1、目錄實驗一 移動通信系統組成及功能1實驗二 無線數字信令15實驗三 DS-CDMA(直擴碼分多址)移動通信23實驗四 TDMA(時分多址)移動通信30實驗五 TD/FH(時分加跳頻)混合多址移動通信33實驗六 接收機與噪聲35實驗七 組網干擾47實驗一 移動通信系統組成及功能一、實驗目的1 了解移動通信系統的組成。2 了解移動通信系統的基本功能。3 了解基帶話音的基本特點。二、實驗內容1 按網絡結構連接各設備，構成移動通信實驗系統。2 完成有線有線、有線無線及無線有線呼叫接續，觀察呼叫接續過程，熟悉移動通信系統的基本功能。3 用移動通信實驗箱及示波器觀測空中傳輸的話音波形。三、基本原理圖1-1

2、是與公用電話網(PSTN)相連的蜂窩移動通信系統方框圖。系統包括大量移動臺MS、許多基站BS、若干移動交換中心MSC及若干與MSC相連的數據庫，MSC通過與公用電話網PSTN的交換機EX相連，接入公用電話網。系統的基本功能是：移動臺能與有線電話或其它移動臺通話(或傳輸數據等信息)。MS(Mobile Station) ： 移動臺 BS(Base Station) ： 基地臺MSC(Mobile Switch Center) ：移動交換中心(包括交換機和數據庫)EX(Exchanger) ：公用電話網(PSTN)程控交換機TEL(Telephone) ：有線電話圖1-1 移動通信系統方框圖這樣龐

3、大復雜的系統無法放在實驗桌上由同學自己動手做實驗。我們將系統合理簡化得到圖1-2，它將圖1-1實際系統全部交換機EX及MSC合并成一部交換機；基站BS及移動臺MS各選用一臺；有線電話采用二部。它與圖1-1實際系統在系統基本網絡結構、網絡設備及功能等特征方面是相同的。圖1-2 簡化的移動通信系統方框圖常用的移動通信系統主要有四類：蜂窩移動通信系統、集群移動通信系統、無繩電話系統及無線尋呼系統，它們的功能及應用場合各不相同，但是它們的基本原理及技術是相同的。移動通信的多址方式主要有FDMA、TDMA、CDMA三大類。FDMA系統一般為模擬移動通信制式、TDMA及CDMA為數字移動通信制式。FDMA

4、發展早，已成功應用于各種移動通信系統多年，目前在一些領域仍在廣泛應用。數字移動通信是在模擬移動通信基礎上發展，演進而來的，在網絡組成、設備配置、系統功能和工作方式上二者都有許多相同之處。基于以上原因，為了得到體積小巧、價格低廉，可放在實驗桌上由學生動手操作的移動通信教學實驗系統。在圖1-2中，BS、MS實際選用基于FDMA技術、采用數字信令的中國CT1無繩電話，EX選用小型程控交換機，TEL為有線電話。為了測試上述小型移動通信系統無線部分的功能，設計了THEM-1型移動通信實驗箱，在圖1-3中由SDT表示，構成一套完整的移動通信教學實驗系統，如圖1-3所示。1-3 移動通信教學實驗系統下面對圖

5、1-3各部分及本實驗內容介紹如下：1 CT1無繩電話CT1無繩電話屬于FDMA系統，采用話音模擬調頻及數字信令技術，數十個雙工頻道被全部無繩電話共用。系統有一個基地臺，即無繩電話座機，通過用戶線接入電話網交換機；它可帶1-4部移動臺，即無繩電話手機(每一時刻，只能有一部手機通話)。無繩電話是為方便有線電話用戶而提出的，它將有線電話座機與通話手柄之間的電纜去掉，用無線信道代替，通話手柄成為無繩電話手機。用戶持無繩手機在以座機為中心的小范圍內移動通話，十分方便。雖然從使用功能上看，無繩電話是有線電話的無線延伸，但其工作原理及使用的技術都屬于移動通信范疇。我國的CT1無繩電話技術標準、工作原理及手機

6、使用方法及見附錄1。2 程控交換機本教學實驗系統中程控交換機采用1拖8雙繩路小型用戶程控交換機，一條外線可接8部內部電話。本系統中不用外線端口，只使用內部8條用戶線端口，其技術參數與使用方法與PSTN程控交換機相同，相當于8門PSTN程控交換機。使用方法可參考程控交換機使用說明書。程控交換機外觀如圖1-4所示。圖1-4 程控交換機外觀圖3 THEM-1型移動通信實驗箱THEM-1型移動通信實驗箱包含的電路模塊很多，功能齊備，它既是測量儀器又可作為被測量對象，圖A-1為THEM-1型移動通信實驗箱電路方框圖，它包括以下幾大部分：(1) BS(基站)測量收發信機TRX-BS。(2) MS(移動臺)

7、測量收發信機TRX-MS。(3) CPU控制及收發信機工作頻道及標稱頻率顯示。(4) 數字信令存貯顯示模塊。(5) 1KHz/600Hz音頻信號發生器。為測量及操作方便，將各部分電路的輸入及輸出信號、控制開關及控制鍵串聯保護電阻集中后引出到各自的面板上。如圖A-2移動通信實驗箱電路板布局圖所示，各面板詳細內容見圖A-3至圖A-8。下面對照圖A-1至圖A-8介紹移動通信實驗箱原理及使用方法。(一)、移動通信實驗箱工作原理BS測量收發信機TRX-BS對無繩電話座機BS的收發信號機進行測量，兩者的收、發頻率互補，即BS測量收發信機工作在無繩電話手機MS的收發頻率上(見附錄1表2)。 同理，MS測量收

