移动通信实验指导书(全)

I 1实验一移动通信系统组成及功能 2 实验七TDMA（时分多址）移动通信 实验九TD/FH（时分加跳频）混合多址移动通信 实验十TD/DS（时分加直扩）混 II实验十五组网干扰 附录2双路无线综合测试仪原理及使用方法 1移动通信技术实验指导书《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《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：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在指导教师的帮助下能够完成实验内容,得出正确的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2.记录实验的基本要求和观察的结果；2移动通信技术实验指导书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；3移动通信技术实验指导书图1-1移动通信系统方框图图1-2简化的移动通信系统方框图4移动通信技术实验指导书图1-3移动通信教学实验系统5移动通信技术实验指导书下面对图1-3各部分及本实验内容介绍如下：6移动通信技术实验指导书图1-4小型程控交换机外观图4、移动通信教学实验系统的组成及功能移动通信实验系统。本系统可实现以下呼叫通话功能：）；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：7移动通信技术实验指导书必须加强无线设备间的无线耦合：8移动通信技术实验指导书机充电器都接通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)。9移动通信技术实验指导书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。移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书基于纠（检）错编码的数据传输差错控制方法，常用的有以下二种：移动通信技术实验指导书表2.1信令数据的FSK调制方式数据FSK调制台数数据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的一周方波图2-2典型的信令数据结构移动通信技术实验指导书图2-3信令数据帧各部分的定义呼振铃时，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）＝移动通信技术实验指导书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，移动通信技术实验指导书①.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L保证信令数据传输的可靠性：移动通信技术实验指导书图2-5手机挂机信令传输过程（一）用普通双踪示波器观测无线数字信令移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书（二）用下05210双踪数字存贮示波器观测无线数字信令移动通信技术实验指导书五、实验报告内容LL移动通信技术实验指导书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）移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书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移动通信技术实验指导书⑤.回铃音：450Hz土25Hz、5秒断续（1秒送、4秒断）信号，电平为①.直流脉冲信号（己不常用，略）②.双音多频（DTMF：DualToneMulti-Fequency）信号，如表3-1所表3-1DTMF信号的频率及表示的数字、符号123A456B789C*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、②.发出的450HZ信号音为方波。由于450Hz信号音（包括拨号音，回移动通信技术实验指导书③.铃流为50Hz，有效值70V。由于用户线不长，电话能正常振铃。①.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②.有线电话1摘机，用户线环路通，环路电流为18～5OmA，大于摘机⑦.另一方挂机，交换机停发忙音。完成一次呼叫接续。