移动通信实验报告

山东建筑大学实验报告学院：信息与电气工程学院班级：通信11姓名：学号：课程：移动通信实验日期：2014年月日成绩：实验一GMSK调制解调实验一、实验目的1.了解GMSK调制和解调的基本原理；2．熟悉软件完成GMSK的过程。二、实验内容1．熟悉GMSK调制和解调过程；2．通过示波器测试GMSK各点的波形；3*.设计通过DSP程序完成GMSK的程序，加强对GMSK的理解。三、实验原理尽管MSK信号已具有较好的频谱和误码率性能，但仍不能满足无线通信中临道辐射低于主瓣达到60db以上的要求。因此，需要在MSK的基础上采取一定的措施，加快其带外衰减速度。于是提出了改进的MSK调制方式，即GMSK调制。GMSK调制是在MSK调制前，将基带信号线通过一个高斯型低通滤波器。图GMSK调制器结构原理图该高斯低通滤波器也被称为与调制滤波器，假设其3dB带宽为Bb，则其冲击响应为：GMSK信号的带外衰减由BbTb决定，BbTb值越大，带外衰减越大。当BbTb=0.3时，即可满足GSM系统带外衰减60dB的要求。在BbTb一定时，频道间隔Δf和Tb的乘积ΔfTb越大，则邻临道干扰越小；在ΔfTb一定时，BbTb越小则邻道干扰越小。实际上，MSK是2电平矩形基带信号进行调频得到的，MSK信号在任一码元间隔内，其相位变化（增加或减小）pi/2，而在码元转换时刻则保持相位连续。但MSK信号相位变化率为一折线，在码元转换时刻会出现尖角，从而使其频谱特性的旁瓣滚降缓慢，带外辐射相对较大。为了解决这一问题，可将数字基带信号先经过一个高斯滤波器整形，由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，于是经调制后的已调频波相位路径在MSK基础上获得平滑。这被成为GMSK调制。其和MSK信号的相位变化如下页图所示：通过相位分析可以看出，GMSK通过引入可控的码间干扰来达到相位平滑的目的，消除了MSK在码元转换时刻的相位转折。GMSK信号的解调器可以采用和MSK一样的解调方式，但需要提取相干载波，这在高速的无线传输系统中式比较困难的。在实际中，常采用二比特延迟差分检测的非相干解调方式。三、实验步骤及内容1.打开移动实验箱电源，等待实验箱初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作；2.先按下“菜单”键，再按下数字键“5”选择“五.数字调制解调”，再按数字键“5”选择“5.GMSK调制”；3.在测试点TP201测试输入的基带数据。在测试点TP206测试输入的基带数据波形。在测试点TP201测试发送的I路数据；在测试点TP202测试发送的Q路数据；在测试点TP308测试I路和Q路调制复合后的波形；在测试点TP203测试接收的I路解调数据波形；在测试点TP204测试接收的Q路解调数据波形。五、实验心得通过本次移动通信的试验，我了解了GMSK调制和解调的基本原理；在老师的指导下熟悉了软件完成GMSK的使用。实验二短信收发实验一.实验目的1.了解终端短信和数据通信的结构框图；2．了解移动通信终端的短信收发过程。二.实验内容1．通过键盘和液晶选择和发送短信，观测接收结果。三.实验原理 通讯发达的今天短信已经成为人们交流的重要手段，其中也蕴含着巨大的市场和经济利益。主要过程就是用户将编制好的短信，通过移动信道，发送给接收方，接收方收到短信，再显示出来。短信收发的结构框图如图1-1-1所示。图1-1-1短信收发的结构框图工作过程如下：开机，DSP从FLASH加载程序代码。（1）发送方：通过键盘选择短信，由单片机通过中断通知DSP；DSP将短信数据处理后通过串口MCBSP发送给D/A转换单元；D/A转换单元将数字信号变换为模拟信号，然后上变频单元通过射频将语音信号发射出去。（2）接收方接收方的下变频单元，将接收的信号下变频给接收方的A/D单元；A/D单元将模拟信号转换为数字信号，交给DSP的MCBSP；DSP对短信处理后，通过中断通知单片机，单片机将接收的短信内容在液晶屏上显示出来。四.实验步骤及任务1．打开实验箱电源，等待实验箱初始化。初始化结束后显示“初始化完成，请使用”，此时可以进行下面操作。2．先按下键盘上“菜单”键，再按下数字键“6”选择“六.短信收发”，进入短信编辑方式选择状态；按下“1”键进入“选择短信序号”方式，显示屏显示短信编号和内容：可以通过“↑/确认”键和“↓/取消”键查看更多的短信。