移动终端原理实验

实验三移动终端原理实验一、实验目的1.了解GSM数字移动通信系统物理层的基本流程；2．了解移动通信终端的语音通信过程；3．了解GSM系统的TDMA时隙和帧结构，以及移动台的编解码技术。二、实验原理在第一部分中，通过基础实验，掌握了移动通信过程中的A/D转换和D/A转换、信源编码/解码（语音压缩编码）、信道编码/解码、扩频/解扩、数字调制/解调等内容。在本节实验中，结合第二代数字通信系统GSM系统的特点，将上述实验内容放到GSM系统实验中，除了了解GSM移动通信系统，同时加深上述各个过程在移动通信系统各个环节的作用。先对GSM移动通信系统语音通信的几个环节做简单的介绍：1.语音编码技术GSM系统中语音编码采用的是声码器和波形编码器的混合型编码器，全称为线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器（LPC-LTP-RPE），简称为规则脉冲激励线性预测编码器（RPE-LTP），其中LPC+LTP为声源编码，RPE为波形编码，再通过复用器混合完成模拟语音信号的数字编码。2.信道编码技术GSM语音编码器每20ms输出一帧比特数据，各比特对信号质量的影响程度是不同的，其中一些比特出现差错时，会对信号质量产生严重的影响，而有些比特出现差错时，对信号质量并不会产生太大的影响。因此，移动通信系统中，在信源编码之后，应对一些对信号质量影响重大的比特进行差错控制编码，使由于系统传输所造成的误码能够得到纠正，保证系统的通信质量。之后，对码元数据进行约束长度为5，编码效率为1/2的（2，1，5）卷积编码。GSM系统在信道编码之后还进行了两次交织。由于实验系统资源有限，在因此实验中，并没有加入交织的环节，希望感兴趣的同学，可以查阅资料自行了解。在此不再赘述。3.调制GSM系统采用了GMSK的调制方式。GMSK调制在前面章节有专门介绍，在此不再赘述。4.无线传输方式GSM系统采用时分多址（TDMA），频分多址（FDMA）和频分双工（FDD）制式。在25M的频段中共分125个频道，频道间隔200Khz。每载波含8个时隙，时隙宽为0.577ms。需要注意的是，在实验中，只是进行了原理仿真，并没有严格按照GSM系统的时隙特征。GSM移动通信终端的组成框图如图1-3-1所示。发送方模拟信号A/D转换语音压缩编码信道编码调制上变频喇叭D/A转换语音解压缩信道解码解调下变频接收方TP501TP504TP202TP203TP308TP301TP204TP205TP505TP506图1-3-1移动通信终端的组成框图工作过程如下：加电后AMBE2000复位，配置AD73311，根据SW601拨动开关的位置，设置语音压缩速率及其他参数。（1）发送方：1）根据K501选择2K的正弦波或从麦克风输入的话音信号，可以通过W501调节发送的音量；2）模拟信号通过A/D转换芯片AD73311转换为数字信号，并传递给AMBE2000；3）AMBE2000根据预先的参数配置，进行语音压缩编码，并每20ms间隔发送一帧数据给DSP；4）DSP接收到语音压缩数据，进行（2，1，5）卷积编码和GMSK调制；5）调制后的数据经过D/A转换，然后上变频，通过射频将语音信号发射出去。（2）接收方1）接收方将接收的信号下变频给接收方的A/D单元；2）A/D单元将模拟信号转换为数字信号，交给DSP；3）DSP对接收的数据进行解调和解码，并传输给AMBE2000；4）AMBE2000将接收的语音压缩数据做解压，并传递给AD73311；5）AD73311将数字语音信号转换为模拟信号，并送到喇叭或耳机。可以通过W502调节接收的音量。下面给出了实验中部分测量波形，仅供参考。图（1-3-2）为每20ms一帧的基带数据码元，通道二为帧同步脉冲信号，通道一为基带码元信号。说明：由于在系统中并未加入CRC校验部分，因此每帧结尾有部分数据为空白数据，未携带信息，统一设置为了高电平。