移动通信技术实验指导书图3-2TEL1→TEL2呼叫图3-3无线/有线信令的转换、转发移动通信技术实验指导书图3-4手机主呼有线电话接续过程（一）观测程控交换机用户线信令图3-5实验系统呼叫接续测量方框图移动通信技术实验指导书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（二）观测无纫有线信令的转换移动通信技术实验指导书反复在低电压（约6～10V)及高电压（交移动通信技术实验指导书五、实验报告内容移动通信技术实验指导书实验四多信道共用、空闲信道选取方式空闲信道选取方式以有下四种：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移动通信技术实验指导书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移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书号呼叫有线电话，示波器观测到手机拨号等操作的信令波形或通话双方话音波综测仪若因接收信令误码未能检测到手机的摘机信令，仍停留在呼叫信道，综测仪若因接收信令误码未能检测到手机的挂机信令移动通信技术实验指导书，无绳电话占用一空闲通话信道，综测仪锁定于该信道，显示该信道的信道号及无绳电话BS和MS发射频率，示波器观测到移动通信技术实验指导书图5-1FH-CDMA移动系统原理框图移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书如果FH-CDMA系统按表中所示同步组网工作，则任意二组跳频序列对应数值RS序列组共有16个序列，增加其阶次可用序列数会迅速增加。总之，RS序列在随机性、周期性、正交性及可用序列数多等方面都性能良好，适合作为移动通信技术实验指导书图5-3FH-CDMA移动通信实验系统图5-4锁相环频率合成器方框图fv=f0+K0.uc移动通信技术实验指导书晶体振荡器频率几分频得到环路参考频率fR（一般为5KHz、6.25KHz、f=f=f/Nrfv故出频率f及对应的环路控制电压u都发生改变，捕捉过程失变化波形见图frr详细工作原理见实验十四。移动通信技术实验指导书A移动通信技术实验指导书CLK、DK，双踪示波器两个通道同时测量两个相邻信号，先在座标纸上记录前CDMA工作方式下，工作过程图及数据传输处理波形图，结合不同地址o移动通信技术实验指导书了解DS-CDMA（直扩码分多址）移动通信二、实验内容制及收端相关检测原理，初步了解直扩码分多址逻辑信道形成原理。端扩频调制、收端相关检测及码分多址逻辑信道形成原理。三、基本原理作为地址码，与用户信息数据di相乘（或模2加）得到信息数据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，从中将地址码与本地地址码一致的用户数据选出，把不一致的用户数据除掉。码分多址通信系统可完成时域、频域及空间上混叠的多个用户数据的同时传输，或者说，利用正交地址码序列在同一载频上形成了多路逻辑信移动通信技术实验指导书其工作原理如下：i,j0ij则称为正交码序列组，可作为DS-CDMA系统的地址码。为便于收端实现地址码的同步，它们应具有尖锐的自相关峰，即满足i,j(p实际地址码互相关函数及自相关函数不一定严格满足以上关系。迄今为止，实际用于DS-CDMA的地址码，按互相关性能可分成二类：常用正交码序列有以下三种：①Walsh（沃尔什）序列：在指定时刻（τ=0）正交，自相关特性不好0移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书Σ84循环左移2位(p8ppbppp即p移动通信技术实验指导书1信号。故载波调制器就是模拟乘法器。式（6-5a）可写（6-5b）或上式表明，发端的DS-CDMA射频信号，可通过先扩频调制再载波调制（式（6-5b)）或先载波调制再扩频调制（式（6-5c)）得到，二者是等效的。与此对应，收端也有二种等效的解调方案．本实验系统采用的方案是：发端先扩频调制再载波调制，收端先载波解调再扩频解调.发端N个用户发射在空中的信号在时域、频域完全混叠在一起，收端每一个用户都可收到．收端第1个用户天线收到的信号NN解调后的信号EXiii(6.7)经过与本地地址码ci(t）相关检测后输出信号代入式（6-1）地址码的正交性关系可得1移动通信技术实验指导书3.DS-CDMA移动通信的关键技术（2）为克服远近效应，要进行精确，快速的发射功率控制。由前面式（6-66-8）的分析可见，如果地址码组严格正交，并且收才是严格正交；②传输引起信号波形畸变及收端地址码同步精度不高，使地址码正交性恶克服远近效应的方法是对移动台发射功率进行精确、快速及大幅度的控制，站发射机及功率控制由于下述原因而大为简化。移动通信技术实验指导书iic=ΣiiiIFcIF调制及载波调制，经线性叠后由1台发射机上变频到射频再功率放大后发射基站发射的多路射频信号另外一种形式为iiiciiic即，可先将各信道扩频调制后的基带信号线性叠加，再对同一载波进行调制后发射出去。