蜂窝移动通信实验

蜂窝移动通信实验无线移动通信实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 实验项目蜂窝移动通信实验  学生姓名xxx  指导教师陈科文  专业班级电子信息11xx  完成日期2017年4月2日电子信息工程系信息科学与工程学院目录第一部分移动通信实验系统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6第四章调制解调实验9实验一GMSK调制解调实验9实验二QPSK调制解调实验16实验三CDMA扩频调制实验25实验四CDMA解扩实验31第二部分GSM基站实验系统实验二移动台入网过程实验34实验三移动台主叫实验48实验四移动台被叫实验59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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ；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、实验原理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nm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57行列交错器的示意图，从图中看到，码流的顺序1,2,3…,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。…  2 29 22 15 8 1图3.1 57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 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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，在分组码的纠错范围以内，突发差错可以完全纠正过来。交织器（行入列出）去交织器（列入行出）图3.3 交织与解交织原理示意图五、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，点击确认键。从而进入此实验界面。3、在实验界面下方的“操作”一栏中点击“生成数据”按钮，让系统自动生成待编码的随机比特。也可在界面上方“原始数据”栏中直接用鼠标点击所显示的小圆圈（每个小圆圈代表1bit），修改其值（红色和蓝色分别表示0和1）。（界面中数据的显示方式有两种：图形显示＋比特显示）。4、在界面上点击“编码”按钮，该原始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电脑并显示在“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（点击小圆圈改变比特值，须考虑突发差错长度或连续出错比特数在8个以上和8个以下两种情形），然后点击“加噪声”按钮，添加噪声后的已编码数据显示在“加噪数据”栏中。6、再点击“解码”按钮，将加入噪声的信息比特发送到单片机（或CPLD）进行分组码解码和解交织。解码和解交织以后的数据被回显在“解码数据”一栏，同时，不能纠正的误码比特在“错误统计”栏中显示。六、实验结果及数据 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 1、记录加入一个突发差错的长度分别为8个以上和8个以下的实验数据，并根据实验原理进行分析验证。差错长度为9差错长度为6分析：当突发差错长度为9，超过8，解码出现错误；突发差错长度为6，小于8，解码无误，符合交织码纠错原理。2、比较上述两组数据的纠错性能，说明原因。当差错长度大于8时，超出了纠错范围，所以不能正常纠错，产生误码；小于8时，在纠错范围内，所以正确译码。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、实验原理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3.9五、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“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。也可在界面上方“原始数据”栏中用鼠标直接双击所显示的小圆圈（每个小圆圈代表1bit），修改其值（红色和蓝色分别表示0和1）。【注意】：应考虑原始数据中存在“长连0”(即连续比特为“0”的长数据流)和“长连1”(即连续比特为“1”的长数据流)两种情况下的扰码效果。4、在界面下方点击“编码”按钮，将原始数据发送到实验箱中的单片机（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”栏中。5、点击屏幕下方的“解码”按钮，将经过扰码的信息比特发送到实验箱中的单片机（或CPLD）进行解扰码。