现代通信技术实验报告二综述Word文档格式.docx
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我国的微波通信是从20世纪50年代开始的。
1956年北京保定建立了国内第一条微波接力线路；
70年代中期全国已建成数万千米的微波接力线路，联通了国内绝大多数省、市、自治区。
在此期间，还进行了散射通信与毫米波波导通信试验并开始发展卫星通信。
70
年代后期，中国人民解放军已装备一定数量的装备与战术微波通信设备，建成了若干条对流层散射通信线路和数字卫星通信线路，并将数字微波接力通信用于地域通信网中。
80年代后期至90年代，充分利用现代微波通信技术的微波通信网路已具有相当的规模并日臻完善。
近年来我国开发成功点对多点微波通信系统，其中心站采用全向天线向四周发射，在周围50公里以内，可以有多个点放置用户站，从用户站再分出多路电话分别接至各用户使用。
其总体容量有100线、500线和1000线等不同的容量的设备，每个用户站可以分配十几或数十个电话用户，在必要时还可通过中继站延伸至数百公里外的用户使用。
这种点对多点微波通信系统对于城市郊区、县城至农村村镇或沿海岛屿的用户、对分散的居民点也十分合用，较为经济。
2、微波通信特点
频率范围宽，通信容量大，传播相对较稳定，通信质量高，采用高增益天线时可实现强方向性通信，抗干扰能力强，可实施点对点、一点对多点或广播等形式的通信联络。
它是现代通信网的主要传输方式之一，也是空间通信的主要方式。
微波通信还具有良好的抗灾性能，对水灾、风灾以及地震等自然灾害信息预警报告，微波通信一般都不受影响。
在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向，因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设。
此外由于微波直线传播的特性，在电波波束方向上，不能有高楼阻挡，因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划，使之不受高楼的阻隔而影响通信。
3、微波通信组成和原理
3.1组成及各部分功能
一个典型的微波通信系统通常由终端站，枢纽站，分路站，和若干个中继站组成，长度在几百公里甚至达一二千公里。
其中终端站的作用是将数字复用设备送来的基带信号或从电视台送来的。
电视信号经微波设备处理后由微机发信机发射给中继站，同时将微波接收机接收到的信号经微波设备处理后变成基带信号送给数字复用设备。
枢纽站处在微波通信线路的中间，处于有两条以上微波通信线路汇接的城市，既可以进行本线路的用户间信息交换，也可以与其他线路的用户进行信息交流构成通信网。
分路站是为了适应一些地方的小容量的信息交换而设置，这种站型一般很少设置。
中继站的作用是将信号进行再生、放大处理后，再转发给下一个中继站，以确保传输信号的质量。
一般来说，由于地球幽面的影响以及空间传输的损耗，每隔50公里左右，就需要设置中继站，将电波放大转发而延伸，这种通信方式，也称为微波中继通信或微波接力通信。
长距离微波通信干线可经过几十次而传至数千公里仍保持很高的通信质量。
3.2工作原理
用户设备把各种要传输的信息变换成基带信号或把基带信号变换成原信息。
多路复用设备可使多个用户的信号共用一个传输信道。
调制器把基带信号调制到中频（频率一般为数十至数百兆赫）上，也可直接调制到射频上。
解调器的功能与调制器相反。
上、下变频器实现中频信号与微波信号之间的频率变换。
高功率放大器把发射信号提高到足够的电平，以满足在信道中传输的需要。
百瓦以下的设备中，功率放大器采用固态微波功放；
当射频输出电平在百瓦以上直至数十千瓦时，通常采用行波管或速调管放大器。
低噪声放大器用于提高接收机的灵敏度，主要采用微波低噪声场效应管放大器。
天馈线设备是传输和辐射（或接收）射频电磁波的装置。
