【正文】 套完整的移動通信教學(xué)實驗系統(tǒng)，如圖14所示。圖12 TACS蜂窩移動通信系統(tǒng)移動臺主呼接續(xù)過程圖13 簡化的移動通信系統(tǒng)方框圖基于上述原因，為了得到體積小巧、價格低廉、可放在實驗桌上由學(xué)生動手操作的移動通信教學(xué)實驗系統(tǒng)。FDMA發(fā)展早，已成功應(yīng)用于各種移動通信系統(tǒng)多年，目前在一些領(lǐng)域仍在廣泛應(yīng)用。 移動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，熟悉移動通信系統(tǒng)的基本功能。3．了解基帶話音的基本特點。實驗一 移動通信系統(tǒng)組成及功能一、實驗?zāi)康?．了解移動通信系統(tǒng)的組成。2．了解移動通信系統(tǒng)的基本功能。二、實驗內(nèi)容1．按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接各設(shè)備，構(gòu)成移動通信實驗系統(tǒng)。3．用雙路無線綜合測試儀(以下簡稱綜測儀)及示波器觀測空中傳輸?shù)脑捯舨ㄐ?。各模塊之間的信道，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模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)移動臺主呼接續(xù)過程如圖12所示。圖11 移動通信系統(tǒng)方框圖這樣龐大復(fù)雜的系統(tǒng)無法放在實驗桌上由同學(xué)自己動手做實驗。常用的移動通信系統(tǒng)主要有四類：蜂窩移動通信系統(tǒng)、集群移動通信系統(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)一般為模擬移動通信制式，TDMA及CDMA為數(shù)字移動通信制式。數(shù)字移動通信是在模擬移動通信基礎(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，TEL為有線電話。這個系統(tǒng)具有二方面意義：(1)實際使用的CTI無繩電話，其座機通過用戶線接入公用電話網(wǎng)(PSTN)的交換機，則本系統(tǒng)是縮小的實際無繩電話系統(tǒng)。下面對圖14各部分及本實驗內(nèi)容介紹如下：1． . 中國最大的資料庫下載CTI無繩電話屬于FDMA系統(tǒng)，數(shù)十個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。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通信系統(tǒng)之一。2．程控交換機本系統(tǒng)中程控交換機采用1拖4雙繩路小型用戶程控交換機，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 小型程控交換機接線圖圖15為小型程控交換機的接線圖。交換機由220V市電供電，通電后電源指示LED燈連續(xù)閃爍，用戶電話摘機后對應(yīng)的LED指示燈亮。本實驗用綜測儀觀測無繩電話發(fā)射在空中的話音波形，了解話音的特點。本系統(tǒng)可實現(xiàn)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)。由以上實驗可了解移動通信系統(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源和口腔聲道形狀的不同而形成的。濁音對應(yīng)于聲帶振動，每個單詞中至少包括1個濁音。發(fā)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)清音時聲帶不振動，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，清音信號沒有準周期性。圖16 濁音的準周期波形5．二類移動通信教學(xué)實驗系統(tǒng)移動通信教學(xué)實驗系統(tǒng)分為學(xué)生實驗型及教師演示型二類。在此條件下，為了保證同一套實驗系統(tǒng)內(nèi)部接收信號足夠強，能正常完成各實驗，必須加強無線設(shè)備間的無線耦合：①無繩座機BS的天線垂直豎立但不要拉出。②無繩手機MS的天線不要拉出。 教師演示型移動通信教學(xué)實驗系統(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、實驗步驟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號碼80802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220V電源。2．有線電話1摘機，交換機上對應(yīng)的LED指示燈亮，用戶聽撥號音。有線電話2摘機通話，通話完畢掛機，未掛機的一方聽忙音。若有線電話2用戶線從交換機上拔下，有線電話1撥號后聽回鈴。4．無繩手機按“通話”鍵摘機，聽到撥號音后撥有線電話1或有線電話2的號碼，有線電話振鈴，無繩手機聽回鈴。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。6．將雙蹤示波器兩個探頭分別接至綜測儀BS及MS測量面板上Afo輸出端口。關(guān)發(fā)射機(K6置OFF)，關(guān)信令存貯顯示模塊(K10置OFF)。若綜測儀因誤碼未檢測到手機摘機信令仍停在控制信道，則按控制面板掃描(SCAN)鍵K3啟動綜測儀掃描信道，最后鎖定于該通話信道。手機撥號呼叫有線電話進入通話后，示波器可觀測到通話雙方的話音波形，記錄濁音波形，測出濁音的基音頻率。總結(jié)主呼方從摘機、撥號、通話到掛機的各個階段聽到哪些信號音？由實驗結(jié)果回答，有線電話掛機時用戶線是處于開路狀態(tài)嗎?畫出自己話音濁音波形，給出所測基音頻率，與同組同學(xué)比較。二、實驗內(nèi)容1．用雙蹤示波器通過綜測儀觀測無繩電話無線數(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，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))及糾錯碼四部分，分別介紹如下。位同步建立需要時間，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、撥號等效據(jù)，統(tǒng)稱為消息。 (4)糾錯碼：對有效數(shù)據(jù)進行糾(檢)錯編碼后產(chǎn)生的監(jiān)督位。② 檢錯重發(fā)，常稱為自動請求重發(fā)ARQ(Automatic Repeat Request)：發(fā)端對數(shù)據(jù)進行糾、檢錯編碼，收端發(fā)現(xiàn)有糾正不了的誤碼時，自動請求發(fā)端重發(fā)，直到收到正確數(shù)據(jù)為止。