移动通信课程设计.docx
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移动通信课程设计
课程设计
专业综合课程设计
报告
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
电子与信息工程学院
信息与通信工程系
实验一语音模数转换和压缩编码实验
一、实验目的
1、了解模拟/数字，数字/模拟信号的转换过程；
2、通过观测A/D、D/A波形，加深对模数转换的理解；
3、了解语音信号压缩的性质和特点；
4、熟悉语音信号压缩的方法；
2、实验原理
1、语音模数变换：
AD73311芯片完成语音模数变换，它的初始化由AMBE2000完成，本实验中的AD73311采样率是32KHZ。
2、语音压缩编译码：
AMBE2000对AD送来的512Kb/S数据进行压缩后送入DSP，然后DSP自环回送至AMBE2000解压，解压数据经DA后恢复成模拟信号。
3、语音编码性能：
AMBE2000的压缩率是可以设置的，压缩率可通过SW601进行设置。
3、实验步骤
1、打开试验箱电源，等待实验室初始化完成；
2、先按下菜单键，再按下数字键2，选择二语音转换；
3、改变一次SW601的设置，对AMBE2000进行复位。
4、将K501拨到SIN，用示波器测试TP501的信号波形。
5、用示波器分别测TP502,TP503，TO504，TP505，TP506点的波形。
6、将K501拨到MIC，用示波器测各测试点的波形。
4、实验仪器
1、移动交换机一台2、移动基站两台
3、移动终端实验箱多台4、台式计算机一台
5、实验现象及分析
模数转换实验图：
TP501TP502
TP503TP504
TP505TP506
语音压缩实验图：
TP601TP602
TP603TP604
TP506
分析：
脉冲编码调制是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，其最大特点是把连续输入模拟信号变换为在时间和振幅上都离散的量，然后将其转换为代码的形式传输。
PCM编码通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换成数字编码。
一个频带限制在（0，fh）以内的低通信号，如果以fS≥2fh的抽样速率进行均匀抽样，则原信号可以由抽样信号完全的确定成分，可以通过理想的低通滤波器不失真的恢复。
量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平表示。
语音压缩技术指的是对原始数字音频信号流运用适当的数字信号处理技术，在不损失有用信息量，或所引入损失可忽略的条件下，压缩信号编码速率，也称为压缩编码。
以生成适合传输的数字信号流，提高传输效率。
这样做的优点在于可以适应在低码率的信道上实现可靠传输，也可以在同样的信道上传输更多的数据。
对语音编码技术中语音质量的评价主要分为两类，客观评定方法和主观评定方法。
其中客观评定方法用客观测量的手段来评价语音编码的质量，其特点是计算简单，但不能完全反映人对语音质量的感觉。
实验二GSM交织技术实验
一、实验目的
1、了解交织技术的原理；
2、掌握交织的基本方法；
3、验证采用交织技术后的抗突发误码的能力。
二、实验原理
1、交织编码的产生
由于深度衰落的存在，移动通信信道中的比特错误经常是成串发生，然而传统的信道编码仅能检测和纠正单个和不太长的差错。
为了适应移动通信的这种衰落特性，要么采用特殊的具有极强的纠连续错误的编码方案，如法尔码；要么将这种衰落信道改造为传统的白噪声信道，如采取交织技术。
同时交织技术也被认为是一种隐分集技术。
2、交织技术的原理
交织可以分散长的突发错误。
以最常用的交织器－行列交织器为例，它的交织方式是采用行顺序写入、列顺序读出的方式，而解交织列顺序写入，行顺序读出，
交织时，输入序列为：
a11a12a13a14
a21a22a23a24
a31a32a33a34
a41a42a43a44
矩阵中行的个数称为交织深度M。
通过行列交织后变为
a11a21a31a41
a12a22a32a42
a13a23a33a43
a14a24a34a44
上述序列为四组长度为四的码组。
假设每组码的纠错能力为1位，设码组1：
a11,a12,a13,a14在传输信道中遇到突发错误,a12,a13,a14出错。
那么，码组1将不能正确纠错。
如果输入码组在输入突发信道前先交织，则遇到相同突发错误后，a21,a31,a41出错，在数据收到并解交织后，错误分散到了各码组中（2、3、4组），因此错误可以正常识别和纠正。
假设每一行的纠错能力为t，则交织后，可以纠正小于tM的一次突发错误或t次突发长度为M的错误。
三、实验步骤
1、打开试验箱电源，等待实验室初始化完成；
2、先按下菜单键，再按下数字键2，选择二信源信道编码；
3、再按数字键5，选择GSM交织技术；
4、打开双通示波器，按照指导书依次测量各个测试点的波形。
5、观察并记录实验现象，并对实验数据及波形进行比较。
四、实验仪器
2、移动交换机一台2、移动基站两台
3、移动终端实验箱多台4、台式计算机一台
五、实验现象及分析
TP201TP202
TP203
分析：
在编码后，语音组成的是一系列有序的帧。
而在传输时的比特错误通常是突发性的，这将影响连续帧的正确性。
为了纠正随机错误以及突发错误，最有效的组码就是用交织技术分散这些误差。
交织的要点是把码字的b个比特分散到n个突发脉冲序列中，以改变比特间的邻近关系。
n值越大，传输特性越好，但传输时延也越大，因此必须作折中考虑。
在陆地移动通信这种变参信道上，持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特，使比特差错常常成串发生。
然而，信道编码仅能检测和校正单个差错和不太长的差错串。
为了解决成串的比特差错问题，采用了交织技术：
把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条信息中的相继比特以非相继方式发送，这样即使在传输过程中发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个（或者长度很短）的错误比特，这时再用信道纠正随机差错的编码技术消除随机差错。
实验三网络优化与基站RACH接入控制实验
一、实验目的
1、了解GSM移动系统中基站的RACH信道控制的原理。
二、实验原理
信道的定义：
GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙（TS），而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道，这些逻辑信道映射到物理信道上传送。