图1-3-2GSM系统基带码元信号图1-3-3GSM系统帧结构三、实验步骤1．打开实验箱电源，等待实验箱初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作；2．先按下“菜单”键，再按下数字键“8”选择“八.手机原理”，再按下数字键“1”选择“GSM系统原理”，进行GSM系统通信原理进行实验；3．将K501拨到“SIN”，此时输入的模拟信号为2KHZ的正弦信号；在下述测试点观测发送信号的波形：（1）通过测试点TP501可以观测输入模拟信号。调节面板上的W501，可以改变输入信号的幅度；（2）通过测试点TP504观测A/D转换后的信号；（3）通过测试点TP202观测语音压缩后（编码前）的信号；（4）通过测试点TP203观测编码后的信号；（5）通过测试点TP308观测GMSK调制并组合成帧后的数据；4.在下述测试点观测接收信号的波形：（1）通过测试点TP301观测接收到的波形数据；（2）通过测试点TP204观测接收端解调后数据；（3）通过测试点TP205观测接收端解码后数据；（4）通过测试点TP505观测接收端解压缩后的数字信号；（5）通过测试点TP506观测接收端D/A转换后的模拟信号，调节面板上的W502可以改变输出信号的幅度；5．将K501拨到“MIC”，将输入的模拟信号设置为麦克风输入的话音信号，插入麦克风，对着麦克风说话，观测上述各测试点的信号，同时可以听到接收的语音信号。注意：在该实验中，SW601拨码开关必须设置为10100000（2.4kbs）：ONDIP████████12345678四、实验结果1:TP501（黄色）和TP504（蓝色）2：TP202（蓝色）3：TP203（蓝色）4：TP308（蓝色）5：TP301（蓝色）6：TP204（蓝色）7：TP205（蓝色）8：TP505（蓝色）9：TP506（蓝色）五、结果分析实验观测了发端和收端的各点波形，发端的模数转换信号、信源编码和信道编码、调制信号、经过GMSK调制后的组合成帧的波形，观察这些信号，发现在信号的传输过程中，信号码元明显密一些，这说明加入了部分的冗余码，提高了信号传输的质量。在接收端进行相应的解调、解码、数模转换并观察波形，得到了与发端相同的波形，了解了GSM系统信号的传输过程以及准确性。实验四移动系统通信实验一、实验目的1.了解移动通信系统的结构框图；2．了解移动通信系统中主被叫通信过程。二、实验内容1．用麦克风和耳机来测试系统通信中语音通信的性能；2．通过键盘和液晶选择和发送短信，观测接收结果。三、实验原理移动通信系统可以分为三个子系统，如移动台(MS)、基站子系统(BSS)、网络和交换子系统(NSS)。如下图所示：交换机基站基站基站MS…………MSMSMSMSMS移动通信系统结构图图3-9-1移动通信系统结构示意图交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。基站子系统(BSS)是在一定的无线覆盖区中与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM）。移动终端完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。HT6-1型移动终端实验平台可以与配套的基站，交换机组成一个移动通信系统。各个移动终端实验平台在系统中作为一个独立的CDMA移动终端。每个基站管理8个移动终端，基站主要完成各移动终端通信的状态登记、存储和频率分配及通信链路的建立，并将移动终端的状态上传到交换机。每个基站内的移动终端之间的通信由基站独立完成，不同基站之间的移动终端通信通过交换机实现。工作过程如下：启动交换机，启动基站。正确设置移动终端,用拨码开关SW601设置语音压缩速率为2.4kb/s(拨码开关SW601的设置拨到ON为1，否则为0。从1到8设置为：01011111),启动移动终端等待初始化完成；主叫和被叫移动终端均进入系统通信实验。