3G移動通信系統(tǒng)實訓(xùn)報告(定)

3G移動通信系統(tǒng)實訓(xùn)報告

學(xué)號姓名成績

一．基本理論

1.ITU批準的3個3G標準分別是什么？我國的各通信運營商分別使用了哪幾個標準？效果怎樣？

2.什么是TD-SCDMA？簡述其所使用的關(guān)鍵技術(shù)？

3.描述TD-SCDMA3G移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4.我國工信部于201*年12月4日向中國移動、中國電信和中國聯(lián)通頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）”經(jīng)營許可，標志著我國即將進入4G網(wǎng)絡(luò)時代，與3G網(wǎng)絡(luò)相比，4G網(wǎng)絡(luò)將有什么樣的優(yōu)勢？

5.畫出實驗室EPON網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，并說明各個部分的作用。

6.畫出EPON的協(xié)議棧，并說明物理層、數(shù)據(jù)鏈路層中各個協(xié)議的作用。二．TD-SCDMA3G移動通信系統(tǒng)測試

1.小區(qū)建立參數(shù)

2.系統(tǒng)測試項目及效果

擴展閱讀：移動通信系統(tǒng)實驗實驗報告

1、引言

隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，移動通信得到了巨大的發(fā)展，其發(fā)展速度令人驚嘆。移動通信已成為人們生活的一部分，移動用戶的數(shù)量與日俱增。第二代移動通信系統(tǒng)（2G）向第三代移動通信系統(tǒng)（3G）的演進，促進了技術(shù)相融，促進了全球統(tǒng)一標準的形成。隨著3G服務(wù)的提供，移動電話的普及率還進一步擴大，它可以使用戶在任何時候，從任何地方接入系統(tǒng)，以獲取所需信息�？傊�，移動通信系統(tǒng)是一個不斷演進的系統(tǒng)，各種新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將推動下一代移動通信系統(tǒng)不斷的向前邁進。

移動通信是指通信雙方至少有一方在移動狀態(tài)中進行信息的傳輸和交換，這包括移動體（車輛、船舶、飛機或行人）和移動體之間的通信，移動體與固定點之間的通信。移動通信是利用無線電波進行信息傳輸?shù)�。移動通信的運行環(huán)境十分復(fù)雜，電波不僅會隨著傳播距離的增加而發(fā)生彌散損耗，而且受到地形、地物的遮蔽而發(fā)生“陰影效應(yīng)”，而且信號經(jīng)過多點放射，會從多條路徑到達接收地點，這種多徑信號的幅度、相位和到達時間都不一樣，他們相互疊加會產(chǎn)生電瓶衰落和時延擴展。移動通信通常在快速移動中進行，這不僅會引起多普勒頻移，產(chǎn)生隨機調(diào)頻，而且會使得電波傳輸特性發(fā)生快速的隨機起伏，嚴重影響通信質(zhì)量。不僅如此，移動通信在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運行，有同道干擾、互調(diào)干擾、領(lǐng)導(dǎo)干擾、多址干擾等，在移動通信系統(tǒng)中，將采用多種抗干擾、抗衰落技術(shù)措施以減少這些干擾信號的影響。

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本實驗用ADS軟件來設(shè)計模擬仿真移動通信系統(tǒng)，并觀測接受信號。

ADS電子設(shè)計自動化室美國Agilent公司所生產(chǎn)擁有的電子自動化軟件，ADS功能十分強大，包含時域電路仿真，頻域電路仿真，三維電磁仿真，通信系統(tǒng)仿真和數(shù)字信號處理仿真設(shè)計，并且支持射頻和系統(tǒng)設(shè)計工程師開發(fā)所有類型的RF設(shè)計。

2、實驗?zāi)康?/p>

（1）、了解移動通信系統(tǒng)的特點和構(gòu)成；（2）、了解各種調(diào)制解調(diào)，編碼譯碼技術(shù)；

（3）、了解多徑衰落以及各種干擾對通信質(zhì)量的影響；

（4）、學(xué)會用DSP圖式格式運行AgilentPtolemy模擬器模擬移動通信系統(tǒng)；

（5）、運用TKXYPlots和TKPlots分別觀察是座圖與眼圖；

3、實驗儀器

電腦一臺ADS軟件一套

4、實驗原理

通信系統(tǒng)主要組成部分包括信源、信源編碼、信道編碼、調(diào)制、發(fā)送機、無線信道，接收機、解調(diào)、信道譯碼器、信源譯碼器以及收信者。信源編碼器是使信源送入的信號變成合適的數(shù)字編碼信號。信源編碼是將對模擬信號進行抽樣，量化，編碼之后變成數(shù)字信號，完成魔術(shù)轉(zhuǎn)化。如果信源輸出的是數(shù)字信號，這時信源編碼器的作用是