从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。
逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。
1.业务信道（TCH）:
用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行信道上，点对点（BTS对一个MS，或反之）方式传播。
2.控制信道:
用于传送信令或同步数据。
根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道。
GSM帧结构：
GSM的无线帧结构有五个层次，即时隙、TDMA帧、复帧、超帧和超高帧。
1）时隙是物理信道的基本单元。
2）TDMA帧是由8个时隙组成的，是占据载频带宽的基本单元，即每个载频有8个时隙。
3）复帧有以下两种类型：
（1）由26个TDMA帧组成的复帧。
这种复帧用于TCH、SACCH和FACCH。
（2）由51个TDMA帧组成的复帧。
这种复帧用于BCCH、CCCH和SDCCH。
4）超帧是一个连贯的51×26的TDMA帧，由51个26帧的复帧或26个51帧的复帧构成。
5）超高帧是由2048个超帧构成。
下图3-1示出了GSM系统分级帧结构的示意图。
3-1GSM系统分级帧结构
三、实验步骤
（1）打开计算机上的“移动交换机”软件，打开移动交换机电源，按两次确认键，交换机LED显示各终端状态。
（2）打开移动基站电源，打开多台移动实验箱电源，初始化完成后，按下菜单键，选择9，进入系统通信实验。
（3）点击移动交换机软件右下角基站BACH接入控制参数，对参数进行修改。
（4）用移动台进行主叫呼叫、被叫实验，观察实验现象。
四、实验仪器
1、移动交换机一台2、移动基站两台
3、移动终端实验箱多台4、台式计算机一台
五、实验现象及分析
分析：
消息部分的结构是10ms的消息被分作15个时隙，每个时隙的长度为Tslot=2560chips。
每个时隙包括两部分，一个是数据部分，RACH传输信道映射到这部分；另一个是控制部分，用来传送层1控制信息。
数据和控制部分是并行发射传输的。
一个10ms消息部分由一个无线帧组成，而一个20ms的消息部分是由两个连续的10ms无线帧组成。
消息部分的长度可以由使用的特征码和/或接入时隙决定，这是由高层配置的。
数据部分包括10*2个比特，其中k=0,1,2,3。
对消息数据部分来说分别对应着扩频因子为256，128，64和32。
控制部分包括8个已知的导频比特，用来支持用于相干检测的信道估计，以及2个TFCI比特，对消息控制部分来说这对应于扩频因子为256。
导频比特模式如表8所示。
在随机接入消息中TFCI比特的总数为15*2=30比特。
TFCI值对应于当前随机接入消息的一个特定的传输格式。
在PRACH消息部分长度为20ms的情况下，TFCI将在第2个无线帧中重复。
实验四 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、实验原理
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。
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LOCATION UPDATING REQUEST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LOCATION UPDATING ACCEPT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TMSIRELOCATION COMPLETE消息。
此后释放信道，VLR内位置更新结束。
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。
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LOCATION UPDATING REQUEST消息中通过MSC发送给VLR。
MSC收到MS发送的LOCATION UPDATING REQUEST消息后，就要求VLR根据LOCATION UPDATING REQUEST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“MAP SEND IDENTIFICATION”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_IDENTIFICATION ACK”中。
三、实验步骤
1、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；
5、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；
6、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；
7、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”；
8、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。
9、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。
四、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
五、实验现象及分析
操作界面10 25正在互拨
1215正在通话
分析：
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Mobile Application Part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。
实验五移动台主叫实验
一、实验目的
1、了解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是空号时的信令流程；
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、实验原理
移动用户向固定用户发起呼叫的接续过程如图5-1所示。
图5-1移动用户主呼时的连接过程