解扰后的数据送回后，显示在“解码数据”一栏。6、可尝试观察在加噪声和不加噪声两种情况下解扰码的效果。六、实验结果及数据分析1、记录一次原始数据有“长连0”的实验数据，并根据实验原理进行分析验证。长连0信号受到随机化处理。2、记录一次原始数据有“长连1”的实验数据，并根据实验原理进行分析验证。长连1信号受到随机化处理。3、观察上述两组数据，说明扰码在此刻的作用。采用扰码技术,使信号受到随机化处理，变为伪随机序列，使信号适应信道传输；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、实验原理实验采用调相法。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，4.1图4.1GMSK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4.2.4I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。五、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，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。六、实验结果及数据分析1.记录原始实验数据及波形，并根据实验原理进行分析验证，说明各个观察点数据的意义。2.试说明MSK调制信号的基本特点；(1)已调信号的振幅是恒定的;(2)信号的频率偏移严格地等于MSK调制相应的调制指数MSK调制;(3)以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内准确地线性变化MSK调制;(4)在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波周期的整数倍;(5)在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说，信号的波形没有突跳。3.试说明高斯低通滤波器的作用和实现方法；高斯低通滤波器的作用：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。实现方法：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；（2）具有较低的过脉冲响应;(3)能保持输出脉冲的面积不变。4.说明附加相位的基本含义，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、实验原理QPSK调制解调的实现原理框图如图4.3所示。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4.4QPSK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（ω）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α=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：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解调的结果五、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.观察各信号点的波形：（1）在电脑屏幕上观察信号波形：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”按钮，且对应勾选框被选中），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。（2）也可以选择通过示波器观察信号波形。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”按钮），在示波器上观察调制过程中信号点的波形。六、实验结果及数据分析1.记录原始实验数据及波形，并根据实验原理进行分析验证。【要求】：画出调制与解调的原理图，并对实验结果进行解释。2.试说明BPSK、QPSK和QPSK之间的区别。BPSK是二进制相移键控，发出的是0和PI两种相位。QPSK是四进制相移键控。使用0、PI/4、PI、3/4PI。3.试说明升余弦成形滤波的基本原理和作用。升余弦滚降信号用来消除码间串扰，实际实现时采用的方式是由发送端的基带成行滤波器和接收端的匹配滤波器两个环节公共实现。传输系统的传递函数二者的乘积，所以每个环节均为平方根升余弦滚降滤波器。4.简要说明载波同步和位同步的作用和基本实现方法有哪些。载波同步又称载波恢复（carrierrestoration），即在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频同相的本地振荡（localoscillation），供给解调器作相干解调用。