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提高數(shù)字信號傳輸?shù)挠行�性，去掉冗余度和壓縮原始信號的數(shù)據(jù)率。信道編碼的作用是提高通信的可靠性，它對信號進行差錯控制編碼，即按照一定的規(guī)則加入多余碼元，以便在接收端對信號進行檢錯和糾錯，從而減低差錯概率，提高正確識別信號的能力，提高信號的可靠性。調(diào)制器的作用是將信道編碼器輸出的信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q，使之始于信道傳輸。變換前的信號是基帶信號，基帶信號是低通型信號，要使低通型的信號適于在帶通信道上傳輸。信號經(jīng)信道到達接收端，解調(diào)器將調(diào)制后的信號還原成基帶信號，信道編碼器對傳輸中帶來的誤碼進行糾錯、檢錯，經(jīng)解碼器后的信號送到信源譯碼器，再送到受信者，從而完勝整個通信過程。

移動通信信道具有以下基本特征：帶寬有限；干擾和噪聲信號影響大；存在著多徑衰落。針對移動通信信道的特點，已調(diào)信號應(yīng)具有高地頻譜利用率和較強的抗干擾、抗衰落的能力。移動通信最具特色的無線電波現(xiàn)象就是多徑效應(yīng)。無線電波在傳輸過程中，受到各種外界因素的影響，產(chǎn)生反射、繞射、散射等，從而使電波沿著各種不同的路徑傳播。由于多徑傳播使得接收端接收到的信號在幅度、相位、頻率和到達時間不盡相同的多條路徑上信號的合成信號，因而會產(chǎn)生信號的頻率選擇性衰落而和時延擴展等現(xiàn)象。

能夠正確反映接收信號質(zhì)量的指標包括功率譜密度，眼圖等。星座圖中定義了一種調(diào)制技術(shù)的兩個基本參數(shù)a，信號分布；b，與調(diào)制數(shù)字比特之間的映射關(guān)系。星座圖可用于表征一種調(diào)制技術(shù)的特性。

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眼圖是指利用實驗的方法估計和改善傳輸系統(tǒng)性能時在示波器上觀察到的一種圖形，一般從“眼圖”中可以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響。

5、實驗步驟

（1）、打開工程“d:\\users\\ads\\commsys_lab9prj”；（2）、打開圖式窗口，打開設(shè)計“a_PI4DQPSK_Sys_New”；

（3）、打開圖式窗口，將其命名為“b_DSP_Modulator”，并通過Edit>Copy/Paste>PasteFromBuffer復(fù)制于其中；

（4）、從“TimedLinear”中添加“SplitterRF”，按下圖連接。

（5）、從“TimedLinear”中放置一個“UsampleRF”，設(shè)置參數(shù)：Type為SampleAndHold，Ratio為10；

（6）、運用升余弦濾波器近似長方形的頻譜信號減小其頻譜帶寬以便于信道傳輸。從“時域濾波器”庫中選擇低通升余弦濾波器，并設(shè)置參數(shù)如下：

Cornerfreqtofilt_nuquist_freqexcessbwto0.35TypetomodelwithpulseequalizationsquareroottoyesDelaytofilter_delay_time

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增加“升余弦濾波器”到“splitter”的兩個輸出端。

（7）、從“時域模型”庫選擇“QAM_MOD”并設(shè)置參數(shù)如下：Fcarriertoif_freqdowerto+10dbm

聯(lián)結(jié)I、Q信號分別經(jīng)過升余弦濾波器的輸出端分別添加到QAM模塊的輸入端，如圖：

（8）、保存；創(chuàng)建頂層設(shè)計文件

（1）、從“File>New…”中打開一個圖式窗口，命名為“c_Final_PI4DQPSK_Sys”；（2）、按下圖所示連接電路，

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（3）、從“CircuitCosimulation”庫中選擇“EnvOutShort”，設(shè)置參數(shù)如下：

