福州大学实验二无线数字信令Word文件下载.docx

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有效数据

纠错码

图2-1典型的数字信令帧结构

（1）位同步：

数字通信收端必须从接收的数据流中提取位同步，才能对数据准确进行积分、采样和判决，正确恢复发端数据。

位同步建立需要时间，而数字信令是突发的数据串，收端必须在帧同步及有效数据收到之前建立位同步，因此在信令的帧同步前集中加入一段位同步码。

（2）帧同步：

帧同步位于一个信令帧有效数据的起点，相当于时分多路通信中的帧同步，作为帧同步的特殊码组必须具有尖锐峰值的自相关函数，便于与随机的数字信息相区别。

常用的有巴克码和m序列。

位同步及帧同步统称同步码。

（3）有效数据：

包括地址、命令、拨号等数据，统称为消息。

信令的控制、操作功能全由有效数据完成。

（4）纠错码：

对有效数据进行纠（检）错编码后产生的监督位。

基于纠（检）错编码的数据传输差错控制方法，常用的有以下二种：

．前向纠错FEC（ForwardErrorCorrection）：

发端对数据进行纠错编码，收端进行纠错解码，对未超过纠错范围的误码予以纠正，超出纠错范围的无法纠正。

．检错重发，常称为自动请求重发ARQ（AutomaticRepeatRequest）：

发端对数据进行纠、检错编码，收端发现有纠正不了的误码时，自动请求发端重发，直到收到正确数据为止。

显然，后一纠错方式的可靠性要高得多，但付出的代价是降低了信息的传输速率。

发端在没有收端请求的情况下，按事先规定主动重发多帧信令，收端对其纠检错之后再进行大数判决，亦可提高信令数据传输可靠性。

这可认为是对ARQ重发次数作硬性规定后与FEC组合而成的一种方法。

作为构成移动通信教学实验系统无线部分的我国的CT1无绳电话，相关技术标准只规定了其工作频率、调制方式等射频技术要求（见附录1表1），但对其信令结构、传输协议及多信道共用方式未作规定，由各生产厂家自行定义、开发。