1、直接提取法：发送端不专门向接收端传输载波信息，接收端直接从收到的已调信号中提取载波信息。直接提取法适用于抑制载波的双边带调幅系统、残留边带调幅系统和二相多相调相系统。2、插入导频法：发送端在发送信息的同时还发送载波或与其有关的导频信号。插入导频法又有频域插入法和时域插入法。位同步的目的是使每个码元得到最佳的解调和判决。1、外同步法。外同步的方法是，发送端发送数据之前先发送同步时钟信号，接收方用这一同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率，以此来达到收发双方位同步的目的；2、自同步法。接收方利用包含有同步信号的特殊编码从信号自身提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率，达到同步目的。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、实验原理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 01 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一。3.长度为31的Gold序列:图4.11  Gold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 0          1 0 0 0 00 1 0 0 0          0 1 0 0 00 0 1 0 0          0 0 1 0 01 0 0 1 0          0 0 0 1 00 1 0 0 1          0 0 0 0 11 0 1 0 0          1 1 1 0 11 1 0 1 0          1 0 0 1 10 1 1 0 1          1 0 1 0 00 0 1 1 0          0 1 0 1 01 0 0 1 1          0 0 1 0 11 1 0 0 1          1 1 1 1 11 1 1 0 0          1 0 0 1 01 1 1 1 0         0 1 0 0 11 1 1 1 1          1 1 0 0 10 1 1 1 1          1 0 0 0 10 0 1 1 1          1 0 1 0 10 0 0 11          1 0 1 1 11 0 0 0 1          1 0 1 1 01 1 0 0 0          0 1 0 1 10 1 1 0 0          1 1 0 0 01 0 1 1 0          0 1 1 0 01 1 0 1 1          0 0 1 1 01 1 1 0 1          0 0 0 1 10 1 1 1 0          1 1 1 0 01 0 1 1 1          0 1 1 1 00 1 0 1 1          0 0 1 1 11 0 1 0 1          1 1 1 1 00 1 0 1 0          0 1 1 1 10 0 1 0 1          1 1 0 1 00 0 0 1 0          0 1 1 0 10 0 0 0 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}五、实验步骤1．在主界面上选择实验“扩频调制”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。六、实验结果及数据分析1．试说明扩频码在移动通信中的应用；对于移动通信系统而言，带宽是有限的资源。扩频技术允许多个用户无相互干扰地同时使用相同的带宽，从而有效的提高了带宽的利用率采用扩频技术，发射的调制信号在发射到信道之前，通过与扩频码相乘，频带被扩大若干倍；而在接收端，接收信号与发送端相同的码字进行互相关，频带则被缩小相同倍数。并且如果通信信道不存在窄带干扰，并且扩频和解扩的带宽相同，那么解扩之后，接收信号将完全等同于扩频之前的被发射信号。2．扩频码的种类有哪些？有何特点？如何产生?m序列，利用它的不同相位来区分不同用户；Walsh函数，在CDMA系统中，每个前向码分信道用1.2288Mbit/s比特率的64阶Walsh函数进行扩频，以使各前向码分信道间相互正交；OVSF码，正交可变扩谱因子(OVSF)编码是短扩谱码,用于确保具有不同扩谱因子和扩谱率的信道之间的正交性。3．扩频后信号频谱发生怎样的变化？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。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、实验原理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。