《现代通信技术》实验报告二

实验一微波通信实验一、实验目的数字微波系统是传送网中的一种技术手段，误码及抖动特性是传送网最主要的性能指标之一。

本实验学习体会眼图的概念，利用误码测试仪表对数字微波系统进行测量，理解相关知识。

二.实验内容利用误码仪测量误码率与路径损耗的关系曲线。

利用误码仪测量数字微波系统的接口抖动特性。

三、实验过程1.首先，老师向我们介绍了三个概念，即微波，中波和长波，以及它们各自之间的不同和实际应用。

微波是指频率为300MHz到300GHz的电磁波，波长为1毫米到1米之间，具有直线传播的特性。

现代通信系统中包括移动通信和卫星通信等等都工作在微波频段。

因为其直线传播的特点以及地球的曲面性，在实际布设移动通信系统中需要建立微波中继站来转接和处理微波，相邻的两个中继站的距离大致为50米到1000米。

对于微波中继站的数目，过多则增大成本和维护开销，过少则影响信号传输质量，上面提及的实际使用距离为平衡两个指标得到的较为妥善的布设距离。

此外，老师还提及了家庭中经常使用的微波炉来证明微波能够携带能量，过大的微波能量会对人体造成损伤，所以在实验室中的微波中继站对发射信号的微波进行功率放大后没有经无线天线而是用一根电缆将两个中继站相连。

短波指的是频率为3MHz到30MHz的无线电波，靠电离层反射传播，具有“天花板效应”,适合远距离传输。

FM调频广播就是使用短波波段，其次老师还提到了户外爱好者租用短波电台卫星电话进行户外通信，发射功率很小大概在5W左右。

长波指频率为300KHz以下的无线电波，波长与地球半径统一数量级，多用于水下潜艇通信和工业天线通信。

2.老师向我们展示了误码仪的使用和功能，它的两个接口可以分别接一路输入信号和一路输出信号，主要用于对比输入和输出信号的不同。

在本次课中观察微波中继站的工作原理时，将输入中继站的信号和从微波中继站输出的信号同时接入误码仪可以观察到中继站对于信号的处理效果。

3.介绍了关于信源编码和信道编码的知识；其中信源编码为了减小信源序列的冗余，提高平均信息量，而信道编码相反在码元上增加控制信息从而增大冗余，目的在于提高信道的可靠性。

信源编码中主要包括采样，量化和编码三个方面，其中在采样中需要遵循奈奎斯特定律保证接收端可以恢复全部信息，而在量化才有信息量的损失。

4.简要介绍了话路的复用方式，传统语音信号为64kbit/s,一次群信号为2.048Mbit/s,二次群信号为8.448Mbit/s，三次群信号为34Mbit/s。

在我们的通信原理所学过的知识中，线路码型AMI码和HDB3码适合于一，二，三次群传输，而CMI码适合于高次群传输。

5.老师具体介绍了实验室中的NEC设备微波中继站的各个模块的功能，它是使用三次群数字微波，数字源带宽为34M,中频频率为70M,射频频率6GHz。

为了防止微波辐射，在相邻两个中继站之间使用有线连接而没有走空中接口。

具体中继站的工作过程如下图所示：在发送端：2M信源信号经过编码复用形成34M三次群基带信号，经过调制后成为载频为70M，带宽为34M的 QPSK信号，此调制信号经过上变频调制到6GHz 的高载频上后经过功放射频发射出去。

在接收端，同理反向对称，首先经过低噪声功率放大器放大接收到的信号，之后下变频将6G信号变到70M中频上，之后将34M的QPSK信号进行解调成为三次群基带信号，之后解复用还原接收。

在整个过程中应当注意的是对于信号的调制是不能在高频上进行的，即实际的调制过程在中频段70M处完成，之后通过混频积化和差得到高频6GHz的射频信号。

6.为了观察微波站对于信号的处理，将进入微波站之前的信号和经过微波站往返两次传输的接收信号送入误码仪中观察眼图，眼图张开最大处为接受最佳时刻，眼图中间水平位置为判决门限。

四、思考问题对于微波站中的功放模块，老师提到功放分位线性功放和非线性功放两种，它们的不同之处是？首先，线性功放的放大效果比非线性的效果好很多，但非线性放大的能量转换效率高。

通过上网查阅资料结合自己的理解，我认为因为实验中的微波中继站使用QPSK调制，非恒包络，如若使用非线性调制则会导致包络失真较为严重，相对于MSK等恒包络调制来讲，包络所包含的信息会极大的被减损。

