移动通信实验报告

1、移动通信实验报告实验项目蜂窝移动通信实验学生姓名禹雅彬指导教师陈科文专业班级电子信息1101学号0909111705完成日期2014年4月20日 信息科学与工程学院目 录第一部分 移动通信实验系统2第三章 信道编码实验2实验一 分组码交织与解分组码解交织2实验四 扰码与解扰2第四章 调制解调实验2实验一 GMSK调制解调实验2实验二 QPSK调制解调实验2实验三 CDMA扩频调制实验2实验四 CDMA解扩实验2第五章 系统实验2实验一 GSM移动台开机登陆和关机实验2实验二 移动性管理实验2实验三 移动台主叫实验2实验四 移动台被叫实验2第二部分 GSM基站实验系统2实验二 移动台入网过程实验

2、2实验三 移动台主叫实验2实验四 移动台被叫实验2 第一部分 移动通信实验系统 第三章 信道编码实验实验一 分组码、交织与解分组码、解交织一、 实验目的1、了解分组码的编码原理和利用伴随式译码的基本方法；2、掌握简单的交织和解交织的基本原理和方法； 3、了解利用交织和编码结合的方法纠突发差错的原理。二、预备知识1、分组码的编码原理和译码的基本方法；2、交织和解交织的基本原理和方法；三、实验仪器1、移动通信实验箱 一台；2、台式计算机 一台；四、 实验步骤1、 将实验箱和计算机通过串行口连接好，为实验箱上电。2、 将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在“实验选择”栏中选择“分组码交织”实验

3、，点击确认键。从而进入此实验界面。3、 在实验界面点右下方“操作”一栏中的 “生成数据”，让系统自动生成待编码的随机比特。也可在界面上直接双击所显示的bit，修改其值。（信息的显示为图形显示比特显示）。4、 在界面上点击下发“原始数据”，该数据将被送入单片机（或CPLD）进行分组码编码和7×8交织，然后经过编码和交织后的数据被送回学生平台并显示在“编码数据”栏。5、 学生可以在噪声图样一栏加入一个突发差错，然后点击“加噪声”，再点击下发“加噪数据”，将加入噪声的信息比特送到单片机（或CPLD）进行分组码解码和解交织。6、 解码和解交织以后的数据被回显在解码数据一栏，同时，不能纠正的误

4、码比特在“错误统计”显示。7、（可选）利用CPLD实现分组码交织时，学生自己编写（7，4）分组码的编码和解码模块程序，综合适配后，下载到CPLD中，然后重复26步骤，进行验证。五、实验结果及其分析1 交织在纠突发差错中的原理数字信号在传输过程中，会受到各种噪声和干扰的影响，使接收端产生错误判决，造成误码（差错）。差错的类型主要有二种。 1）.随机差错信道中各码元是否出现差错，与其前、后码元是否差错无关，每个码元独立地按一定的概率产生差错。从统计规律看，可以认为这种随机差错是由加性高斯白噪声AWGN引起的，主要的描述参数是误码率。2）.突发差错差错成片出现，一个差错片称为一个突发差错。突发差错总

5、是以差错码元开头、以差错码元结尾，头尾之间并不是每个码元都错，而是码元差错概率大到超过了某个标准值。通信系统中的突发差错是由突发噪声引起的，比如雷电、强脉冲、时变信道的衰落等。存储系统中，磁带磁盘物理介质的缺陷、读写头的接触不良等造成的差错均为突发差错。对突发差错，本身有多种纠突发差错的编码方式，如GSM移动通信中所用FIRE码。也可以简单地利用交织的方式打乱成片的突发差错，与一般的纠错编码相结合，也能达到很好的纠突发差错的效果。最简单的交错器是一个n´m的存储阵列，码流按行输入后按列输出。图3. 1是一个适用于码长N=7的5´7行列交错器的示意图，从图中看到，码流的顺序1

6、,2,3,7,8经交错器后变为1,8,15,22,29,2,9。现假设信道中产生了5个连续的差错，如果不交错，这5个差错集中在1个或2个码字上，很可能就不可纠。采用交错方法，则去交错后差错分摊在5个码字上，每码字仅一个。7654321141312111098212019181716152827262524232235343332313029 7654321141312111098212019181716152827262524232235343332313029 2 29 22 15 8 1图3. 1 5´7行列交错器工作原理示意图2 利用交织与分组编码结合纠突发差错的实验我们首先设