8、發信機TRX-MS工作在無繩電話座機BS的收發頻率上(見附錄1表2)。BS測量接收機RX-BS及MS測量接收機RX-MS分別接收無繩電話座機BS及無繩電話手機MS發射在空中的高頻信號，經解調及CPU處理后輸出音頻信號AF0(包括話音及FSK一次調制數字信令)，顯示無繩電話工作頻道及標稱頻率。AF0經整形后的信令SIG送給CPU，由CPU檢測信令數據、分析信令內容，據此控制測量收發信機與處于呼叫接續過程中的無繩電話同步轉移信道，跟蹤測量無繩電話信令、工作頻道及發射頻率，了解無線數字信令及多信道共用方式等移動通信系統的重要技術。數字信令是單次的突發數據串，為非周期信號。在接收機解調直接輸出AF0端

9、，必須用數字存貯示波器才能觀測到穩定的數字信令波形，分析出每位數據。為了方便大家用普通示波器觀測，將數字存貯示波器的數字存貯顯示功能模塊做在了移動通信實驗箱中。該電路模塊將信令存貯后，再周期循環送出，就可以用普通示波器進行觀測。測量發射機的音頻調制信號可來自外部音頻信號發生器，也可來自內部音頻信號發生器，內部音頻信號幅度由電位器AMP調整。二臺測量接收機鑒頻靈敏度一致性及線性較好，在輸入射頻信號的調制頻率為1KHz、調制頻偏為3KHz時，鑒頻輸出1KHz音頻信號幅度為3VP-P(在AF0端測量)，因此可作頻偏儀使用。測量發射機的測量功能詳見各實驗。移動通信實驗箱除了作為測量儀器外，可作為被測試

10、對象，可設置成FH-CDMA、DS-CDMA、TDMA及各種混合多址移動通信系統，測量和了解這些多址方式工作原理。又可對其測量收發信機的各部件進行測量，了解移動通信設備中的接收機、發射機、雙工器及鎖相頻率合成器的電路、功能及主要性能指標。圖A-1 THEM-1移動通信實驗箱電路框圖電路縮寫：TRX-BS：BS測量收發信機TRX-MS：MS測量收發信機PLL頻合：鎖相頻率合成器RX-BS：BS測量接收機RX-MS：MS測量接收機ANT：天線TX-BS：BS測量發射機TX-MS：MS測量發射機 DPX：雙工器其它縮寫AF0：輸出音頻SIG：接收信令CRDT：接收載波檢測AFin：輸入音頻 VTX：

11、發射機電源TRIS：存儲信令顯示觸發信號TRIA：AF0中信令及其它信號顯示觸發信號二臺移動通信實驗箱聯機工作，可測量移動通信系統組網干擾，包括同頻干擾、鄰道干擾及互調干擾。總之，THEM-1型移動通信實驗箱是用于移動通信教學實驗系統的多功能測量儀器和被測量設備，是實驗系統的核心儀器。由于它自帶如下多種設備：(1) 穩壓電源；(2) 音頻信號源(1KHz/600Hz，2個頻率點)；(3) 高頻信號源(45MHz/48MHz，20對頻率點)；(4) 數字標稱頻率顯示；(5) 數字信令存貯顯示模塊；使完成實驗所需測量儀器減少到最低限度，除測量發射機鎖相頻合調制頻率特性需要一臺音頻信號發生器(或函數

12、信號發生器)外，其它所有實驗用一臺20MHz模擬雙蹤示波器即可完成。(二)、THEM-1型移動通信實驗箱各面板功能及使用方法(1)K5(圖A-2)：移動通信實驗箱電源開關(2)BS測量面板(圖A-3)及MS測量面板(圖A-4) 這二個測量面板上分別輸出BS測量收發信機TRX-BS及MS測量收發信機TRX-MS作為測量儀器或測量對象時得到的信號或信息。圖A-2 移動通信實驗箱電路板布局圖圖A-3 BS測量面板圖A-4 MS測量面板1、AFO：測量接收機解調后直接輸出的音頻信號，包括話音及FSK一次調制數字信令。2、 TRIA：用普通示波器觀測數字通信系統數字信令時，送給示波器的同步信號。3、 R

13、XF(MHz)：5位數碼管。若測量接收機在當前工作頻道上收到足夠強的射頻信號，則顯示其標稱頻率(以MHz為單位)；否則無顯示。4、 SIG：由信令存貯顯示模塊存貯后，再周期循環送出的信令，便于用示波器觀測。5、 TRIS：用普通示波器觀測存貯信令時，送給示波器的同步信號。6、 ucr及uct鎖相頻合VCO控制電壓。Ucr為測量接收機-本振鎖相頻合VCO控制電壓，uct為測量發射機鎖相頻合VCO控制電壓。用來測量鎖相頻率合成的一些性能。7、 TX指示燈(LED，綠)：測量發射機開/關指示燈，發射機開，燈亮；發射機關，燈滅。8、 D1、D2、C1、C2、DEX、Ci、CLK等為數字移動通信實驗信號

14、測量端，詳見實驗五十。(3)移動通信實驗箱工作方式控制面板(圖A-5)這是移動通信實驗箱最重要的控制面板，控制整個移動通信實驗箱的工作方式，如表A-1所示。圖A-5 移動通信實驗箱工作方式控制面板表A-1 移動通信實驗箱工作方式及其控制K1K2K4工作方式SYSTK2AUTO：移動通信實驗箱工作于第7信道。K3SCAN：掃描無繩電話通話頻道。K4STEP：手動步進移動通信實驗箱工作頻道。NECHK2CH10：互調干擾測量方式，TRX-BS工作于CH12，TRX-MS工作于CH10。K3FH-CDMA方式1：CH1-CH11頻道切換。FH-CDMA方式2：CH1-CH2頻道切換。K4FH-CDM