调整各信道扩频基带信号的幅度，就调整了各信道射频信由图6-1可见，DS-CDMA收端同步除了有一般数字通信系统的载波同步、时钟同步（位同步）及帧同步以外，地址码同步是它所特有的，它包括捕获及跟踪二部分。常用的地址码捕获方法为滑动相关法。参考图6-1接收端。根据地址码的自相关峰值特性确定一个检测门限。逐步滑动接收机本地地址码相位，检测相关器的输出，在输出超过检测门限时停止滑动相位，完以上几方面详细内容及DS-CDMA的处理增益、抗多径衰落等性能请参考有关资料。4、实验系统原理根据上述DS-CDMA移动通信原理介绍及双路踪测仪中已有的二套调频收发信机平台实际DS-CDMA实验系统框图信号DEl、DE2，它们线性叠加为两路信码的扩频基带信号DEx。TX-BS作移动通信技术实验指导书i经过相关检测得到信码Dl/D2，模拟二个移动台MS1/MS2的接收机。实验系统采用二个正交地址码，在同一载频上形成二个DS-CDMA逻揖信道。信同步电路都认为是理想的，不作为本实验的研究内容，收端地址码C及时钟i信码信码D1地址1信码D2地址码2调制解调采样Tb()dt解调采样0时钟CLK时钟CLK(CDS-CDMA移动通信实验系统实验系统有如下几种子工作方式②发端发D(C)，收端收D(C)；③发端发D(C)，收端地址码为C1收不到发端D(C)。②发端发D(C)+D(C)，收端收D(由单信道DS-CDMA通信实验可初步了解DS-CDMA通信原理，观察地址码C1、C2各自的自相关检测及互相关检测波形，为研究2信道DS-CDMA通信实验做难备。2信道DS-CDMA通信实验可深入观测、了解DS-CDMA通信原理，了解时域、频域完全混叠的DS-CDMA多用户信四、实验步骤（一）单信道DS-CDMA通信移动通信技术实验指导书表6-2单信道DS-CDMA通信子工作方式（T/CDMA）子工作方式子工作方式发D(C)，收D(C)发D(C)，收D(C)发D(C)，收D(C)子方式序号1233．双踪示波器二个通道都设置为DC、2V/DIV～5V/DIV；扫描速率表6-32信道DS-CDMA通信子工作方式（T/CDMA灯常亮）子工作方式子方式序号移动通信技术实验指导书（相乘-积分）输入输出波形，比较发端及收端数据。特别注意收端相关检测输道是如何形成的，总结DS-CDMA通信工作原理。移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书实验七TDMA（时分多址）移动通信测量2信道TDMA移动通信实验系统发端及收端波形，了解TDMA通信性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，1个时隙就是一个TDMA信道，按需要在时分双工（TDD）方式中．上下行帧交错排列在相同下二个措施：移动通信技术实验指导书图7-1TDMA移动通信实脸系统 （每2四、实验步骤表7-1二信道TDMA通信子工作方式（T/CDMA灯常亮）灯指示灯指示子方式序号1)，收d(发D(TS+发D(TS+子工作方式1)2222移动通信技术实验指导书4．顺着信号流向测量并用座标纸记录二种子方式下系统发端D，及收端1其中收端某时隙的输出数据D要对比时钟CLK（上升K1K移动通信技术实验指导书测量DS/FH混合多址移动通信实验DS/FH（直扩加跳频）混合多址通信系统采用一组N个正交组M个正交跳频序列中的某一序列随机跳频，共形成N×M个逻辑信道，按需要的发射机，收端RX-MS通过切换本地地址码C为C/C模拟二个移动台MS/MS接收机。信码D、D及地址码C、C的设置同实验六，即 移动通信技术实验指导书图8-1DS/FH混合多址移动通信实验系统（C2（C2（C2)，同地址同步FH，收D(C))，同地址同步FH，收D(C))，不地址同步FH，收D(C)子方式序号123（C）+D（C）+D（C）+D子工作方式发D发D发D3．双踪示波器二个通道都设置为DC、2V/DIV～5V/DIV；扫描速率TRITRIA移动通信技术实验指导书iK1K2K移动通信技术实验指导书实验九TD/FH（时分加跳频）混合多址移动通信TDMA系统收发信机按FH-CDMA方式 1图9-1TD/FH混合多址移动通信实验系统移动通信技术实验指导书表9-1TD/FH混合多址移动通信子工作方式(HYMA灯常亮）子工作方式,同地址同步FH，收D的1,同地址同步FH，收D的1,不地址同步FH，收D的子方式序号(d)(d)(d)发D发D223．双踪示波器二个通道都设置为DC、2V/DIV～5V/DIV；扫描速率A4．顺着信号流向测量并用座标纸记录三种子方式下系统发端D及收端1OK1K22理。K个时隙，FH-CDMA方式M个正交跳频序列，系统总共握住多少个信道？移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书 表10-1TD/DS混合多址移动通信子工作方式(HYMA灯常亮）灯指示灯指示子方式序号11112)+D2发D(C）+D(C收D（C）的TS(d)子工作方式43．