7、计能纠一位差错的（7，4）系统线性分组码。输入信息bit为：u3,u2,u1,u0。(7，4) 线性分组码，其生成矩阵是：G =编码后数据为c6,c5,c4,c3,c2,c1,c0,该编码是系统编码，所以，其中c3,c2,c1,c0= u3,u2,u1,u0其编码电路设计如图3.2 ：图3.2 该线性分组码在无交织时，一个7比特收码中如果错2位比特将不能正确译码。然后，我们设计一个8×7交织器以后，让八个（7，4）分组码经过交织器后输出到信道，进行传输。在信道传输的过程中，如果发生一个长度小于8bit的突发差错，在接收端解交织以后，错误比特将分摊在多个码字上，每码字仅一个差错，在分组

8、码的纠错范围以内，突发差错可以完全纠正过来。7654321141312111098212019181716152827262524232235343332313029424140393837364948474645444356555453525150 7654321141312111098212019181716152827262524232235343332313029424140393837364948474645444356555453525150 交织器（行入列出）去交织器（列入行出）图3. 3实验分析：原始序列加入一个噪声点经过解码后恢复为原正确序列。说明在信道传输的过程中，如果发生

9、一个长度小于8bit的突发差错，在接收端解交织以后，错误比特将分摊在多个码字上，每码字仅一个差错，在分组码的纠错范围以内，突发差错可以完全纠正过来。如果发生一个长度小于8bit的突发差错（第二张图），在接收端解交织以后，错误比特将分摊在多个码字上，每码字多个差错，在分组码的纠错范围以外，突发差错不可以完全纠正过来。实验四 扰码与解扰一、实验目的1了解扰码的目的和基本原理；2掌握伪随机序列m序列的实现方法；二、预备知识1、扰码的基本原理和用途；2、m序列的产生方法。三、实验仪器1、移动通信实验箱 一台；2、台式计算机 一台；四、实验步骤1、 将实验箱和计算机通过串行口连接好，为实验箱上电。2、

10、将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在“实验选择”栏中选择“扰码”实验，点击确认键。从而进入此实验界面。3、 在实验界面上点“生成数据”，让系统生成待编码的随机比特。也可在界面上直接双击所显示的bit，修改其值。4、 在界面上点击下发“原始数据”，该数据将被送入单片机（或CPLD）进行扰码然后经过扰码的数据被送回学生平台并显示在“编码数据”栏。5、 点击“编码数据”，将经过扰码的信息比特送到单片机（或CPLD）进行解扰码。6、 解扰后的数据送回后，显示在解码数据一栏。7、 利用CPLD实现m序列码时，学生自己编写m序列功能部分的程序，综合适配后，下载到CPLD中，然后重复16步骤，进行验

11、证。五、实验结果及其分析扰码不属于信道编码的范畴，起不到纠错的功能，但是，扰码也是通信中经常采取的一种重要手段，扰码的作用主要有：第一，进行基带信号传输的缺点是其频谱会因数据出现连“1”和连“0”而包含大的低频成分，不适应信道的传输特性。解决办法之一是采用扰码技术,使信号受到随机化处理，变为伪随机序列，又称为“数据随机化”和“能量扩散”处理。第二，扰码还能改善位定时的恢复质量，可以使信号频谱平滑，使帧同步和自适应同步和自适应时域均衡等系统的性能得到改善。第三，利用伪随机序列进行扰码也是实现数字信号高保密性传输的重要手段之一。一般将信源产生的二进制数字信息和一个周期很长的伪随机序列模2相加，就可

12、将原信息变成不可理解的另一序列。这种信号在信道中传输自然具有高度保密性。在接收端将接收信号再加上（模2和）同样的伪随机序列，就恢复为原来发送的信息。实现加扰和解扰，需要产生伪随机二进制序列（PRBS），再与输入数据逐个比特作模2加运算。PRBS也称为m序列，这种m序列与数据码流进行模2加运算后，数据流中的“1”和“0”的连续游程都很短，且出现的概率基本相同。扰码虽然“扰乱”了原有数据的本来规律，但因为是人为的“扰乱”，在接收端很容易去扰，恢复成原数据流。本次实验所用的m序列是由8位线性移位寄存器实现的，扰码和解扰所用的m序列是相同的。m序列的反馈多项式为：图3.9实验分析：原始数据出现为9c9