按下相应的数字编号选择要发送的短信内容，并启动短信发送程序；按下“2”键进入“编辑数字短信”方式，可以用键盘输入数字，输入完毕后按下“↑/确认”键，启动短信发送程序；按下“3”键进入“编辑数字短信”方式，此时数字1~9分别代表字母A~I，可以用键盘输入字母，输入完毕后按下“↑/确认”键，启动短信发送程序；3．在液晶的上方显示发送的短信内容。如果接收到短信，在液晶的下方将显示收到的短信内容。4．通过菜单选择短信收发实验，选择其他的短信内容，观测接收到的短信内容。实验结果实验三移动台漫游实验一.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位置更新的原理及其信令流程。三.实验仪器1．基站多台；2．移动终端实验箱一台；3．计算机一台。4、2台交换机和计算机；四.实验原理移动网管理的实验，主要是让学生了解两种位置更新的信令流程以及对应的VLR和HLR参数的改变。这两种位置更新是VLR内的位置更新和跨VLR的位置更新。本节将介绍移动通信网中移动性管理作用；VLR内部位置更新和跨VLR位置更新原理及其信令流程。1、VLR内部位置更新的原理及其信令流程VLR内部的位置更新是一类最简单的位置更新程序，只在当前所在的VLR中进行，而不需通知HLR。VLR内部位置更新的信令流程如图2-6-1所示，从信令的流程可以看出来，它跟前面提到过的IMSI附着的信令过程非常相似。首先同样是信令信道的分配过程，之后在初始化过程中，移动台向网络发送SABM帧中携带LOCATIONUPDATINGREQUEST消息，但是这个消息中有一个标识位，表明此次接入需要完成的是“正常位置更新”；且该消息中包含MS的TMSI和LAI号。若MSC收到了此报文，则通知VLR执行位置更新处理。具体的处理过程是：更新VLR中对此MS的记录，存储新的LAI号码；并根据需要向移动台分配一个新的TMSI号。MSC/VLR向MS发送LOCATIONUPDATINGACCEPT消息，其中包含新分配的TMSI号。MS收到新的TMSI号后，向MSC/VLR发送TMSIRELOCATIONCOMPLETE消息。此后释放信道，VLR内位置更新结束。图2-6-1VLR内位置更新信令流程2、跨VLR位置更新的原理及其信令流程当移动台的位置区改变的时候，若新旧两个位置区处于不同的MSC/VLR控制的时候，进行的位置更新就是跨VLR的位置更新。跨VLR位置更新的信令流程如图2-6-2所示。若移动台进入一个小区后发现所存储的LAI号与当前的LAI号不一致，则将其旧的LAI号和存储的TMSI号在LOCATIONUPDATINGREQUEST消息中通过MSC发送给VLR。MSC收到MS发送的LOCATIONUPDATINGREQUEST消息后，就要求VLR根据LOCATIONUPDATINGREQUEST消息中的参数来进行位置更新的操作。由于是跨VLR位置更新，新的VLR数据库中没有关于此MS对应的TMSI的记录，而这时新的VLR需要得到此MS的IMSI和鉴权参数，目的有两个，一个是利用IMSI向此MS的HLR进行位置更新操作；另一个是要对MS进行鉴权。信令流程图中PVLR表示以前MS所在区域的VLR。新的VLR从PVLR处得到IMSI和鉴权参数的操作如下：VLR根据旧的TMSI和LAI号码导出前一个VLR（PVLR）的地址，并向PVLR发送消息“MAPSENDIDENTIFICATION”消息。PVLR就会向新的VLR回发有关移动台的IMSI和鉴权参数。这些内容是包含在消息“MAP_SEND_IDENTIFICATIONACK”中。至此，新的VLR就得到了MS的IMSI，接着要进行HLR位置更新过程了。操作如下：新的VLR向MS的HLR发出位置更新的消息“MAP_UPDATE_LACATION”，在此位置消息中，有MS的标识和相关信息以便HLR查询数据和建立路径，HLR收到此消息后，如果新的MSC/VLR有正常的业务权限，则HLR将存储当前的VLR号码，并向PVLR中发出“删除位置”消息（MAP_CANCEL_LACATION）。PVLR收到“删除位置消息”后将删除该MS的所有信息，并向HLR发回“删除位置确认”（MAP_CANCEL_LACATION_ACK）。在新的VLR侧完成鉴权加密后，HLR通过发起“插入用户数据”的消息（MAP_INSERT_SUBSCRIBER_DATA）的报文，将向该VLR提供它所需的用户信息，其中包括鉴权参数等信息。当HLR收到VLR的响应时，则向该VLR发出位置更新确认的消息。