移动通信试验

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试验一GSM通信系统试验

一、试验目的

通过本试验将正交调制及解调的单元试验串起来，让学生建立起GSM通信系统的概念，了解GSM通信系统的组成及特性。

二、试验内容

1、搭建GSM数据通信系统。2、观测GSM通信系统各部分信号。

三、基本原理

由于GSM是一个全数字系统，话音和不同速率数据的传输都要进行数字化处理。为了将源数据转换为最终信号并通过无线电波发射出去，需要经过几个连续的过程。相反，在接收端需要经过一系列的反过程来重现原始数据。下面我们主要针对数据的传输过程进行描述。

信源端的主要工作有1、信道编码

信道编码用于改善传输质量，战胜各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。

信道编码的基本原理是在原始数据上附加一些冗余比特信息，增加的这些比特是通过某种约定从圆熟数据中经计算产生的，接收端的解码过程利用这些冗余的比特来检测误码并尽可能的改正误码。假使收到的数据经过同样的计算所得的冗余比特同收到的不一样时，我们就可以确定传输有误。根据传输模式不同，在无线传输中使用了不同的码型。

GSM使用的编码方式主要有块卷积码、纠错循环码、奇偶码。块卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果，纠错循环码主要用于检测和改正成组出现的误码，寻常和块卷积码混合使用，用于捕获和改正遗漏的组误差。奇偶码是一种普遍使用的最简单的检测误码的方法。2、交织

在移动通信中这种变参的信道上，比特过错寻常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。但是，信道编码仅在检测和校正单个过错和不太长过错

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串时才有效，为了解决这一问题，希望找到把一条消息中的相继比特分开的方法，即一条消息的相继比特以非相继的方式被发送，使突发过错信道变为离散信道。这样，即使出现过错，也仅是单个或者很短的比特出现错误，也不会导致整个突发脉冲甚至消息块都无法被解码，这时可再用信道编码的纠错功能来改正过错，恢复原来的消息，这种方法就是交织技术。3、调制

调制和解调是信号处理的最终一步。简单的说GSM所使用的调制是BT＝0.3的GMSK技术，其调制速率是270.833kbit/s，使用的是Viterbi算法进行的解调。调制功能就是依照一定的规则把某种特性强加到电磁波上，这个特性就是我们要发射的数据。GSM系统中承载信息的是电磁场的相位，即采用调相方式。从发送角度看，首先要完成二进制数据到一个低频调制信号的变换，然后在进一步把它变到电磁波的形式。

接收端则是经过解调，解交织，信道译码等一系列的反过程来重现原始数据。

四、试验原理

1、试验模块简介

本试验需两台试验箱共同完成，一台试验箱作发射用，另一台作接收用。

发射用试验箱需用到基带成形模块、IQ调制解调模块、信道编码模块及信源模块。接收用试验箱需用到IQ调制解调模块、PSK载波恢复模块、MSK/GMSK非相干解调模块、码元再生模块、信道译码模块及信源模块。（1）基带成形模块：

本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。（2）IQ调制解调模块：

本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。（3）码元再生模块：

本模块主要功能：从解调出的IQ基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。

（4）PSK载波恢复模块：

本模块主要功能：与IQ调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环恢复PSK已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。

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（5）信道编码及交织模块：

本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源，并进行（2，1，4）卷积编码，然后可选择有无块交织，再加上帧同步信号组成成帧数据后输出，输出的码可以选择有无过错、随机过错或突发过错。（6）信道译码及解交织模块：

本模块主要功能：完成帧同步捕获，同步后取出信息元进行（2，1，4）维特比卷积译码及解交织。

（7）MSK、GMSK非相干数字解调模块：

本模块主要功能：输入非相干解调IQ基带信号，A/D采样后，用数学运算方法完成MSK及GMSK信号解调。（8）信源编码模块：

本模块主要功能：音频信号放大、音频信号CVSD编译码及射频信号发射、接收。2、试验系统组成框图

数字信源信道编码交织基带成形IQ调制发射天线载波输出信道译码解交织非相干解调IQ解调接收天线本地载波

五、试验步骤

1、在发射用试验箱上正确安装信道编码及交织模块（以下简称编码模块）、基带成形模块（以下简称基带模块）及IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）。

2、在接收用试验箱上正确安装IQ调制解调模块、CDMA接收模块（以下简称接收模块）、

PSK载波恢复模块（以下简称载波模块）、MSK/GMSK非相干解调模块（以下简称非相干模块）及信道译码及解交织模块（以下简称译码模块）。3、发送用试验箱连线：

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a、用台阶插座线完成如下连接

源端口基带模块：BS编码模块：编码OUT基带模块：I-OUT基带模块：Q-OUT目的端口编码模块：BSIN基带模块：NRZINIQ模块：I-INIQ模块：Q-IN连线说明提供PN31发生器的时钟将编码信号进行基带成形将I路信号进行调制将Q路信号进行调制b、用同轴视频线连接IQ模块（IQ调制单元）上“输出〞端口和信源模块上“发射〞端口。