13、955bdf7159191,有连续为1的码字，经过编码后1的个数为34个0的个数为30个，说明采用扰码技术,使信号受到随机化处理，变为伪随机序列，即进行了“数据随机化”和“能量扩散”处理，由图可知加入了6个噪声点，解码数据并不能纠错，错误统计仍旧为6个点，从而验证了扰码不属于信道编码的范畴，起不到纠错的功能。第四章 调制解调实验实验一 GMSK调制解调实验一、 实验目的1. 了解GMSK技术在移动通信系统中的应用2. 掌握GMSK调制解调数据传输过程；3. 掌握GMSK解调数据传输过程；4. 掌握高斯成形滤波器的实现原理二、 预备知识1. 数字信号传输的工作方式与工作过程2. GMSK调制的基

14、本工作原理3. 高斯低通滤波器4. QPSK解调的基本工作原理三、 实验仪器1. 移动通信实验箱 一台；2. 台式计算机 一台；3. 示波器 一台；四、实验步骤1. 启动实验箱，在主界面上选择实验 “GMSK调制”，进入“GMSK调制”界面。2. 点击“系统模型”按钮，弹出“GMSK调制原理框图”窗口，熟悉GMSK调制原理；关闭该窗口。3. 输入原始数据。原始数据产生方式有两种：自动和手动。选中“自动”方式时，原始数据由系统自动生成；未选中“自动”方式时，将会出现数据输入窗口，根据窗口提示输入16进制原始数据，点击“返回”按钮完成输入。4. 点击“初始化”按钮，调制过程开始；5. 根据系统模型

15、，在画面右上方选择需要观察的信号点对应的字母（如要观察发送数据的波形，点击字母“A”），观察调制过程中信号点的波形；可通过页面下方按钮选择“放大”、“缩小”或“移动”观察波形。6. 也可以选择通过示波器观察各信号点。先将示波器的输入端与实验板上“观察端M”（在实验箱最右边偏上的位置，为D/A转换器的输出口）连接，根据系统模型，在画面右上方选择需要观察的信号点对应的字母（如要观察发送数据的波形，点击字母“A”），在示波器上观察调制过程中信号点的波形。五、 实验结果及其分析实验采用调相法。用高斯滤波器作为MSK的前置滤波器，原理框图如图4. 1所示。高斯低通滤波器的冲击响应满足4. 1式， 4.

16、1图4. 1 GMSK调制解调原理框图其中表示函数，是低通滤波器的带宽，T是码元时间，为归一化带宽，通过计算，得到高斯滤波器特性如图4.2.1。图4.2.2 高斯低通滤波器冲击响应假设A点一组输入数据为1,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0，经过差分编码后B点输出为-1,-1,1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1，通过高斯低通滤波器后，C点输出波形为：（从绿线开始，前面是位同步码，以下相同）图4.2.2 高斯滤波器输出附加相位通过积分获得，所以D点输出为：图4.2.3 附加相位对积分输出的附加相位信号求和

17、函数可以分别获得I路和Q路的基带信号，其中I路的波形为E：图4.2.4 I路基带信号 J点为调制输出波形：图4.2.5 调制信号F点为延时信号与原信号相乘：图4.2.6 差分解调信号差分信号通过低通滤波器，滤除高频分量，获得G点输出：图4.2.7 低通滤波器输出信号对G点信号进行位同步，并判决后输出H，差分译码获得解调结果。实验分析：MSK调制信号的基本特点；信号能量的99.5%被限制在数据传输速率的1.5倍的带宽内。谱密度随频率（远离信号带宽中心）倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位FSK信号的谱密度却随频率倒数的平方下降。因此，MSK信号在带外产生的干扰非常小。这正是限带工作情况下所希望有