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分配一个“专用控制信道”，即在“准许接入信道（AGCH）”上，向MS发出“立即分配”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，如果按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。
MS收到“立即分配”信令后，利用分配的专用控制信道（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（访问用户位置寄存器）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分配一个新的TMSI（临时用户识别码），其分配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。
如果成功，MSC即向MS发送“呼叫开始”指令，并向BS发出分配无线业务信息的“信道指配”信令。
如果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。
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。
三、实验步骤
1）呼叫建立正常流程
1、将与实验箱1相连的电脑上的移动系统信令实验平台软件打开，在主界面上点击“移动台主叫信令”按钮，进入此实验界面；
2、主叫在实验箱1上输入被叫移动台的电话号码，并按确认键；
3、由于被叫处于开机空闲状态，很快被叫试验箱电话将振铃，按下确认键进行摘机；
4、通话结束，主叫主动挂断电话；
5、点击退出键，推出主叫信令实验；
6、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。
2）被叫关机流程
1、实验箱2（被叫），按菜单键退出系统通信实验，相当于被叫关机；
2、打开移动系统实验平台软件，点击“移动台主叫信令”按钮；
3、实验箱1上输入被叫号码，按确认键；
4、电脑上移动系统信令平台软件将显示移动台被叫关机信令过程；
5、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。
3）被叫号码无效流程
1、打开移动系统实验平台软件，点击“移动台主叫信令”按钮；
2、主叫在实验箱1上输入被叫号码80，按确认键，主叫实验箱1拨叫被叫号码，主叫试验箱将显示空号；
3、电脑上移动系统信令平台软件将显示移动台被叫号码无效的信令过程。
四、实验仪器
1、基站一台2、交换机一台
3、移动终端实验箱两台4、计算机一台
五、实验现象及分析
成功建立呼叫的信令流程被叫号码无效时的信令过程
被叫忙或者被叫未开机的信令流程被叫无应答时的信令流程
分析：
处于开机空闲状态的移动台要建立与另一个用户的通信，移动台和网络需要经过许多步骤才能将呼叫建立起来。
以移动台与移动台进行通信为例，就包括主叫移动台和主叫MSC建立信令连接、主叫MSC通过被叫电话号码对被叫用户进行选路，即寻找被叫所处的MSC、被叫MSC寻呼被叫MS并建立信令连接过程等三个过程。
实验六移动台被叫实验
一、实验目的
1、掌握移动台被叫正常接续时的信令过程；
2、掌握通话结束呼叫释放时的信令过程；
3、了解被叫用户振铃后长时间不接时移动台被叫的信令过程。
二、实验原理
当用户向移动用户拨出呼叫号码后，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（原籍用户位置寄存器）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VLR查询该MS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。
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分配专用控制信道（DCCH），即在公用控制信道（CCCH）上给MS发送“立即指配”信令。
MS利用分配到的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“呼叫证实”信息，表明MS已可进入通信状态。
VMSC收到MS的“呼叫证实”信息后，向BS发出信道“指配请求”，要求BS给MS分配无线“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。
三、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。
按两次确认键进入工作状态；
2、按“GSM”开发模块左上角的工作方式选择按钮，使PC-SYS对应指示灯亮；
3、实验箱1（被叫），先按菜单键，再按9；
4、选择一个作为主叫的实验箱2，并了解被叫号码；
5、打开作为主叫的实验箱2的电源，先按菜单键，再按数字9。
四、实验仪器
2、基站一台2、交换机一台
3、移动终端实验箱两台4、计算机一台
五、实验现象及分析
被叫正常接续的信令流程
移动台被呼叫释放的信令过程
被叫振铃后无应答
分析：
在MS收到基站发来的ASSIGNMENT COMMAND消息后，将会就将收发信配置调整到该TCH信道上，通过FACCH信道（此后传递信令，将都采用该信道形式，其实它就是利用的TCH信道，唯一不同是将TCH突发脉冲的标识位由0改为1，这种形式被称为偷帧）向系统发出SABM消息，系统在收到该消息后，会向BSC发出ESTABLISH INDICATION（建立指示消息），同初始分配信令信道一样，需系统再发回一条UA的证实帧。
当MS收到UA帧后将通过FACCH信道向系统发出分配完成（ASSIGNMENT COMMPLETE）消息，若因无线接口失败、无线接口消息失败或因干扰和硬件问题无法识别指派信息等原因MS无法占用该指定的信道，MS就会向系统发出ASSIGNMENT FAILURE（指派失败），若因干扰等原因MS未收到系统发给它的指派命令或系统未收到MS的响应导致在BSC未收到MS返回的消息，则系统将该信道释放掉。
在BSC收到分配完成的信令后，一方面向MSC发出指派完成（ASSIGNMENT COMPLETE）消息，一方面向BTS发出无线信道释放（RF CHANNEL RELEASE）消息，要求将以前占用的SDCCH信令信道资源释放掉，当BTS完成了信令信道的释放后，将发给BSC一条信道释放完成（RF CHANNEL RELEASE ACK）消息，BSC收到此消息后就认为该信道已返回到空闲状态下，该资源可以用于分配给新的信道请求。
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