4、接收用试验箱上连线：a﹑用台阶插座线完成如下连接

源端口IQ模块：I-OUTIQ模块：Q-OUT非相干模块：NRZ非相干模块：BS目的端口非相干模块：I-IN非相干模块：Q-IN译码模块：编码IN译码模块：BSIN连线说明对I路信号进行A/D变换对Q路信号进行A/D变换将再生的信号进行译码提供译码时所需的时钟b﹑用同轴视频线完成如下连接

源端口载波模块：VCOOUT信源模块：接收接收模块：输出2目的端口IQ模块(载波单元)：输入接收模块：输入IQ模块(解调单元)：输入连线说明提供调制所需的载波将接收信号进行小信号放大将收到的调制信号进行解调*检查连线是否正确，检查无误后开启电源。

5、按前面单元试验要求调整好各模块，主要有发送端的信号输出幅度调整、接收端的载

波频率调整、信道编译码模式选择等。选择MSK或GMSK方式后即可进行数据通信。

6、用示波器观测各信号点波形，并记录。

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试验二CDMA扩频通信系统试验

一、试验目的

通过本试验将扩频解扩的单元试验串起来，让学生建立起CDMA通信系统的概念，了解CDMA通信系统的组成及特性。

二、试验内容

1、搭建CDMA扩频通信系统。

2、观测CDMA扩频通信系统各部分信号。3、观测两路信号码分多址及其选址。

三、基本原理

扩频通信的理论基础是香农于1948年发表的《AMathematicalTheoryofCommunication》一文，即著名的信息论。香农信息论中有关信道的理论容量公式为：

S??C?Wlog2?1??

N??(20-1)

式（20-1）也被称为香农定理，其中C为信道容量，单位为bps；W为信道带宽（也被称为系统带宽）；S/N为信噪比（dB）。式（20-1）给出了在给定信噪比S/N和没有误码的状况下信道的理论容量C与该信道带宽W的关系。从这个公式还可以得出也重要的结论：对于给定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。换言之，信噪比和信道带宽可以互换。扩频通信系统正是利用这一理论，将信道带宽扩展大量倍以换取信噪比上的好处，加强了系统的抗干扰能力。

信源信源编码信道编码载波调制扩频信道信息输出干扰和噪声信源译码信道译码载波解调解扩图20-1典型的扩频通信系统模型

一个典型的扩频通信系统框图如图20-1所示。由图20-1可以看出，扩频通信系统主要由原始信息、信源编译码、信道编译码（过错控制）、载波调制与解调、扩频调制与解扩和信道六大部分组成。信源编码的目的是减小信息的冗余度，提高信道的传输效率。信道编码

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（过错控制）的目的是增加信息在信道传输轴格的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。调制部分的目的是使经过信道编码后的符号能在适当的频段传输，寻常使用的数字信号调制方式为振幅键控、移频键控、移相键控，在码分多址移动通信中使用QPSK和OQPSK都是PSK的改进型。扩频通信和解扩是为了提高系统的抗干扰能力而进行的信号频谱展宽和还原。可见，与传统通信系统相比较，该系统模型中多了扩频和解扩两个部分，经过解扩，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。

扩频通信系统按扩频方式的不同，分为以下四种类型：?直接序列扩频（DirectSequenceSpreadSpectrum，DS-SS）?跳频扩频（FrequencyHoppingSpreadSpectrum，FH-SS）?跳时扩频（TimeHoppingSpreadSpectrum，TH-SS）

直接序列扩频系统采用高码速率的直接序列（DirectSequence，DS），伪随机码在发端进行扩频，在收端用一致的码序列去进行解扩，然后将展宽的扩频信号还原成原始信息。所谓跳频是指发送信号的载波依照某一随机跳变图样在跳变，跳频信号具有时变、伪随机的载频。

跳频扩频系统在好多方面类似于将带宽为多个用户划分为多个信道的FDMA系统。在某个时间点上，某一用户的跳频信号只占用单个频率信道。跳频扩频系统和FDMA系统的区别在于：跳频信号在很短的周期间隔内改变载频。跳频系统又分为快跳频和慢跳频两种。假使信号跳频的速率等于或接近于符号速率，则该系统称为快跳频系统；假使信号跳频的速率低于符号速率，则称为慢跳频系统。跳时是使发射信号在时间轴上跳变。先把时间轴分成大量时片，在一帧内的哪个时片发射信号由扩频码序列进行控制。由于用了很窄的时片去发送信号，所以信号的频谱被展宽了，达到了扩频的效果。

