实验一移动通信系统组成及功能
一、实验目的
1．了解移动通信系统的组成。 2．了解移动通信系统的基本功能。 3．了解基带话音的基本特点。 二、实验内容
1．按网络结构连接各设备，构成移动通信实验系统。
2．完成有线?有线、有线?无线及无线?有线呼叫接续，观察呼叫接续过程，熟悉移动通信系统的基本功能。
3．用双路无线综合测试仪（以下简称综测仪）及示波器观测空中传输的话音波形。 三、基本原理
图1-1是与公用电话网（PSTN）相连的蜂窝移动通信系统方框图。系统包括大量移动台MS、许多基站BS、若干移动交换中心MSC及若干与MSC相连的数椐库(HLR、VLR等，图中未画出)，MSC通过与公用电话网PSTN的交换机EX相连，接入公用电话网。系统的基本功能是：移动台能与有线电话或其它移动台通话(或传输数椐等信息)。
MS ( Mobile Station ) TEL TEL EX ˋˋˋ 公用电话网（PSTN） 蜂窝移动通信系统 BS ˋˋˋ MS ˋˋˋ MSC ˋˋˋ BS MS : 移动台 BS ( Base Station ) : 基地台 MSC ( Mobile Switch Center ) : 移动交换中心(包括交换机和数据库) EX ( Exchanger ) : 公用电话网(PSTN)程控交换机 TEL (Telephone ) : 有线电话 图1-1 移动通信系统方框图
这样庞大复杂的系统无法放在实验桌上由同学自己动手做实验。将系统合理简化得到图1-2，它将图1-1实际系统全部交换机EX及MSC合并成一部交换机；基站BS及移动台MS各选用一台；有线电话采用二部。它与图1-1实际系统在系统基本网络结构、网络设备及功能等特征方面是相同的。
TEL TEL EX MS ( Mobile Station ) : 移动台 BS ( Base Station ) : 基地台 EX ( Exchanger ) : 程控交换机 TEL (Telephone ) : 有线电话 图1-2 简化的移动通信系统方框图
BS MS
常用的移动通信系统主要有四类：蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统、无绳电话系统及无线寻呼系统，它们的功能及应用场合各不相同，但它们的基本原理及技术是相同的。
移动通信的多址方式主要有FDMA、TDMA、CDMA三大类。FDMA系统一般为模拟移动通信制式，TDMA及CDMA为数字移动通信制式。FDMA发展早，已成功应用于各种移动通信系统多年，目前在一些领域仍在广泛应用。数字移动通信是在模拟移动通信基础上发展、演进而来的，在网络组成、设备配置、系统功能和工作方式上二者都有许多相同之处。
基于以上原因，为了得到体积小巧、价格低廉、可放在实验桌上由学生动手操作的移动通信教学实验系统。在图1-2中，BS、MS实际选用基于FDMA技术、采用数字信令的中国CT1无绳电话，EX选用小型程控交换机，TEL为有线电话。
为了测试上述小型移动通信系统无线部分的功能，采用了一台双路无线综合测试仪（SDT，以下简称综测仪），构成一套完整的移动通信教学实验系统，如图1-3所示。
TEL TEL
EX
BS
MS
SDT
MS ( Mobile Station ) : 移动台（无绳电话手机）
BS ( Base Station ) : 基地台（无绳电话座机） EX ( Exchanger ) : 程控交换机 TEL (Telephone ) : 有线电话
SDT : 双路无线综合测试仪(综测仪)
图1-3 移动通信教学实验系统
下面对图1-3各部分及本实验内容介绍如下： 1．CT1无绳电话
CT1无绳电话属于FDMA系统，数十个双工频道被全部无绳电话共用,采用话音模拟调频及数字信令技术。系统有一个基地台，即无绳电话座机，通过用户线接入电话网交换机；可带1-4部移动台即无绳电话手机（每一时刻，只能有一部手机通话）。无绳电话是为方便
有线电话用户而提出的。它将有线电话座机与通话手柄之间的电缆（绳）去掉，用无线信道代替之，通话手柄成为无绳电话手机。用户持无绳手机在以座机为中心的小范围内移动通话，十分方便。虽然从使用功能上看，无绳电话是有线电话的无线延伸，但其工作原理及使用的技术都属于移动通信范畴。CT1无绳电话及在其后发展起来的各种数字无绳电话组成的无绳电话大家族，成为常用的四类移动通信系统之一。
我国的CT1无绳电话技术标准、工作原理及手机使用方法见附录1。
通常，同一实验室内有许多组实验系统，相距很近，为了防止互相干扰，必须降低无绳电话的发射功率及接收机灵敏度，以减小电磁波作用范围。在此条件下，为了保证同一套实验系统内部接收信号足够强，能正常完成各实验，必须加强无线设备间的无线耦合：
① 无绳座机BS的天线垂直竖立但不要拉出。综测仪BS测量收发信机天线放置在无绳座机天线与座机外壳之间的缝隙中，使二者无线紧耦合。
② 无绳手机MS的天线不要拉出。将综测仪MS测量收发信机天线的芯线与地线夹在一起后套在无绳手机天线上，使二者无线紧耦合。