15、A1方式1：同地址FH-CDMA。FH-CDMA1方式2：不同地址FH-CDMA。T/CDMAK2TDMA方式1：發D1(TS1+TS2)，收d1(TS1)。TDMA方式2：發D1(TS1+TS2)，收d2(TS2)。K3DS-CDMA1方式1：發D1(C1)，收D1(C1)。DS-CDMA1方式2：發D2(C2)，收D2(C2)。DS-CDMA1方式3：發D2(C2)，收不到D2(C1)。K4DS-CDMA2方式1：發D1(C1)+D2(C2)，收D1(C1)。DS-CDMA2方式2：發D1(C1)+D2(C2)，收D2(C2)。 HYMAK2TD/DS方式1：發D1(C1)+D2(C2)，

16、收D1(C1)的TS1(d1)。TD/DS方式2：發D1(C1)+D2(C2)，收D1(C1)的TS2(d2)。TD/DS方式3：發D1(C1)+D2(C2)，收D2(C2)的TS1(d3)TD/DS方式4：發D1(C1)+D2(C2)，收D2(C2)的TS1(d4)K3TD/FH方式1：發D1，同地址FH，收D1的TS1(d1)TD/FH方式2：發D1，同地址FH，收D1的TS2(d2)TD/FH方式3：發D1，不同地址FH，收D1的TS1(d1)K4DS/FH方式1：發D1(C1)+D2(C2)，同地址FH，收D1(C1)DS/FH方式2：發D1(C1)+D2(C2)，同地址FH，收D2(

17、C2)DS/FH方式3：發D1(C1)+D2(C2)，不同地址FH，收D1(C1)注：1 25種工作方式由按鍵K1K4選擇，K1為主菜單選擇鍵，K2K4為子菜單選擇鍵。某按鍵對應多種工作方式時，反復按該鍵則工作方式循環步進切換。2 FH-CDMA、DS-CDMA，TDMA及它們的混合多址方式中，傳輸的是信息數據，發端為TX-BS，收端為RX-MS。（4）發射機控制面板(圖A-7)測量接收機開機后一直通電工作，而測量發射機是根據測量需要通電或斷電(詳見各實驗)，并且同一時刻最多只有一臺發射機通電工作，以免造成干擾。1、 開關K6：發射機電源開關。撥到通電(ON)位置，發射機通電，控制面板上方電源

18、指示燈(LED，紅)亮；撥到斷電(OFF)位置，發射機斷電，指示燈滅。2、 開關K7：BS/MS測量發射機選擇開關。在K6接通發射機電源后，K7置BS位置 圖A-7 發射機控制面板，則BS測量發射機通電工作，BS測量面板上TX燈亮，與此同時，MS測量發射機斷電，MS測量面板上TX燈滅；K7撥到MS位置，情況與上面相反。3、 開關K9：發射機調制音頻信號選擇開關。K9置內部(INT)位置，選擇內部的音頻信號；撥到外部(EX)位置，選擇外部音頻信號發生器由AFin端送入的音頻信號。4、 開關K8：內部調制音頻信號頻率選擇開關(1KHz/600Hz)。（5）信令顯示控制面板(圖A-6)1、 開關K1

19、0：電路工作控制開關。K10撥到接通(ON)位置，電路工作，面板頂部工作指示燈(LED，紅)亮；撥到斷開(OFF)位置，電路停止工作，指示燈滅。2、 停止(STOP)指示燈及運行(RUN)鍵：STOP燈(LED，綠)為信令單次觸發存貯完成指示燈。單次觸發存貯完一次信令傳輸過程(最長3秒)后，STOP燈滅 圖A-6 信令顯示控制面板，表示停止存貯。測量面板上SIG端可持續觀測存貯的信令。要重新存貯下一次信令，按運行(RUN)鍵，STOP燈亮，存貯電路等待下一次信令到來，重新觸發一次信令存貯過程。3、 位置(POSITION)調節旋鈕及復位(RST)鍵：顯示波形位置。左右旋轉位置(POSITION

20、)調節旋鈕，波形以1.6ms的步距左右移動。當波形移動到存貯器的起點或終點時，發出短促峰鳴聲指示。按復位(RST)鍵，顯示波形回到一次信令過程的起點。4、 同步(SNYC)鍵：顯示波形同步調整。存貯信令波形顯示的觸發同步分二步實現。 BS測量面板上示波器外觸發信號TRIS接至示波器外觸發輸入端，水平分度置2ms/DIV。調整示波器的同步調節旋鈕，使顯示波形停止左右滑動，穩定下來，但波形可能閃爍、暗淡。 連續按同步(SYNC)鍵，分五步循環調整顯示波形閃爍現象。調整到波形最穩定、明亮為止。只要移動通信實驗箱不斷電，以后不必再調整。（6）雙工器測量面板(圖A-8)TRX-BS雙工器的四個端子：RX

21、(接收機端口)、TX(發射機端口)、ANT(天線端口)及GND(地)都引出到測量面板上，以便測量雙工器的特性。圖A-8 雙工器測量面板在實驗一實驗四中移動通信實驗箱作為測量儀器，在本實驗中可觀測無繩電話發射在空中的話音波形，了解話音的特點。4 移動通信教學實驗系統的組成及功能根據上面介紹的各設備原理，按照圖1-3的布局放置并連接設備，就構成了移動通信實驗系統。本系統可實現以下呼叫通話功能。(1) 無繩手機呼叫有線電話(無線呼叫有線)；(2) 有線電話呼叫無繩手機(有線呼叫無線)；(3) 有線電話呼叫有線電話(有線呼叫有線)；在同時滿足以下兩個條件時，主、被呼用戶才可能建立話路，進入通話狀態：(