18、的宝贵特点。信号包络是恒定的，系统可以使用廉价高效的非线性器件。从相位路径的角度来看，MSK属于线性连续相位路径数字调制，是连续相位频移键控（CPFSK）的一种特殊情况，有时也叫做最小频移键控（MSK）。MSK的“最小（Minimum）”指的是这种调制方式能以最小的调制指数（h=0.5）获得正交的调制信号。高斯低通滤波器的作用及实现方法1限制信号带外辐射功率，抑制高频成分，防止过量的瞬时频率偏移，可以进行相干检测。2作为MSK调制的前置滤波器且必须满足下列要求1带宽窄且是锐截止的具有较低的过脉冲响应;(3)能保持输出脉冲的面积不变如图所示经过相干解调后的波形有很大的高频分量，经过低通滤波后滤除

19、高频分量，得到较为平缓的波形，便于抽样判决，从上图实验数据可知，差分解码后的数据和原始发送数据是一样的加相位的基本含义，及其在解调中的作用：附加相位是MSK信号的总相位减去随时间线性增长的载波相位而得到的剩余相位。 解调中的作用：根据相位变化的关系可进行信号判决实验二 QPSK调制解调实验一、实验目的1. 了解QPSK技术在移动通信系统中的应用2. 掌握QPSK调制解调数据传输过程；3. 了解QPSK的载波恢复和位定时恢复的基本方法4. 掌握QPSK解调数据传输过程；5. 掌握升余弦成形滤波原理二、预备知识1. 数字信号传输的工作方式与工作过程2. QPSK的基本工作原理3. 升余弦成形滤波软

20、件4. QPSK解调的基本工作原理5. 载波同步和位同步的基本方法三、实验仪器1、移动通信实验箱 一台；2、台式计算机 一台；3、示波器 一台；四、实验步骤1. 启动实验箱，在主界面上选择实验 “QPSK调制”，进入“QPSK调制”界面。2. 点击“系统模型”按钮，弹出“QPSK调制原理框图”窗口，熟悉QPSK调制原理；关闭该窗口。3. 输入原始数据。原始数据产生方式有两种：自动和手动。选中“自动”方式时，原始数据由系统自动生成；未选中“自动”方式时，将会出现数据输入窗口，根据窗口提示输入16进制原始数据，点击“返回”按钮完成输入。4. 点击“初始化”按钮，调制过程开始；5.根据系统模型，在画

21、面右上方选择需要观察的信号点对应的字母（如要观察发送数据的波形，点击字母“A”），观察调制过程中信号点的波形；可通过页面下方按钮选择“放大”、“缩小”或“移动”观察波形。6.也可以选择通过示波器观察各信号点。先将示波器的输入端与实验板上“观察端M”（在实验箱最右边偏上的位置，为D/A转换器的输出口）连接，根据系统模型，在画面右上方选择需要观察的信号点对应的字母（如要观察发送数据的波形，点击字母“A”），在示波器上观察调制过程中信号点的波形。五、实验结果及其分析QPSK调制解调的实现原理框图如图。图4.3 QPSK调制解调原理框图A 点为发送数据；B串/并变换发送数据长度为128bit，经过交织

22、器输出的数据为一路串行数据，需要进行串/并变换，产生两路并行数据各为64bit。C差分编码：为了防止相位模糊现象，采用差分编码，并进行QPSK映射。差分编码的公式： QPSK映射采用如下方式：图4.4 QPSK映射图D滤波与调制模块方波会在时间上扩展，造成码间干扰，导致接收机在检测一个码元时发生错误的概率增大。所以在调制系统中需要对信号进行滤波，以减少失真和符号间干扰（ISI）。每一支路在进行调制之前进行Nyquist成形滤波使QPSK信号的功率谱限制在分配的带宽内。在这里，选择具有均方升余弦滚降特性的滤波器。具有升余滚降特性的H（）可表示为：，抽样作卷积。将滤波器的冲击响应函数列表，33个样