五、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。六、实验结果及数据分析1.试说明解扩的基本原理；扩频通信技术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；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关，在发端把窄带信息扩展成宽带信号；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，把扩展以后的信号解扩成窄带信息即原来所传的信息。2.为什么接收机中的扩频码需要进行准确同步？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。3.正确解扩和不正确解扩后，信号的频谱有何变化？请画图示意。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。正确解扩不正确解扩第二部分GSM基站实验系统实验二移动台入网过程实验一、实验目的了解移动台（手机）的入网过程。了解移动台（手机）的位置更新过程二、预备知识了解GSMRR子层 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 了解信道请求和立即指派过程了解位置更新过程三、实验仪器GSM基站实验系统手机一部四、实验原理1RR子层协议RR子层的作用主要是建立、维护及释放无线连接，从而允许MS（MobileStation）与网络进行点到点通信，这包括：小区的的选择和重选，以及切换等，RR子层还包括守听单向BCCH和CCCH通道的功能，从而实现自动小区切换。空闲模式（Idlemode）在此模式下没有RR连接存在，在MS侧RR子层实现自动小区选择及重选，RR实体将通知上层BCCH/CCCH通道不可用，或小区的改变，当小区或其相关部分改变时，上层还将收到BCCH的广播消息。在空闲模式，上层可以要求RR子层建立RR连接。专用模式(Dedicatedmode)在该模式下，已经有RR连接存在，RR连接是一个物理的点到点双向连接，包括一个工作在多帧模式下SAPI=0的数据链路连接。在该模式下，RR实体提供以下服务：✓在数据链路层建立和释放多帧操作。✓通过数据链路层传输消息✓指示传输暂时的不可用、阻塞和恢复✓指示RR连接的丢失✓自动小区重选和切换，从而保持RR连接✓设置或改变物理通道的传输模式，包括通道类型，编码/解码/变换方式及加密设置。✓分配、释放额外的通道（在TCH/H+TCH/H方式）✓释放RR连接RR子层的信令过程空闲模式在空闲模式，网络将在BCCH通道上定时广播以下消息：SYSTEMINFORMATIONTYPE2~4或SYSTEMINFORMATIONTYPE1，2bis，2ter，7，8，13，15，16，17MS依据这些消息决定是否以及如何访问当前的小区，所广播的消息包括以下一些内容：✓关于标识当前网络，位置区和小区的消息✓候选小区信号强度测量信息以实现切换和小区选取✓关于当前控制通道结构的信息✓关于访问RACH通道的信息✓PHASE1协议消息长度RR连接建立MS发起建立过程RR子层响应以下消息时，将建立RR连接：✓MM子层或LLC层请求进入专用模式✓RR实体响应PAGINGREQUEST消息RR实体在建立RR连接时，将在RACH通道上发最多M+1个CHANNELREQUEST消息（M是BCCH广播的参数，“maxretrans”）。在发送完一个CHANNELREQUEST消息后，MS将在BCCH和CCCH通道上守听，发送完所有M+1个消息后，RR实体启动定时器T3126，如果T3126超时，MM子层放弃通道分配过程。网络侧在接收到CHANNELREQUEST消息后，在CCCH通道（接收到CHANNELREQUEST消息的通道）上发送IMMEDIATEASSIGNMENT消息或IMMEDIATEASSIGNMENTEXTENDED消息响应。这两个响应消息的不同之处在于IMMEDIATEASSIGNMENT消息包含一个MS的的分配信息，而IMMEDIATEASSIGNMENTEXTENDED消息同时包含两个MS的信道分配消息。MS在收到IMMEDIATEASSIGNMENT消息后，将切换到分配的通道上，将该通道标识为信令专用通道，并发送一个包含第三层消息的第二层SABM帧。在这里，第三层消息是指PAGINGRESPONE，第三层消息还可以是以下一些：✓CMSERVICEREQUEST✓LOCATIONUPDATINGREQUEST✓IMSIDETACH✓CMRE-RESTABLISHMENTREQUEST✓NOTIFICATIONRESPONSE✓IMMEDIATESETUP✓RRINITIALISATIONREQUEST如果没有可以分配的通道，网络侧将向MS发IMMIDIATEASSIGNMENTREJECT消息，MS在接收到该消息后，停止发送CHANNELREQUEST消息，启动定时器T3122，和T3126，然后在CCCH通道上守听，直到T3126超时，如果在此期间收到通道分配消息，则按前所述进行处理，否则MS回到IDLE状态。