2．程控交换机
本教学实验系统中程控交换机采用1拖4双绳路小型用户程控交换机，一条外线可接4部内部电话。本系统中不用其外线端口，只使用内部4条用户线端口，其技术参数与使用方法与PSTN程控交换机相同，相当于4门PSTN程控交换机。
图1-4为小型程控交换机的外观图。四个用户线插座可连接四部电话（包括无绳电话座机），插座下方号码为对应电话的号码。交换机由220VAC市电供电，通电后电源指示LED灯连续闪烁。用户电话摘机后对应的LED指示灯亮。
220VAC 电源指示 LED灯 用户摘机指示LED灯 用户线插座 用户号码 图1-4 小型程控交换机外观图
外线 （不接） LINE 801 802 803 804 3．双路无线综合测试仪
双路无线综合测试仪（以下简称综测仪）包含的电路模块很多，功能齐备，它既是测量仪器，又可作为被测量对象，其电路原理及使用方法详见附录2。
在实验一～实验四中综测仪作为测量仪器，在实验一中用来观测无绳电话发射在空中的话音波形，了解话音的特点。
4．移动通信教学实验系统的组成及功能
根据上面介绍的各设备原理，按照图1-3的布局放置并连接设备，就构成了移动通信实验系统。本系统可实现以下呼叫通话功能：
（1）无绳手机呼叫有线电话（无线呼叫有线）；
（2）有线电话呼叫无绳手机（有线呼叫无线）； （3）有线电话呼叫有线电话（有线呼叫有线）。
在同时满足以下两个条件时，主、被呼用户才可能建立话路，进入通话：
（1）被呼用户空闲；
（2）主、被呼用户之间至少有一条空闲路径。
由以上实验可了解移动通信系统的基本网络结构及功能。
另外，在手机与有线电话通话时，用示波器在综测仪上观测发射在空中的话音波形，可了解话音的基本特征。
话音是由发音器官中的声音激励源和口腔声道形状的不同而形成的。话音分为浊音和清音，浊音包括元音及浊辅音。浊音对应于声带振动，每个单词中至少包括1个浊音。
浊音，又称有声音。发浊音时声带在气流作用下准周期地闭合或开启，从而在声带中激励起准周期的声振动，形成浊音声波，如图1-5所示。图中TP为基音周期，则基音频率fp=1/Tp。通常fp在70~300Hz范围内，则Tp=3~13ms。基音频率一般女声较高，男声较低。清音又称无声音。发清音时声带不振动，声道被气流冲击产生较小辐度的声波，其波形与噪声相似，清音信号没有准周期性。包括浊音及清音的话音能量主要集中在300~3400Hz频率范围内。
相对声压 相对声压Tp100-10Tp t(ms)
图1-3 浊音波形
四、实验步骤
图1-5 浊音的准周期波形
1．按图1-3的布局放置设备并连接成系统：两部有线电话用户线插入交换机号码801、802的用户线插孔；无绳电话座机用户线插入交换机号码804的用户线插孔。这些号码就是各部电话对应的号码。将交换机、无绳电话座机及手机充电器都接通220VAC电源。无绳电话座机、手机及综测仪使用上次实验已经对好码的同一套系统或由教师实验前完成对码，使三者识别码及呼叫信道一致（对码步骤详见实验四的实验步骤1）。
2．有线电话1摘机，交换机上对应的LED指示灯亮，用户听拨号音。用户拨号呼叫有线电话2，有线电话2振铃，有线电话1听回铃。有线电话2摘机通话，通话完毕挂机，未挂机的一方听忙音。若有线电话2忙（已摘机），则有线电话1摘机拨号后听忙音。若有线电话2用户线从交换机上拔下，有线电话1拨号后听回铃。
3．有线电话2拨号呼叫有线电话1，通话完毕挂机。
4．无绳手机按“通话”键摘机，听到拨号音后拨有线电话1或有线电话2的号码，有线电话振铃，无绳手机听回铃。有线电话摘机通话，通话完毕挂机（其中，无绳手机再按“通话”键或将手机放回充电器则挂机）。
5．有线电话摘机拨号(804)呼叫无绳手机，手机振铃，有线电话听回铃。手机按“通话”
键摘机通话，通话完毕挂机。
6．将双踪示波器两个探头分别接至综测仪BS及MS测量面板上AFo输出端口。接通综测仪电源（K5置ON），置系统测量自动工作方式(按K1至SYST灯亮，再按K2)，综测仪守候在无绳电话控制信道。关发射机（K6置OFF），关信令存贮显示模块（K10置OFF）。
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。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测量面板同时显示各自的接收频率。
手机拨号呼叫有线电话进入通话后，示波器可观测到通话双方的话音波形，记录浊音波形，测出浊音的基音频率。
五、实验报告内容
1．画出移动通信实验系统的网络结构方框图，给出系统功能，并说明它是如何由常用的蜂窝移动通信系统在保持基本特证不变条件下合理简化而来。
2．总结主呼方从摘机、拨号、通话到挂机的各个阶段听到那些信号音。 3．由实验结果回答，有线电话挂机时用户线是处于开路状态吗？ 4．画出自己话音浊音波形，给出所测基音频率，与同组同学比较。