【正文】 路無線綜合測(cè)試儀(SDT)，構(gòu)成一套完整的移動(dòng)通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖14所示。圖12 TACS蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)主呼接續(xù)過程圖13 簡化的移動(dòng)通信系統(tǒng)方框圖基于上述原因，為了得到體積小巧、價(jià)格低廉、可放在實(shí)驗(yàn)桌上由學(xué)生動(dòng)手操作的移動(dòng)通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。FDMA發(fā)展早，已成功應(yīng)用于各種移動(dòng)通信系統(tǒng)多年，目前在一些領(lǐng)域仍在廣泛應(yīng)用。 移動(dòng)通信的多址方式主要有FDMA、TDMA、CDMA三大類。將系統(tǒng)合理簡化得到圖13，它與圖11實(shí)際系統(tǒng)在上述系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能等基本特征方面是完全一樣的。GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的呼叫接續(xù)雖然復(fù)雜一些，但總體上是類似的。各段信令通道互連，逐段傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)信令，才能完成一次呼叫接續(xù)，最后在主、被呼用戶間分配，建立一條逐段互連而成的話務(wù)信道，實(shí)現(xiàn)雙方通話(以傳輸話音為例，亦可傳數(shù)據(jù)等信息)。三、基本原理圖11是與公用電話網(wǎng)(PSTN)相連的移動(dòng)電話網(wǎng)方框圖。2．完成有線→有線、有線→無線及無線→有線呼叫接續(xù)，觀察呼叫接續(xù)過程，熟悉移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本功能。3．了解基帶話音的基本特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)一 移動(dòng)通信系統(tǒng)組成及功能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成。2．了解移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本功能。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接各設(shè)備，構(gòu)成移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。3．用雙路無線綜合測(cè)試儀(以下簡稱綜測(cè)儀)及示波器觀測(cè)空中傳輸?shù)脑捯舨ㄐ巍８髂K之間的信道，包括MSBS的無線信道，到BSMSC、MSCEX、EXTEL的有線信道都包含信令通道及話音通道。TACS模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)主呼接續(xù)過程如圖12所示。圖11 移動(dòng)通信系統(tǒng)方框圖這樣龐大復(fù)雜的系統(tǒng)無法放在實(shí)驗(yàn)桌上由同學(xué)自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。常用的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有四類：蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、集群移動(dòng)通信系統(tǒng)、無繩電話系統(tǒng)及無線尋呼系統(tǒng)，它們的功能及應(yīng)用場(chǎng)合各不相同，但它們的基本原理及技術(shù)是相同的。FDMA系統(tǒng)一般為模擬移動(dòng)通信制式，TDMA及CDMA為數(shù)字移動(dòng)通信制式。數(shù)字移動(dòng)通信是在模擬移動(dòng)通信基礎(chǔ)上發(fā)展、演化而來的，在網(wǎng)絡(luò)組成、設(shè)備配置、系統(tǒng)功能和工作方式上二者都有許多相同之處。在圖13中，BS、MS實(shí)際選用基于FDMA技術(shù)、采用數(shù)字信令的CTI無繩電話，EX選用小型程控交換機(jī)，TEL為有線電話。