OutFreqtoRF_freq-unitssettoNone

（4）、從“Antennas&Propagation”中分別添加“AntMobile”放于后面，參數(shù)設(shè)置如下：

TGainY

to6_dBX

to75meter

to0meterHeightto2meter

SpeedTypetokm/hrVxto100Vy

to0

（5）、從“Antennas&Propagation”中分別添加“PropNADCtdma”放于后面，參數(shù)設(shè)置如下：

TypeEnvPwr

toNoMultipathPathlosstoTypicalUrbanDelayto0

toYesto0

（6）、從“Antennas&Propagation”中分別添加“AntBase”放于后面，參數(shù)設(shè)置如下：

GainY

to6_dB.X

to0meterto10meter

to0meterHeight

（8）、將“receiver”接于“AntBase”后面，接收機結(jié)構(gòu)圖如下所示：

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（9）、按下圖連接電路

（10）從“Sinks”庫中添加“berIS”，參數(shù)設(shè)置如下：

InstanceNameSymbolTimeSystem

toPE_ActualStart

toto

DFstartuSec1/Sym_time

toSym_timeNBw

toQPSKEsOverNoto6.0

（11）最后實驗圖如附錄所示，運行仿真；（12）改變調(diào)制方式，重新仿真；

（13）改變“PropNADCtdma”中“Type”的值，重新仿真；

6、實驗結(jié)果及分析

●多徑效應(yīng)（以下分別為理想情況、平坦衰落信道、兩徑信道的各仿真結(jié)果圖）（1）、EVM

EVMPercent100*E3_PCT2.696EVMPercent100*E3_PCT22.305EVMPercent100*E3_PCT21.856

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EVM（誤差向量幅度）是指誤差向量(包括幅度和相位的矢量)是在一個給定時刻理想無誤差基準信號與實際發(fā)射信號的向量差。通常與QPSK等調(diào)制方案有關(guān)，且常以解調(diào)符號的I/Q星座圖表示。從上圖的實驗結(jié)果可看出，兩徑衰落時的EVM小于平坦衰落時的值，而理想信道的EVM遠小于兩徑和平坦時的值。（2）功率譜密度

原始信號的功率譜密度

-20dBm(Mod_Spectrum)-40-60-80-100-120-14069.8569.9069.9570.0070.0570.1070.15freq,MHz

發(fā)送機的功率譜密度

m4freq=836.5MHzdBm(Xmit_Spectrum)=-8.784m3freq=836.5MHzdBm(Xmit_Spectrum)=-12.76420dBm(Xmit_Spectrum)0-20-40-60-80-100836.35836.40836.45m3m4836.50836.55836.60836.65freq,MHz

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經(jīng)信道傳輸后到達接收機的功率譜密度

無多徑平坦信道兩徑衰落

dBm(Recv_In_Spectrum)dBm(Recv_In_Spectrum)-60-80-100-120-140-160836.35836.40836.45836.50836.55836.60836.65-40-60-80-100-120-140-160836.35836.40836.45836.50836.55836.60836.65dBm(Recv_In_Spectrum)-40-60-80-100-120-140-160836.35836.40836.45836.50836.55836.60836.65freq,MHzfreq,MHzfreq,MHz

接收端輸出信號的功率譜密度（無多徑時）

m6freq=70.01MHzdBm(Recv_Out_Spectrum)=-18.35m5freq=69.98MHzdBm(Recv_Out_Spectrum)=-27.75ReceiverIFSpectrumdBm(Recv_Out_Spectrum)200-20-40-60-80-10069.85m5m669.9069.9570.0070.0570.1070.15freq,MHz

接收端輸出信號的功率譜密度（平坦信道）

9

m5freq=69.98MHzdBm(Recv_Out_Spectrum)=-19.098m6freq=70.02MHzdBm(Recv_Out_Spectrum)=-12.841ReceiverIFSpectrumdBm(Recv_Out_Spectrum)200-20-40-60-80-10069.85m5m669.9069.9570.0070.0570.1070.15freq,MHz

接收端輸出信號的功率譜密度（兩徑時）

m6freq=70.02MHzdBm(Recv_Out_Spectrum)=-5.684m5freq=69.98MHzdBm(Recv_Out_Spectrum)=-13.089ReceiverIFSpectrumdBm(Recv_Out_Spectrum)200-20-40-60-8069.85m5m669.9069.9570.0070.0570.1070.15freq,MHz

