移动通信实验

1、CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY移动通信原理实习报告Mobile Communication Principles Practice Report 实习题目： 移动通信技术实习 学生姓名： xxxx 学院名称： 电气与信息工程学院 专业名称： 电子信息工程 班级名称： xxxxxxxx 学 号： xxxxxxxxxx 完成时间： 2016.12.26-2016.12.30 2016年12月30日WALSH序列产生及特性分析实验一、实验目的1了解Walsh序列的性质和特点；2熟悉Walsh序列的产生方法；3了解Walsh序列的DSP实现方法。二、实验内容1熟悉W

2、alsh序列的产生方法；2测试Walsh序列的波形；三、实验原理1Walsh序列的基本概念 Walsh序列是正交的扩频序列，是根据Walsh函数集而产生。Walsh函数的取值为1或者-1。Walsh函数集的特点是正交和归一化，正交是同阶不同的Walsh函数相乘，在指定的区间积分，其结果为0；归一化是两个相同的Walsh函数相乘，在指定的区间上积分，其平均值为1。可以将-1和1转换为二进制的0和1，这样一个n阶Walsh函数在周期T内取值就转换为由n个码元表示的序列。Walsh函数的自相关特性并不理想，但是互相关特性很好，为了改善自相关特性，实际系统中，序列经Walsh函数调制后，再用自相关特性

3、好的PN序列进行扩频。由于Walsh函数之间的正交性，可以使用不同的Walsh序列对不同的信道进行调制，在接收端再用相同的Walsh序列提取信号，从而接收到所发送的信息。用这种方法，我们可以使多个信道在同一频率上发送而不会相互干扰，这也正是码分多址得以实现的基础。 2Walsh序列的产生生成Walsh序列有很多种方法，通常是通过哈达码矩阵来产生Walsh序列。利用哈达码矩阵产生Walsh序列的过程是采用迭代的方法。迭代过程如下：4、 实验结果图1 TP202的信号波形图2 TP203的信号波形 DS/CDMA码分多址实验一、实验目的1. 了解CDMA基本原理；2了解软件完成DS-CDMA的整个

4、通信过程；3. 熟悉DS-CDMA的特点，加强对CDMA的理解。二、 实验内容1熟悉CDMA的原理；2测试DS-CDMA各点的波形；3通过DSP来完成DS-CDMA的过程。三、实验原理1DS-CDMA基本原理 DS-CDMA利用高速率的正交码或准正交码来作为地址码，与用户信息数据相乘（模二相加），得到数据信息的直接序列扩频信号，经过相应的信道传输后，在接收端与本地产生的地址码进行相关检测，从中将地址码和本地地址码一致的用户数据选出，把不一致的用户数据滤除掉。码分多址通信系统可以完成时域、频域及空间上混叠的多个用户直扩数据的同时传输。CDMA系统具有以下的优点： 大容量 软容量 采用多种分集技术

5、 保密性能好2DS-CDMA系统的实验在实验中用TMS320VC5509的DSP来编程，软件完成简易的DS-CDMA的功能。具体过程如下：（1） 发送方1）将原始数据进行直扩；2）对扩频后的数据进行BPSK调制；3）通过DSP的MCBSP串口来传输数据；4）对串口数据进行D/A转换，变成模拟信号；5）对发送的模拟信号进行上变频，通过射频发送出去。（2） 接收方1）通过射频模块来接收信号，并进行下变频；2）对信号进行A/D转换，转换为数字信号；3）通过DSP的MCBSP串口接收数据；4）对接收的数据进行BPSK解调；5）对解调后的数据选择相应的本地扩频码进行解扩，得到接收的数据。4、 实验结果

6、1.发1收1图3 TP201信号的波形图4 TP202信号的波形图5 TP203信号的波形2.发2收2图6 TP201信号的波形图7 TP202信号的波形图8 TP203信号的波形 图9 TP204信号的波形3. 发1收2图10 TP203（上）和TP206（下）的波形图11 TP202（上）和TP205（下）的波形 短信收发实验一、实验目的1. 了解终端短信和数据通信的结构框图；2了解移动通信终端的短信收发过程。二、实验内容1通过键盘和液晶选择和发送短信，观测接收结果。三、实验原理通讯发达的今天短信已经成为人们交流的重要手段，其中也蕴含着巨大的市场和经济利益。主要过程就是用户将编制好的短信，

