移动通信实验指导书.doc

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 目目 录录 前 言 1 实验一 移动通信系统组成及功能 2 实验二 无线数字信令 9 实验三 信令系统 18 实验四 多信道共用 空闲信道选取方式 25 实验五 FH CDMA 跳频码分多址 移动通信 29 实验六 DS CDMA 直扩码分多址 移动通信 36 实验七 TDMA 时分多址 移动通信 47 实验八 DS FH 直扩加跳频 混合多址移动通信 49 实验九 TD FH 时分加跳频 混合多址移动通信 51 实验十 TD DS 时分加直扩 混合多址移动通信 53 实验十一 接收机与噪声 55 实验十二 发射机 66 实验十三 双工器 71 实验十四 锁相频率合成器 75 实验十五 组网干扰 92 附录 L 表 1 中国 CTL 无绳电话技术标准 102 附录 2 双路无线综合测试仪原理及使用方法 106 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 前前 言言 移动通信 是通信电子专业的一门专业课程 是一门综合性较强的专业基 础课 是低频电路 高频电路 信号系统 工程数学等在通信中的综合运用 是学习通信电子专业必不可少的一门重要专业课 实验环节的好坏是学生能否 学好 移动通信 的关键 为了更好地配合学生实验 特编写试验指导书 本实 验的基本要求 一 实验目的 更好的理解通信原理的基本思想和方法 加深对所学知识的理解 二 实验要求 每次实验前学生必须根据试验内容认真预习实验内容及准备实验时所要用 到的知识 在指导教师的帮助下能够完成实验内容 得出正确的实验结果 实验结束后总结实验内容 书写实验报告 遵守实验室规章制度 不缺席 按时到达实验室 实验学时内必须做通信原理的有关内容 三 说明 1 本指导书的所有实验可以根据实际需要选择 2 移动通信是一门非常重要的基础课 要求实验前预习 四 实验报告的书写要求 1 明确实验的目的及要求 2 记录实验的基本要求和观察的结果 3 说明实验中出现的问题和解决过程 4 写出实验的体会和实验过程中没能解决的问题 五 参考书目 移动通信原理与应用 啜钢 北京邮电出版社 2002 年 10 月第 1 版 2 移动通信原理 吴伟陵 电子工业出版社 2005 年 11 月第 1 版 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 实验一实验一 移动通信系统组成及功能移动通信系统组成及功能 一 实验目的一 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 连的数据库似压 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 或传输数据等信息 图 1 1 移动通信系统方框图 MS Mobile Station 移动台 BS Basc Station 基地台 MSC Mobile Switch Center 移动交换中心 包括交换机和数据库 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 EX Exchanger 公用电话网程控交换机 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 l 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 MS Mobne station 移动台 BS Base Station 基地台 EX Exchanger 程控交换机 TEL Telphone 有线电话 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 图 1 3 移动通信教学实验系统 MS Mobne station 移动台 BS Base Station 基地台 EX Exchanger 程控交换机 TEL Telphone 有线电话 SDT 双路无线综合测试仪 综测仪 下面对图 1 3 各部分及本实验内容介绍如下 1 CTI 无绳电话 CTI 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 CTI 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 CTI 无绳电话技术标准 工作原理及手机使用方法见附录 1 2 程控交换机 本教学实验系统中程控交换机采用 1 拖 4 双绳路小型用户程控交换机 一 条外线可接 4 部内部电话 本系统中不用其外线端口 只使用内部 4 条用户线 端口 其技术参数与使用方法与 PSIN 程控交换机相同 相当于 4 门 PSTN 程控 