22、1) 被呼用戶空閑；(2) 主、被呼用戶之間至少有一條空閑路徑。由以上實驗可了解移動通信系統的基本網絡結構及功能。另外，在手機與有線電話通話時，用示波器在移動通信實驗箱上觀測發射在空中的話音波形，可了解話音的基本特征。話音是由發音器官中的聲音激勵源和口腔聲道形狀的不同而形成的。話音分為濁音和清音，濁音包括元音及濁輔音。濁音對應于聲帶振動，每個單詞中至少包括1個濁音。濁音，又稱有聲音。發濁音時聲帶在氣流作用下準周期地閉合或開啟，從而在聲帶中激勵起準周期的聲振動，形成濁音聲波，如圖1-5所示。圖中TP為基音周期，則基音頻率fP=1/TP。通常fP在70-300Hz范圍內，則TP= 313ms。圖1

23、-5濁音的準周期波形基音頻率一般女聲較高，男聲較低，清音又稱為無聲音。發清音時聲帶不振動，聲道被氣流沖擊產生較小幅度的聲波，其波形與噪聲相似，清音信號沒有準周期性，包括濁音及清音的話音能量主要集中在3003400Hz頻率范圍內。5 二類移動通信教學實驗系統注意事項移動通信教學實驗系統分為學生實驗型及教師演示型二類。學生做實驗時，同一實驗室內有許多組實驗系統，相距很近，為了防止互相干擾，必須降低無繩電話的發射功率及接收機靈敏度，以減小電磁波作用范圍。在此條件下，為了保證同一套實驗系統接收信號足夠強，能正常完成各實驗，必須加強無線設備間的無線耦合： 無繩座機BS的天線垂直豎立但不要拉出。移動通信實

24、驗箱BS測量收發信機天線放置在無繩座機天線與座機外殼之間的縫隙中，使二者無線緊耦合。 無繩手機MS的天線不要拉出。將移動通信實驗箱MS測量收發信機天線的芯線與地線夾在一起后套在無繩手機天線上，使二者無線緊耦合。教師演示型的無繩電話發射功率及接收機靈敏度保持出廠值不變。做實驗時，無繩手機可在距無繩座機及移動通信實驗箱1-3m范圍內自由移動，方便教師演示。四、實驗步驟1按圖1-3的布局放置設備并連接成系統：兩部有線電話用戶線插入交換機號碼801、802的用戶線插孔；無繩電話座機用戶線插入交換機號碼804的用戶線插孔。將交換機、無繩電話座機及手機充電器都接通220VAC電源。無繩電話座機、手機使用由

25、教師實驗前完成對碼(對碼步驟詳見無繩電話機的使用說明書)。2有線電話801摘機，交換機上對應的LED指示燈亮，用戶聽撥號音。用戶撥號呼叫有線電話802，有線電話802振鈴，有線電話801聽回鈴。有線電話802摘機通話，通話完畢掛機，未掛機的一方聽忙音。若有線電話802忙(已摘機)，則有線電話801摘機撥號后聽忙音。若有線電話802用戶線從交換機上撥下，有線電話801撥號后聽回鈴。3有線電話802撥號呼叫有線電話801，通話完畢掛機。4無繩手機按“通話”鍵摘機，聽到撥號音后撥有線電話801或有線電話802的號碼，有線電話振鈴，無繩手機聽回鈴。有線電話摘機通話，通話完畢掛機(其中，無繩手機再按“通

26、話”鍵或將手機放回充電器則掛機)。5有線電話摘機撥號呼叫無繩手機，手機振鈴，有線電話聽回鈴。手機按“通話”鍵摘機通話，通話完畢掛機。6將雙蹤示波器兩個探頭分別接至移動通信實驗箱BS及MS測量面板上AFo輸出端口。接通移動通信實驗箱電源(K5置ON)，移動通信實驗箱發出三短聲，一長聲蜂鳴后進入工作狀態。關發射機(K6置OFF)，關信令存貯顯示模塊(K10置OFF)。手機按“通話”鍵摘機，與座機一起由控制信道轉移到某空閑通話信道。手機撥號呼叫有線電話進入通話狀態后，按控制面板掃描(SCAN)鍵K3啟動移動通信實驗箱掃描信道，最后鎖定于該通話信道。移動通信實驗箱鎖定于通話信道的標志是：信道掃描停止并

27、且BS及MS測量面板同時顯示各自接收的標稱頻率。示波器可觀測到通話雙方的話音波形，記錄記錄濁音波形，測出濁音的基音頻率。五、實驗報告內容1畫出移動通信實驗系統的網絡結構方框圖，給出系統功能，并說明它是如何由常用的蜂窩移動通信系統在保持基本特征不變條件下合理簡化而來的。2畫出自己話音濁音波形，給出所測基音頻率，與同組同學比較。3總結主呼方從摘機、撥號、通話到掛機的各個階段聽到那些信號音。實驗二 無線數字信令一、實驗目的通過對無繩電話的測量，了解一般移動通信系統無線數字信令的基本概念，包括信令、數字信令幀結構及傳輸協議等概念。二、實驗內容1用雙蹤示波器通過移動通信實驗箱觀測無繩電話無線數字信令波形

28、，了解數據的副載波調制方式及數字信令幀結構。2用雙蹤示波器通過移動通信實驗箱觀測無繩電話無線數字信令傳輸協議。三、基本原理通信系統中除了用戶信息(如話音)外的一系列控制信號稱為信令。信令系統與用戶信息傳輸系統是二個相伴隨的系統，信令系統連接并控制用戶信息傳輸系統的所有網絡設備及用戶端設備，共同構成整個通信系統。信令完成呼叫接續的建立、拆除、監控等一系列的操作與控制，保證用戶信息傳輸系統正確且可靠的動作，使用戶信息有效傳輸。因此，信令可以看作是整個通信系統的神經中樞。典型的移動通信系統BS至MS之間的無線數字信令幀結構如圖2-1所示，它包括位同步碼(又稱為前置碼)、幀同步(又稱為字同步)、有效數