在T3122超时之前，MS不允许在同一个小区内建立新的RR连接，除非在紧急呼叫时没有收到IMMEDIATEASSIGNMENTREJECT消息。如果MS在最后接收到的SYSTEMINFORMATIONTYPE3消息中指示要求MS发送等级标识，则MS将向网络发送CLASSMARKCHANGE消息。2、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。否则，则触发正常位置更新。本实验主要进行IMSI附着的信令过程，及其MSC/VLR数据库中对于此MS记录的改变情况。而正常的位置更新过程将在移动性管理实验中介绍。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。3、IMSI附着的信令过程介绍图2-2-1是MS进行IMSI附着的信令过程。由于IMSI附着是一个由MM层完成的特定程序。MM层消息交互的建立是以RR层连接建立为前提的。信令过程中，首先是MS收到来自基站（BS）的系统消息，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。（1）MS在RACH随机接入信道上发送CHANNELREQUEST消息；（2）BS收到CHANNELREQUEST消息后，在下行的AGCH接入许可信道上发送IMMEDIATEASSIGNMENT消息，其中包括BS给MS分配的专用控制信道的物理信息。图2-2-1 MS进行IMSI附着的信令过程（3）收到IMMEDIATEASSIGNMENT信息，MS的调整到分配的专用信道上，发送SABM帧，其中包含的层3消息为LOCATIONUPDATINGREQUEST，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LOCATIONUPDATINGREQUEST内容的SABM帧后，所做的操作：①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②BS将LOCATIONUPDATINGREQUEST消息转发给MSC/VLR。因为MM层的程序执行是由MSC/VLR完成的。（5）MSC/VLR收到LOCATIONUPDATINGREQUEST消息，则要进行位置更新程序。则位置更新程序之前，要进行MM层的一个公共程序，也就是鉴权程序，鉴权程序的目的是确认移动台通过空中接口传送的IMSI是否为合法的签约IMSI，即鉴别用户SIM卡的真实性，防止无权用户接入网络。在每次位置登记，呼叫（主呼与被呼）建立，或执行某些补充业务的登记、删除前均需要鉴权。鉴权的执行过程如下：MSC/VLR向MS发送鉴权请求消息AUTHENTICATIONREQUEST。在MSC/VLR中存储了来自AUC鉴权中心的用户三参数组（RAND、SRES、Kc）。SRES是由随机数RAND和密钥Ki通过A3算法得到的符号响应。MSC/VLR通过鉴权请求消息将随机数RAND发送给MS。MS的SIM卡中也存储有密钥Ki和A3算法的程序。因此MS收到RAND后，让随机数RAND和密钥Ki通过A3算法得到符号响应SRES’，并且将SRES’通过鉴权响应消息AUTHENTICATIONRESPONSE发送给MSC/VLR。MSC/VLR比较SRES和SRES’。若两者相同，则表示MS是合法的用户，鉴权成功；否则鉴权失败，向MS发送LOCATIONUPDATINGREJECT消息。为了保证空中接口数据的安全性，网络还可以在鉴权之后启动加密程序。在加密模式下，空中接口上的数据首先都要进行加密，接收端进行相应的解密，但这个过程并不是必须的。由网络运营商设备所决定。（6）鉴权过程完成之后，MSC/VLR对LOCATIONUPDATINGREQUEST消息进行处理。MSC/VLR在其维护的参数列表中寻找同LOCATIONUPDATINGREQUEST消息中包含的IMSI相同的那行记录，将其中“是否附着”这一项标识为“已附着”；并向MS发送LOCATIONUPDATINGACCEPT消息。（7）在LOCATIONUPDATINGACCEPT消息或者LOCATIONUPDATINGREJECT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向BS发送CLEAR消息，BS收到CLEAR消息，则向MS发送CHANNELRELEASE消息。MS收到CHANNELRELEASE消息，则向BS发送数据链路层LAPDm的DISC帧。BS收到DISC帧后，将释放MSC与BS之间的链路；并向MS回送对于DISC帧响应的UA帧。MS收到UA帧后，则进入空闲状态，释放RR连接。至此，整个IMSI附着过程完成。4、MS关机的信令过程介绍图2-2-2是关机的信令过程。关机的过程同其他的过程相同，开始是MS和BS之间进行RR连接的建立过程。之后在MS发向MSC/VLR的SABM帧中就包含消息IMSIDETACHINDICATION。