7、通过移动信道，发送给接收方，接收方收到短信，显示出来。工作过程如下： 开机，DSP从FLASH加载程序代码。（1）发送方1） 通过键盘选择短信，由单片机通过中断通知DSP；2） DSP将短信数据处理后通过串口MCBSP发送给D/A转换单元；3） D/A转换单元将数字信号变换为模拟信号，然后上变频单元通过射频将语音信号发射出去。（2）接收方1） 接收方的下变频单元，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的MCBSP；3） DSP对短信处理后，通过中断通知单片机，单片机将接收的短信内容在液晶屏上显示出来。4、 实验结果图12 收发数字信息图13

8、 收发字符信息移动通信7号信令实验一、实验目的1. 学习七号信令的基本原理；2. 解GSM系统中SCCP,TCAP，MAP基本原理；3. 了解GSM系统中BSSAP基本原理；4. 掌握移动台呼叫、连接的7信令流程；5掌握移动台挂机的7信令流程；6了解移动台通信中7信令数据具体含义。二、实验内容下面给出的实验中，分析了1号交换机的1号基站的号码12的手机向1号交换机的2号基站的号码23的手机发起呼叫、连接、释放的信令数据，并对针对具体交换机、基站和移动台，对相关数据进行了解释说明。1. 打开编号为12和23的移动实验箱电源，等待初始化完成。初始化完成后，先按“菜单”键，再按下数字键“9”选择“九

9、 系统综合通信”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位表示移动终端实验箱编号。如果在本机号码后显示“*”，表示移动实验箱开机入网正常，否则重复该步骤；2. 在12移动实验箱上输入23号码，按“/确认”键，呼叫23移动实验箱；3. 23移动实验箱上听到振铃和显示来电号码12，之和按“/确认”键，双机进入通信状态。 4.通信一段时间后12移动实验箱上按“/取消”键，双机结束通信。交换机在上述过程，自动生成7号信令数据，并保存在指定的文件中。3、 实验原理 （一）GSM信令系统GSM数字移动系统由移动台(MS)、基站子系统(BSS)、网络和交换子系统(NSS)、操作维护子系统(

10、OSS)等四个部分组成。基站子系统 (BSS)由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)两类设备组成。网络和交换子系统(NSS)包括移动交换中心(MSC)、拜访位置寄存器 (VLR)、归属位置寄存器(HLR)、监控中心(AuC)、MSC网关(GMSC)等功能部分。GSM 中的信令协议架构为如下图所示的三层：物理层、链路层、GSM 信令协议。第1层(物理层)，物理层定义了信令数据链路的物理、电气和功能特性以及链路接入方法信令数据链路是由两个数据信道组成的信令传输双向通路。在无线接口上采用数据信道结构。第2层（数据链路层），链路层负责把约定的消息变成码流，并提供一定的纠错能力和流量控制。它定义

11、信令消息沿信令数据链路传送的功能和过程。它和物理层一起为两信令点之间的消息传送提供了一条可靠的链路。在无线接口上采用LAPDm，它是 LAPD 协议的修订版本，应用于 ISDN。通过 A 接口，可以使用 SS7 中的信息传输部分（Message Transfer Part）第2层（MTP2）。第3层是GSM 信令协议，它具有三个子层：无线资源管理（RR），主要负责控制无线和固定信道的装备、维护以及终止过程，包括移交；移动性管理（MM），主要负责管理定位更新和注册，以及安全和认证过程；呼叫连接管理（CM），主要负责处理总呼叫控制，并管理辅助业务和短信息业务。 （二）七号信令系统七号信令系统是现代

12、通信网的关键技术之一，是通信网的神经中枢，在电话网、移动网、智能网等通信网中已成为不可缺少的一部分。七号信令网作为现代网络通信 的神经中枢，在移动通信中发挥的作用也越来越大。 （三）移动A接口信令移动交换网中有许多通信实体，手机的任何一个动作，都有可能引起这些通信实体之间一连串的通信联络过程。这些通信联络过程都是以七号信令的方式来支撑的。要深入而全面地掌握移动通信系统，就必须了解各个通信实体之间的信令过程。4、 实验结果图14 收发字符信息图15 收发字符信息GSM模块配置实验一、实验目的1. 了解GSM模块的特点；2. 了解配置GSM模块的AT命令。二、实验内容1实验准备（1）（老师准备）将