29、據(包括地址、命令和其它數據)及糾錯碼四部分，分別介紹如下：位同步幀同步有效數據糾錯碼圖2-1 典型的數字信令幀結構(1) 位同步：數字通信收端必須從接收的數據流中提取位同步，才能對數據準確進行積分、采樣和判決，正確恢復發端數據。位同步建立需要時間，而數字信令是突發的數據串，收端必須在幀同步及有效數據收到之前建立位同步，因此在信令的幀同步前集中加入一段位同步碼。(2) 幀同步：幀同步位于一個信令幀有效數據的起點，作為幀同步的特殊碼組必須具有尖銳峰值的自相關函數，便于與隨機的數字信息相區別。常用的有巴克碼和m序列。位同步及幀同步統稱同步碼。(3) 有效數據：包括地址、命令等數據。信令的控制、操作

30、功能全由有效數據完成。(4) 糾錯碼：對有效數據進行糾(檢)錯編碼后產生的監督位。基于糾(檢)錯編碼的數據傳輸差錯控制方法，常用的有以下二種： 前向糾錯FEC(Forward Error Correction)：發端對數據進行糾錯編碼，收端進行糾錯解碼，對未超過糾錯范圍的誤碼予以糾正。 檢錯重發，常稱為自動請求重發ARQ(Automatic Repeat Request)：發端對數據進行糾、檢錯編碼，收端發現有糾正不了的誤碼時，自動請求發端重發，直到收到正確數據為止。顯然，后一糾錯方式的可靠性要高得多，但付出的代價是降低了信息的傳輸速率。發端在沒有收端請求的情況下，按事先規定主動重發多幀信令，

31、收端對其糾檢錯之后再進行大數判決，亦可提高信令數據傳輸可靠性。這可認為是對ARQ重發次數作硬性規定后與FEC組合而成的一種方法。作為構成圖1-3移動通信教學實驗系統無線部分的中國CT1無繩電話，相關技術標準只規定了其工作頻率、調制方式等射頻技術要求(見附錄1表1)，但對其信令結構、傳輸協議及多信道共用方式未作規定，由各生產廠家自行定義、開發。因而，各廠家生產的無繩電話在這方面技術各不相同，座機與手機一般不能交換配對使用。本實驗系統中采用的無繩電話的信令結構及多信道共用方式是國內外很多廠家所采用的，十分可靠實用，也比較規范，便于觀測。1無繩電話無線數字信令副載頻調制方式及幀結構信令數據先對副載頻

32、進行FSK調制，即一次調制，如表2-1所示。然后再對45/48MHz主載頻調頻(FM)，即二次調制。由于每個碼元只調制為1個周期的副載頻，故與經典的FSK調制相比，碼元寬度隨0/1數據而變化。表2-1信令數據的FSK調制方式數據FSK調制參數0周期2.0ms的一周方波1周期2.8ms的一周方波幀同步S周期4.0ms的一周方波數據幀的典型結構以手機撥號碼7為例，見圖2-2。數據幀各部分的含義見圖2-3，其中有效數據有12位，分為三個部分。圖2-2 典型的信令數據幀結構圖2-3 信令數據幀各部分的含義(1) IDHIDH為無繩電話系統16位識別碼(ID碼)的高4位。在初裝無繩電話時，座機與手機要統

33、一ID碼，稱為對碼。只有ID碼相同的座機和手機才能建立無線連接，有效防止不同ID碼無繩電話之間的串擾和盜打。在手機摘機主呼及被呼振鈴時，才全部發送及接收16位ID碼，在這以后的信令傳輸過程中為節省傳輸時間只發送部分ID碼。(2) 手機號代碼本無繩電話一臺座機最多可帶4部手機(任一時間只能有一部手機占用座機通話)。在對碼時，按手機對碼的先后順序，座機順次指定手機號碼為1、2、3、4。信令中手機號代碼含義見表2-2，2位代碼倒序看為自然二進制碼，與手機號碼直接對應。表2-2 手機號碼手機號碼1234代碼00100111倒序代碼00011011 (3) 命令(消息) 命令(消息)為6位，亦應倒序讀取

34、，圖中命令倒序碼為00,0111B=07H，表示消息“撥號碼7”。常用命令見表2-3。表2-3 無繩電話常用命令命令名命令碼(倒序讀出)撥號碼1-9、0、*、#01-09H、0AH、0BH、0CH閃斷(Flash)10H掛機12H2無線數字信令傳輸協議無繩電話呼叫接續有不同狀態，包括手機被呼振鈴，手機主呼/被呼摘機，手機撥號，進入通話后手機進行“閃斷”、“換頻”、“掛機”等操作。在呼叫接續的不同狀態下，信令傳輸協議各不相同，下面僅介紹手機撥號及通話結束后掛機的信令傳輸協議。(1) 手機撥號(號碼7)圖2-4 為手機撥號(號碼7)信令傳輸過程。圖中，命令幀(消息幀)各部分含義見前節；應答幀中ID

35、L為ID碼低4位，為IDL的反碼。由圖可見，無繩電話信令收發是全雙工工作方式，座機及手機可同時收發信令。(2)圖2-4 手機撥號(號碼7)信令傳輸過程為保證信令數據傳輸可靠性，必須采用差錯控制。本無繩電話采用檢錯重發即自動請求重發ARQ方式實現差錯控制。但與一般ARQ方式不同，數據中的檢錯功能不是由糾檢錯編碼實現，而是由以下手段實現： 如表2-1所示，每位數據都是特定周期的一周方波，收端微處理器采用脈寬檢測方式檢測其半周期及周期，超過表中數值(有一定允許誤差)就判定為誤碼。只要有1 位誤碼就確定數據幀出錯。另外，噪聲及干擾引起前一碼元脈寬變化會傳遞到下一碼元，若前一碼元剛好錯成另一碼元，則下一