23、值。取不同的窗函数，滤波器的频谱特性不同。这里选择哈明窗作为窗函数，这样可以避免产生吉布斯现象。取滚降系数=0.5，抽样步长Ts=Tc/10，每个码元采样10个点，阶数N=33。图4.5为滤波器特性的仿真示意。图4.5成形滤波器特性滤波后信号调制到25kHz的载波上，两路相加从而完成信号调制。E接收到的已调信号为了实现正交解调，需要进行希尔伯特变换，获得两个分量I和Q。F能量判决与载波恢复在接收端能量判决，当超过设定的门限值后，可判断接收到有效信号。通过发送的训练序列来进行载波同步。图4.6显示载波同步的过程，载波误差逐渐收敛。 图4.6 载波同步误差角度收敛图在这里，我们简单的讨论一下同相正

24、交解调的原理，来说明载波同步的方法。设两个正交的滤波器的输出为和，那么正交解调的过程用数学公式表示如下： 4.2.2若没有经过载波同步，本地载波与调制信号的载波会存在相位误差，这里设为，计算可知： 4.2.3若载波已同步，即为0，那么，从而得到解调的结果；若，我们可以在训练阶段，使发送的an与bn相同，即上式中的，则可得到这一重要的结果。通过这个结果我们可以求出，调整载波相位，从而实现载波同步。G位定时位定时也即码同步。这里需要从每个码元的10个抽样点中选择合适的判决时刻。位定时误差的提取时刻可依据基带信号过零点。继载波同步训练序列之后，发送位定时训练序列（倒相序列）。采用下面位定时误差提取法

25、： 图4.7 位定时误差提取示意图，如果>0，则定时抽样脉冲向前调整；反之应向后调整。H信号同相正交解调当发送序列为1,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1，对应的解调后得到的波形图4.2-13。 图4.8 解调的结果升余弦成形滤波的基本原理和作用：每一支路在进行调制之前进行Nyquist成形滤波使QPSK信号的功率谱限制在分配的带宽内。在这里，选择具有均方升余弦滚降特性的滤波

26、器。BPSK、QPSK和QPSK之间的区别：BPSK,是0和调相，qpsk是0，,90,180,270，思维调相，就是QPSK调相的速率要比BPSK大2倍。载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波，这个载波获取称为载波同步若没有经过载波同步，本地载波与调制信号的载波会存在相位误差，这里设为，计算可知： 4.2.3若载波已同步，即为0，那么，从而得到解调的结果；若，我们可以在训练阶段，使发送的an与bn相同，即上式中的，则可得到这一重要的结果。通过这个结果我们可以求出，调整载波相位，从而实现载波同步。位同步：接收端的码元定时脉冲序列的重复频率和相位要与

27、发送端保持一致位定时也即码同步。这里需要从每个码元的10个抽样点中选择合适的判决时刻。位定时误差的提取时刻可依据基带信号过零点。继载波同步训练序列之后，发送位定时训练序列（倒相序列）。本实验采用位定时误差提取法。实验三 CDMA扩频调制实验一、实验目的1. 了解扩频调制的基本概念；2. 掌握PN码的概念以及m序列的生成方法；3. 掌握扩频调制过程中信号频谱的变化规律。二、预备知识1. 不同多址接入方式（TDMA、FDMA、CDMA）的区别；2. 扩频码的种类与应用；3. 扩频码的基本性质。三、实验仪器1、移动通信实验箱 一台；2、台式计算机 一台；四、实验步骤1在主界面上选择实验 “扩频调制”

28、实验；2.选择“手动输入”或“随即生成”产生原始数据；3可选择“长度为15的m序列”，或者“长度为31的m序列”，或者“长度为31的gold序列”;4观察扩频后的数据，并可用频谱分析仪器观察频谱变化；红色曲线表示原始信号，绿色曲线表示扩频信号。我们可以发现，扩频后，频谱展宽。五、实验结果及其分析m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移位器产生的周期最长的一种序列。如果把两个m序列发生器产生的优选对序列模二相加，则产生一个新的码序列，即Gold码序列。实验中三种可选的扩频序列分别是长度为15的m序列、长度为31的m序列以及长度为31的Gold序列。1.长度为15的m序列由4