在实际的码分多址系统中，直接序列扩频方式得到了广泛的认可和应用，直接序列扩频系统的发射机和接收机框图如图20-2所示。

二进制信息mi(t)S(t)扩频调制iPNi扩频码发生器载波发生器载波发生器扩频码同步/跟踪So(t)数据调制信道数据调制数据调制PNo解扩码发生器图20-2直接序列扩频的发送机和接收机框图

如图20-3所示，在发送端输入的二进制信息码元m(t)，其码元宽度为Tb，扩频码发生

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器产生的扩频码记作PNi，码元宽度为Tc，其中Tc?Tb，它们的波形分别如图中所示，m(t)经扩频码扩频后，得到的己扩频信号Si(t)?m(t)?PNi，由于Tc?Tb，所以已扩信号的频谱得到展宽。之所以用乘号，是由于波形采用了?1的表示方法。另外，出于简化，此处暂时不考虑载波调制的影响，在接收端采用同步的扩频码序列对已扩频的信号进行解扩：SO(t)?Si(t)?PNo，解扩后的信号如图20-3所示，可以看到，采用同步的扩频码序列可以

恢复原来的二进制序列。假使接收端的扩频码序列没有和发送端的同步，则不能正确恢复原来的二进制序列，图中也用相关的波形对这一状况做了演示。

直接序列扩频系统具有很强的抗干扰能力，所以最初在军事通信中得到了应用。下面仅定性地介绍直接序列扩频系统抗干扰的原理。假使已扩频的信号在信道中传输时受到的干扰为宽带信号，则解扩前后的功率谱如图20-4所示，假使受到的干扰为窄带信号，则解扩前后的功率谱如图20-5所示。如图20-4和图20-5可知，直接序列扩频系统有抗争窄带干扰和宽带干扰的能力。

图20-3直接序列扩频各点波形

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有用信号功率谱有用信号功率谱干扰信号功率谱干扰信号功率谱(a)解扩前f(b)解扩后f图20-4直接序列扩频系统抗宽带干扰示意图

有用信号功率谱有用信号功率谱干扰信号功率谱干扰信号功率谱f(a)解扩前(b)解扩后f图20-5直接序列扩频系统抗窄带干扰示意图

扩频通信有两个重要参数：处理增益和干扰容限。1、扩频增益

寻常在衡量扩频系统抗干扰能力的优劣时，引入“处理增益〞这个概念，一般也称为扩频增益，定义为接收机相关器输出信噪比和接收机相关器的输入信噪比之比，即：

G?So/NoSi/Ni(20-2)

式中，Si和So分别为接收机相关器的输入、输出端信号功率，Ni和No分别为相关器的输入、输出端干扰功率。在各种干扰状况下系统的扩频增益不同，这里仅对高斯白噪声干扰状况下的扩频增益做简要的推导，并且以直接序列扩频系统下的状况为例来说明。

假定系统中有K个通信用户，分别用不同的PN码来调制信息数据。假设理想功率控制（功率控制的内容在后续章节中详细陈述，这里只需要明白各个用户到达接收端的功率一致）的状况，设P是接收的每一个用户的信号功率，系统的扩频带宽为W，噪声的功率谱密度用No表示，则接收端接收到的有用信号功率谱为P/W，接收到的其它用户的干扰功率谱为（K-1）P/W，那么该通信用户的输入信噪比等于：

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Si/Ni?P/WP?

(K?1)P/W?No(K?1)P?NoW(20-3)

经接收机扩频解调后，该通信用户的信号被全部接收但信号带宽己变换到基带内（变为窄带信号），设基带信号的信息速率为Rb，此时有用信号的功率谱为P/Rb，其他用户或干扰噪声信号与用户信号的地址码不相关，不能得到解调，由于它们的功率谱密度保持不变。则输出信噪比为：

So/No?P/RbPW??

(k?1)P/W?No(k?1)P?NoWRb(20-4)

由式（20-3）和式（20-4）简单得到扩频解调前后的扩频增益，即输出信噪比与输入信噪比为：

So/No?P/RbPW??