這個(gè)系統(tǒng)具有二方面意義：(1)實(shí)際使用的CTI無繩電話，其座機(jī)通過用戶線接入公用電話網(wǎng)(PSTN)的交換機(jī)，則本系統(tǒng)是縮小的實(shí)際無繩電話系統(tǒng)。下面對(duì)圖14各部分及本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹如下：CTI無繩電話屬于FDMA系統(tǒng)，數(shù)十個(gè)雙工頻道被全部無繩電話共用，采用話音模擬調(diào)頻及數(shù)字信令技術(shù)。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(jī)與通話手柄之間的電纜(繩)去掉，用無線信道代替之，通話手柄成為無繩電話手機(jī)。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(shù)都屬于移動(dòng)通信范疇，CTI無繩電話及在其后發(fā)展起來的各種數(shù)字無繩電話組成無繩電話大家族，成為常用的四類移動(dòng)通信系統(tǒng)之一。2．程控交換機(jī)本系統(tǒng)中程控交換機(jī)采用1拖4雙繩路小型用戶程控交換機(jī)，一條外線可接4部內(nèi)部電話，任何1部電話都可呼叫外線電話或內(nèi)部其它電話。圖15 小型程控交換機(jī)接線圖圖15為小型程控交換機(jī)的接線圖。交換機(jī)由220V市電供電，通電后電源指示LED燈連續(xù)閃爍，用戶電話摘機(jī)后對(duì)應(yīng)的LED指示燈亮。本實(shí)驗(yàn)用綜測(cè)儀觀測(cè)無繩電話發(fā)射在空中的話音波形，了解話音的特點(diǎn)。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下呼叫通話功能： (1)無繩手機(jī)呼叫有線電話(無線呼叫有線)； (2)有線電話呼叫無繩手機(jī)(有線呼叫無線)； (3)有線電話呼叫有線電話(有線呼叫有線)。由以上實(shí)驗(yàn)可了解移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能。話音是由發(fā)音器官中的聲音激勵(lì)源和口腔聲道形狀的不同而形成的。濁音對(duì)應(yīng)于聲帶振動(dòng)，每個(gè)單詞中至少包括1個(gè)濁音。發(fā)濁音時(shí)聲帶在氣流作用下準(zhǔn)周期地閉合或開啟，從而在聲帶中激勵(lì)起準(zhǔn)周期的聲振動(dòng)，形成濁音聲波，如圖16所示。通常fp在70~300Hz范圍內(nèi)，則Tp=3~13ms．基音頻率一般女聲較高，男聲較低。發(fā)清音時(shí)聲帶不振動(dòng)，聲道被氣流沖擊產(chǎn)生較小輻度的聲波，其波形與噪聲相似，清音信號(hào)沒有準(zhǔn)周期性。圖16 濁音的準(zhǔn)周期波形5．二類移動(dòng)通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)移動(dòng)通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分為學(xué)生實(shí)驗(yàn)型及教師演示型二類。在此條件下，為了保證同一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部接收信號(hào)足夠強(qiáng)，能正常完成各實(shí)驗(yàn)，必須加強(qiáng)無線設(shè)備間的無線耦合：①無繩座機(jī)BS的天線垂直豎立但不要拉出。②無繩手機(jī)MS的天線不要拉出。 教師演示型移動(dòng)通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)教師演示型的無繩電話發(fā)射功率及接收靈敏度保持生產(chǎn)廠家出廠值不變。四、實(shí)驗(yàn)步驟1．按圖14的布局放置設(shè)備并連接成系統(tǒng)：兩部有線電話用戶線插入交換機(jī)號(hào)碼80802的用戶線插孔；無繩電話座機(jī)用戶線插入交換機(jī)號(hào)碼804的用戶線插孔。將交換機(jī)、無繩電話座機(jī)及手機(jī)充電器都接通220V電源。2．有線電話1摘機(jī)，交換機(jī)上對(duì)應(yīng)的LED指示燈亮，用戶聽撥號(hào)音。有線電話2摘機(jī)通話，通話完畢掛機(jī)，未掛機(jī)的一方聽忙音。若有線電話2用戶線從交換機(jī)上拔下，有線電話1撥號(hào)后聽回鈴。