29、级移存器产生，反馈电路如图4.9所示。 a3 = a3（+）a0初始状态 1 0 0 0 1 1 0 01 1 1 01 1 1 10 1 1 11 0 1 10 1 0 11 0 1 01 1 0 10 1 1 00 0 1 11 0 0 10 1 0 00 0 1 00 0 0 1 . 1 0 0 0图 4.9 长度为15的m序列的生成2.长度为31的m序列由5级移存器产生，反馈电路如图4.10所示。图 4.10 长度为31的m序列的生成需要说明的是：反馈电路如何连接由m序列生成多项式确定，生成多项式不同，反馈电路的连接方式也不同。图4.10仅为可产生长度为31的m序列的反馈电路连接方式之

30、一。m序列发生器 n级m序列发生器 n级 初态设置时钟Gold码3. 长度为31的Gold序列: 图4.11Gold码发生器Gold序列是Gold于 1967年提出的，它是用一对优选的周期和速率均相同的m序列模二加后得到的。其构成原理如图4.11所示。两个m序列发生器的级数相同，即。如果两个m序列相对相移不同，所得到的是不同的Gold码序列。对n级m序列，共有个不同相位，所以通过模二加后可得到个Gold码序列，这些码序列的周期均为。以长度为31的Gold序列为例，其生成器如图4.12所示，其中和为m序列的生成多项式。图4.12 长度为31的Gold序列生成器产生的两组m序列为： 1 0 0 0

31、 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1

32、 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0

33、 1 1 1 0 1 1 . 所以生成长度为31的Gold序列为： 0,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0实验分析:原始序列频率较低，经过扩频后频谱展宽。由于扩频通信具有以下优点（1）易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率（2）抗干扰性强，误码率低（3）隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小（4）可以实现码分多址（5）抗多径干扰（6）能精确地定时和测距（7）适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务、（8）安装简便，易于维护，使得扩频通信在通信中成为信息时代的高技术通信传输方式。扩频主要有直接序列扩频、跳频扩

34、频、跳时扩频、宽带线性调频、混合方式，频带的扩展是通过一个独立的码序列（一般是伪随机码）来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。主要应用于军事通信中、移动通信、卫星通信，测距定位。扩频通信，是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽，原始数据经过扩频后信号的频谱展宽； 实验四 CDMA解扩实验一、实验目的1. 了解CDMA解扩的基本概念；2. 掌握解扩的基本方法；3. 掌握解扩过程中信号频谱的变化规律。二、预备知识1. 扩频的基本原理；2. 扩频过程中信号频谱的变化；3. 解扩过程中信号频

35、谱的变化。三、实验仪器1、移动通信实验箱 一台；2、台式计算机 一台；四、实验步骤1. 在主界面上选择“解扩”实验；2. 选择“手动输入”或“随机生成”产生原始数据；3. 可选择“长度为15的m序列”，或者“长度为31的m序列”，或者“长度为31的gold序列”;4. 设定解扩码相位，比较相位同步、不同步时解扩的结果。5. 设定解扩码相位，观察“频谱分析仪”上信号频谱的变化。红色曲线表示原始信号的频谱，绿色曲线表示扩频信号的频谱，蓝色曲线表示解扩信号的频谱。五、实验原理结果及其分析扩频码序列同步是扩频系统特有的，也是扩频技术中的难点。CDMA系统要求接收机的本地扩频码与接收到的扩频码在结构、频

36、率和相位上完全一致，否则就不能正常接收所发送的信息，接收到的只是一片噪声。若实现了收发同步但不能保持同步，也无法准确可靠地获取所发送的信息数据。因此，扩频码序列的同步是CDMA扩频通信的关键技术。实验中，解扩码相位可以改变。当解扩码相位为“0”时表示解扩码和扩频码同步，无相位差，这时候观察到正确的解扩结果，且频谱恢复到原始信号的较窄的频谱；当解扩码相位不为“0”时，观察到解扩的结果不正确，频谱也不能正确恢复。相位差为3相位差为3实验分析：在接收链路中数据恢复之前移去扩频码，称为解扩。解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息。扩频码序列同步是扩频系统特有的，也是扩频技术中的难点。CDMA系统要求接收