(k?1)P/W?No(k?1)P?NoWRb(20-5)

对于直接序列扩频系统来说，W为伪随机码的信息速率。式（20-5）给出了扩频通信中扩频解调处理对信噪比的改善状况，它决定了系统抗干扰能力的强弱，是扩频系统的一个重要性能指标。2、干扰容限

为了描述扩频系统在干扰环境下的工作性能，引入干扰容限的概念干扰容限定义为：

Mj?G?[LS?(So/No)]

(20-6)

其中So/No为输出信噪比，LS为系统损耗G为扩频增益。干扰容限可以解释为：当干扰功率超过信号功率Mj(dB)时，系统就不能正常工作。例如，一个扩频系统的处理增益为21dB，要求最小的输出信噪比为7dB，系统损耗为3dB，则其干扰容限为：

Mj?G?[LS?(So/No)]?21?[3?7]?11dB

即具有21dB处理增益的扩频系统，在保证基带数字解调器输出信噪比为10dB和系统损耗为3dB的条件下，系统要正常工作时输入的信噪比不能小于11dB。

扩频通信技术的主要特点概括如下：1）干扰能力强

抗干扰能力强是扩频通信最基本的特点。扩频系统的扩展频道越宽，获得的处理增益越高，干扰容限就越大，抗干扰能力就越强。接收端采用与发送端同步的扩频码解扩后，有用信号得到恢复，其他干扰信号的频谱都被展宽了，从而使得落入信息带宽内的干扰强度大大降低，从而抑制了干扰。

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2）保密性好

保密性好是扩频通信最初在军事通信中获得应用的主要原因。由于扩频系统使用周期很长的伪随机友进行扩频，经调制后的数字信息类似于随机噪声，在接收端进行解扩时，只有采用与发送端同步的扩频码才能正确恢复发送的信息。而且在不知伪随机码时破译是很困难的，所以使信息得到了保密。此外，由于扩频信号的频谱被扩展到很宽的频带内，其功率谱密度也随之降低（可明显低于环境噪声和干扰电平），难以检测，所以信号具有隐蔽性。

3）具有抗衰落、抗多径干扰能力

由于扩频通信系统的信号频谱被展宽，所以扩频系统具有潜在的抗频率选择性衰落的能力，此外，扩频通信系统还能有效地战胜多径干扰。

4）具有多址能力，易于实现码多分址

扩频通信系统中采用伪随机序列扩频，在实际的通信系统中可以利用不同的伪随机序列作为不同用户的地址码，从而实现码多分址通信。

四、试验原理

1、试验模块简介

本试验需三台试验箱共同完成，一台试验箱作发射用，另两台台作接收用。发射用试验箱需用到CDMA发送模块、IQ调制解调模块及信源编码模块。

接收用试验箱1需用到CDMA接收模块、IQ调制解调模块、PSK载波恢复模块、码元再生模块及信源编码模块。

接收用试验箱2需用到CDMA接收模块、IQ调制解调模块、PSK载波恢复模块、码元再生模块。

（1）CDMA发送模块：

本模块主要功能：产生PN31伪随机序列，将伪随机序列或外部输入的其它数字序列扩频，扩频增益为32，扩频后输出码速率为512kbps，可输出两路不同扩频码信号。（2）CDMA接收模块：

本模块主要功能：完成10.7MHz射频信号的选频放大，当本地扩频码设置为与发送端扩频码一致时，可完成扩频码的捕获及跟踪，进而完成扩频信号的解扩。（3）IQ调制解调模块：

本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。

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（4）码元再生模块：

本模块主要功能：从解调出的IQ基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。

（5）PSK载波恢复模块：

本模块主要功能：与IQ调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环以恢复PSK已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。（6）信源编码模块：

本模块主要功能：音频信号放大、音频信号CVSD编译码及射频信号发射、接收。2、试验系统组成框图

见附图一。

五、试验步骤

1、关闭试验箱总电源，按如下要求搭建CDMA通信系统

a、在发射用试验箱上正确安装CDMA发送模块（以下简称发送模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）及信源编译码模块（以下简称信源模块）。

b、在接收用试验箱1上正确安装CDMA接收模块（以下简称接收模块）、IQ调制解调模块、PSK载波恢复模块及码元再生模块（以下简称再生模块）。

c、在接收用试验箱2上正确安装CDMA接收模块（以下简称接收模块）、IQ调制解调模块、PSK载波恢复模块、码元再生模块（以下简称再生模块）及信源编译码模块。d、发送试验箱上连线：用台阶插座线完成如下连接

源端口发送模块：BSOUT发送模块：PN31信源模块：OUTPUT发送模块：DS1OUT发送模块：DS2OUT目的端口信源模块：T-CLOCK发送模块：DATA1IN发送模块：DATA2INIQ模块：I-INIQ模块：Q-IN连线说明提供信源编码时钟提供第一路扩频通信所需的信码提供其次路扩频通信所需的信码将第一路扩频信号进行调制将其次路扩频信号进行调制用同轴视频线完成如下连接