双踪示波器二个通道都设置为DC、2V/DIV～5V/DIV；扫描速率A形及数据，其中收端某时隙数据D要对比时钟CLK（上升沿有效）来读取。K移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书普遍；而数字移动通信系统一般也采用数字FM（FSK、MSK、GMS）或数字移动通信技术实验指导书外差接收机存在一种特殊的干扰——镜频干扰。为抑制镜频干扰必须提高镜频选择性，由较低的二中频提供稳定的高增益、良好的选择性及容易解调。图11-1二次混频超外差调频接收机方框图移动通信技术实验指导书际天线长度远小于λ/4，处于容性失谐，故需串联加感电感扰，谐振负载的选频特性可抑制镜象频率干扰及中频干扰。高放后的信号送入Q102等组成的混频级与来自接收机一本振锁相频合VCO(Q103等构成）输出下：移动通信技术实验指导书量接收机面板上舒。解调音频输出端，供测量用；另一路由U103A放大后送发射信号经过移动信道传输到达接收机，其质量要受到以下四种因素的影移动通信技术实验指导书式的解调器噪声性能各不相同。按以上方式，调频接收机噪声性能分为接收机图11-2分析调频接收机噪声性能的方框图阻抗相等（匹配一般为50Ω,其热噪声电压均方值为N0NoN机输入（载波）信号功率C及输入噪声功率N为inNN0N（11-1.a）（11-1.b）（11-1.c）pA移动通信技术实验指导书oN=KN+NoC/N=KC/(KN+N)=C/(N+N/K)（11.2c）F=(C/N)/(C/N)（11-3a)F=1+N/KN（11-3c)AAAN'=N/K=(F1)kTB（l1-4a）接收机噪声系数的典型值为F=3～10(dB)=2～10（倍）即接收机折算到输入端的内部噪声N'与kTB同数量级，一些资料将式（l1-1b）是室温下测量信号源内阻对接收机的额定输入热噪声功率，也mf声系数F或噪声温度T表示，见式（11-5)，有实测的曲线可查：（11-5.a）比Co/No与解调后的输出信噪比So/No2ffmf（＝S/N（dBG(dB)＋C/N(dB)剧恶化，这就是所谓的鉴频器门限效应。②、在S/N很高时，由于鉴频器之将式（11-3a）代入式（11-6）得就很容易理解接收机灵敏度及大信号信噪比两个性能指标的含义及测量方法。移动通信技术实验指导书灵敏度是指射频信号为标准调制（调制信号频率F＝1KHz，调制频偏△mf=3KHZ）时，在接收机输出端得到规定的信纳比（S＋N+D)／N＋D）或信m不便测信纳比灵敏度。上述定义中的信噪比（S有=—NN移动通信技术实验指导书11-4正态分布概率密度函数曲线pp（11-10.a）eppeppeN=N/6（11-11)-=20log.p一p（11-13）ppSpp及噪声峰-峰值Npp都可用示波器测pppppppppp所示，就可较准确读出Npp。移动通信技术实验指导书图11-5采用阴极射线管（CRT）的模拟示波器慢扫描时噪概率小）的地方光点小而暗淡。将光点从垂直对称轴线切下一半再旋转90°,就（一）用高频信号发生器作射频信号源测量接收机灵敏度及大信号信噪比移动通信技术实验指导书p-pp-pp-pp-p及S及p-pNp-p将移动通信技术实验指导书图11-7测量接收机灵敬度及大信号信噪比（方法2)仅显示噪声，测量噪声峰一峰值Npp。pppppppp移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书（一）调频发射机电路f=N.f（12-1)ccm移动通信技术实验指导书（二）发射载波功率及频率标准测量方法是用功率计测量，将输入阻抗为50Ω且测量频率及量程合适在天线匹配时，从双工器ANT端向天线看去的阻抗为50Ω,示波器测得射pp移动通信技术实验指导书Spppp示波器进行校正，得到校正系数S(K>1）K=pp(K>1）pp图12-3发射机载波频率测量方框图移动通信技术实验指导书率显示数显示该频道额定接收频率，即TX-（一）发射载波功率接入使被测高频信号幅度跌落测得发射信号峰-峰值为Spppp（二）发射载波频率移动通信技术实验指导书底部（匹配时阻抗为50Ω)发射载波的峰-峰值。移动通信技术实验指导书表13-1双工收发频率间隔移动通信技术实验指导书双工频率间隔3移动通信技术实验指导书发信机双工器（DPX1O1）这四个端口都引出到双工器测量面板上，分别标为（一）测最双工器发射信号传输特性ANT接收机衰减特性20log(V/V表13-2BS测量收发信机双工器天线→天线及接收机→接收机传输特性pppppp1234567V/Vf)移动通信技术实验指导书889（二）测量双工器接收信号传输特性天线→接收机传输特性20log(V/V）及天线→发射机衰减表13-3BS测量收发信机双工器天线→接收机及天线→发射机传输特性VVpp123456789V/VppppANTVVf)移动通信技术实验指导书移动通信技术实验指导书n悉锁相调频原理及锁相群频率合成器环路性能参数ζ、。