收到这条消息以后，MSC/VLR就将与此MS对应的记录改为“未附着”状态。图2-2-2 MS关机的信令过程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。5、位置更新过程图2-2-3 手机位置更新流程手机首先从小区的RACH信道向BTS发送信道请求（CHREQ：ChannelRequest），BTS收到处理后向BSC发送信道要求（CHRQD：ChannelRequired）；BSC收到后向BTS激活SDCCH信道（CHACT），BTS激活信道后回确认消息（CHACTACK）；BSC收到后向BTS发立即指配命令（IMMASSCMD），BTS收到后在AGCH信道上向该手机发送立即指配（IMMASS），手机收到后发送SABM，BTS发送UA给手机。同时BTS向BSC发送信道建立指示（ESTIND），其中包含手机的位置更新请求，BSC将手机的位置更新请求通过CR（LOCUPDREQ）发送给MSC，MSC收到后给BSC回CC消息。以上完成手机和BTS的SDCCH建链过程，并且从SDCCH将位置更新信息发给MSC，MSC在进行可选的加密模式选择后向手机发送位置更新接受消息（LOCUPDACCEPT）。接着MSC向BSC发送清除消息（ClearCMD）；BSC回清除完成（ClearCOM），同时向BTS发送SDCCH释放消息（CHREL）以及SACCH信道去激活消息（DEACTSACCH）；BTS收到后向手机发送信道释放消息（CHREL），手机要求BTS释放无线链路（DISC），BTS回释放确认（UA）同时向BSC报告信道释放指示；接着BSC向BTS发送无线信道释放（RFCHLREL），BTS回确认消息（RFCHLRELACK）完成整个无线信道的释放过程。1、信道请求：MS通过动态地在RACH信道（随机接入信道）上发送一个随机接入脉冲向一个（BTS）基站收发信台申请一条信道。在信道请求消息中包括了建立的原因，这个原因可能是“应答寻呼”、“紧急呼叫”、“其他业务（移动主叫，短消息业务）”或“其他”，比如位置更新。此外，这条消息还包括随机参数，移动台（MS）随机的选5个比特作为随机参数。这些参数的作用是：当两个移动台同时接入网络时，网络能运用这些参数来区分这些移动台。2、申请信道：基站收发信台向基站控制器发一条申请信道消息。通过这条消息，基站收发信台进一步向基站控制器传递由移动台发起的信道请求。实际上，申请信道消息中除了包含信道请求消息中的一些消息外，还包括通过基站收发信台加入的一些消息。基站收发信台一直在计算信道的数目，在这种情况下，上行的CCCH（RACH-脉冲）信道的数量也被包括在内，申请参数直接从信道请求消息中来。这样，初始时间提前量（接入延迟）就由基站收发信台加入到这条消息中。3、信道激活：基站控制器向基站收发信台发送一条信道激活消息。收到从基站收发信台发来的申请信道消息后，基站控制器开始按照一定的条件为此次呼叫寻找和分配SDCCH信道，其中最重要的是：分配给哪个基站收发信台以及此SDCCH的信道组合。此消息中包含的参数有：DTX控制、信道的ID（识别）、信道描述和移动分配、移动台和基站的最大功率电平、基站控制器计算的有关此次接入的初始时间提前量。4、信道激活证实：对信道激活消息的应答。当基站收发信台收到这条消息后，它开始发送和接受SACCH信道，在这条消息中用到的参数是接收到的信道激活消息的功率电平。5、立即指配命令：基站控制器告诉基站收发信台关于被使用的SDCCH信道。6、立即指配：基站分系统通过AGCH信道告知移动台有关使用的SDCCH信道的情况。实际上，这条消息是一条从网络向移动台发的从AGCH信道转到先前定义的SDCCH信道工作的指令。在这条消息中，包括的参数有：寻呼方式、SDCCH信道描述、随路SACCH、跳频、申请参数（与建立原因相同）、初始时间提前量和频率分配（跳频应用）。7、位置更新请求：位置更新请求消息由MS向网络发送，用以请求位置更新。8、位置更新请求（建立指示）：BTS通过返回的建立指示消息来确认立即指配命令。建立指示消息有两种用途。首先，建立指示消息从基站收发信台的角度出发，指出移动台目前正在SDCCH信道上。这样，基站收发信台向基站控制器发一消息，指示现在移动台的CM业务请求正在所描述的这种SDCCH信道上传送。另外，基站收发信台将识别这一连结并把接收到的第3层的消息加入到这条消息中。9、位置更新请求：位置更新请求消息作为一个连接请求（CR）消息传向MSC。10、无编号确认（UA）：无编号确认通常是建立第二层LAPDm链路时的第二层确认。11、识别请求：实际上这是用来检查IMEI的一个识别过程。IMEI（国际移动设备识别码）。这种请求由设备识别寄存器（EIR）发起用以控制移动台的硬件部分。通常，不是每次呼叫建立都要做；典型值（在VLR内设置）是每20次呼叫建立检查一次。网络还要求用户的IMSI以防与网络端失去联系。举个例子，移动台想通过TMSI建立一次呼叫，但网络丢失了TMSI。这种情况下，网络除了询问移动台外没有其它方法识别用户。识别请求作为一个连接确认（CC=ConnectionConfirm）消息发送。