源端口目的端口连线说明南昌理工学院移动通信试验指导

IQ模块：输出信源模块：发射将解调的信号发射出去e﹑接收试验箱1上连线：用台阶插座线完成如下连接

源端口IQ模块：I-OUTIQ模块：Q-OUTIQ模块：I-OUT目的端口PSK载恢模块：I-INPSK载恢模块：Q-IN再生模块：I-IN连线说明送入相乘器后得误差信号送入相乘器后得误差信号提取位同步信号和进行码元再生用同轴视频线完成如下连接源端口信源模块：接收接收模块：输出1目的端口接收模块：输入连线说明将接收到的信号进行解扩IQ模块（解调单元）：输入将解扩后信号进行解调载恢模块：VCOOUTIQ模块（载波单元）：输入为解扩后的信号解调提供载波f﹑接收试验箱2上连线：用台阶插座线完成如下连接

源端口IQ模块：I-OUTIQ模块：Q-OUTIQ模块：I-OUT再生模块：BS再生模块：NRZ目的端口PSK载恢模块：I-INPSK载恢模块：Q-IN再生模块：I-IN信源模块：R-CLOCK信源模块：INPUT连线说明送入相乘器后得误差信号送入相乘器后得误差信号提取位同步信号和进行码元再生提供信源译码时钟将再生的信号进行信源译码用同轴视频线完成如下连接源端口信源模块：接收接收模块：输出1目的端口接收模块：输入连线说明将接收到的信号进行解扩IQ模块（解调单元）：输入将解扩后信号进行解调载恢模块：VCOOUTIQ模块（载波单元）：输入为解扩后的信号解调提供载波*检查连线是否正确，检查无误后开启电源。

2、发射试验箱上天线开关置于“发射〞，即按下。接收用两台试验箱上天线开关置于“接

收〞，即弹起，将发射及接收天线直立并拉至最长。3、观测发送试验箱的输出信号

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a、将发送模块上“GOLD1SET〞拨码开关第1位拨为1，表示将输入的基带信号进行差分编码；第2-8位拨为任意非全0二进制数，（扩频码为Gold序列）。

b、、将发送模块上“GOLD2SET〞拨码开关第1位拨为1，表示将输入的基带信号进行差分编码；第2-8位拨为不同于GOLD1SET的任意非全0二进制数。

c、波器探头接IQ模块上调制单元的“输出〞测试点，调理该模块上电位器“W1〞使该点信号电压峰峰值为1V左右。

d、用示波器观测各模块中测试点信号，分析其特征及意义。4、观测接收试验箱1的接收信号（数据传输）

a、示波器探头接接收模块“输出2〞测试点，调整“幅度〞电位器使该点信号电压峰峰值为1.6V左右。

b、将接收模块上“GOLDSET〞拨码开关拨为与发送模块“GOLD1SET〞一致，按复位键完成设置。

c、按试验十三中方法调整CDMA接收模块，使扩频码同步。d、按试验八中方法调整PSK载波恢复模块，使载波同步。

e、示波器探头分别接发送模块上“DATA1IN〞测试点及再生模块上“NRZ〞测试点，比较两个数据是否一致，若一致则系统工作正常。f、用示波器观测各模块中测试点信号，分析其特征及意义。5、观测接收试验箱2的接收信号（语音传输）

a、将接收模块上“GOLDSET〞拨码开关拨为与发送模块“GOLD2SET〞一致，按复位键完成设置。其它测试步骤同步骤4

b、在信源编码模块上接上耳机和话筒，感性验证CDMA语音通信质量

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试验三GSM/GPRS移动台主呼及被呼叫过程试验

一、试验目的

了解GSM用户主呼和被呼的接续过程

二、试验原理

任何一个移动通信系统，其网络运行的主要功能就是能够支持该移动通信系统业务的正常运行，即需实现各移动用户之间及移动用户与本地核心网用户之间建立正常通信。这就包含支持呼叫建立和释放、寻呼、信道分派和释放等呼叫处理过程，并能支持补充业务的激活、去激活及登记和删除等业务操作。

移动台呼叫处理的基本原理如图26-1所示

开机移动台初始化状态空闲切换操作或者无法接收业务移动台空闲状态收到除主（始）呼信息和寻呼响应消息以外的接入信道证明主（始）呼叫注册登记被呼证明响应系统接入状态转向业务信道移动台控制在业务信道状态移动台完成捕获与定时业务信道使用终止挂机

图26-1移动台呼叫处理状态图

1、移动用户主呼

移动用户向固定用户发起呼叫的接续过程如图26-2所示。

移动台（MS）在“随机接入信道（RACH）〞上，向基站（BS）发出“信道请求〞信息，若BS接收成功，就给这个MS分派一个“专用控制信道〞，即在“准许接入信道（AGCH）〞上，向MS发出“马上分派〞指令。MS在发起呼叫的同时，设置一定时器，在规定的时间内可重复呼叫，假使依照预定的次数重复呼叫后，仍收不到BS的应答，则放弃这次呼叫。