4．無繩手機(jī)按“通話”鍵摘機(jī)，聽到撥號(hào)音后撥有線電話1或有線電話2的號(hào)碼，有線電話振鈴，無繩手機(jī)聽回鈴。5．有線電話摘機(jī)撥號(hào)呼叫無繩手機(jī)，手機(jī)振鈴，有線電話聽回鈴。6．將雙蹤示波器兩個(gè)探頭分別接至綜測(cè)儀BS及MS測(cè)量面板上Afo輸出端口。關(guān)發(fā)射機(jī)(K6置OFF)，關(guān)信令存貯顯示模塊(K10置OFF)。若綜測(cè)儀因誤碼未檢測(cè)到手機(jī)摘機(jī)信令仍停在控制信道，則按控制面板掃描(SCAN)鍵K3啟動(dòng)綜測(cè)儀掃描信道，最后鎖定于該通話信道。手機(jī)撥號(hào)呼叫有線電話進(jìn)入通話后，示波器可觀測(cè)到通話雙方的話音波形，記錄濁音波形，測(cè)出濁音的基音頻率?？偨Y(jié)主呼方從摘機(jī)、撥號(hào)、通話到掛機(jī)的各個(gè)階段聽到哪些信號(hào)音？由實(shí)驗(yàn)結(jié)果回答，有線電話掛機(jī)時(shí)用戶線是處于開路狀態(tài)嗎?畫出自己話音濁音波形，給出所測(cè)基音頻率，與同組同學(xué)比較。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．用雙蹤示波器通過綜測(cè)儀觀測(cè)無繩電話無線數(shù)字信令波形，了解數(shù)據(jù)的副載波調(diào)制方式及數(shù)字信令幀結(jié)構(gòu)。三、基本原理通信系統(tǒng)中除用戶信息(如話音)外的一系列控制信號(hào)稱為信令。信令完成呼叫接續(xù)的建立、拆除、監(jiān)控等一系列的操作與控制，保證用戶信息有效且可靠的傳輸。對(duì)于電路交換通信系統(tǒng)，用戶信息是在呼叫接續(xù)完成后建立的逐段連接的信息通道中傳輸。按信令通道與用戶信息通道在物理上是否獨(dú)立，信令分為共路信令及隨路信令。隨路信令在用戶信息通道中采用時(shí)分、頻分等方式隨同用戶信息一起在信息通道中傳輸。模擬信令包括音頻信令及其它形式的模擬信號(hào)，它應(yīng)用早，現(xiàn)在仍應(yīng)用在許多通信系統(tǒng)中，例如PSTN模擬用戶線信令全為模擬信令。典型的移動(dòng)通信系統(tǒng)無線數(shù)字信令幀結(jié)構(gòu)如圖21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(shù)據(jù)(包括地址、命令和其它數(shù)據(jù))及糾錯(cuò)碼四部分，分別介紹如下。位同步建立需要時(shí)間，而數(shù)字信令是突發(fā)的數(shù)據(jù)串，收端必須在幀同步及有效數(shù)據(jù)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。常用的有巴克碼和m序列。(3)有效數(shù)據(jù)：包括地址、命令、撥號(hào)等效據(jù)，統(tǒng)稱為消息。 (4)糾錯(cuò)碼：對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行糾(檢)錯(cuò)編碼后產(chǎn)生的監(jiān)督位。② 檢錯(cuò)重發(fā)，常稱為自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ(Automatic Repeat Request)：發(fā)端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾、檢錯(cuò)編碼，收端發(fā)現(xiàn)有糾正不了的誤碼時(shí)，自動(dòng)請(qǐng)求發(fā)端重發(fā)，直到收到正確數(shù)據(jù)為止。發(fā)端在沒有收端請(qǐng)求的情況下，按事先規(guī)定主動(dòng)重發(fā)多幀信令，收端對(duì)其糾檢錯(cuò)之后再進(jìn)行大數(shù)判決，亦可提高信令數(shù)據(jù)傳輸可靠性。作為構(gòu)成圖14移動(dòng)通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)無線部分的我國的CTI無繩電話，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了其工作頻率、調(diào)制方式等射頻技術(shù)要求(見附錄l表1)，但對(duì)其信令結(jié)構(gòu)、傳輸協(xié)議及多信道共用方式未作規(guī)定，由各生產(chǎn)廠家自行定義、開發(fā)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用的一種無繩電話的信令結(jié)構(gòu)及多信道共用方式是國內(nèi)外很多廠家所采用的，十分可靠實(shí)用，也比較規(guī)范，便于觀測(cè)。