微波通信天线一般为强方向性、高效率、高增益的反射面天线，常用的有抛物面天线、卡塞格伦天线等。
馈线主要采用波导或同轴电缆。
传播媒介为视距空间、人造中继转发设施（如人造卫星）或大气层中特定的气象体（如湍流团）。
除了与主信号流程有关的各部分外，在系统中还有其它一些部件和辅助电路，如：
勤务、监（遥）控、自检、人-机对话和自动化操作等功能。
军用微波系统还具有独立加密、专用抗干扰模块等。
4、微波通信技术的应用
1．干线光纤传输的备份及补充
如点对点的SDH微波、PDH微波等。
主要用于干线光纤传输系统在遇到自灾害时的紧急修复，以及由于种种原因不适合使用光纤的地段和场合。
2．农村、海岛等边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务的场合
这些场合可以使用微波点对点、点对多点系统，微波频段的无线用户环路也属于这一类。
3．城市内的短距离支线连接
如移动通信基站之间、基站控制器与基站之间的互连、局域网之间的无线联网等环
的微波数字扩频系统。
例如，基于IEEE802.11系统标准的无线局域网工作在微波频段。
4．
无线宽带业务接入（如MDS）
无线宽带业务接入以无线传播手段来替代接入网的局部甚至全部，从而达到降低成本、该晒系统灵活性和扩展传输距离的目的。
多点分配业务（MDS）是一种固定无线接入技术，其包括运营商设置的主站和位于用户处的子站，可提供数十MHZ的带宽，该带宽由所有用户共享。
MDS包括两类业务：
多信道多点分配业务（MMDS）和本地多点分配业务（LMDS）。
5、微波通信的发展方向
1．
提高QAM调制级数及严格限带
为了提高频谱利用率，一般多采用多电平QAM调制技术，目前已达到256和512QAM，很快就可实现1024/2048QAM。
与此同时，对信道滤波器的设计提出了极为严格的要求：
在某些情况下，其余弦滚降系数应低至0.1。
现已可做到0.2左右。
2．
网格编码调制及维特比检测技术
为降低系统误码率，必须采用复杂的纠错编码技术，但由此会导致频带利用率的下降。
为了解决这个问题，可采用网格编码调制（TCM）技术。
采用TCM技术需利用维特比算法解码。
在高速数字信号传输中，应用这种解码算法难度较大。
3．
自适应时域均衡技术
使用高性能、全数字化二维时域均衡技术减少码间干扰、正交干扰及多径衰落的影响。
多载波并联传输
多载波并联传输可显著降低发信码元的速率，减少传播色散的影响。
运用双载波并联传输可使瞬断率降低到原来的1/10。
5.
SDH新型数字微波通信技术
SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，因而使得网络的OAM能力大大加强。
由于SDH中的DXC和ADM等一类网元是智能化的，通过嵌入的控制通路可以使部分网络管理能力分配到网元，实现分布式管理，使新特性和新功能的开发变得比较容易。
SDH网与现有网络能完全兼容，即可以兼容现有准同步数字体系的各种速率，同时还能容纳各种新的业务信号等等。
6．
其它技术
如多重空间分集接收、发信功放非线性预校正、自适应正交极化干扰消除电路等。
二、实验过程
本实验数字微波通信系统为：
34Mbit/s
QPSK系统
中频频率是70MHz，射频频率是6GHz。
在实验中信号不是直接发送出去，而且通过实体线路连接到接收方，通过信道衰减器模拟微波的远距离传输。
实验室有太频谱仪虽然老，但是它能观察到的频谱范围很宽，能观察到6GHz的频谱。
我们在频谱仪上观察了射频的频谱。
三、实验心得
在实验课的开头，老师带我们回忆了通信原理的框图，信源编码，信道编码，调制，解调，信道解码，信源解码，线路码，交织等等，帮助我们从整体框架上理解通信原理。
老师指着微波站，介绍说这个微波站就是典型的通信原理框图。
实验室的微波站是比较老式的，比较大，所以我们能看到微波站的各个部分和通信原理的框图对应的很好。
通过对微波站各个部分的介绍，我们对通信原理的框图有了感性的认识。