交换机 图 1 4 为小型程控交换机的外观图 四个用户线插座可连接四部电话 包 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 括无绳电话座机 插座下方号码为对应电话的号码 交换机由 220V 市电供电 通电后电源指示 LED 灯连续闪烁 用户电话摘机后对应的 LED 指示灯亮 图 1 4 小型程控交换机外观图 3 双路无线综合测试仪 双路无线综合测试仪 以下简称综测仪 包含的电路模块很多 功能齐备 它既是测量仪器 又可作为被测量对象 其电路原理及使用方法详见附录 2 在实验一至实验四中综测仪作为测量仪器 在实验一中用来观测无绳电话 发射在空中的话音波形 了解话音的特点 4 移动通信教学实验系统的组成及功能 根据上面介绍的各设备原理 按照图 1 3 的布局放置并连接设备 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 由以上实验可了解移动通信系统的基本网络结构及功能 另外 在手机与有线电话通话时 用示波器在综测仪上观测发射在空中的 话音波形 可了解话音的基本特征 话音是由发音器官中的声音激励源和口腔声道形状的不同而形成的 话音 分为浊音和清音 浊音包括元音及浊辅音 浊音对应子声带振动 每个单词中 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 至少包括 1 个浊音 浊音 又称有声音 发浊音时声带在气流作用下准周期地闭合或开启 从 而在声带中激励起准周期的声振动 形成浊音声波 如图 1 5 所示 图中 Tp 为 基音周期 则基音频率 fp 1 Tp 通常 fp在 70 30oHz 范围内 则 Tp 3 13ms 基音频率一般女声较高 男声较低 清音又称无声音 发清音时声带 不振动 声道被气流冲击产生较小幅度的声波 其波形与噪声相似 清音信号 没有准周期性 包括浊音及清音的话音能量主要集中在 300 400HZ 频率范围 内 图 1 5 浊音的准周期波形 5 二类移动通信教学实验系统 移动通信教学实验系统分为学生实验型及教师演示型二类 5 1 学生实验型移动通信教学实验系统 学生做实验时 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 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 无绳手机 MS 的天线不要拉出 将综测仪 Ms 测量收发信机天线的芯线 与地线夹在一起后套在无绳手机天线上 使二者无线紧耦合 5 2 教师演示型移动通信教学实验系统 教师演示型的无绳电话发射功率及接收灵敏度保持生产厂家出厂值不变 做实验时 无绳手机可在距无绳座机及综测仪 1 3 米范围内自由移动 方便 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 教师演示 四 实验步骤四 实验步骤 1 按图 1 3 的布局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 220 伏电源 无绳电话座机 手机及综测仪使用上次实验已经 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 己摘机 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 l 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综测仪 BS 及 Ms 测量面板上 A 玩输出端 口 接通综测仪电源 K5 置 ON 置系统测量自动工作方式滋心至 SYST 灯亮 再按 K2 综测仪守候在无绳电话控制信道 关发射机 K6 置 OFF 关信令存 贮显示模块 K6 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 综测仪检测到摘机信令后自动跟踪扫描 锁定于该通话信道 若综测仪因误码 未检测到手机摘机信令仍停在控制信道 则按控制面板扫描 SCAN 键 K3 启动 综测仪扫描信道 最后锁定于该通活信道 综测仪锁定于通话信道的标志是 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 信道扫描停止并且 BS 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征不变条件下合理简化而来 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 3 由实验结果回答 有线电话挂机时用户线是处于开路状态吗 4 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 