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待發(fā)送的已調(diào)信號的功率主要集中在70M的頻率上，混頻器的載波頻率為766.5M，故發(fā)射的射頻信號為836.5M.由于發(fā)送機中的混頻器、放大器等的存在引入了非線性的干擾，故發(fā)送機發(fā)射出的信號出現(xiàn)了三階交調(diào)等失真，使得功率在其他頻率點也有。觀察到達接收機接收端的輸入信號的功率譜密度（對比無多徑時）可以看出平坦衰落和兩徑衰落信道都引入了其它的頻率分量，造成了頻率選擇性衰落，但是多徑衰落的影響更為明顯。

接收端的輸出功率譜密度如上圖所示，從圖上可看出，平坦衰落信道和無多徑時的解調(diào)輸出的信號基本相同，且于原輸入信號的功率譜密度對比可看出，信號還是引入了一定的失真，但這種失真可以忽略的。但對比兩徑衰落時的解調(diào)輸出信號，該信號明顯引入了其他的頻率分量，輸出信號失真較大。（3）、星座圖

無多徑時的星座圖平坦衰落時的星座圖

SampledConstellationDiagram1.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5-1.5SampledConstellationDiagram6420-2-4-6CC-1.0-0.50.00.51.01.5-6-4-20246indep(C)indep(C)

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兩徑衰落時的星座圖

SampledConstellationDiagram30201*0-10-20-30-30-20-100102030Cindep(C)

由上圖可看出，后兩兩種情況相對無多徑，在對應(yīng)的相態(tài)上圖形出現(xiàn)了一些變形，其中兩徑時最嚴重，由此可知，多徑衰落是影響無線信道的主要因素。（4）、眼圖

無多徑的眼圖平坦衰落的眼圖

EyeDiagram21EyeDiagram105EyeEye0-1-20-5-100.008.2316.4624.6932.9241.1549.3857.6165.8474.0782.3040200-20-40-600.00兩徑衰落時的眼圖

EyeDiagram8.2316.4624.6932.92time,usec41.1549.3857.6165.8474.0782.30time,usec

Eye0.008.2316.4624.6932.92time,usec41.1549.3857.6165.8474.0782.30

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眼圖可以定性的反映碼間串繞和噪聲的大小。當(dāng)無噪聲時，線跡越清晰，眼睛越大，表示信號沒有碼間串?dāng)_；當(dāng)存在噪聲時，眼圖的線跡變成了比較模糊的帶狀的線，噪聲越大，線條越粗，越模糊，眼睛張得越小。由上圖可以看出，碼間串?dāng)_和噪聲由小到大為無多徑信道，平坦衰落信道，兩徑衰落信道。由此可知，多徑效應(yīng)會引起碼間串?dāng)_。

（5）輸入輸出時域波形比較

無多徑時的輸入輸出時域波形平坦衰落時的輸入輸出時域波形

m2indDelta=493.8udepDelta=2.020DeltaModeON21Iref,VIout,Vm1time=699.6usecIout=-1.020VI_ref(blue)&I_out{recovered}(red)m2indDelta=493.8udepDelta=3.906DeltaModeON21Iref,VIout,Vm1time=699.6usecIout=-2.906VI_ref(blue)&I_out{recovered}(red)m2m20m1-1-20.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7time,msec0-1m1-20.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7time,msec

兩徑衰落時的輸入輸出時域波形

m2indDelta=493.8udepDelta=13.02DeltaModeON21Iref,VIout,Vm1time=699.6usecIout=-12.02VI_ref(blue)&I_out{recovered}(red)m20-1m1-20.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7time,msec

由上圖可看出，多徑效應(yīng)引起了信號的時延擴展，接收信號的信號分量被展寬。

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7、總結(jié)

該實驗是在TDMA下，研究多徑效應(yīng)對信號傳輸?shù)挠绊�。無線電波在傳輸過程中，受到各種外界因素的影響，產(chǎn)生反射、繞射、散射等，從而使電波沿著各種不同的路徑傳播。由于多徑傳播使得接收端接收到的信號在幅度、相位、頻率和到達時間不盡相同的多條路徑上信號的合成信號，因而會產(chǎn)生信號的頻率選擇性衰落而和時延擴展等現(xiàn)象。為了解決多徑效應(yīng)所帶來的各種問題，我們可以采用OFDM技術(shù)。

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