所以在大信号QPSK调制功放中采用线性调制才能保证较好的保真度。

而非线性功放对于恒包络的信号来讲具有更好的能量转换效率，又不会特别影响失真。

实验二 CDMA移动通信演示一、实验内容本次演示实验内容比较丰富，过程也很有趣，老师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。

二、实验过程1.首先对于网络的接入，即接入网，可以分为有线接入和无线接入两种。

有线接入主要是ADSL，固定电话等等，在无线接入中主要是以移动通信系统为代表的个人通信。

个人通信要求在任何时间任何地点和任何人通信。

如何提供这种服务是无线通信的目标。

用户的用户端即手机通过无线电波发送信号给基站，而作为接收信号基站天线，一般在城市中收到容量的限制，不适用实验室中的全向天线，而是给小区分扇区的定向天线。

2.区分一下无线通信和移动通信，从概念上讲二者并无太大差异，只是无线通信注重“无线”即wireless, 而移动通信注重“移动”，即Mobile。

3. 介绍了移动通信的蜂窝网络模型结构。

实际生活中将服务区分成形如正六边形的小区，每一个小区设置一个基站。

之所以选择正六边形是因为当想要完整无重叠的覆盖一个大面积区域，需要使用正多边形，而考虑到基站发送信号是形成以基站为中心的圆形覆盖，综合考虑后规定使用正六边形小区分隔服务区。

对于TDMA和FDMA不同小区之间会有同频干扰，需要进行频率划分以及其他技术的处理，而CDMA因为其自身的制式，是自干扰系统，对于同频干扰有抵制作用，同时CDMA又是软容量系统，容量比较高但是质量相对其他两种略微差些。

4. 介绍了硬切换和软切换的不同。

软切换是当移动终端的通信被连到另一个小区的业务信道时，不需要中断当前服务小区的业务通道。

CDMA系统由于采用码分多址技术，所有小区采用相同的频率，每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向移动台发送相同的信号，移动台的分集接收机能同时接受合并这些信号，此时处于宏分集状态。

当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去。

硬切换则是移动终端被连接到不同的移动通信系统、不同的频率分配或不同的空中接口特性时，必须断掉原来小区的无线通道，才能使用新小区的无线信道进行通信。

硬切换在空中接口是先断后通的过程。

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。

5.GSM系统有了一个整体认识，下图为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。

6.结合切身体会，总结对比了一下第二代移动通信和第三代移动通信以及第四代移动通信的优劣势和用户体验。

经过班里同学的调查发现普遍同学都在使用3G，小部分同学在使用2G手机，而只有老师在使用移动4G。

2G主要分为移动为首的GSM和联通的CDMA，但是GSM广泛普及，因为其稳定良好的语音业务而被消费者喜爱，但是GSM不适合数据业务的传输，速率相对3G慢很多。

因此在3G开始普及时联通吸收了大量的用户，3G虽然语音业务的覆盖上和质量上稍稍逊色于2G，但是它的数据业务做得非常好，速度很快，现在很多人面对这4G的推广仍旧青睐于3G.对于移动刚刚推出广泛宣传的4G来讲，主打的仍旧是数据业务，号称数据业务更快，经过老师的亲身经历确实可以证明4G的速度可以高出WIFI的数据速度，可是因为资费和通信网络系统实际的覆盖等等的原因，4G还是不够成熟，所以还没有吸引到足够大的用户群。

7. 实验室中的CDMA-2000基站有3个全向的扇区，其中两个是采用466频点，另外一个采用507频点。

每个扇区都有3个天线。

其中一个扇区与另两个扇区的频率不同。

但由于实验室中的天线是全向天线，小区中任何位置的终端同时可以接收到三个天线发射的信号。

为了模拟小区之间的越区切换，在单小区内用扇区之间切换来展示。

通过三个天线发射功率的变化，控制一个扇区的发射功率下降同时另一个扇区发射功率提高来模拟从一个扇区走到另一个扇区。

为了安全考虑没有进行射频的功放处理，因此这个基站的覆盖范围比较小。

因为没有注册频段，实验室的基站频点不能影响到正常商用网络的频点。

联通有7个频点，分别为283、242、201、160、119、78、37共七个频点, 其中4个为CDMA。

联通现网使用了283、242、201三个频点。

实验用的手机的SIM卡是特别制作的，它可以同时接受联通新时空的网络和实验室基站的网络，但是SIM卡限制它优先选择实验室频点扫描信号，之后才是联通的信号。