因而，各厂家生产的无绳电话这方面技术各不相同，座机与手机一般不能交换配对使用。

本实验系统中采用的一种无绳电话的信令结构及多信道共用方式是国内外很多厂家所采用的，十分可靠实用，也比较规范，便于观测。

1．无绳电话无线数字信令副载频调制方式及帧结构

信令数据先对副载频进行FSK调制，即一次调制，如表2-1所示。

然后再对45/48MHz的主载频调频（FM）。

由于每个码元只调制为1个周期的副载频，故与经典的FSK调制相比，码元宽度随0/1数据而变化。

表2-1信令数据的FSK调制方式

数据

FSK调制参数

周期2.0ms的一周方波

1

周期2.8ms的一周方波

帧同步S

周期4.0ms的一周方波

数据帧的典型结构以手机拨号（号码7）为例，见图2-2。

这个数据帧各部分的含义见图2-3，其中有效数据有12位，分为三个部分：

图2-2典型的信令数据帧结构

00S,1010,00,1110,00

图2-3信令数据帧各部分的含义

（1）IDH

IDH为无绳电话系统16位识别码（ID码）的高4位。

在初装无绳电话时，座机与手机要统一ID码，称为对码。

只有ID码相同的座机和手机才能建立无线连接，有效防止不同ID码无绳电话之间的串扰和盗打。

在手机摘机主呼及被呼振铃时，才全部发送及接收16位ID码，在这以后的信令传输过程中为节省传输时间只发送部分ID码。

为了使综测仪能自动跟踪测量无绳电话工作过程，综测仪也要与无绳电话对码，使综测仪、无绳电话座机及手机三者的ID码及呼叫信道保持一致（对码方法见实验四的实验步骤1。

实验前教师己对好了码，实验一、二、三中同学不必对码）。

综测仪内的无绳电话系统ID码及控制信道号都存在E2PROM中，掉电不会丢失。

要查看系统ID码只需点动综测仪对码（CODE）键，即可在频率显示LED数码管上显示ID码4秒钟。

16位二进制码以8位四进制码形式显示，高位在左，低位在右，例如01，23，32，10（四进制）=0001，1011，1110，0100（B）。

（2）手机号代码

本无绳电话一台座机最多可带4部手机（任一时间只能有一部手机占用座机通话）。

在对码时，按手机对码的先后顺序，座机顺次指定手机号码为1、2、3、4。

信令中手机号代码含义见表2-2，2位代码倒序看为自然二进制码，与手机号码直接对应。

表2-2手机号码

手机号码

2

3

4

代码

00

10

01

11

倒序代码

（3）命令

命令为6位，亦应倒序读取，图中命令倒序码为00,0111B=07H，表示消息”拨号码7”。

常用命令见表2-3。

表2-3无绳电话常用命令

命令名

命令码（倒序）

拨号码0-9、*、#

01-09H、0EH、0FH

闪断（Flash）

10H

挂机

12H

2．无线数字信令传输协议

无绳电话呼叫接续有不同状态，包括手机被呼振铃，手机主呼/被呼摘机，手机拨号，进入通话后手机进行“闪断”、“换频”、“挂机”等操作。

在呼叫接续的不同状态下，信令传输协议各不相同，下面仅介绍手机拨号及通话结束后挂机的信令传输协议。

（1）手机拨号（号码7）

图2-4手机拨号（号码7）信令传输过程

图2-4为手机拨号（号码7）信令传输过程。

图中，命令帧{消息帧}各部分含义见前节；

应答帧中IDL为ID码低4位，

为IDL的反码。

由图可见，无绳电话信令收发是全双工工作方式，座机及手机可同时收发信令。

为保证信令数据传输可靠性，必须采用差错控制。

本无绳电话采用检错重发即自动请求重发ARQ方式实现差错控制。

但与一般ARQ方式不同，数据中的检错功能不是由纠检错编码实现，而是由以下手段实现：

．如表2-1所示，每位数据都是特定周期的一周方波，收端微处理器采用脉宽检测方式检测其半周期及周期，超过表中数值（有一定允许误差）就判定为误码。

只要有1位误码就确定数据帧出错。

另外，噪声及干扰引起前一码元脉宽变化会传递到下一码元，若前一码元刚好错成另一码元，则下一码元脉冲半周期或周期一般都会出错。

总之，脉冲半周期及周期宽度检测是一种极严格的检测方式，在相同信噪比条件下，它的误码率比常用的最佳检测方式——相关检测或匹配滤波的误码率要高得多。

更重要的是，最佳检测对每个码元的检测结果只给出是0还是1，但这个码元的对错它一无所知，只能通过纠错解码来判定；

而脉宽检测根据每个码元的参数就可检测出误码，等效为每个码元自带检错信息。

．命令帧中的IDH及应答帧中的IDL、

分别为无绳电话系统16位ID码的高4位、低4位及低4位的反码，是座机及手机双方都确知的数据，收端可检出这些数据的错误。

座机及手机依据以上信令数据的可靠检错功能，以自动请求重发ARQ方式保证信令数据传输的可靠性：

如图2-4所示，手机MS用户按“7”字键拨号后，MS连续发二个拨号命令帧。

座机BS收到第1个命令帧检测无误码，则连续发多个应答帧表示收到正确的命令。

MS只要正确收到其中一个应答帧就确知BS已收到正确命令帧，于是在发完当前的命令帧后就停止发命令帧，然后发多个应答帧通知MS，完成1次手机拨号命令的传送过程。

若BS未收到正确的命令帧，则不发应答，等效为发送请求重发信息，MS就连续重发第3个、第4个……命令帧，直至收到BS的应答为止（或MS因发送超时，放弃这次信令传输）。

MS必须发送第2个命令帧的原因是，BS在收完第1个命令帧检测无误码直到发完第1个应答帧并被MS正确接收后，MS已经将第2个命令帧发送了一部分，干脆发完算了。

（2）手机挂机

图2-5手机挂机信令传输过程

图2-5为手机挂机信令传输过程。

由图可见，其过程与手机拨号完全相同，唯一的区别是命令内容不同。

四、实验仪器设备

1．双路无线综合测试仪；

2．无绳电话（座机和手机）；

有线电话若干；

3.小型程控交换机；

4．数字示波器。

五、实验步骤：

（一）用普通双踪示波器观测无线数字信令

1．将普通双踪示波器的两个测量探头分别接在综测BS及MS测量面板上存贮信令的输出端SIG；

示波器外触发输入端接至综测仪BS测量面板的触发信号输出端TRIS。

示波器设置为上升沿外触发，水平分度2ms/DIV，垂直为DC、2V/DIV。

设置综测仪为自动跟踪测量方式（按K1至SYST灯亮，再按K2，SYST灯常亮），守候于无绳电话系统的控制信道，将综测仪信令存贮显示（SAVE）控制面板上工作开关K10置在ON位置，接通数字信令存贮显示模块，面板顶部LED指示灯亮；