实验二实验二 无线数字信令无线数字信令 一 实验目的一 实验目的 通过对无绳电话的测量 了解一般移动通信系统无线数字信令的基本概念 包括数字信令调制方式 帧结构及传输协议等概念 二 实验内容二 实验内容 1 用双踪示波器通过综测仪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 用双踪示波器通过综测仪观测无绳电话无线数字信令传输协议 三 基本原理三 基本原理 通信系统中除用户信息 如话音 外的一系列控制信号称为信令 信令系 统与用户信息传输系统是二个相伴随的系统 信令系统连接并控制用户信息传 输系统的所有网络设备及用户终端设备 共同构成整个通信系统 信令完成呼 叫接续的建立 拆除 监控等一系列的操作与控制 保证用户信息传输系统正 确且可靠的动作 使用户信息有效传输 因此 信令可以看作是整个通信系统 的神经中枢 按信令形式不同 信令分为模拟信令和数字信令两类 模拟信令包括音频 信令及其它形式的模拟信号 它应用早 现在仍应用在许多通信系统中 例如 PSTN 模拟用户线信令全为模拟信令 数字信令具有速度快 容量大等一系列明 显优点 已成为目前通信系统中采用的主要形式 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 命令和其它数据 及纠错码四部分 分别介绍如下 图 2 1 典型的数字信令帧结构 1 位同步 数字通信收端必须从接收的数据流中提取位同步 才能对 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 数据准确进行积分 采样和判决 正确恢复发端数据 位同步建立需要时间 而数字信令是突发的数据串 收端必须在帧同步及有效数据收到之前建立位同 步 因此在信令的帧同步前集中加入一段位同步码 2 帧同步 帧同步位于一个信令帧有效数据的起点 作为帧同步的特 殊码组必须具有尖锐峰值的自相关函数 便于与随机的数字信息相区别 常用 的有巴克码和 m 序列 位同步及帧同步统称同步码 3 有效数据 包括地址 命令等数据 信令的控制 操作功能全由有 效数据完成 4 纠错码 对有效数据进行纠 检 错编码后产生的监督位 基于纠 检 错编码的数据传输差错控制方法 常用的有以下二种 前向纠错 FEC Forward Error Correction 发端对数据进行纠错 编码 收端进行纠错解码 对未超过纠错范围的误码予以纠正 检错重发 常称为自动请求重发 ARQ Automatic Repeat Request 发端对数据进行纠 检错编码 收端发现有纠正不了的误码时 自动请求发 端重发 直到收到正确数据为止 显然 后一纠错方式的可靠性要高得多 但付出的代价是降低了信息的传 输速率 发端在没有收端请求的情况下 按事先规定主动重发多帧信令 收端 对其纠检错之后再进行大数判决 亦可提高信令数据传输可靠性 这可认为是 对 ARQ 重发次数作硬性规定后与 FEC 组合而成的一种方法 表 2 1 信令数据的 FSK 调制方式 作为构成图 1 3 移动通信教学实验系统无线部分的中国 CT1 无绳电话 相 关技术标准只规定了其工作频率 调制方式等射频技术要求 见附录 1 表 1 但对其信令结构 传输协议及多信道共用方式未作规定 由各生产厂家自行定 数据FSK 调制台数 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 义 开发 因而 各厂家生产的无绳电话这方面技术各不相同 座机与手机一 般不能交换配对使用 本实验系统中采用的一种无绳电话的信令结构及多信道 共用方式是国内外很多厂家所采用的 十分可靠实用 也比较规范 便于观测 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 然后再 对 45 48MHZ 的主载频调频 FM 即二次调制 由于每个码元只调制为 l 个周 期的副载频 故与经典的 FSK 调制相比有点不同 码元宽度随 0 1 数据而变化 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 畋 2 3 其有效数据有 12 位 分为三个部分 图 2 2 典型的信令数据结构 图 2 3 信令数据帧各部分的定义 1 IDH IDH 为无绳电话系统 16 位识别码 ID 码 的高 4 位 在初装无绳电话时 座机与手机要统一 ID 码 称为对码 只有 ID 码相同的座机和手机才能建立无 线连接 有效防止不同 ID 码无绳电话之间的窜扰和盗打 在手机摘机主呼及被 呼振铃时 才全部发送及接收 16 位 ID 码 在这以后的信令传输过程中为节省 传输时间只发送部分 ID 码 为了使综测仪能自动跟踪测量无绳电话工作过程 综测仪也要与无绳电话 对码 使综测仪 无绳电话座机及手机三者的 ID 