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移动通信实验鲁昆生郭鹏华中科技大学电子与信息工程系⑦⑥1第七版前言为实现通信的终极目标五个W：任何人（whoever）在任何时间（whenever）任何地点(wherever)与任何他人(whomever)进行任何类型(whatever)的信息交换，则至少通信网的最后一段必须是移动通信系统。由此可见移动通信在现在及未来通信中的重要地位。最新开发的MBC-5W型移动通信实验系统可开出15个实验，覆盖了移动通信原理的主要内容(推荐教材为资料[1])，包括以下四大部分：（1）由一个小型FDMA移动通信系统和作为测量仪器的双路无线综合测试仪，测量、了解移动通信系统网络组成、基本功能、信令系统及无线信道的共用方式（实验一～四）。（2）双路无线综合测试仪可组合成FH-CDMA、DS-CDMA、TDMA及DS/FH、TD/FH、T十）。（3）在双路无线综合测试仪上，可测量、了解移动通信设备，包括接收机、发射机、锁相频率合成器及双工器的构成、工作原理及性能指标（实验十一～十四）。(4)在双路无线综合测试仪上，可测量、了解电波传播损耗及接收机的内部和外部噪声(实验十一)。（5）用二台双路无线综合测试仪，可测量、了解各种组网干扰，包括同道干扰，邻道干扰及互调干扰（实验十五）。通过实验，使学生对移动通信原理有全面直观的认识，加深对书本理论知识的理解和掌握。由于双路无线综合测试仪自带如下多种专用设备：（1）稳压电源；（2）音频信号源（1KHz/600Hz，2个频率点）；（3）高频信号源（45MHz/48MHz，20对频率点）；（4）数字频率计；（5）数字存贮示波器功能模块，故仅需一台20MHz模拟双踪示波器就可完成绝大部分实验（除了“实验十四锁相频率合成器”中测量发射环调制频率特性需要一台音频信号发生器或函数信号发生器外），可节省大量实验设备费用。本移动通信教学实验系统是我们在长期从事有关课程教学及科研的基础上开发出来的。我们力图在飞速发展的移动通信技术与移动通信基本原理及用有限经费在实验室内建立能让每个学生动手的实验系统之间找到平衡点。但是，由于我们水平所限，本实验系统及实验指导书中难免有不妥之处，欢迎读者提出宝贵意见。编著者于华中科技大学2003年12月2目录实验一移动通信系统组成及功能..............................................................................................1实验二无线数字信令..................................................................................................................6实验三信令系统........................................................................................................................13实验四多信道共用、空闲信道选取方式................................................................................19实验五FH-CDMA（跳频码分多址）移动通信......................................................................23实验六DS-CDMA（直扩码分多址）移动通信......................................................................30实验七TDMA（时分多址）移动通信.....................................................................................44实验八DS/FH（直扩加跳频）混合多址移动通信.................................................................46实验九TD/FH（时分加跳频）混合多址移动通信.................................................................48实验十TD/DS（时分加直扩）混合多址移动通信.................................................................50实验十一接收机、噪声与电波传播损耗................................................................................52实验十二发射机........................................................................................................................62实验十三双工器........................................................................................................................66实验十四锁相频率合成器........................................................................................................70实验十五组网干扰....................................................................................................................85附录1无绳电话标准、原理及手机使用方法......................................................................93附录2双路无线综合测试仪原理及使用方法......................................................................96附图1(A)BS测量收发信机(TRX-BS)..................................................................................104附图1(B)MS测量收发信机（TRX-MS）.............................................................................105参考文献......................................................................................................................................1061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．用双路无线综合测试仪（以下简称综测仪）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。系统包括大量移动台MS、许多基站BS、若干移动交换中心MSC及若干与MSC相连的数椐库(HLR、VLR等，图中未画出)，MSC通过与公用电话网PSTN的交换机EX相连，接入公用电话网。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(或传输数椐等信息)。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蜂窝移动通信系统公用电话网（PSTN）MS(MobileStation):移动台BS(BaseStation):基地台MSC(MobileSwitchCenter):移动交换中心(包括交换机和数据库)EX(Exchanger):公用电话网(PSTN)程控交换机TEL(Telephone):有线电话ˋˋˋMSMSˋˋˋEXMSCBSBSˋˋˋˋˋˋTELTEL2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实际系统在系统基本网络结构、网络设备及功能等特征方面是相同的。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四类：蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统、无绳电话系统及无线寻呼系统，它们的功能及应用场合各不相同，但它们的基本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为数字移动通信制式。FDMA发展早，已成功应用于各种移动通信系统多年，目前在一些领域仍在广泛应用。数字移动通信是在模拟移动通信基础上发展、演进而来的，在网络组成、设备配置、系统功能和工作方式上二者都有许多相同之处。基于以上原因，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移动通信教学实验系统。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，采用了一台双路无线综合测试仪（SDT，以下简称综测仪），构成一套完整的移动通信教学实验系统，如图1-3所示。图1-3移动通信教学实验系统MS(MobileStation):移动台BS(BaseStation):基地台EX(Exchanger):程控交换机TEL(Telephone):有线电话MSBSEXTELTELMS(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:双路无线综合测试仪(综测仪)SDTMSBSEXTELTEL3下面对图1-3各部分及本实验内容介绍如下：1．CT1无绳电话CT1无绳电话属于FDMA系统，数十个双工频道被全部无绳电话共用,采用话音模拟调频及数字信令技术。系统有一个基地台，即无绳电话座机，通过用户线接入电话网交换机；可带1-4部移动台即无绳电话手机（每一时刻，只能有一部手机通话）。无绳电话是为方便有线电话用户而提出的。它将有线电话座机与通话手柄之间的电缆（绳）去掉，用无线信道代替之，通话手柄成为无绳电话手机。用户持无绳手机在以座机为中心的小范围内移动通话，十分方便。虽然从使用功能上看，无绳电话是有线电话的无线延伸，但其工作原理及使用的技术都属于移动通信范畴。CT1无绳电话及在其后发展起来的各种数字无绳电话组成的无绳电话大家族，成为常用的四类移动通信系统之一。我国的CT1无绳电话技术标准、工作原理及手机使用方法见附录1。通常，同一实验室内有许多组实验系统，相距很近，为了防止互相干扰，必须降低无绳电话的发射功率及接收机灵敏度，以减小电磁波作用范围。在此条件下，为了保证同一套实验系统内部接收信号足够强，能正常完成各实验，必须加强无线设备间的无线耦合：①无绳座机BS的天线垂直竖立但不要拉出。综测仪BS测量收发信机天线放置在无绳座机天线与座机外壳之间的缝隙中，使二者无线紧耦合。②无绳手机MS的天线不要拉