n3.观察锁相频合器频道切换捕捉过程，测量捕捉时间，与理论计算值比较，锁相频率合成器原理及电路移动通信技术实验指导书图14-1常用的单环锁相频率合成器方框图f=f振荡器频率几分频得到环路参考频率f（一般为5KHz、6.25KHZ、125KHz或r即f=f=f/NrfV故fV=N.fr(14-2)锁相频合fr＝5KHz，则N变化间隔△N＝5。移动通信技术实验指导书fr2fr2rccr表14-1综测仪BS测量收发信机频率（无绳电话MS收发信机频率）(f=5.00KHzfr1IFRXRX本振频率RX一本振TX频率TX÷N123456789移动通信技术实验指导书mcmcm表14-2综测仪MS测量收发信机频率（无绳电话BS收发信机频率）(f＝5.00KHzfr1IFTX频率TX÷NRX频率RX本振频率振÷N123456789移动通信技术实验指导书Ip效应管工作于开关状态；Ip（14-3）rn入的附加低通滤波器截止频率，与元件值的关系为a移动通信技术实验指导书图14-3单端三态电流型电荷泵及环路滤波器cm0mm,d0图14-4锁相调频频合器的相位模型框图 0(jm移动通信技术实验指导书-8）可见，一点注入式锁相调频特性θ(j负)/U(j负)为环路的误差频率特性容易导出，理想的二阶环误差频率的特性的截止频为c+1（14.9）把常用ζ代入式（14.9）得表14-3.可见近似有负=负（14-10）表14-3表14-3理想二阶环误差频率特性H(j负)截止频率e故得理想二阶环误差频率特性H(j负)如图14-5所示。图中亦标出基带调制信号u的ζ频谱U(j负)，它占据的频带为mLH。若环路设计成载波跟踪状态即负nΩL,如图14-5中所示，则可见在U(j负)为非0值范围内，恒有H(j负)＝1，代入式（14-8）得负nL（14-11）pL移动通信技术实验指导书pθpL（14-12）pfθ（14-13）=nθθfrr进行环路参数设计前Ip(1）按式（14-7）选定ζ;(2）由式（14-1114-14）折衷选取负；na滤波器元件值：2)（14-15）（14-16）（14-17）移动通信技术实验指导书f1pr解：(1）按式（14-7）选择ζ=l；己知话音信号最低频率f=300Hz，按式（14-11）选择Lnn3nn2p01n22移动通信技术实验指导书33滞后；C2形成的附加低通滤波器及RC第二附加低通滤波器也引入相位滞后，都会减小环路相位余量，使实际阻尼系数减小。设计完成后实际调整增大R使22n只电阻、电容的设计，由此可见环路滤波器对环路性能的重大影响。移动通信技术实验指导书dm(j负)=k.H(j负)（14-18）mCPU控制锁相环切换频道，环路重新捕捉，锁定于切换后的新频道。捕捉ccp环路捕捉时间T的计算公式按捕捉过程是否处于快捕带内而不同，如式（14-12）、p度未超过两个鉴相信号中周期（T或T）较短者，即相差|θ|叫未超过2π,如图14-9所rfep移动通信技术实验指导书图14-9捕捉过程u波形细节（处于快捕带内的情况）ceVijii（14-19）环路输出瞬态过程为阶跃响应过程。但若以uc为输出，则有移动通信技术实验指导书i0将式（14-19）代入式（14-20）得 NNS==.KKH(s)了（14-21）i0c2移动通信技术实验指导书pp。量发射机环因路控制电压与及MS测量接收机一本表14-5收发信机工作频率及锁相环频合电压本ucr123456789RX-MS接收频率（MHz）本振环（V）TX-BS环uct（V）cr移动通信技术实验指导书0ffffff（三）测量发射机锁相环调制频率特性及环路自然谐振频率负nopp移动通信技术实验指导书O环归一化调制频率特性，即环路误差频率特性H(j负)。其中，归一化幅度等于e1／2＝0.7所对应的频率为3dB截止频率f，亦即环路自然谐振频率cO频率fnp0f与测量值比较。再将二个环路的（四）观测锁相频合切换频道捕捉过程及捕捉时间移动通信技术实验指导书p跃响应曲线比较，估计阻尼系数ζ。（六）观测锁相环对鉴相纹波滤除效果O移动通信技术实验指导书Or记录观测波形。同法可观测TX-BS发射信号（环路输出信号）的鉴相纹波调频分量。比较环路参数不同的两个发射机锁相环鉴相纹波寄生调频幅度的差五、实验报告内容fu压控特性曲线，rcn0n阶跃响应曲线比较，估计阻尼系数ζ。na移动通信技术实验指导书干比（(S/I)）或射频防护比。S移动通信技术实验指导书接收话音的主观评定五级标准如下队移动通信技术实验指导书互调干扰是二个或多个不同频率干扰信号在经过传输通道的c三阶互调干扰的条件是或图15-1三阶互调千扰频率关系AA或移动通信技术实验指导书（一）测量同频道干扰图15-3同频干扰测量系统方框图移动通信技术实验指导书l的电位器AMP调整调制音频信号幅度，使解调输出幅度为3Vpp,对应于pppp信号幅度为3Vpp,则TX-BS2调制频偏为3KHz。pppppp。移动通信技术实验指导书