按运行（RUN）键使模块处于等待触发存贮状态，停止存贮（STOP）指示灯灭。

将发射机（TX）控制面板上开关K6拨至OFF位置，关断发射机电源，电源指示灯灭。

为了避免交换机信号音及2/4转换反射信号干扰信令波形观测，本实验中将无绳座机用户线从交换机上拔下。

2．手机按“通话”键摘机，与座机一起由控制信道转移到某空闲通话信道，综测仪检测到摘机信令后自动跟踪扫描，锁定于该通话信道，并发出一声蜂鸣声指示。

信令存贮显示控制面板停止（STOP）灯亮，表示手机摘机信令过程已存贮完毕。

若综测仪因误码未检测到手机摘机信令仍停在控制信道，则按控制面板扫描（SCAN）键K3启动综测仪扫描信道，最后锁定于该通活信道。

综测仪锁定于通话信道的标志是：

信道扫描仃止并且BS及MS测量面板同时显示接收频率。

3．按综测仪信令存贮显示面板上运行（RUN）键，停止（STOP）指示灯灭，综测仪处等待触发存贮状态。

4．手机用户按键进行“拨号”、“闪断”等操作，综测仪以单次触发方式存贮记录下这一次信令传输过程，存贮显示控制面板停止（STOP）指示灯亮，示波器可观察到存贮的数字信令。

调节示波器触发电平旋钮使波形稳定，旋转综测仪信令存贮显示控制面板上波形位置（POSITION）旋钮左右移动显示波形，或按复位（RST）键使显示波形回到信令传输过程的起点。

反复按同步（SYNC）键分五步循环步进调节波形的闪烁及亮度，在波形由严重闪烁刚好调节到不闪烁时，亮度最高，波形最清晰，在以后的测量中再不必调整。

如此仔细观测并记录信令帧结构及信令传输过程。

5．重复3、4，观测并记录另1次信令传输过程。

6．通话完毕，重复3，使综测仪准备存贮信令，按手机“通话”键挂机，用示波器观察并记录手机挂机信令传输过程。

7.拉开手机与座机之间的距离应拉开综测仪BS测量收发信机天线与座机天线距离及MS测量收发信机天线与手机天线距离），降低座机的接收机输入C/N，增大接收信令误码率。

手机重复按某数字键拨号，观测信令传输过程中命令帧重发2次以上的现象。

（二）用TDS210双踪数字存贮示波器观测无线数字信令

1．将TDS210双踪数字存贮示波器的两个测量探头分别接至综测仪BS及MS测量面板上AFo端；

示波器外触发输入端接至综测仪MS测量面板上TRIA触发输出端。

示波器设置为上升沿外触发，单次触发方式，触发电平1~1.6V；

水平分度25ms/DIV；

垂直为直流、2V/DIV。

关断综测仪发射机及信令存贮显示电路（TX控制面板上K6置OFF，SAVE控制面板上K10置OFF），电源指示灯灭；

置综测仪为自动测量方式（按控制面板K1至SYST灯亮，再按K2，SYST灯常亮），综测仪守候于控制信道。

2．手机按“通话”键摘机，与座机一起由控制信道转移到某空闲信道，综测仪检测到摘机信令后自动跟踪扫描，锁定于该空闲信道，并发出一声蜂鸣声指示。

按示波器运行（RUN）键使示波器处于等待触发扫描状态，示波器显示屏上方状态栏中停止（STOP）字符变为运行（RUN）字符。

3．手机用户按键进行“拨号”、“闪断”等操作，TDS210数字存贮示波器以单次触发方式存贮显示这一次信令传输过程，示波器显示屏上方状态栏中显示停止（STOP）字符。

调节示波器水平分度至2.5~5ms/DIV，展开波形，仔细观测并记录信令传输过程。

4．调节示波器水平分度返回25ms/DIV，按运行（RUN）键使示波器处于等待触发扫描状态，示波器显示屏上方状态栏中停止（STOP）字符变为运行（RUN）字符。

重复3，观测并记录另一次信令传输过程。

5．通话完毕，按运行（RUN）键使示波器处于等待触发扫描状态，示波器显示屏上方状态栏中停止（STOP）字符变为运行（RUN）字符。

按手机“通话”键挂机，示波器存贮显示挂机信令传输过程，仔细观测并记录。

6.拉开手机与座机之间的距离（应拉开综测仪BS测量收发信机天线与座机天线距离及MS测量收发信机天与手机天线距离），降低座机的接收机输入C/N，增大接收信令误码率。