码及呼叫信道保持一致树码方 法见实验四的实验步骤 1 实验前教师己对好了码 实验一 二 三中同学不 必对码 综测仪内的无绳电话系统 ID 码及控制信道号都存在 E2PROM 中 掉电 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 不会丢失 要查看系统 ID 码只需点动综测仪对码 CODE 键 即可在频率显示 LED 数码管上显示 D 码 4 秒钟 16 位二进制码以 8 位四进制码形式显示 高位 在左 低位在右 例如 01 23 32 10 四进制 0001 1011 1110 0100 B 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 3 命令 消息 命令 消息 为 6 位 亦应倒序读取 图 2 3 中命令倒序码为 00 0lllB 07H 表示消息 拨号码 7 常用命令 消息 见表 2 3 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 信令及通话结束后挂机的信令传输协传输协议各不相同 下 面仅介绍手机拨号 闪断 Rash 议 1 手机拨号 号码 7 图 2 4 为手机拨号 号码 7 信令传输过程 图中 命令 消息 帧各部 分含义见前节 应答帧中 IDl 为 ID 码低 4 位 为 IDl 的反码 由图可见 l ID 无绳电话信令收发是全双工工作方式 座机及手机可同时收发信令 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 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 如表 2 1 所示 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 总之 脉冲半周期及周期宽度检测是一种极严格的检测方式 在相同信噪 比条件下 它的误码率比常用的最佳检测方式 相关检测或匹配滤波的误码 率要高得多 更重要的是 最佳检测对每个码元的检测结果只给出是 0 还是 1 但这个码元的对错它一无所知 只能通过纠错解码来判定 而脉宽检测根据 每个码元的参数就可检测出误码 等效为每个码元自带检错信息 命令帧中的 IDH 及应答 应答确认帧中的可 IDL 分别为无绳电 L ID 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 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 如图 2 4 所示 若座机 BS 收到第 1 个命令帧检测无误码 则连续发多个 应答帧表示收到正确的命令 MS 只要正确收到其中一个应答帧就确认 BS 已收 到正确命令帧 于是在发完当前的命令帧后就停止发命令帧 然后发多个应答 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 确认帧通知 BS 让 BS 停发应答帧 完成 1 次手机拨号命令的传送过程 若 BS 未收到正确的命令帧 则不发应答 等效为发送请求重发信息 MS 就连续 重发第 3 个 第 4 个 命令帧 直至收到 BS 的应答为止 或 MS 因发送超 时 放弃这次信令传输 MS 至少发送 2 个命令帧的原因是 BS 在收完第 1 个命令帧检测无误码直 到发完第 1 个应答帧并被 MS 正确接收后 MS 己经将第 2 个命令帧发送了一 部分 因而发完算了 由于重发的最后一帧命令帧是多余的 生产厂家开发者 对这一段手机程序没有准确设计及仔细调试 命令帧后几位可能有错误 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 唯一的区别是命令内容不同 四 实验步骤 一 用普通双踪示波器观测无线数字信令 1 将普通双踪示波器的两个测量探头分别接在综测仪 BS 及 MS 测量面板 上存贮信令的输出端 SIG 示波器外触发输入端接至综测仪 BS 测量面板的触 发信号输出端 TRIs 示波器设置为上升沿外触发 水平分度 2ms DIV 垂 直为 DC 2V DIV 设置综测仪为自动跟踪测量方式 按工作方式控制面板上 K1 至 SYST 灯亮 再按 K2 使 K2 灯常亮 综测仪守候于无绳电话系统的控制信道 接通综测仪 信令存贮显示 SAVE 电路模块电源仪 10 置 ON 顶部 LED 指示灯亮 按 运行 RUN 键使停止存贮 STOP 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 指示灯灭 模块处于等待触发存贮状态 关发射机电源 TX 控制板上 K6 置 OFF 其上方电源指示灯灭 为了避免交换机信号音及 2 4 转换反射信号干扰信令波形观测 本实验 