老师还帮我们回顾了采样，量化，编码等。
通信里面的定理并不多，比如香农定理，奈奎斯特采样定理等。
奈奎斯特采样定理架起了模拟信号与数学信号之间的桥梁，将信源进行数字化，发挥了重大的作用。
通过这次微波通信的实验，我们对通信系统用了比较完整的了解，让我们在通信原理里面学的理论知识在现实中有了对应，理解了通原里的框图在现实中是如何实现的。
实验二CDMA移动通信演示
一、实验内容
本次实验属于演示实验类别，意在向我们展示移动通信的全过程、信令流程以及切换过程，让我们对移动通信有更加切身的体会。
实验内容概要归纳如下：
1.对移动通信的思考与交流；
2.移动通信系统的组成介绍；
3.移动通信信道和频点的测量与观察；
4.CDMA2000（2.5G系统）的演示，为实验重点，演示内容包括：
a）实验基站的频点与现在商用系统频点测试与对比；
b）基站模拟监视与管理平台的操作演示；
c）通话信令流程在监视平台的记录，短信收发的信令流程记录，通话业务信道占用与短信在控制信道和业务信道传输的对比；
d）软切换和硬切换的演示；
e）通话过程手机端发送信号强度变化的观察。
下面对课堂实验内容进行总结与归纳，形成系统的理解框架，同时加入了个人对移动通信的一些理解和感受。
1、对移动通信的思考
移动通信的发展势头十分迅猛，老师意在引导我们从身边的变化中去观察和体会，不论是从通信展的绚丽的新技术与产品还是博物馆历史资料的陈列，都能感受到通信方式的进步和通信带给社会的变化。
我们这一代人已经经历了2G到2.5G的大发展期，正在经历3G的扩展期，即将面对4G时代的到来，将来还有更多的演变。
关注通信，除了技术层面的学习与理解，更重要的是要有自己独立的思考，要关注行业，关注整个通信的发展。
我们的理解尚为粗浅，老师引导大家去思考，和大家一同讨论，不求一统天下的观点，而是每个人有独立的见解。
我们讨论了3G市场定位与需求，讨论了业务定价与消费者的倾向。
2、移动通信系统架构
作为通信专业的学生，应该对移动通信系统的结构有一定的认识，多门课程反复提到了系统结果，下面对GSM系统的结构给出示意图并作分析。
如图1所示。
图1.GSM系统结构图
GSM系统主要由移动台（MS）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作支持子系统（OSS）四部分组成。
基站子系统（BSS）在移动台（MS）和移动网子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。
NSS是整个GSM系统的控制和交换中心，它负责所有与移动用户有关的呼叫接续处理、移动性管理、用户设备及保密性等功能，并提供GSM系统与其他网络之间的连接。
MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分，操作支持子系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。
3、信道和频点的观察
实验中使用NetTek分析仪对业务信道和控制信道进行了观察。
可以清晰地看到商用网络和实验室网络的信道直观分布情况。
同时可以观察到突发的呼叫业务和短消息业务的持续脉冲（bursts）。
4、信令流程
这是本次实验演示的重点内容之一。
主要包括呼叫的信令流程和短消息的信令流程。
下面分别予以总结。
图2所示为UE呼叫UE的总体流程图。
图2.UE呼叫UE总体流程图
在基站模拟监视平台的可以观察到具体的信令流程记录。
演示实验中没有截图和拷贝日志，此处无法详细说明观察到的具体流程。
短消息存在三种信令：
1）MO（MobileOriginated）移动台发起的短消息业务；
2）MT（MobileTerminated）移动台终止的短消息业务；
3）ALERT_SC（AlertServiceCenter）短消息中心提醒。
如图3所示为MO消息流程图。
图3.MO消息流程