五、实验记录：

1．给出以下几种操作的无线数字信令传输过程图，并注明在综测仪上查到的无绳电话系统16位ID码，与图中IDH、IDL及

比较。

最后总结出数字信令典型帧结构。

答：

在实验中，综测仪上查到的无绳电话系统16位ID码为33，13，32，12（四进制）=1111，0111，1110，0110（B）手机号码为3，

1）手机拨号码1；

图2-4手机拨号（号码1）信令传输过程

IDH为1111，手机代号为01，拨号代码为01H，IDL为0110

（2）手机拨号码3；

图2-4手机拨号（号码3）信令传输过程

IDH为1111，手机代号为01，拨号代码为03H，IDL为0110

（3）手机拨号码9；

图2-4手机拨号（号码9）信令传输过程

IDH为1111，手机代号为01，拨号代码为09H，IDL为0110

（4）手机进行“闪断”操作；

图2-4手机进行“闪断”操作信令传输过程

IDH为1111，手机代号为01，“闪断”操作代码为10H，IDL为0110

（5）手机挂机。

IDH为1111，手机代号为01，挂机代码为12H，IDL为0110

综上，通过比较上述各传输过程，得出典型的移动通信系统无线数字信令帧结构包括位同步码（又称为前置码）、帧同步（又称为字同步）、有效数据（包括地址、手机代号，命令和其它数据）及纠错码四部分，

2．根椐信令传输过程中，因接收误码导至命令帧重发2次以上的现象，回答数字信令传输采用何种差错控制方式。

通过接收误码导至命令帧重发2次以上的现象，得出数字信令传输采用检错重发，常称为自动请求重发ARQ来实现差错控制。

但又与一般ARQ方式不同，数据中的检错功能不是由纠检错编码实现，而是由以下手段实现，每位数据都是特定周期的一周方波，收端微处理器采用脉宽检测方式检测其半周期及周期，超过表中数值（有一定允许误差）就判定为误码。

六、思考题

测量并记录手机主呼摘机信令传输过程，试分析信令帧结构及传输协议。

手机主呼有线电话信令传输过程为：

1．示波器通道CH1设置为DC、20V/DIV；

通道CH2设置为DC、2V/DIV。

综测仪关断发射机及信令存贮显示模块，在MS测量面板AFo端实时测量MS发射信令。

在BS用户线a、b端测量用户线信令。

2．手机MS摘机，示波器通道CH2观测到MS发送给BS的FSK数字信令（不必观察细节），示波器通道CH1观测到BS用户线a、b端电压下跳到约6~10VDC。

3．重新设置示波器CH1为AC、1V/DIV，观测到EX发送给BS的拨号音。

手机拨有线电话号码，示波器CH2观察到MS发送给BS的FSK数字信令，示波器CH1观测到稍有滞后的BS发送给EX的DTMF信号。

4．有线电话振铃。

示波器通道CH2改接至综测仪BS测量面板的AFo端。

BS用户线a、b端及综测仪BS测量面板上的AFo端同时观测到回铃音。

5．有线电话摘机，双方通话，示波器CH2改接综测仪MS测量面板上的AFo端，示波器CH1及CH2可观测到双方话音波形。

6．手机MS挂机，示波器CH2观测到MS发送给BS的FSK数字信令，示波器CH1观测到稍滞后的BS用户线a、b端电压的正跳变。

7．有线电话听忙音，挂机。

：

图2-4手机主呼有线电话呼叫接续过程

七、实验心得：

通过本次实验，学习并了解了移动通信系统无线数字信令的基本内容。

通过无绳电话的测量，熟悉了一般移动通信系统无线数字信令的基本概念，包括信令、数字信令帧的具体结构及传输协议等概念。

接着，用双踪示波器通过综测仪观测无绳电话无线数字信令波形，了解数据的副载波调制方式及数字信令帧结构的具体内容。

学习了在传输系统中运用双踪示波器通过综测仪观测无绳电话无线数字信令传输协议。

本次实验，复习了网络中信令的结构，了解了信令的概念及结构，并且思考了传输过程中信令的表现。