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MS收到“马上分派〞信令后，利用分派的专用控制信道（DCCH）与BS建立起指令链路，经BS向MSC（移动交换中心）发送“业务请求〞信息。MSC向VLR（访问用户位置寄放器）发送“开始接入请求〞应答信令。VLR收到后，经MSC和BS向MS发出“鉴权请求〞，其中包含一随机数（RAND），MS按鉴权算法A3进行处理后，向MSC发回“鉴权〞响应信息。若鉴权通过，承认此MS的合法性，VLR就给MSC发送“置密模式〞信息，由MSC经BS向MS发送“置密模式〞指令。MS收到并完成置密后，要向MSC发送“置密模式完成〞的响应信息。经鉴权、置密完成后，VLR向MSC才作出“开始接入请求〞应答。为了保护IMSI（移动用户识别码）不被监听或盗用，VLR将给MS分派一个新的TMSI（临时用户识别码），其分派过程如图中虚线所示。`

接着，MS向MSC发出“建立呼叫请求〞，MSC收到后，向VLR发出指令，要求它传送建立呼叫所需的信息。假使成功，MSC即向MS发送“呼叫开始〞指令，并向BS发出分派无线业务信息的“信道指配〞信令。

假使BS有空闲的业务信道（TCH），即向MS发出“信道指配〞指令，当MS得到业务信道时，向BS和MSC发送“信道指配完成〞的信息。

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MS“信道请求〞“马上分派〞指令“业务请求〞BSMSCVLR“业务请求〞“鉴权请求〞“鉴权〞响应“置密模式〞指令“置密模式完成〞“TMSI〞指令“TMSI〞响应“建立呼叫请求〞“呼叫开始〞指令“信道指配〞指令“信道指配完成〞“回铃音〞“连接〞指令“连接〞确认“开始接入请求〞应答“鉴权〞“鉴权请求〞“鉴权〞响应“鉴权〞确认“置密模式〞“置密模式〞指令“置密模式完成〞“开始接入请求〞应答分派新的“TMSI〞对分派新的“TMSI〞的应答要求“传送建立呼叫所需信息〞“传送建立呼叫所需信息〞“TMSI〞指令“TMSI〞响应“建立呼叫请求〞“呼叫开始〞指令“信道指配〞指令“信道指配完成〞“回铃音〞“连接〞指令“连接〞确认与固定用户接续

图26-2移动用户主呼时的连接过程

MSC在无线链路和地面有线链路建立后，把呼叫接续到固定网络，并和被呼叫的固定用户建立连接，然后给MS发送回铃音。被呼叫的用户摘机后，MSC向BS和MS发送“连接〞指令，待MS发回“连接〞确认后，即转入通信状态，从而完成了MS呼叫固定用户的整个接续过程。2、移动用户被呼

固定用户向移动用户发起呼叫的接续过程如图26-3所示。

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GMSC固定用户拨号HLRVLRVMSCBSMS询问“路由信息〞询问“路由信息〞“MSRN〞“拨号信息〞询问“呼叫参数〞“呼叫请求〞“寻呼请求〞“寻呼请求〞“信道请求〞“马上指配〞指令“开始接入请求〞“鉴权〞“寻呼〞响应“鉴权请求〞“鉴权〞响应“置密〞指令“置密完成〞“呼叫建立〞“呼叫证明〞信道“指配请求〞“指配完成〞回铃音“连接完成〞“拨号应答〞“连接〞“连接〞确认“连接〞“连接〞确认“寻呼〞响应“MSRN〞“鉴权请求〞“鉴权〞响应“鉴权〞确认“置密模式〞“置密〞指令“置密完成〞“开始接入应答〞请求“完成呼叫〞“呼叫建立〞“呼叫证明〞“信道指配〞“指配完成〞回铃音

图26-3移动用户被呼时的接线过程

当固定用户向移动用户拨出呼叫号码后，固定网络把呼叫接续到就近的移动交换中心，此移动交换中心在网络中起到入口的作用，记作GMSC。GMSC即向相应的HLR（原籍用户位置寄放器）查询路由信息，HLR在其保存的用户位置数据库中，查出被呼MS所在的地区，并向该区的VLR查询该MS的漫游号码（MSRN），VLR把该MS的（MSRN）送到HLR，并转发给查询路由信息的GMSC。GMSC即把呼叫接续到被呼MS所在地区的移动交换中心，记作VMSC。由VMSC向该VLR查询有关的“呼叫参数〞，获得成功后，再向相关的基站（BS）发出“寻呼请求〞。基站控制器（BSC）根据MS所在的小区，确定所用的收发台（BTS），在寻呼信道（PCH）上发送此“寻呼请求〞信息。