中将无绳座机用户线从交换机上拔下 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 综测仪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 信令存贮显示控制面板停止 SIOP 灯亮 表示手机摘机信令过 程已存贮完毕 若综测仪因误码未检测到手机摘机信令仍停在控制信道 则按控制面板扫 描 S CAN 键 K3 启动综测仪扫描 最后锁定于该通活信道 综测仪锁定于通话信道的标志是 信道扫描仃止并且 BS 及 MS 测量面板同 时显示接收频率 3 按综测仪信令存贮显示面板上运行 RUN 键 停止 STOP 指示灯 灭 综测仪处等待触发存贮状态 4 手机用户按键进行 拨号 闪断 等操作 综测仪以单次触发方式 存贮记录下这一次信令传输过程 存贮显示控制面板上停止 STOP 指示灯亮 示波器可观察到存贮的数字信令 调节示波器触发电平旋钮使波形稳定 旋转 综测仪信令存贮显示控制面板上波形位置 POSITION 旋钮左右移动显示波形 或按复位 RST 键使显示波形回到信令传输过程的起点 反复按同步 SYNC 键分五步循环步进调节波形的闪烁及亮度 在波形由严重闪烁刚好调节到不 闪烁时 亮度最高 波形最清晰 在以后的测量中再不必调整 如此仔细观测 并记录信令帧结构及信令传输过程 5 重复 3 4 观测并记录另 1 次信令传输过程 6 通话完毕 重复 3 使综测仪准备存贮信令 按手机 通话 键挂机 用示波器观察并记录手机挂机信令传输过程 7 拉开手机与座机之间的距离 对学生实验型教学实验系统 应拉开综 测仪 BS 测量收发信机天线与座机天线距离及 MS 测量收发信机天线与手机天线 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 距离 降低座机的接收机输入 C 加 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命令帧重发 2 次以上的现象 二 用下 05210 双踪数字存贮示波器观测无线数字信令 1 将 TDS210 双踪数字存贮示波器的两个测量探头分别接至综测仪 BS 及 MS 测量面板上 AFO 端 示波器外触发输入端接至综测仪 MS 测量面板上 TRIA 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 25msDIV 垂直为直流 2V DIV 关断综测仪发射机及信令存贮显示电路 IX 控制面板上 K6 置 OFF SAVE 控制面板上 K10 置 OFF 电源指示灯灭 置综测仪为自动测量方式 按控制 面板粗至 SYST 灯亮 再按 K2 K2 灯常亮 综测仪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 综测仪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 TDS21O 数字存贮示波器 以单次触发方式存贮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 5 ms DIV 展开波形 仔 细观测并记录信令传输过程 4 调节示波器水平分度返回 25ms D IV 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 5 通话完毕 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 按手机 通 话 键挂机 示波器存贮显示挂机信令传输过程 仔细观测并记录 6 拉开手机与座机之间的距离 对学生实验型教学实验系统 应拉开综测 仪 BS 测量收发信机天线与座机天线距离及 MS 测量收发信机天与手机天线距离 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 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命令帧重发 2 次以上的现象 五 实验报告内容五 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 并注明在综测仪上查 到的无绳电话系统 16 位 ID 码 与图中 IDH L ID 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 2 根据信令传输过程中 因接收误码导至命令帧重发 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 六 思考题六 思考题 测量并记录手机主呼摘机信令传输过程 试分析信令帧结构及传输协议 注 研究性题目 无现成答案 