然后再對(duì)45／48MHz的主載頻調(diào)頻(FM)。表21 信令數(shù)據(jù)的FSK調(diào)制方式數(shù)據(jù)FSK調(diào)制參數(shù) 01幀同步S數(shù)據(jù)幀的典型結(jié)構(gòu)以手機(jī)撥號(hào)(號(hào)碼7)為例，見圖22。在初裝無繩電話時(shí)，座機(jī)與手機(jī)要統(tǒng)一ID碼，稱為對(duì)碼。在手機(jī)摘機(jī)主呼及被呼振鈴時(shí)，才全部發(fā)送及接收16位ID碼，在這以后的信令傳輸過程中為節(jié)省傳輸時(shí)間只發(fā)送部分ID碼。實(shí)驗(yàn)前教師己對(duì)好了碼，實(shí)驗(yàn)一、二、三中同學(xué)不必對(duì)碼)。要查看系統(tǒng)ID碼只需點(diǎn)動(dòng)綜測(cè)儀對(duì)碼(CODE)鍵，即可在頻率顯示LED數(shù)碼管上顯示ID碼4秒鐘。(2)手機(jī)號(hào)代碼本無繩電話一臺(tái)座機(jī)最多可帶4部手機(jī)(任一時(shí)間只能有一部手機(jī)占用座機(jī)通話)。信令中手機(jī)號(hào)代碼含義見表22，2位代碼倒序看為自然二進(jìn)制碼，與手機(jī)號(hào)碼直接對(duì)應(yīng)。常用命令見表23．表23 無繩電話常用命令 命令名命令碼(倒序)撥號(hào)碼0*、0109H、0EH、0FH閃斷(Flash)10H 掛機(jī)12H無線數(shù)字信令傳輸協(xié)議 無繩電話呼叫接續(xù)有不同狀態(tài)，包括手機(jī)被呼振鈴，手機(jī)主呼／被呼摘機(jī)，手機(jī)撥號(hào)，進(jìn)入通話后手機(jī)進(jìn)行“閃斷”，“換頻”、“掛機(jī)”等操作。 (1)手機(jī)撥號(hào)(號(hào)碼7)圖24 手機(jī)撥號(hào)(號(hào)碼7)信令傳輸過程 圖24為手機(jī)撥號(hào)(號(hào)碼7)信令傳輸過程．圖中，命令幀{消息幀}各部分含義見前節(jié)：應(yīng)答幀中為ID碼低4位，為的反碼。 為保證信令數(shù)據(jù)傳輸可靠性，必須采用差錯(cuò)控制。但與一般ARQ方式不同，數(shù)據(jù)中的檢錯(cuò)功能不是由糾檢錯(cuò)編碼實(shí)現(xiàn)，而是由以下手段實(shí)現(xiàn)： ①．如表21所示，每位數(shù)據(jù)都是特定周期的一周方波，收端微處理器采用脈寬檢測(cè)方式檢測(cè)其半周期及周期，超過表中數(shù)值(有一定允許誤差)就判定為誤碼。另外，噪聲及干擾引起前一碼元脈寬變化會(huì)傳遞到下一碼元，若前一碼元?jiǎng)偤缅e(cuò)成另一碼元，則下一碼元脈沖半周期或周期一般都會(huì)出錯(cuò)。更重要的是，最佳檢測(cè)對(duì)每個(gè)碼元的檢測(cè)結(jié)果只給出是0還是1，但這個(gè)碼元的對(duì)錯(cuò)它一無所知，只能通過糾錯(cuò)解碼來判定；而脈寬檢測(cè)根據(jù)每個(gè)碼元的參數(shù)就可檢測(cè)出誤碼，等效為每個(gè)碼元自帶檢錯(cuò)信息。 座機(jī)及手機(jī)依據(jù)以上信令數(shù)據(jù)的可靠檢錯(cuò)功能，以自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ方式保證信令數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｗ鶛C(jī)BS受到第1個(gè)命令幀檢測(cè)無誤碼，則連續(xù)發(fā)多個(gè)應(yīng)答幀表示收到正確的命令。若BS未收到正確的命令幀，則不發(fā)應(yīng)答，等效為發(fā)送請(qǐng)求重發(fā)信息，MS就連續(xù)重發(fā)第3個(gè)、第4個(gè)……命令幀，直至收到BS的應(yīng)答為止(或MS因發(fā)送超時(shí)，放棄這次信令傳輸)。(2)手機(jī)掛機(jī)圖25 手機(jī)掛機(jī)信令傳輸過程 圖25為手機(jī)掛機(jī)信令傳輸過程。四、實(shí)驗(yàn)步驟 (一)用普通雙蹤示波器觀測(cè)無線數(shù)字信令 1．