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MS在收到寻呼请求信息后，在随机接入信道（RACH）向BS发送“信道请求〞，由BS分派专用控制信道（DCCH），即在公用控制信道（CCCH）上给MS发送“马上指配〞信令。MS利用分派到的DCCH与BS建立起信令链路，然后向VMSC发回“寻呼〞响应。

VMSC接到MS的“寻呼响应〞后，向VLR发送“开始接入请求〞，接着启动常规的“鉴权〞和“置密模式〞的过程。之后，VLR即向VMSC发回“开始接入应答〞和“完成呼叫〞的请求。VMSC向BS及MS发送“呼叫建立〞的信令。被呼MS收到此信令后，向BS和VMSC发回“呼叫证明〞信息，说明MS已可进入通信状态。

VMSC收到MS的“呼叫证明〞信息后，向BS发出信道“指配请求〞，要求BS给MS分派无线“业务信道〞（TCH）。接着，MS向BS及VMSC发回“指配完成〞响应和回铃音，于是VMSC向固定用户发送“连接完成〞信息。被呼移动用户摘机时，向VMSC发送“连接〞信息。VMSC向主呼用户发送“拨号应答〞信息，并向MS发送“连接〞确认信息。至此，完成了固定用户呼叫移动用户的整个接续过程。

除去两种常用呼叫的接续过程外，还有移动台呼叫另一移动台的接续过程，这里不再介绍

三、试验步骤

1、硬件连接

在操作之前需要进行硬件连接：

a、连接计算机串口跟GSM/GPRS模块串口b、连接好GSM/GPRS模块天线

c、在GSM/GPRS模块的SIM卡座上插入SIM卡d、在GSM/GPRS模块上接好话筒跟耳机e、检查无误后接上5V稳压电源，模块通电

2、运行移动试验系统程序，选择与模块连接的端口后连接设备，点击“话路通信〞按钮，

开启下拉菜单，点击“模拟移动电话〞项，开启模拟通话窗口，如下图：

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按模拟通话界面上的按键进行拨号，如输入号码有误，按“清除〞键清除，输入号码完毕后按“呼叫〞键，输入号码完毕后按“呼叫〞键，即可等待对方通话。通话完毕后按“挂机〞键挂机。

接听电话时，按“接听〞键即可接听来电，通话完毕后按“挂机〞键挂机。

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试验四GSM/GPRS移动台短消息发送及接收试验

一、试验目的

1、了解SMS短消息服务的基本知识2、了解GSM系统短消息发送和接收流程

二、试验原理

1、短消息业务分类

短消息业务与语音传输及传真一样，同为GSM数字蜂窝移动通用网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和转发，每个短消息的信息量限制为140个字节。在短消息的可靠传递基础上，GSM网络与互联网技术的结合将给目前以提供话音业务为主的GSM移动通信网络带来新的活力。

SMS信息容量小，信息表现形式单一。GSMPhaseⅡ+所规范的加强型短信业务（EMSEnhancedMessageServices）将多个SMS通道联合使用，可以发送十余倍于短信的信息，使短信业务从传送文本扩展到传送黑白图片、简单动画或铃声下载，但其承载的信息量还是极有限的。在GSM网（G网）引入GPRS分组承载通道后，SMS可以分流到GPRS承载通道上，加大了SMS的信息容量，降低了信令信道的负荷。

短消息业务包括移动台之间点对点短消息业务和小区广播式短消息业务。

点对点短消息（PointtoPointShortMessage）是通过移动通信网的信令信道传送简短文字信息的业务。在移动台空闲期间利用GSM网的无线独立专用信道（SDCCH）；在通话期间利用慢速伴随信道（SACCH）收/发短消息，故在移动台空闲或通话期间均可收/发短消息。最大消息长度为140字节。

点对点的短消息服务可以实现双向计费性传送。它提供的服务方向可以是固定用户接向移动用户，或者相反。固定用户不必关注移动用户所在的位置。短消息服务必然导致短消息服务器的出现，它们是短消息服务中心SMSC（ShortMessageServiceCentre）或服务中心SC（ServiceCentre）。

小区广播式短消息业务是GSM移动通信网以有规则的间隔向移动台广播具有通用意义的短消息，例如道路交通信息等。移动台连续不断的监视广播消息，并能在显示器上显示广播消息。此短消息也是在控制信道上传送的，移动台只有在空闲状态下才可接收广播消息，

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其消息量限制为93个字符。

GSM网络中的短消息业务不占用话音通信的信道，费用低廉，对用户极具吸引力。短消息业务的出现为目前以提供话音服务为主的GSM移动通信网络开拓了一个全新的服务领域。

短消息业务具有以下特点：

（1）短消息传输速率低，适合于简短信息的传送。它既是电信业务，也可以通过短信中心与增值业务平台相连作为增值服务的载体。

（2）短消息需要在短信中心存储转发，实时性较弱（即存在时延）。

（3）短消息的发送占用了控制信道，在业务量较高时，会受到无线信道的能力限制。（4）短消息的技术最成熟，对网络改造较小，实现业务比较简单。2、短消息业务（PPS）网络结构