13、实验箱关机，在实验箱右下的A扩展接口安插上“GSM开发模块”， 用配套的USB接口线连接“GSM开发模块”和计算机（需要先安装CH341驱动，参见“附录一 CH341驱动安装”）；（2）实验箱加电，“GSM开发模块”右上角的“MCU-GSM”指示灯先亮几秒后熄灭，然后“PC-GSM”对应的指示灯亮；（3）运行计算机上的“移动GSM短信软件”，得到如图5-15-1所示界面，否则在该软件的“仪器”菜单中点击“PC<>GSM”， 或者点击“切换到PC<>GSM”按钮；（4）选择正确的COM口（默认为COM1）和波特率（默认为9600）。2GSM模块测试操作步骤：（1）在命令输

14、入框中输入AT（2）按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（3）接收信息中显示GSM模块返回消息。如返回为OK或0，说明Modem处于正常工作状态。3GSM通信速率设置AT命令：AT+IPR=1200操作步骤：（1）在命令输入框中输入：AT+IPR=1200（GSM模块速率只能设置一些特定的速率，如果设置为其他速率则返回“ERROR”。可以设置的速率如：300，600，1200，2400，4800，9600等）。（2）按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（3）GSM模块的速率改为1200bps，此时需要将计算机的串口速率设置为1200，否则计算机与GSM的不正常。4GSM模块命令

15、返回结果码数字或字符模式AT命令：ATV0 数字模式，此时返回结果码用数字表示ATV1 字符模式，此时返回结果码用字符串表示操作步骤：（1）在命令输入框中输入ATV0（或ATV1）;（2）按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（3）模块返回结果码为：0（或OK）5GSM模块命令结果码控制AT命令：ATQ0 此时返回结果码ATQ1 此时不返回结果码操作步骤：（1）在命令输入框中输入ATQ1（2）按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（3）模块不返回结果码（4）在命令输入框中输入ATQ0（5）按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（6）模块返回结果码为：0（或OK）6GSM模块命

16、令回显模式AT命令：ATE0 关闭输入命令回显，此时不返回发送的命令，只返回结果码ATE1 打开输入命令回显， GSM模块执行该条命令之后将接收到的AT命令返回显示，再返回结果码操作步骤：（1）在命令输入框中输入：ATE1;（2）按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（3）模块返回结果码为： OK（4）在命令输入框中输入：AT（5）按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（6）模块返回结果码为：AT OK7保存设置AT命令：AT&W 保存当前GSM模块的设置操作步骤：（1）在命令输入框中输入：AT&W（2）按下“Enter”键或点击“发送命令”按钮；（3）模块返回结果

17、码为：OK3、 实验原理1. GSM模块的特点本实验箱装配了华为的GTM900B无线模块。该模块是一款双频900/1800MHZ高度集成的段GSM/GPRS 无线模块。带有标准的RS232接口以及SIM卡，可以在PC机上用AT命令通过串口对它进行设置。它是一个在声音和数据通讯上通用的GSM双频终端产品。其技术特点如下： 频段: 双频GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+)电压范围：5V至24V低功耗,配置有专用电源. 发射功率: 2W （GSM900MHz Class 4） 1W （DCS1800MHz Class 1） 工作电流损耗: 通话模式: 300mA (典型

18、值.)空闲模式: 3.5mA低功耗：处于睡眠状态时电流为3mA支持数字、语音、短消息和传真 通讯接口: RS232（指令和数据的双向传送）通信最高速率：115200bit/s 短信息: MT, MO, CB 和 PDU 模式AT命令GSM： 标准AT 命令，V.25 AT 命令，华为扩展的AT 命令SIM 卡连接方式: 外接SIM卡操作电压: 3V天线: 由天线连接器连接外部天线2. AT命令AT命令是最初是一组用来控制MODEM的命令集，它包含最基本的Hayes命令集和各厂家自己特有的命令。后来，主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制了一整套AT命令，AT命令在

19、此基础上演化并被加入GSM 07.05标准，以及之后的GSM 07.07标准。这样各种GSM模块都支持用户用AT命令来对它进行控制。GSM模块启动后，都处于命令状态，在该状态下，它以AT命令形式接收命令。GSM模块接收到AT命令后，对命令进行解释和执行，并返回相应的结果码。所有的AT命令都由一个特定的“命令前缀”开始，由一个“命令结束标志”结束。命令前缀通常总是由AT两个字符组成，它是ATtention的缩写，意思是“引起注意”，所以将它们称为AT命令。命令结束符是一个单字节，通常为回车符<CR>，ASCII值为13 3.移动短信软件 移动短信软件是与本实验箱配套的软件，用它可以实