將普通雙蹤示波器的兩個(gè)測(cè)量探頭分別接在綜測(cè)BS及MS測(cè)量面板上存貯信令的輸出端SIG；示波器外觸發(fā)輸入端接至綜測(cè)儀BS測(cè)量面板的觸發(fā)信號(hào)輸出端TRIs。設(shè)置綜測(cè)儀為自動(dòng)跟蹤測(cè)量方式(按K1至SYST燈亮，再按K2，SYST燈常亮)，守候于無繩電話系統(tǒng)的控制信道，將綜測(cè)儀信令存貯顯示(SAVE)控制面板上工作開關(guān)K10置在ON位置，接通數(shù)字信令存貯顯示模塊，面板頂部LED指示燈亮；按運(yùn)行(RUN)鍵使模塊處于等待觸發(fā)存貯狀態(tài)，停止存貯(STOP)指示燈滅。為了避免交換機(jī)信號(hào)音及2/4轉(zhuǎn)換反射信號(hào)干擾信令波形觀測(cè)，本實(shí)驗(yàn)中將無繩座機(jī)用戶線從交換機(jī)上拔下。信令存貯顯示控制面板停止（STOP）燈亮，表示手機(jī)摘機(jī)信令過程已存貯完畢。 綜側(cè)儀鎖定于通話信道的標(biāo)志是：信道掃描停止并且BS及MS測(cè)量面板同時(shí)顯示接收頻率。 4．手機(jī)用戶按鍵進(jìn)行“撥號(hào)”、“閃斷’等操作，綜測(cè)儀以單次觸發(fā)方式存貯記錄下這一次信令傳輸過程，存貯顯示控制面板停止(STOP)指示燈亮，示波器可觀察到存貯的數(shù)字信令。反復(fù)按同步(SYNC)鍵分五步循環(huán)步進(jìn)調(diào)節(jié)波形的閃爍及亮度，在波形由嚴(yán)重閃爍剛好調(diào)節(jié)到不閃爍時(shí)，亮度最高，波形最清晰，在以后的測(cè)量中再不必調(diào)整。 5．重復(fù)4，觀測(cè)并記錄另1次信令傳輸過程。 (二)用TDS210雙蹤數(shù)字存貯示波器觀測(cè)無線數(shù)字信令 1．將TDS210雙蹤數(shù)字存貯示波器的兩個(gè)測(cè)量探頭分別接至綜測(cè)儀BS及MS測(cè)量面板上AFo端；示波器外觸發(fā)輸入端接至綜測(cè)儀MS測(cè)量面板上觸發(fā)輸出端。 關(guān)斷綜測(cè)儀發(fā)射機(jī)及信令存貯顯示電路 ( TX控制面板上K6置OFF，SAVE控制面板上K10置OFF)，電源指示燈滅；置綜測(cè)儀為自動(dòng)測(cè)量方式(按控制面板K1至SYST燈亮，再按K2，SYST燈常亮)，綜測(cè)儀守候于控制信道。按示波器運(yùn)行(RUN)鍵使示波器處于等待觸發(fā)掃描狀態(tài)，示波器顯示屏上方狀態(tài)欄中停止(STOP)字符變?yōu)檫\(yùn)行(RUN)字符。調(diào)節(jié)示波器水平分度至2．5~5ms／DIV，展開波形，仔細(xì)觀測(cè)井記錄信令傳輸過程。 5．通話完畢，按運(yùn)行(RUN)鍵使示波器處于等待觸發(fā)掃描狀態(tài)，示波器顯示屏上方狀態(tài)欄中停止(STOP)字符變?yōu)檫\(yùn)行(RUN)字符。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果列出以下幾種操作的無線數(shù)字信令傳輸過程圖，并注明在綜測(cè)儀上查到的無繩電話系統(tǒng)16位ID碼，與圖中，及比較．最后總結(jié)出數(shù)字信令典型幀結(jié)構(gòu)。 2．拉開手機(jī)與座機(jī)之間的距離，降低座機(jī)的接收機(jī)輸入C／N，增大接收信令誤碼率。 3．測(cè)量并記錄手機(jī)主呼摘機(jī)信令傳輸過程，試分析信令幀結(jié)構(gòu)及傳輸協(xié)議。實(shí)驗(yàn)三 信令系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過對(duì)移動(dòng)通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量，了解一般移動(dòng)通信系統(tǒng)的信令系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。 2．用示波器觀測(cè)手機(jī)操作時(shí)座機(jī)對(duì)手機(jī)——座機(jī)之間無線數(shù)字信令與座機(jī)——交抉機(jī)之間用戶線信令的轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)發(fā)。三、基本原理 通信系統(tǒng)中除用戶信息(如話音)外的一系列控