然后，新的MSC/VLR向MS发送LOCATIONUPDATINACCEPT消息，其中包含由VLR新分配的TMSI。MS于是向MSC/VLR回发TMSIRELOCATIONCOMPLETE消息。位置更新结束，释放RR信道。图2-6-2跨VLR位置更新信令流程对于以上的信令过程做两点说明，首先，一般来说VLR的设置总是跟MSC一一对应的，即由一个MSC控制的区域会有一个VLR数据库，其中记录所有目前处在此MSC控制区内的MS的位置情况。而HLR则是MS开户的时候登记的数据库，无论MS漫游到什么地方，新的VLR都需要向HLR进行位置更新，从而使HLR始终知道MS目前处于哪个MSC/VLR里的那个位置域。这样做的目的，是方便呼叫一个处于漫游状态的用户。当要呼叫一个漫游状态的用户的时候，呼叫建立过程中，主叫的MSC/VLR（在固定打移动时，则是GMSC）会根据被叫的手机号码查询被叫用户的HLR，从而得到目前被叫所在的MSC/VLR，从而在主叫的MSC和被叫MSC之间建立有线的链路。因此，位置更新操作是呼叫能够正常建立的重要前提。另一个问题是，在信令流程中，可以看到MSC、VLR、HLR之间的信令前有“MAP”的标识，MAP是MobileApplicationPart移动应用部分的简称。GSM网络中，网络子系统中的实体MSC、VLR、HLR、AUC等之间的接口均采用了7号信令系统。MAP协议属于七号信令协议层的第七层，即应用层。MAP的主要功能是支持移动用户位置登记、位置删除；用户业务管理、用户参数管理；漫游、越区切换等。MAP和网络信令结合，支持GSM各项业务和网络功能。3、本实验涉及到参数状态表的介绍本实验中为了模拟GSM网络的移动性管理的过程，建立并维护了几张参数列表，包括MS参数状态表、BS参数状态表、MSC/VLR参数状态表和HLR参数状态表。下面介绍一下每张状态表中包含的内容。MS参数状态表中在实际系统中相当于MS的SIM卡中记录的关于此MS的信息，包含本MS的IMSI、目前由网络分配的TMSI、目前MS所处的位置区的LAI、更新状态等。MS的IMSI是在运营商进行开户时，唯一的分配给MS的，它存储在SIM卡中。更新状态是表示MS在新的位置区是否进行了成功的位置更新。BS的参数状态表，这张状态表只有一个参数LAI，这个参数表示目前MS所处的小区对应的LAI号。这个参数在小区的系统消息中不断地向小区中的所有MS广播的。MSC/VLR参数状态表中包含IMSI、TMSI和LAI三项。在实际的MSC/VLR的VLR数据库中会保存所有处于此MSC控制之下的MS的位置信息及其参数。当然IMSI、TMSI和LAI三项是VLR数据库每条记录的基本内容，实际的VLR数据库还会包含更多的参数，我们在这里做了简化。MSC/VLR参数状态表中的一条记录就对应于一个处于此MSC控制范围内的一个MS的参数。本实验中有两张MSC/VLR参数状态表，原MSC/VLR参数状态表和新MSC/VLR参数状态表。在VLR内位置更新时，只有原MSC/VLR参数状态表有效。在跨VLR位置更新时，这两种表都有效，因为跨VLR的位置更新，MS从一个MSC/VLR控制区漫游进入了另一个新的MSC/VLR控制区，所以在位置更新的过程中，原MSC/VLR和新MSC/VLR维护的参数都会发生改变。HLR参数列表中包含IMSI、LAI和MSC/VLR识别码，表中的一条记录就对应一个在此HLR进行开户登记的MS的位置参数。包括此MS的IMSI，此MS目前的LAI以及目前MS所处的MSC/VLR的识别码。当然实际的HLR数据库中还会记录更多的MS的参数，比如用于鉴权的三参数等。本实验中重要的内容之一就是观察位置更新前后这些参数状态表的变化情况。五.实验步骤（一）说明（老师注意）1、实验箱的编号即实验箱的号码为2位数，如：1*，2*，3*，4*，5*，6*，……。十位表示所属基站编号，个位表示在1个基站内的编号（1~3）。交换机1管理编号为1，2，3基站，交换机2管理编号为4，5，6基站。2、实验箱进入同一个交换机下面的其他基站对应越区；实验箱进入另一个交换机下面的其他基站对应漫游；3、越区或漫游时，每个基站所属的实验箱每次只能有一台进行实验；4、越区或漫游时，实验箱从本基站下一个基站开始，按照基站的编号1~6~1的顺序进行循环扫描。例如编号为22的实验箱将按照3，4，5，6，1，2的顺序扫描基站。5、按照上面的规律，在不人为控制基站时，基站1，2，3，4，5，6都工作时，号码为1*，2*，4*，5*的实验箱在本试验中进行的是越区实验；号码为3*，6*的实验箱在本试验中进行的是漫游实验。