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 实验三实验三 信令系统信令系统 一 实验目的一 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一座机之间无线数字信令与座机 一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 基本原理三 基本原理 通信系统中除用户信息 如话音 外的一系列控制信号称为信令 信令系 统与用户信息传输系统是二个相伴随的系统 信令系统连接并控制用户信息传 输系统的所有网络设备及用户终端设备 共同构成整个通信系统 信令完成呼 叫接续的建立 拆除 监控等一系列的操作与控制 保证用户信息传输系统正 确且可靠的动作 使用户信息有效传输 因此 信令系统可以看作是整个通信 系统的神经中枢 信令在信令系统中传输 转发 交互及实施控制 用户信息对于电路交换 通信系统而言 是在呼叫接续完成后建立的逐段连接的信息通道中传输 按信令通道与用户信息通道在物理上是否独立 信令分为共路信令及随路 信令 共路信令集中在独立的信令通道中传输 随路信令在用户信息通道中采 用时分 频分等方式随同用户信息一起在信息通道中传输 本移动通信实验系统在研究其信令系统及用户信息传输系统时的原理框图 如图 3 一 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 无线 信道包括 1 个专用呼叫信道及 19 个通话信道 详见实验四 专用呼叫信道上 传送的是共路信令 无线通话信道及有线用户线信道上 信令与用户信息以时分方式在同一信 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 道上传输 都属于随路信令 用户线用户线无线 图 3 1 移动通信实验系统的信道连接 无线数字信令在实验二中己详细研究 下面首先介绍程控交换机用户线信 令 然后介绍无绳座机 Bs 对 BS 一 Ms 之间的无线数字信令及 Ex 一 Bs 之间 的用户线信令的转换 转发 最后来研究手机 MS 主呼有线电话 TEL 的完整的 呼叫接续信令传输过程 建立信令系统的概念 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 1 监视信令 馈电电压为 48V 用户环路电阻 包括话机摘机电阻 小于 2000 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 IOmA 铃流 25 土 3Hz 正弦波 有效值 90 土 15V 拨号音 450 土 25HZ 连续信号 电平为 10 土 3dBm 忙音 450 土 25Hz 0 7 秒断续 0 35 秒送 0 35 秒断 信号 电 平为 10 土 3dBm 回铃音 450Hz 土 25Hz 5 秒断续 1 秒送 4 秒断 信号 电平为 10 土 3dBm 2 地址信令 拨号信令 直流脉冲信号 己不常用 略 双音多频 DTMF Dual Tone Multi Fequency 信号 如表 3 1 所示 表 3 1 DTMF 信号的频率及表示的数字 符号 高频 1209133614771633 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 低频 697123A 770456B 852789C 941 0 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 450F z 及 DT 州 F 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 馈电电压约为 24V 比 PSTN 交换机的 48V 低 这是因为其用户线短 线路压降小 24V 现电压已足够使用 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 铃流为 50Hz 有效值 70V 由于用户线不长 电话能正常振铃 2 用户线信令过程 以有线电话 1 呼叫有线电话 2 为例介绍如下 有线电话 1 未摘机 用户线环路断开 环路电流为 0 电话机端电压 等于交换机馈电电压 有线电话 1 摘机 用户线环路通 环路电流为 18 5OmA 大于摘机环 流门限 IOmA 交换机据此判定有线电话机 1 摘机 向其发拨号音 此时由于有环路电流 电话机端电压下降到 6 10V 有线电话 1 用户按数字键拨号 通过用户线向交换机发 DTMF 号码 交换机收齐号码后 检查电话机 2 空闲 环流为 0 则向它发铃 流 并向电话机 1 发回铃 若电话机 2 忙 则向电话机 1 发忙音 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 电话机 