36、碼元脈沖半周期或周期一般都會出錯。總之，脈沖半周期及周期寬度檢測是一種極嚴格的檢測方式，在相同信噪比條件下，它的誤碼率比常用的最佳檢測方式相關檢測或匹配濾波的誤碼率要高得多。更重要的是，最佳檢測對每個碼元的檢測結果只給出是0還是1，但這個碼元的對錯它一無所知，只能通過糾錯碼來判定；而脈寬檢測根據每個碼元的參數就可檢測出誤碼，等效為每個碼元自帶檢錯信息。 命令幀中的IDH及應答幀中的IDL、分別為無繩電話系統16位ID碼的高4位、低4位及低4位的反碼，是座機及手機雙方都確知的數據，收端可檢出這些數據的錯誤。座機及手機依據以上信令數據的可靠檢錯功能，以自動請求重發ARQ方式保證信令數據傳輸的可靠性

37、：如圖2-4所示，若座機BS收到第1個命令幀檢測無誤碼，則連續發多個應答幀表示收到正確的命令。MS只要正確收到其中一個應答幀就確認BS已收到正確命令幀，于是在發完當前的命令幀后就停止發命令幀，然后發多個應答確認幀通知BS，讓BS停發應答幀，完成1次手機撥號命令的傳送過程。若BS未收到正確的命令幀，則不發應答，等效為發送請求重發信息，MS就連續重發第3個、第4個命令幀，直到收到BS應答為止(或MS因發送超時，放棄這次信令傳輸)。MS至少發送2個命令幀的原因是，BS在收完第1個命令幀檢測無誤碼直到發完第1個應答幀并被MS正確接收后，MS已經將第2個命令幀發送一部分，因而發完算了。由于重發的最后一幀

38、命令幀是多余的，生產廠家開發者對這一段手機程序沒有準確設計及仔細調試，最后幾位可能有錯誤。(2) 手機掛機圖2-5 手機掛機信令傳輸過程圖2-5為手機掛機信令傳輸過程。由圖可見，其過程與手機撥號完全相同，唯一的區別是命令內容不同。四、實驗步驟(一) 用普通雙蹤示波器觀測無線數字信令(1) 普通雙蹤示波器的CH1接在移動通信實驗箱MS測量面板的輸出端SIG，CH2接移動通信實驗箱MS測量面板的觸發輸出端TRIA，觀測手機發送的信令。示波器觸發源設置為CH2，水平分度1ms/DIV，垂直為DC、2V/DIV。將發射機(TX)控制面板上開關K6撥至OFF位置，關斷發射機電源，電源指示燈滅。為了避免交

39、換機信號音及2/4轉換反射信號干擾信令波形觀測，本實驗中將無繩座機用戶線從交換機上撥下。(2) 電源開關K5置在ON位置，系統上電。手機按“通話”鍵摘機，與座機一起由控制信道轉移到某空閑通話信道。按控制面板掃描(SCAN)鍵K3啟動移動通信實驗箱掃描信道，最后鎖定于該通話信道，并分別顯示各自的標稱頻率。(注：若移動通信實驗箱連續循環掃描，不能鎖定信道，請將座機和手機靠近移動通信實驗箱或拉出天線)(3) 將移動通信實驗箱信令存貯顯示(SAVE)控制面板上工作開關K10置在ON位置，面板頂部LED指示燈亮；(4) 按運行(RUN)鍵使模塊處于等待觸發存貯狀態，停止存貯(STOP)指示燈亮。(5)

40、手機用戶進行“撥號”、“閃斷”等操作，移動通信實驗箱以單次觸發方式記錄下這一次信令傳輸過程，存貯顯示控制面板停止(STOP)指示燈滅，示波器可觀察到存貯的數字信令（若無波形顯示，則可左右調節位置旋鈕，直到有波形顯示為止）。調節示波器觸發電平旋鈕使波形穩定，旋轉移動通信實驗箱信令存貯顯示控制面板上波形位置(POSITION)旋鈕左右移動顯示波形。按復位(RST)鍵使顯示波形回到信令傳輸過程的起點（“00S”同步頭）。反復按同步(SYNC)鍵分五步循環步進調節波形的閃爍及亮度，在波形由嚴重閃爍剛好調節到不閃爍時，亮度最高，波形最清晰，在以后的測量中再不必調整。仔細觀測并記錄信令幀結構。(注：由于信

41、令存貯顯示模塊采用同步頭檢測來決定是否存貯后續數據，因此可能出現誤采集或只采集部分信令的情況，當這兩種情況出現時，請重復4、5)(6) 將CH1接在移動通信實驗箱BS測量面板的輸出端SIG，CH2接移動通信實驗箱BS測量面板的觸發輸出端TRIS，觀測座機發送的信令。仔細觀測并記錄信令幀結構。（注：由于座機的信令在手機信令之后，因此座機信令以“00S”為起始位置）(7) 重復4、5、6，觀測并記錄另1次信令傳輸過程。(二) 用TDS1002雙蹤數字存貯示波器觀測無線數字信令(1) 將TDS1002雙蹤數字存貯示波器的CH1接在移動通信實驗箱MS測量面板的輸出端AFO，CH2接移動通信實驗箱BS測