20、现在 PC机上通过AT命令对GSM模块进行控制，包括对GSM模块进行配置，控制GSM模块进行短消息的发送与接收。四、实验结果 图16 GSM模块不返回结果码图17 GSM模块返回结果码 图18 GSM模块命令返回结果数字模式 图19 GSM模块命令返回结果字符模式 图20 GSM模块测试 图21 GSM模块回显模式（右） 图22 GSM通信速率设置 图23 GSM保存设置GSM设备呼叫和短信收发实验一、实验目的1 了解GSM网络中话音呼叫的过程；2. 熟悉用本移动实验箱作为主叫和被叫用户进行语音呼叫；3 熟悉GSM模块进行语音呼叫的AT命令。二、实验内容（一）在移动实验箱上进行呼叫在移动实验箱

21、上进行GSM的语音呼叫，是由移动实验箱上的SYS单片机通过AT命令自动完成的，不再需要用户编写和解读AT命令了。1. 按“GSM开发模块”左上角的“工作方式选择”按钮，使模块右上角“SYS-GSM”对应的指示灯亮，此时实验箱上的主单片机和“GSM开发模块”上的GSM模块连接； 2. 先按键盘上的“菜单”键，再按键盘上的“电话”键。3主叫接续实验：当移动实验箱作为主叫，根据提示输入被叫号码，并按下“/确认”键，表示确认。移动实验箱发起话音呼叫，经过GSM网络建立呼叫接续，被叫的移动台（或手机）会收到呼叫，产生振铃。通信双方都可以进行呼叫取消或接续。4被叫接续实验：当移动实验箱作为被叫时，主叫移动

22、台输入被叫的号码，发起呼叫，被叫移动实验箱收到呼叫，产生振铃，并显示“Ring”和来电号码。按下“/取消”键，可以进行呼叫取消。主叫也可以按下“/取消”键取消呼叫。被叫按下“/确认”键，可以接通呼叫，此时可以通过麦克风和耳机和对方进行通话。（二）在PC机上进行呼叫 在PC机上发送AT命令控制GSM模块进行语音呼叫实验时，可以使用各种串口调试软件。下面以本实验箱配套的“移动GSM短信软件”来说明用AT命令控制GSM模块进行语音呼叫的过程。1按“GSM开发模块”左上角的“工作方式选择”按钮，使模块右上角“PC-GSM”对应的指示灯亮，此时计算机和“GSM开发模块”上的GSM模块连接；2运行计算机上

23、的移动GSM短信软件，否则在该软件的“仪器”菜单中点击“PC<>GSM”， 或者点击“切换到PC<>GSM”按钮。选择正确的COM口和波特率（默认为COM1，波特率为9600）；如图（如图5-17-2）3主叫呼叫和挂机实验：移动实验箱发起话音呼叫，经过GSM网络建立呼叫接续，被叫的移动台（或手机）会收到来电号码，产生振铃信号（移动台没有振铃声音）。被叫可以接通或挂断。4被叫接续实验：当GSM模块作为被叫时，主叫移动台输入被叫的号码，发起呼叫，被叫移动终端收到呼叫，产生振铃（如果来电振铃开关打开AT%RING=1，电话里传出；否则电话里没有振铃声音），并显示RING和主叫

24、号码。三、实验原理用户呼叫管理是移动通信系统的基本功能之一。它的主要目标是发送和建立一个移动用户向另一个用户（固定的或移动的）的呼叫，或者从一个移动或固定用户呼叫另一个移动用户。主叫和被叫可以在一个网络中，也可以不在一个网络中。1移动客户作为主叫的呼叫流程 (1) 在服务小区内，一旦移动客户拨号后，移动台向基站请求随机接入信道。 (2) 在移动台MS与移动业务交换中心MSC之间建立信令连接的过程。 (3) 对移动台的识别码进行鉴权，如果需加密则设置加密模等，进入呼叫建立起始阶段。 (4) 分配业务的信道。 (5) 采用七号信令的客户部分(1SUPTUP)，建立至被叫客户的通路，并向被叫客户振铃

25、，向移动台回送呼叫接通证实信号。 (6) 被叫客户取机应答，向移动台发送应答连接消息，最后进入通话阶段。2移动客户作为被叫的呼叫流程若MS作被叫，以PSTN的固定客户A呼叫GSM的移动客户B的呼叫建立过程。(1)通过No7信令客户部分ISUPTUP，入口MSC(GMSC)接受来自固定网(1SDNPSTN)的呼叫。 (2) GMSC向HLR询问有关被叫移动客户正在访问的MSC地址(即MSRN)。 (3) HLR请求拜访VLR分配MSRN。MSRN是在客户每次呼叫时由拜访VLR分配并通知HLR。 (4) GMSC从HLR获得MSRN后，便可寻找路由建立至被访MSC的通路。 (5) 被访MSC从VL