2 用户摘机 环流大于摘机门限 10mA 交换机停止发铃流 接通双方话路 交换连接 双方通话 一方挂机 环流为 0 交换机断开双方话路 向另一方发忙音 另一方挂机 交换机停发忙音 完成一次呼叫接续 以上呼叫接续 包括信令传输及话音传输 过程如图 3 2 所示 图 3 2 TEL1 TEL2 呼叫接续过程 3 座机 BS 对两侧有绷无线信令的转换 转发 在一个复杂的通信系统中 信令要经过同样复杂的信令系统逐段传输 转 换 转发 交互 才能完成呼叫接续 实现用户信息通道的连接及用户信息的 传送 例如 本实验通信系统的无绳座机 BS 就担负其一侧 BS MS 无线数字 信令与另一侧 EX BS 用户线信令转换 转发作用 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 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 图 3 4 手机主呼有线电话接续过程 四 实验步骤 一 观测程控交换机用户线信令 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 图 3 5 实验系统呼叫接续测量方框图 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 CHI 设置为 DC 20V DIV 测 得用户线 a b 端电压为交换机馈电电压 约 24V 3 座机手柄摘机 有环流 用户线 a b 端电压下降至约 6 10V 4 重新设置示波器 CHI 为 AC 0 2V DIV 观测到交换机发出的连续 450HZ 拨号音 5 重新设置示波器 CHI 为 AC 1V DIV 座机拨号 观测到座机发出的 DTMF 号码 6 拨号呼通有线电话后 有线电话振铃 用户线 a b 端可观测到 450Hz 回铃信号 7 有线电话摘机通话 用户线 a b 端观测到双方话音波形 8 有线电话挂机 用户线 a b 端观测到交换机发出的忙音 9 重新设置示波器 CHI 为 DC 20V DIV 座机 BS 挂机 无环流 观测到 用户线 a b 端电压上升为交换机馈电电压 约为 24V 10 重新设置示波器 CHI 为 DC 50V DIV 有线电话呼叫无绳电话 有线 电话听见回铃音 无绳座机用户线 a b 端可观测到铃流 座机内部振铃扬声器 线己断开 听不到振铃声 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 11 某些呼叫接续阶段的用户线信令没观测记录清楚的 可重复前面某些 步骤 二 观测无纫有线信令的转换 1 仍按图 3 5 连接系统 示波器通道 CHI 设置为 DC 20V DIV 通道 CH2 设置为 DC 2V DIV 综测仪关断发射机及信令存贮显示模块 在 MS 测量面板 AFO 端实时测量 MS 发射信令 在 BS 用户线 a b 端测量用户线信令 2 无绳手机 MS 反复摘挂机 示波器通道 CHZ 可观测到 MS 发射的 FSK 数字 信令 不必观察细节 示波器通道 CH1 可观测到 BS 用户线 a b 端电压反复在 低电压 约 6 10V 及高电压 交换机馈电电压 约 24V 之间跳变 并且时间 关系是无线数字信令在先 用户线电压跳变滞后 3 重新设置示波器通道 CH1 为 AC IV 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 三 观测手机呼叫有线电话的呼叫接续过程 1 同 二 1 2 手机 MS 摘机 示波器通道 CH2 观测到 MS 发送给 BS 的 FSK 数字信令 不必观察细节 示波器通道 CH1 观测到 BS 用户线 a b 端电压下跳到约 6 10V 3 重新设置示波器 CH1 为 AC 1V DIV 观测到 EX 发送给 BS 的拨号音 手机拨有线电话号码 示波器 CH2 观察到 MS 发送给 BS 的 FSK 数字信令 示波 器 CH1 观测到稍有滞后的 BS 发送给 EX 的 DTMF 信号 4 有线电话振铃 示波器通道 CH2 改接至综测仪 BS 测量面板的 AFO 端 BS 用户线 a b 端及综测仪 BS 测量面板上的 AFO 端同时观测到回铃音 5 有线电话摘机 双方通话 示波器 CH2 改接综测仪 MS 测量面板上的 AFO 端 示波器 CH1 及 CH2 可观测到双方话音波形 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 6 手机 MS 挂机 示波器 CH2 观测到 MS 发送给 BS 的 FSK 数字信令 示波 器 CH1 观测到稍滞后的 BS 用户线 a b 端电压的正跳变 7 有线电话听忙音 挂机 五 实验报告内容 1 画出手机呼叫有线电话的呼叫接续过程图 说明信令的传输 