移动通信实验报告

1移动通信实验报告2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。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ˋˋˋMSMSˋˋˋEXMSCBSBSˋˋˋˋˋˋTELTELMS(MobileStation):移动台BS(BaseStation):基地台EX(Exchanger):程控交换机TEL(Telephone):有线电话MSBSEXTELTEL3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。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。t(ms)10-100相对声压图1-3浊音波形TpTp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SDTMSBSEXTELTEL4一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。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）；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SDTMSBSEXTELTEL5（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。6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：0S1001000111000波形数据图3-1典型的信令帧结构图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。信令中手机号代同步码IDH手机号代码消息(消息)波形：数据：00S1010001110007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1234代码00100111倒序代码00011011（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12H2、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MS发：00S,0100,00,0100,10;S0100,00,0100,10;00S,0100;S0100;S0100.BS发：00S,1011;S1011;S1011.同步IDH挂机消息手机号代码MS发：00S,0100,00,1110,00;S,0100,00,1110,00;S,0100;S0100;S0100.BS发：00S,1011;S1011;S1011.同步IDH消息(拨号码7)重发消息帧应答确认(IDL)重发应答确认同步应答(IDL)重发应答……手机号代码8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（