37、机的本地扩频码与接收到的扩频码在结构、频率和相位上完全一致，否则就不能正常接收所发送的信息，接收到的只是一片噪声。若实现了收发同步但不能保持同步，也无法准确可靠地获取所发送的信息数据。因此，扩频码序列的同步是CDMA扩频通信的关键技术。第五章 系统实验实验一 GSM移动台开机登陆和关机实验一、 实验目的1、了解GSM移动终端开机后接入网络进入工作状态的全过程；2、掌握GSM移动终端开机入网位置登记的信令过程；3、掌握GSM移动终端关机离开网络的信令过程。二、 预备知识1、GSM移动终端开机搜索网络的过程；2、GSM移动终端同基站建立RR连接的信令过程；3、GSM移动终端开机入网时IMSI附着的

38、信令；4、GSM移动终端关机时IMSI分离涉及到的信令。三、 实验仪器1、移动通信实验箱 一台；2、台式计算机 一台；四、 实验步骤1、 通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“开机登陆”实验图标，进入此实验界面。2、 点击界面上的“初始化”键。看到消息框中出现 “初始化”完成。3、点击界面上“查看参数列表”键，观察MS参数列表，可以查看到本MS对应的IMSI。再根据此IMSI去观察MSC/VLR中同本MS的IMSI相同的那条记录，可以看到在“是否附着”一栏中，目前的状态为“未附着”。4、点击界面上的“开机”开机键，观察消息框中显示

39、的开机的信令过程。开机信令过程若正常结束，会弹出对话框“开机过程完成，已经完成IMSI附着，手机处于空闲状态”。这时，再次观察MSC/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏，目前的状态变为“已附着”。5、到目前为止，正常的开机过程结束，紧接着点击界面上的“关机”键，观察消息框中显示的关机信令过程。关机信令过程若正常结束，会弹出对话框“关机结束”。这时，点击界面上“查看参数列表”键，再次观察MSC/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏，目前的状态变为“未附着”。6、由于从MS到达MSC/VLR的信令通过了MS和BS之间的无线信道、

40、BS和MSC/VLR之间的有线信道，因此LOCATION UPDATING REQUEST消息出错的情况会偶尔出现，若出现这种情况，IMSI附着会失败，信令会显示“LOCATION UPDATING REJECT”；IMSI附着失败的信令结束后，会弹出对话框：IMSI附着失败，可按“开机”键重新开始。这时，可按动“开机”键重新进行IMSI附着过程。7、以上所有的信令过程我们都是在正常模式下进行的，这时信令交互的速度比较快。为了更清晰的掌握信令的交互过程，我们可以选择界面上的“单步”键。然后按动“初始化”键。这样实验就进入单步执行状态。这时候，需要按动“下一步”按键，相应的信令交互才会出现。这时

41、信令交互的进行由此键控制。从而使学生有充分的时间一边学习实验报告中关于信令交互过程的介绍，一边进行实验。以上正常IMSI附着、关机和的信令过程都可以在单步的情况下再次进行。五，实验结果及其分析1、移动台开机搜索网络的过程当移动终端MS开机或者从盲区进入覆盖区时，手机将寻找PLMN（公共陆地移动网络）允许的所有频点，搜寻最强的BCCH载频，接收到FCCH信道信息，锁定到一个正确载频频率上。紧接着，MS开始解码SCH信道上与同步有关的信息。这时，MS也可以接收BCCH信道上有关小区信息的系统消息了。MS比较系统消息中所携带的本小区的LAI和手机中所存储的LAI。如果两者相同，则触发IMSI附着过程

42、。否则，则触发正常位置更新。此时手机已开机，基站已分配到信道。GSM网络中位置更新程序包括三类：IMSI附着、正常位置更新、周期性位置更新。从信令角度上看，周期性位置更新的信令过程同IMSI附着相似，目的是周期性向网络报告MS的可达性。有了周期性的位置更新，当移动台开机进入盲区的时候，MS就不会向网络进行周期性的位置更新，网络就将此MS标记为隐含关机状态，这时如果有其他的MS呼叫此MS，MSC/VLR就不会对此MS进行呼叫，而是直接告诉主呼的MSC/VLR，被叫MS不在服务区。从而避免了不必要的寻呼过程，节省了资源。2、IMSI附着的信令过程介绍信令过程中，首先是MS收到来自基站（BS）的系统