42、量面板的觸發輸出端AFO。示波器觸發源設置為CH1上升沿，觸發電平2.43V；水平分度25ms/DIV；垂直為直流2V/DIV。(2) 手機按“通話”鍵摘機，與座機一起由控制信道轉移到某空閑通話信道。按控制面板掃描(SCAN)鍵K3啟動移動通信實驗箱掃描信道，最后鎖定于該通話信道，并分別顯示各自的標稱頻率。(3) 按示波器“single seq”鍵使示波器處于單次觸發狀態，示波器顯示屏上方狀態欄Auto變為Ready。(4) 手機用戶進行“撥號”、“閃斷”等操作，TDS1002數字存貯示波器以單次觸發方式存貯顯示這一次信令傳輸過程，示波器顯示屏上方狀態欄中顯示Acq Complete。調節示波

43、器水平分度至2.55ms/DIV，展開波形，仔細觀測并記錄信令傳輸過程。(5) 調節示波器水平分度返回25ms/DIV。重復3、4，觀測并記錄另一次信令傳輸過程。五、實驗報告內容1給出以下幾種操作的無線數字信令傳輸過程圖，總結數字信令典型幀結構圖。(1) 手機撥號碼 1；(2) 手機撥號碼3；(3) 手機撥號碼9；(4) 手機進行“閃斷”操作；(5) 手機掛機。六、思考題1根據信令傳輸過程中，因接收誤碼導致命令幀重發2次以上的現象，回答數字信令傳輸采用何種差錯控制方式。2測量并記錄手機主呼摘機信令傳輸過程，試分析信令幀結構及傳輸協議。(注：研究性題目，無現成答案)。實驗三 DS-CDMA(直擴

44、碼分多址)移動通信一、實驗目的了解DS-CDMA(直擴碼分多址)移動通信原理。二、實驗內容1測量單信道DS-CDMA通信系統發端及收端波形，了解發端擴頻調制及收端相關檢測原理，初步了解碼分多址邏輯信道形成原理。2測量2信道DS-CDMA通信系統發端及收端波形，進一步了解發端擴頻調制、收端相關檢測及碼分多址邏輯信道形成原理。4實驗系統原理根據上述DS-CDMA移動通信原理介紹及雙路移動通信實驗箱中已有的二套調頻收發信機平臺，實際DS-CDMA實驗系統框圖如圖6-4所示。發端采用二個正交地址碼C1及C2，通過異或門分別對兩路信碼D1及D2實現擴頻調制，得到兩路信碼各自的擴頻(調制)基帶信號DE1、

45、DE2，它們線性疊加為兩路信碼的擴頻基帶信號DEX。TX-BS作為系統基站BS的發射機，DEX對載波FSK調制，再發射出去。收端RX-MS載波FSK解調輸出擴頻基帶信號DEX。通過切換本地地址碼Ci為C1/C2，再經過相關檢測得到信碼D1/D2，模擬二個移動臺MS1/MS2的接收機。實驗系統采用二個正交地址碼，在同一載頻上形成二個DS-CDMA邏輯信道。二路信碼D1= 10101100 (周期循環)，D2=01010011(周期循環)，碼速率為Rb=300b/s。地址碼C1= =01010101，C2=01101001，子碼速率為RP=8Rb=2.4kc/s (2.4千子碼/秒)，則有Tb=8

46、Tp=T。接收端地址碼同步及時鐘同步電路都認為是理想的，不作為本實驗的研究內容，收端地址碼Ci及時鐘CLK實際上與發端D1、D2、C1、C2一起由同一單片機產生。圖6-4 DS-CDMA移動通信實驗系統需要指出，2個用戶各自的擴頻基帶信號DE1及DE2是二值信號+1/-1，它們線性疊加為DEX后就成為三值信號：0(+1)+(-1)、+2(+1)+(+1)及-2(-1)+(-1)，歸一化值為0、+1、-1。更多個用戶擴頻基帶信號線性疊加成的DEX為多值信號9。實驗系統有如下幾種子工作方式(1) 單信道DS-CDMA通信 發端發D1(C1)，收端收D1(C1)； 發端發D2(C2)，收端收D2(C

47、2)； 發端發D2(C2)，收端收地址碼為C1，收不到發端D2(C2)。(2) 2信道DS-CDMA通信 發端發D1(C1)+ D2(C2)，收端收D1(C1)； 發端發D1(C1)+ D2(C2)，收端收D2(C2)；由單信道DS-CDMA通信實驗可初步了解DS-CDMA通信原理，觀察地址碼C1、C2各自的相關檢測及互相關檢測波形，為研究2信道DS-CDMA通信實驗做準備。2信道DS-CDMA通過實驗可深入觀測、了解DS-CDMA通信原理，了解時域、頻域完全混疊的DS-CDMA多用戶信號如何被分離，DS-CDMA系統的多路邏輯信道是如何形成的。四、實驗步驟(一) 單信道DS-CDMA通信(1

48、) 設置移動通信實驗箱為單信道DS-CDMA通信工作方式(按K1至T/CDMA燈亮，再按K3鍵)，打開發射機TX-BS(K6置ON，K7置BS，BS測量面板TX燈亮)，置內調制(K9置INT)，移動通信實驗箱內部組合成圖6-4所示的DS-CDMA通信系統，圖中收發兩端有關信號都已引到收發信機測試面板上，便于用示波器觀測。(2) 反復按K3鍵，系統循環步進處于表6-2三種子工作方式之一。表6-2 單信道DS-CDMA通信子方式子方式序號子工作方式1發D1(C1)，收D1(C1)2發D2(C2)，收D2(C2)3發D2(C2)，收不到D2(C1)在子工作方式1、2中，收端地址碼與發端地址碼相同，能