12、识别请求：GSM把识别请求消息传向移动台。13、识别响应：移动台对识别请求发送包含移动识别消息的响应。14、识别响应：消息继续被传向MSC。15、鉴权请求：移动交换中心发送一条鉴权请求消息作为CC（连接证实）消息给BSC。这条消息包括RAND。16、鉴权请求：BSC通过BTS把消息传送给MS。17、鉴权响应：MS以带符号的响应结果来响应鉴权请求。鉴权响应通过BTS被送往BSC。在MS鉴权过程中，使用两种算法A3和A8。这些算法和32-数字密钥被存储在SIM卡中。当网络申请移动台的鉴权，AUC/VLR发送32位十进制随机数字给MS。MS接着计算带符号的响应（SRES）并把它回送给VLR。VLR把接收到的SRES和从先前AUC的鉴权组内部接收到的SRES作比较。如果这些SRES相同，鉴权成功，MS可以继续呼叫。你可以注意到，KI的前8个数字被用来鉴权和SRES算法，剩下的24个数字被保留用作密钥算法。18、鉴权响应：为了完成鉴权过程，从MS来的SRES的值在消息内部被送回VLR。19、加密模式命令：MSC要求BSC从无线通路开始加密。假如网络想要在无线接口开始加密，需要在A接口发送消息。如果网络使用加密，那么MS在接收到此消息以后开始加密。20、加密命令：BSC把加密消息储存到它的存储器中然后向BTS发送一个加密命令来发起加密模式操作。21、加密模式命令：GSM告知MS加密的初始，开始接收被加密模式。22、加密模式完成：MS确认加密命令。23、加密模式完成：如果正在进行加密，而且这是在空中接口中的第一条加密的消息。GSM确认加密命令，通知MSC移动台已经开始加密并开始以加密模式发送消息。24、位置更新接受：MSC发送位置更新接受消息给移动台以指示更新已经完成。25、位置更新接受：位置更新接受消息被GSM传到移动台。26、TMSI再分配完成：当MS接收到TMSI再分配命令消息后，把LAI储存在SIM卡中。如果接收到的身份识别是MS的IMSI，它就把先前储存的TMSI删除。如果接收到的身份是TMSI，MS把它存储在SIM中。在这两种情况下，MS将发送一条TMSI再分配完成消息给网络。27、TMSI再分配完成：TMSI再分配完成消息送往MSC。28、清除命令：这个消息由MSC发出，用来释放所有相关的资源，也就是与这个通话过程相关的GSMAP。29、释放信道：使正在使用的TCH停止活动。这个消息是由BSC发向MS的。另外，它也被称为“第三层的断开消息”。在正常的呼叫建立情况下，呼叫原因为“正常”。30、DEACTIVE_SACCH（慢速随路控制信道）：BSC向下行发送这个消息，BSC禁止向MS传送系统消息。事实上，此时已经没有在SACCH上接收/发送任何消息的必要了，因此它将被去活。31、DISC：MS将发送第2层帧以拆除在上行方向上的连接，并通知BTS在TCH/FACCH信道中停止此次业务连接。32、UA：BTS确认拆除帧，其结果：MS重新开始监听BCCH信道，并且所有的无线接口将被释放。33、释放指示：BTS通知BSC，MS没有太多可利用的无线资源。34、RF信道释放：BSC通知BTS释放其余无线资源。35、RF信道释放确认：所有空闲的无线资源被释放后，BTS给BSC发送一确认消息，这些无线资源包括：TCH/FACCH和SACCH。36、清除完成：此确认是SCCP数据（清除命令），此时BSC通知MSC所有与此次呼叫有关的无线资源被释放。37、SCCP释放：当所有无线资源被释放，与此次呼叫有关的GSMAP连接不再需要。此消息通知BSC释放SCCP连接，并作为RLSD消息发送。38、SCCP释放确认：BSC通知MSC有关此次呼叫的专用SCCP连接被释放，并作为RLC消息发送。五、实验步骤1．点击系统界面“移动台入网过程实验”，依次填入小区别名（英文）及频点，选择“确定”，启动基站。过若干秒后即会有手机尝试连接，观察其入网过程和位置更新过程的交互信息。2.关闭手机，观察手机脱网的交互过程3.打开手机，观察手机入网的交互过程4.选择“基站配置管理实验”，输入新的LAC值，观察手机的位置更新过程图4-2-4 移动台入网过程实验六、实验结果及数据分析1、记录手机开机入网的信息交互过程（原始记录），画出对应的信息交互流程图，并说明其中网络系统要完成的任务与目的。2、记录关机脱网的信息交互过程（原始记录），画出对应的信息交互流程图，并说明其中其中网络系统要完成的任务与目的。3、记录手机位置更新的过程（原始记录），画出对应的信息交互流程图，并解释位置更新原理。位置更新开机关机实验三移动台主叫实验一、实验目的1、掌握移动台主叫正常接续时的信令流程。2、了解移动台主叫时被叫号码为空号时的信令流程。3、了解移动台主叫时被叫用户关机或处于忙状态时的信令流程。4、了解移动台主叫时被叫用户振铃后长时间不接听的信令流程。二、预备知识1、移动台同MSC之间的信令链路建立过程。2、移动台主叫的呼叫建立过程。3、与通话连接相关的七号信令消息。三、实验仪器1、GSM基站实验系统一台；2、手机二台；四、实验原理处于开机空闲状态的移动台要建立与另一个用户的通信，在用户看来他只要