所示有线电话1呼叫有线电话2为例介绍如下：

图3-2TEL1→TEL2呼叫接续过程

3、座机BS对两侧有线/无线信令的转换、转发

以手机MS主呼为例，呼叫接续过程中BS对信令的转换、转发如图3-3所示。

通话

挂机（数字）

摘机（数字）

摘机（有环流）

拨号（数字）

拨号音

拨号（DTMF）

、、、

、、、

用户线

无线信道

（无线数字信令）

（用户线信令）

挂机（无环流）

回铃

EX

BS

MS

呼叫

信道

通话

信道

呼叫

信道

图3-3无线/有线信令的转换、转发

4、实验系统呼叫接续全过程

实验系统呼叫接续全过程以手机主呼有线电话为例如图3-4所示。

四、实验步骤

（一）观测程控交换机用户线信令

CH2

SDT

a

b

CH1

LINE.PCB

AFo-MS

GND

示波器

MS

示波器

TEL

BS

EX

图3-5实验系统呼叫接续过程测量方框图

1．按图3-5连接系统，其中，用户线测量板LINE.PCB插接在无绳座机BS的用户线上，将2线制用户线引出2个测量端a、b。

用座机BS所带的有线电话手柄及拨号盘等进行呼叫接续操作，用示波器在用户线引出端a、b上测量用户线信令并记录。

2．座机手柄挂机，无环流。

示波器测量通道CH1设置为DC、20V/DIV，测量用户线a、b端电压。

3．座机手柄摘机，有环流，测量用户线a、b端电压。

4．重新设置示波器CH1为AC、0.2V/DIV，观测交换机发出的拨号音。

5．重新设置示波器CH1为AC、1V/DIV，座机拨号，观测座机发出的DTMF号码。

6．拨号呼通有线电话后，有线电话振铃，观测回铃信号。

7．有线电话摘机通话，观测双方话音波形。

8．有线电话挂机，观测忙音。

9．重新设置示波器CH1为DC、20V/DIV。

座机BS挂机，观测用户线a、b端电压。

10．重新设置示波器CH1为DC、50V/DIV。

有线电话呼叫无绳电话，有线电话听见回铃音，观测无绳座机用户线a、b端铃流（座机内部振铃扬声器线已断开，听不到振铃声）。

五、实验数据及记录分析

（一）观测程控交换机用户线信令

1．按图3-5连接系统，其中，用户线测量板LINE.PCB插接在无绳座机BS的用户线上，将2线制用户线引出2个测量端a、b。

用座机BS所带的有线电话手柄及拨号盘等进行呼叫接续操作，用示波器在用户线引出端a、b上测量用户线信令并记录。

2．座机手柄挂机，无环流。

示波器测量通道CH1设置为DC、20V/DIV，测量用户线a、b端电压。

U=28.4V

3．座机手柄摘机，有环流，测量用户线a、b端电压。

U=8.55V

4．重新设置示波器CH1为AC、0.2V/DIV，交换机发出的拨号音：

5．重新设置示波器CH1为AC、1V/DIV，座机拨号，观测座机发出的DTMF号码。

6．拨号呼通有线电话后，有线电话振铃，观测回铃信号。

7．有线电话摘机通话，观测双方话音波形。

8．有线电话挂机，观测忙音。

9．座机BS挂机，观测用户线a、b端电压。

答：

电压Vab=3.75V

10．重新设置示波器CH1为DC、50V/DIV。

有线电话呼叫无绳电话，有线电话听见回铃音，观测无绳座机用户线a、b端铃流（座机内部振铃扬声器线已断开，听不到振铃声）。

（二）观测无线/有线信令的转换

1．仍按图3-5连接系统。

示波器通道CH1设置为DC、20V/DIV；通道CH2设置为DC、2V/DIV。

实验箱关断发射机及信令存储显示模块，在”MS测量”面板AFo端实时测量手机MS发射信令。

在座机BS用户线a、b端测量用户线信令。

2、反复摘挂机时跳变电压滞后：

3．重新设置示波器通道CH1为AC、1V/DIV。

手机MS摘机，示波器CH1观测到拨号音。

手机反复按数字键拨号，示波器CH2观测到MS发送给BS的数字信令，CH1观测到BS发送给EX的DTMF信号，并且时间关系是前者在先，后者滞后。

（