1．语音通信（1）主叫方和被叫方移动终端都处于空闲状态；（2）如有拨号则该移动终端成为主叫方，拨号完成后向基站申请与被叫移动终端进行语音通信；（3）基站收到请求后，分析被叫号码，然后基站直接或通过交换机发送主叫号码到被叫移动终端；（4）被叫移动终端收到主叫号码后进行显示并振铃；（5）被叫移动终端根据被叫用户选择接通或拒绝；（6）基站根据被叫移动终端用户选择向主叫移动终端回复相应状态；（7）如被叫用户选择接通，基站给主叫和被叫分配频率资源，主叫和被叫建立通信链路；（8）主叫和被叫用户可以通过麦克风进行语音通信；（9）主叫和被叫用户在进行语音通信过程中可以选择结束语音通信，基站撤消主叫和被叫的通信链路；（10）通信链路撤消后原主叫和被叫移动终端均进入空闲状态，可以再次进行语音或数据通信；（11）主叫和被叫语音数据的处理与“实验十五移动终端语音自环通信实验”相同。2．数据通信（短信收发）（1）发送方和接收方均处于空闲状态；（2）如有拨号则该移动终端成为发送方，拨号完成后选择发送短信；（3）短信选择完成后发送方向基站申请与接收方移动终端进行数据通信；（4）基站收到请求后检查接收方当前状态，如果接收方处于空闲状态将发送方号码和短信内容发送到接收方移动终端。否则基站回复发送方短信发送不成功；（5）接收方移动终端收到主叫号码和短信内容后分别显示，完成一次数据通信。（6）完成一次数据通信后，发送方和接收方均回到空闲状态，可以再次进行语音或数据通信。四、实验步骤1．确认交换机和基站已开机并正常工作，基站和交换机正确连接并正常工作后会自动显示各移动终端的当前状态；2．用户按下移动实验箱的键盘上“复位”键，等待实验台初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作；3．按下键盘上“菜单”键中“九系统综合通信”实验，选择进行系统通信实验，显示屏上将显示本机号码，第1位表示所属基站编号，第2位表示移动终端编号；4．输入2位被叫号码，可以听到拨号音和回铃音。语音通信时：（1）拨号完毕后按“↑/确认”或“电话”键表示请求与被叫进行语音通信；（2）如果被叫移动终端进入系统通信实验，则被叫移动终端会收到主叫号码并振铃；（3）可以按下被叫移动终端的“↑/确认”键选择接通，此时主叫方移动终端和被叫方移动终端显示“接通中…”，之后主叫和被叫可以通过麦克风进行语音通信；（4）如果按下被叫移动终端的“取消”键则选择拒绝接通，此时主叫移动终端显示“被叫拒绝”；（5）如果被叫移动终端的长时间（30秒）没有按键，则主叫移动终端显示“被叫忙”。（6）在主叫和被叫通过麦克风进行语音通信时，双方均可主动按下“↓/取消”键挂机并进入空闲状态，此时另一方显示“对方挂机”，之后也进入空闲状态。短信通信时：（1）拨号完毕后按“短信”键表示将进行短信通信，并进入短信选择状态；（2）显示屏显示短信编号和内容，可以通过“↑/确认”键和“↓/取消”键查看更多的短信。按下相应的数字编号选择要发送的短信内容，并启动短信发送程序；（3）如果接收方移动终端进入系统通信实验，则接收方移动终端会收到主叫号码和短信内容并显示；此时发送方显示“发送成功”；（4）如果接收方移动终端不在系统通信实验状态，否则基站回复发送方短信发送不成功。五、实验结果1：电话呼叫本机与号码为22的移动台通信：本机与号码为20的移动台通信：2：发送短信六、结果分析本机号码是21，在实验过程中成功的与号码为22、20的两个移动台进行了打电话和发信息，系统工作十分正常。七、实验总结与心得本次实验分为两次进行，第一次是跳频通信与CDMA码分多址实验，通过实验，了解了跳频和解跳、CDMA的原理，实验比较顺利，达到预期目标，同时在实验中，我们通过用示波器观察各点的波形，对于跳频与解跳有了更深刻的认识。第二次实验是移动终端GSM系统实验，通过实验，了解了GSM数字移动通信系统物理层的基本流程，了解了语音与信息的通信过程，通过这个大型的手机，我们可以看到信号传