43、消息，其中包含了基站广播的本小区的LAI号，由于这个LAI号同MS中先前存储的LAI号相同。即表示MS上次关机时所处的位置区同现在开机时所处的位置区相同。从而MS开始IMSI附着的信令过程。首先，是MS和BS之间建立RR连接的过程。这个过程我们在4.1.4节中已做了具体的介绍。这里在（1）（2）（3）步中再做简单的介绍。MS进行IMSI附着的信令过程（1）MS在RACH随机接入信道上发送CHANNEL REQUEST消息；（2）BS收到CHANNEL REQUEST消息后，在下行的AGCH接入许可信道上发送IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息。 （3）收到IMMEDIATE ASSI

44、GNMENT信息，MS的调整到分配的专用信道上，发送SABM帧，这个消息中包含的参数有：位置更新的类型（可以是正常位置更新、IMSI附着或者周期性位置更新，则这里位置更新类型就是IMSI附着）；MS所在位置域的LAI；MS的IMSI。（4）BS收到包含有LOCATION UPDATING REQUEST内容的SABM帧后，所做的操作：向MS回发SABM的响应UA帧，UA帧的内容同SABM中的内容完成相同，MS收到内容与SABM完全相同的UA帧后，则MS的数据链路层进入证实传递模式BS将LOCATION UPDATING REQUEST消息转发给MSC/VLR。因为MM层的程序执行是由MSC/V

45、LR完成的。（5）MSC/VLR收到LOCATION UPDATING REQUEST消息，则要进行位置更新程序。则位置更新程序之前，要进行鉴权程序，MSC/VLR向MS发送鉴权请求消息AUTHENTICATION REQUEST。在MSC/VLR中存储了来自AUC鉴权中心的用户三参数组（RAND、SRES、Kc）。鉴别用户SIM卡的真实性，防止无权用户接入网络。鉴权成功；否则鉴权失败，向MS发送LOCATION UPDATING REJECT消息。（6）鉴权过程完成之后，MSC/VLR对LOCATION UPDATING REQUEST消息进行处理。将其中“是否附着”这一项标识为“已附着”；

46、并向MS发送LOCATION UPDATING ACCEPT消息。（7）在LOCATION UPDATING ACCEPT消息或者LOCATION UPDATING REJECT消息发送完毕后，IMSI附着过程完成，开始链路释放的过程。3、MS关机的信令过程介绍 MS关机的信令过程（1）开始是MS和BS之间进行RR连接的建立过程。MS在RACH随机接入信道上发送CHANNEL REQUEST消息。（2）BS收到CHANNEL REQUEST消息后，在下行的AGCH接入许可信道上发送IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息。 （3）收到IMMEDIATE ASSIGNMENT信息，MS的调

47、整到分配的专用信道上，发送SABM帧，SABM帧中就包含消息IMSI DETACH INDICATION。请求IMSI分离。（4）BS收到包含有IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息内容的SABM帧后，所做的操作：向MS回发SABM的响应UA帧，UA帧的内容同SABM中的内容完成相同，MS收到内容与SABM完全相同的UA帧后，则MS的数据链路层进入证实传递模式BS将IMMEDIATE ASSIGNMEN消息转发给MSC/VLR，MSC/VLR收到IMMEDIATE ASSIGNMENT消息，予以回应， MSC/VLR就将与此MS对应的记录改为“未附着”状态。（5）在LOCATION U

48、PDATING ACCEPT消息或者LOCATION UPDATING REJECT消息发送完毕后，IMSI附着过程完成，开始链路释放的过程。MSC/VLR维护IMSI的附着与否，作用在于当别的MS呼叫此MS时，MSC/VLR对此MS寻呼之前，先查看是否附着这一位，若已附着则进行正常的寻呼，否则就不进行寻呼，直接告诉对方的MSC/VLR此MS未开机或者不在服务区。实验二 移动性管理实验一、实验目的1、了解移动通信网络中移动性管理的作用及其实现。2、掌握VLR内部位置更新的信令过程及其对MSC/VLR参数列表的影响。3、掌握跨VLR位置更新的信令过程及其对MSC/VLR参数列表、HLR参数列表的影响。二、预备知识1、移动通信网络如何进行移动性管理。2、VLR内部的位置更新的原理及其信令流程。3、跨VLR位