（1）短消息实体（SMEShortMessageEntity）

接收和发送短消息的实体，包括移动用户、固网用户、语音信箱、信息点播平台和Internet等。其中的固网用户可通过人工座席（1258）或自动台（1259）完成短消息的收发。

（2）短消息业务中心（SMSCShortMessageServiceCenter）

每个移动台均归属于某个SMSC（即该MS所归属移动本地网中的SMSC），SMSC负责存储与转发发往其归属MS的短消息。

（3）SMS-GMSC和SMS-IWMSC

SMS-GMSC和SMS-IWMSC是具有短消息功能的移动交换中心（MSC），其中SMS-GMSC是接收发自SMSC短消息的入口交换机；SMS-IWMSC是一个能够接收来自PLMN的短消息，并将此短消息送到相应SMSC的出口交换机。

GSM用户要使用短信业务，需要在MS中设置其归属的短消息业务中心的号码，SMSC编号听从PLMN编号计划E.160。例如中国移动SMSC的号码为+8613800ABC500，其中ABC等同于移动用户所在本地的长途区号。例如北京地区的SMSC号码为+8613800100500。MS在设置移动本地网SMSC号码后，即成为其归属用户。3、短消息传送的基本过程

GSM网络点对点的短消息包括两种基本业务：SMT-MT是发往移动台的短消息业务；SMT-MO是从移动台接收的短消息业务。短消息传送的基本过程为：

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（1）对终止于MS的短信（SMT-MT）业务

由SME经SMSC送来短消息，发送到入口交换机SMS-GMSC，由SMS-GMSC根据被叫号向HLR查询得到目前被呼移动台所在位置，并将短消息通过NO.7信令网送被呼移动台所在的MSC，MSC查询VLR得到被呼移动台所在的BSC（位置区）并对该BSC所属的所有基站发出寻呼信号。

（2）对始发于MS的短信（SMT-MO）业务

当一个移动台发起短消息呼叫时，由主呼移动台所在的MSC所接收，该MSC将所接收的短消息连同主呼用户所拨的被叫号码一起送NO.7信令网。NO.7信令网根据全局码GT（即被叫号码）寻址被呼用户归属的SMS-IWMSC及其相连接的短消息中心。4、短消息的应用

短消息的增值应用主要包括：信息订阅、短信闲聊（）、短信游戏、黑白图片/铃声/简单动画下载、移动商务等。基于短信的增值业务还适合和其它增值业务协同使用，例如业务申请、E-mail/语音信箱到达通知、密码通知（例如WLAN临时分派的密码通知）等。

三、试验步骤

1、硬件连接

在操作之前需要进行硬件连接：

a、连接计算机串口跟GSM/GPRS模块串口b、连接好GSM/GPRS模块天线

c、在GSM/GPRS模块的SIM卡座上插入SIM卡d、检查无误后接上5V稳压电源，模块通电2、运行移动试验系统程序，选择GSM模式。3、选择与模块连接的端口后连接设备。

4、点击“短信发送〞按钮，开启下拉菜单，下拉菜单中有“中文短信〞和“英文短信〞

两种方式供选择。点击“中文短信〞项，开启发送中文短信的窗口，如下图：

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在目标号码标签后的选择框里输入目标手机号，在信息内容文本框里输入短信内容后，点击“发送〞按钮，短信即通过模块发往目标手机。（注意：发送前请确认目标号码无误）

发送成功后，显示如下界面，点击“确定〞后，清空前面内容。

点击“英文短信〞项，开启发送中文短信的窗口，如下图：

英文短信的发送参照中文短信的发送，信息内容应为英文。

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试验五无线数据传输试验

一、试验目的

1、了解GPRS基本原理

2、了解GPRS无线数据传输的过程

二、试验原理

GSM所提供的基本业务可分为承载业务和电信业务，这两种业务是独立的通信业务，其区别在于用户接入点的不同。

承载业务提供接入点（ISDN协议中称为用户－网络间接口）之间传输信号的能力。GSM系统一开始便考虑到了兼容多种在ISDN中定义的承载业务，以满足GSM移动用户对数据通信服务的需要。GSM系统设计的承载业务不仅使移动用户之间能完成数据通信，更重要的是能为移动用户与PSTN或ISDN用户之间提供数据通信服务，同时还能使GSM移动通信网与其它公用数据网（如公用分组数据网和公用电路数据网）实现互通。

在传输数据业务时，MSC需启用互通功能单元IWF。互通功能单元是为完成数据连通而规定的全部功能。用户总是