49、接收到發端數據；在子方式3中，收端地址碼與發端不同，則接收不到發端數據。(3) 雙蹤示波器二個通道設置為DC、2V/DIV5V/DIV；掃描速率1ms/DIV 5ms/DIV。(4) 從發端至收端順著信號流向，測得三種子工作方式下系統各點信號波形分別見圖6-5、6-6、6-7(見本實驗最后二頁)。注意收端相關檢測(相乘-積分)輸出信號DK2；子工作方式1、2情況下，DK2分別為C1、C2的自相關運算波形乘以對應的數據D1、D2(+1/-1)，為正/負極性鋸齒波；子方式3情況下，DK2為C1、C2的互相關運算波形乘以數據D2(+1/-1)，在地址碼序列周期即一個信碼周期內進行相關運算，DK2開始

50、為0電平(+2V)，然后上下起伏，最后時刻的相關運算值(即互相關函數值)仍為0電平(+2V)，又參見圖6-3。由此初步分析了解DS-CDMA通信原理。(5) 關斷TX-BS(K6置OFF，BS測量面板TX燈滅)，再測量收端各點信號。(二) 2信道DS-CDMA通信(1) 設置移動通信實驗箱為2信道DS-CDMA通信工作方式(按K1至T/CDMA燈亮，再按K4鍵)，打開發射機TX-BS(K6置ON，K7置BS，BS測量面板TX燈亮)，置內調制(K9置INT)，移動通信實驗箱內部組成圖6-4所示DS-CDMA通信系統。(2) 反復按K4鍵，系統循環步進處于表6-3 所示二種子工作方式之一。表6-3

51、 2信道DS-CDMA通信子方式子工作序號子工作方式1發D1(C1) +D2(C2)，收D1(C1)2發D1(C1)+D2(C2)，收D2(C2)二種子方式中，發端都是發送時域、頻域混疊在一起的二路DS-CDMA數據。子方式1中，收端地址碼Ci為C1，經相關檢測從混疊的擴頻信碼中分離出本地址的信碼D1；子方式2中，收端地址碼Ci為C2，則收到信碼D2。(3) 雙蹤示波器的設置同(一)3。(4) 順著信號流向測量并用坐標紙記錄二種子方式下系統發端D1、C1、DE1、D2、C2、DE2、DEX至收端AF0、DEX、Ci、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK各點信號波形，注意比較發端擴頻調制(

52、異或門)、收端解擴(相乘器)及相關檢測(相乘-積分)輸入輸出波形，比較發端及收端數據。特別注意收端相關檢測輸出信號DK2是本實驗步驟四(一)中1個地址碼自相關運算波形(線性上升/下降的鋸齒波形)及2個地址碼互相關運算波形(圍繞著參考電平上下起伏的波形)的線性疊加。由于采樣時刻互相關函數值為0，因而對采樣值沒有影響，不存在多址干擾。由2信道DS-CDMA通信進一步分析了解DS-CDMA通信原理。(5) 關斷TX-BS(K6置OFF，BS測量面板TX燈滅)，再測量收端各點信號。五、實驗報告內容1整理實驗記錄，在坐標紙上畫出2信道DS-CDMA通信系統二種子工作方式下發端D1、C1、DE1、D2、C

53、2、DE2、DEX及收端AF0、DEX、Ci、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK各點波形，分析同一載頻上的二個DS-CDMA邏輯信道是如何形成的，總結DS-CDMA通信工作原理。圖6-5 單信道DS-CDMA通信子方式1各點波形 2比較單信道DS-CDMA通信系統及2信道DS-CDMA通信系統收端相關檢測輸出波形，對照式(6-6)(6-10)，回答2信道DS-CDMA通信系統收端線性模擬乘法器能用非線性的異或門代替嗎？3回答關斷發射機后，收端還能收到信號嗎？圖6-6 單信道DS-CDMA通信子方式2各點波形圖6-7 單信道DS-CDMA通信子方式3各點波形實驗四 TDMA(時分多址)移

54、動通信一、實驗目的了解TDMA(時分多址)移動通信原理。二、實驗內容測量2信道TDMA移動通信實驗系統發端及收端波形，了解TDMA通信原理。三、基本原理時分多址TDMA(Time Division Multiple Access)是把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙，1個時隙就是一個TDMA信道，按需要動態分配給用戶使用。在頻分雙工(FDD)方式中，上行鏈路(MSBS)和下行鏈路(BSMS)的幀分別占用具有足夠間隔(雙工頻率間隔)的不同頻率。在時分雙工(TDD)方式中，上下行幀交錯排列在相同載頻上。為保證在不同傳播時延情況下，各移動臺到達基站的信號不重疊，采取了以下二個措施：(1

55、) 移動臺受基站控制，動態調整所占用的上行時隙發送時刻的提前量，補償電磁波從移動臺至基站的傳播時延。(2) 移動臺上行時隙起始和結束位置有保護間隔，在該間隔內不傳送信號。下行時隙由基站統一安排，不會重疊。圖7-1為兩信道(兩個時隙TS1、TS2) TDMA移動通信實驗系統框圖。圖7-1 TDMA移動通信實驗系統框圖發端TX-BS為系統基站BS的發射機，兩個時隙TS1及TS2的數據d1及d2復接成幀數據D1，d1=1010(每時隙4bit，周期循環)，d2=1100(每時隙4bit，周期循環)，則D1=10101100(每幀8bit，2個時隙，周期循環)，碼速率fb=1.2kb/s。D1經FSK載波高制后發送給移動臺。收端RX-MS載波FSK解調后的基帶信號經整形、積分/采樣，以最低誤碼率恢復發端數據。時隙及時鐘的同步電路送出某個時隙同步時鐘CLK，取出本移動臺給定時隙的數據。通過切換本地時鐘的時隙為TS1或TS2，模擬二個TDMA移動臺MS1/MS2的接收機，分別接收TS1的數據d1或TS2的數據d2。四、實驗步驟1設置移動通信實驗箱為TDMA通信工作方式(按K1至T/CDMA燈亮，再按K2鍵)，打開發射機TX-BS(K6置ON，K7置BS，BS測量面板TX燈亮)，置