如图4所示为MT消息流程图。
图4.MT消息流程图
以上是实验中涉及的两种重要的短消息流程的简要总结。
实验中演示了短消息的两种处理方式与信令流程，一是消息序列较长时，由于传输的信息量比较大，基站启用了新的业务信道传输信息，但此过程十分短暂；
二是消息序列很短时，基站并不启用业务信道承载信息，而是直接在控制信道中发送信息给接收端，这样利于节约信道资源，体现了通信中一贯的复用的思路。
5、软切换和硬切换
此为本次演示实验的核心内容。
下面对软切换和硬切换作总结。
CDMA系统由于采用码分多址技术，在相邻小区采用同频，故可以有软切换和硬切换两种基本方式（演变的如更软切换原理基本一致）。
软切换是指移动台在从一个小区进入另一个小区时，先建立与新基站的通信，直到接收到原基站信号低于一个门限值时再切断与原基站的通信的切换方式。
而硬切换则是移动台在从一个小区进入另一个小区时，先断掉与原基站的联系，然后再寻找新进入的小区基站进行联系的切换方式。
软切换一般情况下需要切换前后频率一致，当切换前后频率不一致时，通常只有采用硬切换。
硬切换断开时间为几百毫秒，在正常情况下人们无法感觉到，只是一旦手机因进入屏蔽区或信道繁忙而无法与新基站联系时，就会产生掉话；
而软切换是在确保与新基站接入之后才切换，相对的掉话率会更小。
如果遭遇将要切换的小区容量负荷达到极限时可能会掉话。
CDMA自干扰系统容量可以在牺牲一定通话质量的情况下动态扩容，因而掉话率比GSM时代硬切换小很多。
切换过程中涉及到的基本原理是：
手机和基站同时检测信号的强度，可以手机主动发出切换请求或者由基站发出切换指令。
手机端维持一个激活集，存放可用的基站和信道，当在小区边缘时，激活集一般有至少两个元素。
软切换是在切换前同时维持和激活集中的基站的通信，完成切换时选择新的基站，与原有基站断开连接，这在演示中通过对手机端的检测能清楚看到激活集的变化。
硬切换时激活集中将有短暂的空白时间，即与先前的基站断开，而新的基站还未接入。
激活集中最多只有一个元素。
实验室空间有限，且不能与商用系统冲突，为了达到演示的效果，采用了变通的解决思路。
基站分为三个扇区，分别记为Cell01、Cell02、Cell03，其中1号和2号扇区采用同频（466频点），用以模拟软切换，3号扇区采用另一个频点（507频点），用于模拟硬切换。
实验软切换时，启动Cell01、Cell02，关闭Cell03。
为了能模拟在小区边缘移动（假设从Cell01移动到Cell02），在手机端检测可看到激活集中有两路信号，此时在基站控制端断开Cell01或者减小Cell01的功率，就模拟出了远离Cell01，进入Cell02的情形，在手机端可以观察到软切换时激活集的变化。
实验硬切换时，启动Cell01和Cell03，采用基站给手机端发送特殊指令的方式强迫Cell01掉线，此时手机端检测到激活集中短暂空白，然后可以看到Cell03进入激活集中，通话过程无明显中断的感觉。
至此采用此种灵活的方式完成了软硬切换的演示。
6、其他实验内容
老师给我们演示了手机端信号强度变化过程，破除了现在流行的错误说法：
“手机在接听的瞬间会有强脉冲，将产生大量辐射，因此要电话接通以后再接听。
”演示中可以清楚看到，所谓的接通并非是在被呼叫方应答的瞬间，而是在拨号过后链路建立时就已经“接通”，链路建立时会产生强脉冲，以后会维持在一定的功率直到通话结束。
这是很有趣的一个现象。
三、心得体会
本次实验老师讲了许多移动通信的知识，让我对基站有了进一步的了解。
比如说为什么蜂窝通信系统的模型是六边形。
老师还和我们聊了许多关于运营商、2/3/4G的知识，对于微信和传统短信也做了对比。
通过实验我了解了手机打电话、发短信的具体流程，明白了手机是怎样与基站连接的。
这次实验让我打开眼界，对于通信行业也有了更深的思考。
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