6、可以通过“移动交换机”软件控制基站。（1）关机状态下，用配套的RS232连接线连接交换机和计算机；（2）打开基站电源，打开交换机电源，连续按2次“确认”键，交换机进入状态显示工作状态；（3）打开计算机上的“移动交换机”软件，如图2-6-3。图2-6-3移动台的工作状态显示界面（4）在“移动交换机”软件的“基站频道控制”输入框中输入24，点击关闭。此时基站2将无法接收其他基站管理的移动实验箱的越区或漫游。这是由于每个基站仅仅预留了1个信道即信道*4用来进行越区或漫游，关闭该信道后该基站将不能接受漫游越区申请。例如此时移动实验箱12在漫游越区实验时将不会进入24信道，而是进入基站3管理的34信道。（二）实验准备1.（老师准备）将实验箱关机，在实验箱右下的A扩展接口安插上“GSM开发模块”，用配套的RS232连接线连接“GSM开发模块”和计算机。打开对应基站电源。打开交换机的电源，交换机上按下两次“确认”键进入工作状态，显示屏上显示所属实验箱的状态；2．打开计算机上的“移动系统信令软件”；3．打开移动实验箱电源，等待初始化完成；4.按“GSM开发模块”左下角的“工作方式选择”按钮，使模块右上角“PC-SYS”对应的指示灯亮，此时计算机和实验箱上的主单片机连接；（三） VLR内位置更新信令实验（越区）1．在“移动系统信令软件”主界面上点击“漫游信令”按钮，进入此实验界面；2．实验箱上，初始化完成后，先按“菜单”键，再按数字键“0”进入系统漫游通信实验，相当于MS开机漫游，液晶屏自动显示本实验箱的号码；3．当实验箱液晶屏本机号码后显示“*”时，MS开机和基站联系结束，MS会寻找到本交换机对应的其他基站。观察消息框中显示的开机越区信令过程。开机信令过程若正常结束，会弹出对话框“越区过程完成”；4．到目前为止，正常的越区过程结束，点击“退出”按钮退出开机信令实验。5．可以在和交换机连接的PC机上观察HLR和VLR中观察相应的状态变化。六.实验结果1025正在互拨1215正在通话实验四移动小区切换漫游与HLR管理一.实验目的1．了解GSM移动系统HLR；二.预备知识1．GSM移动系统中网络子系统的结构和功能；2．GSM移动系统的HLR功能；三.实验仪器1．移动交换机一台；2．移动基站二台；2．移动终端实验箱多台；3．台式计算机一台；四.实验原理（一）归属用户位置寄存器（HLR）HLR（HomeLocationRegister）是GSM系统的中央数据库，是网络子系统（NSS）的重要组成部分。存储着该HLR控制区内所有用户的相关数据。一个MSC/VLR只能对应一个HLR，但一个HLR可以控制一个或者若干个MSC/VLR。HLR中存储着该HLR控制区内所有移动用户的静态和动态数据，静态数据包括：移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据；动态数据包括：用户位置更新信息、漫游用户所在的MSC/VLR地址等，保证每个入局呼叫都能按最新的路径信息接续至被叫用户。HLR为每个归属用户至少存储一个可用的三参数组（RAND，SRES，Koch）。HLR支持的功能主要有：1.用户数据的存储HLR必须存储其归属的有关数据，存储数据的内容目前至少包括：IMSI（在不支持IMSI的情况下，可存储MIN）MDNESN主叫用户类别（CPC）移动台等级标志移动台协议版本时隙周期索引服务项目清单（应包括“始发指示”，终端限制码“等参数）漫游限制承载业务信息用户终端业务信息补充业务信息MSC号码MSC/VLR的厂家类型MS去活标记MS去活原因HLR还必须存储由运营者选择的不向用户提供的业务数据。并能随着业务的

发展，增改相应的存储内容。2.用户数据的检索任何时候当VLR请求（例如登记时），HLR能依要求向VLR提供有关的用

户数据。当某些用户数据有变化时（例如签约的变化，服务项目清单的变化），HLR

要能将这些信息通知VLR。3.提供TLDN当MS为被叫时，HLR能依GMSC（关口MSC）或始发MSC的请求，要求

VMSC的VLR分配TLDN，然后将TLDN发往请求的MSC，即支持每次对

呼叫进行的TLDN分配。4.鉴权HLR能支持用户的鉴权操作。5.登记HLR能配合VLR完成登记功能，和向前一个VLR发起取消登记等功能。6.移动台去活当HLR从VLR得到移动台去活的通知后，HLR能设置此移动台为去活状态。7.HLR的恢复RZ6001型移动终端实验平台可