26、R获得有关客户数据。 (6) MSC通过位置区内的所有基站BTS向移动台发送寻呼消息。 (7) 被叫移动客户的移动台发回寻呼响应消息后，执行一系列操作，直到移动台振铃，向主叫客户回送呼叫接通证实信号。 (8) 移动客户取机应答，向固定网发送应答连接消息，至此进入通话阶段。3通过AT命令控制GSM模块进行呼叫V.25ter标准和GSM 07.07标准支持用户用AT命令来控制各种GSM模块进行语音的呼叫。本实验箱通过单片机发送AT命令控制GSM模块进行语音的呼叫实验。当然也可以通过PC机的RS232串口发出AT指令来控制移动实验箱上配置的GSM模块进行语音的呼叫。4、 实验结果码分复用及相关性仿真

27、软件实验一、实验目的1了解CDMA编译码方法；2理解PN码、Gold码、Walsh码自相关性和互相关性及它们在CDMA编码中的作用；3掌握码分复用与解复用的原理。二、实验内容（一）实验准备（老师准备）1将实验箱关机，在实验箱右下的A扩展接口安插上“GSM开发模块”， B扩展接口安插上“码分复用模块”。用配套的USB接口线连接“GSM开发模块”和计算机（需要先安装CH341驱动，参见“附录一 CH341驱动安装”）。2在计算机上安装MATLAB7.0软件。（二）自相关性对抗多径干扰、互相关性对码分解复性能分析1先运行matlab；2在matlab环境中打开correlate.m文件；3点击工具栏

28、上“RUN”按钮或按“F5”键或点击菜单“debug”->“RUN”，运行程序；4根据界面输入或选择相应的二进制序列，点击“计算”按钮获得自相关或互相关结果；（点击序列1单选框，然后在序列列表框中选所需序列；序列2选择同理）。（三）验证正交码在码分复用与解复用中作用1RZ6001加电，用连接导线分别连接：P06和P07、P08和P05、P03和P04；2将码分复用模块的开关SW02置为“1000”,如下图，此时U01内部自己设置了扩频码1和扩频码2；3用示波器分别测试TP01、TP02、TP04、P07、P01、P02的波形，并分析它们间的关系；4用示波器分别观察TP03和P09的波形，

29、5. 将码分复用模块的开关SW02置为“1010”，重复步骤3和4，比较SW02开关在不同位置时的解复结果。（四）用仿真软件自行设计两个随机序列，验证码分复用与解复用1RZ6001实验箱加电，等待初始化完成，按键盘“菜单”键，进入菜单选择界面；2按GSM开发模块左上角按钮，使“PC-SYS”对应的指示灯亮；3将码分复用模块的开关SW02分别置为“1011”，此时可以输入扩频码1和扩频码2；4自行设计两个随机序列（扩频码或地址码，序列周期必须为8），计算其互相关性；5重复步骤4，得到一对互相关性较好的随机序列，点击仿真软件“发送”按钮, 程序自动将序列1和序列2的前8位送到移动配套的“码分复用模

30、块”，作为两路信号的地址码（扩频码）；6用示波器分别测试TP01、TP02、TP04、P07、P01、P02的波形，分析它们间的关系；7用示波器分别观察TP03和P09的波形；8重复步骤47，比较验证不同的地址码时解复接的波形区别。在码分复接解复接中的作用效果。三、实验原理根据Shannon编码定理可知，为了增强抗干扰能力，特别是抗多径干扰能力，发送的信号要具有白噪声统计特性，尖锐的自相关特性。同时为了实现多址通信，不同用户的信号间必须正交或者准正交。CDMA技术是建立在正交编码、相关接收的理论基础上，运用扩频通信技术解决无线通信选址问题的技术。CDMA系统利用自相关性大而互相关性小的码序列作为地址码，在信道中许多用户的宽带信号相互叠加在一起进行宽带传输，同时还叠加有干扰及噪声，系统利用本地产生的地址码对接收到的信号及噪声进行解调，凡是与本地产生的地址码完全相关的宽带信号可还原成窄带信号（相关检测），而其它与本地地址不相关的宽带信号与宽带噪声仍保持宽带。解调信号经窄带滤波后，信噪比得到极大提高，将所需的信号分离出来。4、 实验结果图26 自相关仿真计算 图27 互相关