转发 交 互及控制过程 了解移动通信实验系统的信令系统构成及呼叫接续信令过程 2 给出实际采用的小型程控交换机用户线信令的种类及参数 说明与 PSTN 程控交换机用户线信令在细节上的差别 并分析为什么能正常工作 3 回答本实验系统的无线信道及用户线有线信道的信令是共路信令还是随 路信令 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 实验四实验四 多信道共用 空闲信道选取方式多信道共用 空闲信道选取方式 一 实验目的一 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多信道 共用 空闲信道选取方式 二 实验内容二 实验内容 1 用综测仪自动跟踪测量无绳电话呼叫接续各阶段的工作信道 了解其 多信道共用 空闲信道选取方式 2 用综测仪自动跟踪测量无绳电话通话状态下切换频道操作后通话信道 的改变 了解其切换频道功能 三 基本原理三 基本原理 1 多信道共用的移动通信系统 在基站控制的小区内有多个无线信道提 供给移动用户共用 那么 在某一用户主呼或被呼时 如何从几个信道中选择 一个空闲信道分配给该用户使用呢 空闲信道选取方式以有下四种 1 专用呼叫信道 专用控制信道 方式 2 循环定位方式 3 循环不定位方式 4 循环分散定位方式 无绳电话的多信道共用是一个小区 所研究的无绳电话电磁波覆盖范围所 自然形成的小区域 内所有无绳电话共用 20 个信道 然而 与蜂窝移动通信 系统及集群移动通信系统不同 无绳电话小区内的全体无绳电话无统一的基站 控制器 而是由每台无绳电话各自独立地选用空闲信道 若采用循环定位方式 及循环分散定位方式 已挂机的无绳电话也要占用一个信道发示闲音 一个小 区最多只能容纳 20 部无绳电话 容量太小 故不能采用 实际能采用的只有 专用呼叫信道方式及循环不定位方式或两种方式的变形及组合方式 专用呼叫信道方式呼叫速度快 但在呼叫信道上受干扰的概率较大 循环 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 不定位方式基本不存在互相干扰 但呼叫速度慢 当前国内生产的 CT1 无绳电 话大多采用专用呼叫信道方式 一台无绳电话的手机与座机重新对识别码 ID 码 后 由识别码按一定算 法确定新的呼叫信道 所有的初始呼叫都在呼叫信道上进行 因此 同一台无 绳电话的 专用 呼叫信道也是可变的 小区的不同无绳电话识别码一般都不 相同 呼叫信道一般也各不相同 另外 其它无绳电话通话时占用本台无绳电 话呼叫信道的概率及占用时间都是有限的 第三 本台无绳电话手机距离座机 一般是最近的 收到的信号最强 总之 采用专用呼叫信道方式的无绳电话在 呼叫信道受强干扰而不能完成呼叫接续的概率不大 采用专用呼叫信道的无绳电话空闲通话信道是如何确定的呢 采用专用呼叫信道方式的无绳电话系统在挂机状态下座机及手机都守候在 自己的专用呼叫信道上 座机还时分扫描其它 19 个通话信道 检测并记录其 中的空闲信道 当手机主呼或被呼时 座机通过呼叫信道给手机指定存贮的一 个空闲信道作为通话信道 座机和手机的收发信机由呼叫信道转移到该通话信 道 在后续的拨号 手机主呼时 及通话过程中一直占用该通话信道 直至挂 机返回呼叫信道守候 2 无绳电话在通话过程中可以切换通话信道 若用户感觉当前通话信道 上有干扰 可按手机 频道 键启动切换信道的信令传输过程 座机给手机重 新指定一个空闲信道 双方一起转移到新的空闲信道继续通话 这与蜂窝移动 通信系统的越区信道切换相似 区别在于后者由系统与移动台自动测量和切换 信道 前者是人工测量 听话音效果 和人工启动然后再自动切换信道 四 实验步骤四 实验步骤 1 重新设置无绳电话及综测仪识别码 lD 码 及专用呼叫信道 1 仍按图 1 3 的布局放置设备并连接成系统 设置综测仪为系统测量 方式 按心至 SYST 灯亮 2 连续按住综测仪对码 CODE 键超过 4 秒 综测仪进入对码及搜 索专用呼叫信道状态 守候在 CH7 准备接收无绳座机发送的新 ID 码 信道号 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 此文档仅供学习与交流 LED 数码管显示 CH7 然后释放对码键 3 在挂机状态下 按住无绳座机 对码 键 座机进入对码状态 随 机产生 16 位新的 ID 码 在 CH7 信道上发射出去 综测仪正确收到 ID 码后发 出一长声蜂鸣声指示 仍按住座机 对码 键不放 再按住手机 对码 键 手机正确收到座机发射的新 ID 码后 发出蜂鸣声指示 ID 码设置完毕 无绳 电话座机 手机及综测仪三者的 ID 码一致了 并且无绳电话座机及手机的新 呼叫信道也确定了 释放座机及手机 对码 键 双方返回正常工作的挂机状 态 几秒钟后综测仪进入搜索专用呼叫信道状态 循环搜索 2