發(fā)端在沒有收端請求的情況下，按事先規(guī)定主動重發(fā)多幀信令，收端對其糾檢錯之后再進行大數(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移動通信教學(xué)實驗系統(tǒng)無線部分的我國的CTI無繩電話，相關(guān)技術(shù)標準只規(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)。本實驗系統(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，十分可靠實用，也比較規(guī)范，便于觀測。然后再對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)以手機撥號(號碼7)為例，見圖22。在初裝無繩電話時，座機與手機要統(tǒng)一ID碼，稱為對碼。在手機摘機主呼及被呼振鈴時，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)省傳輸時間只發(fā)送部分ID碼。實驗前教師己對好了碼，實驗一、二、三中同學(xué)不必對碼)。要查看系統(tǒng)ID碼只需點動綜測儀對碼(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)。信令中手機號代碼含義見表22，2位代碼倒序看為自然二進制碼，與手機號碼直接對應(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)撥號碼0*、0109H、0EH、0FH閃斷(Flash)10H 掛機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。 (1)手機撥號(號碼7)圖24 手機撥號(號碼7)信令傳輸過程 圖24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(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，必須采用差錯控制。但與一般ARQ方式不同，數(shù)據(jù)中的檢錯功能不是由糾檢錯編碼實現(xiàn)，而是由以下手段實現(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方式檢測其半周期及周期，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傳遞到下一碼元，若前一碼元剛好錯成另一碼元，則下一碼元脈沖半周期或周期一般都會出錯。更重要的是，最佳檢測對每個碼元的檢測結(jié)果只給出是0還是1，但這個碼元的對錯它一無所知，只能通過糾錯解碼來判定；而脈寬檢測根據(jù)每個碼元的參數(shù)就可檢測出誤碼，等效為每個碼元自帶檢錯信息。 座機及手機依據(jù)以上信令數(shù)據(jù)的可靠檢錯功能，以自動請求重發(fā)ARQ方式保證信令數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｗ鶛CBS受到第1個命令幀檢測無誤碼，則連續(xù)發(fā)多個應(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)送請求重發(fā)信息，MS就連續(xù)重發(fā)第3個、第4個……命令幀，直至收到BS的應(yīng)答為止(或MS因發(fā)送超時，放棄這次信令傳輸)。(2)手機掛機圖25 手機掛機信令傳輸過程 圖25為手機掛機信令傳輸過程。四、實驗步驟 (一)用普通雙蹤示波器觀測無線數(shù)字信令 1．將普通雙蹤示波器的兩個測量探頭分別接在綜測BS及MS測量面板上存貯信令的輸出端SIG；示波器外觸發(fā)輸入端接至綜測儀BS測量面板的觸發(fā)信號輸出端TRIs。設(shè)置綜測儀為自動跟蹤測量方式(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。為了避免交換機信號音及2/4轉(zhuǎn)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拔下。信令存貯顯示控制面板停止（STOP）燈亮，表示手機摘機信令過程已存貯完畢。 綜側(cè)儀鎖定于通話信道的標志是：信道掃描停止并且BS及MS測量面板同時顯示接收頻率。 4．手機用戶按鍵進行“撥號”、“閃斷’等操作，綜測儀以單次觸發(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)步進調(diào)節(jié)波形的閃爍及亮度，在波形由嚴重閃爍剛好調(diào)節(jié)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(diào)整。 5．重復(fù)4，觀測并記錄另1次信令傳輸過程。 (二)用TDS210雙蹤數(shù)字存貯示波器觀測無線數(shù)字信令 1．將TDS210雙蹤數(shù)字存貯示波器的兩個測量探頭分別接至綜測儀BS及MS測量面板上AFo端；示波器外觸發(fā)輸入端接至綜測儀MS測量面板上觸發(fā)輸出端。 關(guān)斷綜測儀發(fā)射機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；置綜測儀為自動測量方式(按控制面板K1至SYST燈亮，再按K2，SYST燈常亮)，綜測儀守候于控制信道。按示波器運行(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\行(RUN)字符。調(diào)節(jié)示波器水平分度至2．5~5ms／DIV，展開波形，仔細觀測井記錄信令傳輸過程。 5．通話完畢，按運行(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\行(RUN)字符。五、實驗報告要求 1．根據(jù)實驗結(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．拉開手機與座機之間的距離，降低座機的接收機輸入C／N，增大接收信令誤碼率。 3．測量并記錄手機主呼摘機信令傳輸過程，試分析信令幀結(jié)構(gòu)及傳輸協(xié)議。實驗三 信令系統(tǒng)一、實驗?zāi)康? 通過對移動通信教學(xué)實驗系統(tǒng)的測量，了解一般移動通信系統(tǒng)的信令系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。 2．用示波器觀測手機操作時座機對手機——座機之間無線數(shù)字信令與座機——交抉機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