3G移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)報(bào)告(定)

3G移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)報(bào)告

學(xué)號(hào)姓名成績(jī)

一．基本理論

1.ITU批準(zhǔn)的3個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)分別是什么？我國(guó)的各通信運(yùn)營(yíng)商分別使用了哪幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)？效果怎樣？

2.什么是TD-SCDMA？簡(jiǎn)述其所使用的關(guān)鍵技術(shù)？

3.描述TD-SCDMA3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4.我國(guó)工信部于201*年12月4日向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）”經(jīng)營(yíng)許可，標(biāo)志著我國(guó)即將進(jìn)入4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，與3G網(wǎng)絡(luò)相比，4G網(wǎng)絡(luò)將有什么樣的優(yōu)勢(shì)？

5.畫(huà)出實(shí)驗(yàn)室EPON網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，并說(shuō)明各個(gè)部分的作用。

6.畫(huà)出EPON的協(xié)議棧，并說(shuō)明物理層、數(shù)據(jù)鏈路層中各個(gè)協(xié)議的作用。二．TD-SCDMA3G移動(dòng)通信系統(tǒng)測(cè)試

1.小區(qū)建立參數(shù)

2.系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目及效果

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1、引言

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

移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)狀態(tài)中進(jìn)行信息的傳輸和交換，這包括移動(dòng)體（車(chē)輛、船舶、飛機(jī)或行人）和移動(dòng)體之間的通信，移動(dòng)體與固定點(diǎn)之間的通信。移動(dòng)通信是利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸?shù)摹Ｒ苿?dòng)通信的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，電波不僅會(huì)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(hào)經(jīng)過(guò)多點(diǎn)放射，會(huì)從多條路徑到達(dá)接收地點(diǎn)，這種多徑信號(hào)的幅度、相位和到達(dá)時(shí)間都不一樣，他們相互疊加會(huì)產(chǎn)生電瓶衰落和時(shí)延擴(kuò)展。移動(dòng)通信通常在快速移動(dòng)中進(jìn)行，這不僅會(huì)引起多普勒頻移，產(chǎn)生隨機(jī)調(diào)頻，而且會(huì)使得電波傳輸特性發(fā)生快速的隨機(jī)起伏，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。不僅如此，移動(dòng)通信在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)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(dòng)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(hào)的影響。

1

本實(shí)驗(yàn)用ADS軟件來(lái)設(shè)計(jì)模擬仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)，并觀測(cè)接受信號(hào)。

ADS電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化室美國(guó)Agilent公司所生產(chǎn)擁有的電子自動(dòng)化軟件，ADS功能十分強(qiáng)大，包含時(shí)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(hào)處理仿真設(shè)計(jì)，并且支持射頻和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師開(kāi)發(fā)所有類(lèi)型的RF設(shè)計(jì)。

2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）、了解移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)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(duì)通信質(zhì)量的影響；

（4）、學(xué)會(huì)用DSP圖式格式運(yùn)行AgilentPtolemy模擬器模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)；

（5）、運(yùn)用TKXYPlots和TKPlots分別觀察是座圖與眼圖；

3、實(shí)驗(yàn)儀器

電腦一臺(tái)ADS軟件一套

4、實(shí)驗(yàn)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(jī)、無(wú)線信道，接收機(jī)、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(hào)變成合適的數(shù)字編碼信號(hào)。信源編碼是將對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，量化，編碼之后變成數(shù)字信號(hào)，完成魔術(shù)轉(zhuǎn)化。如果信源輸出的是數(shù)字信號(hào)，這時(shí)信源編碼器的作用是

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提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠行�性，去掉冗余度和壓縮原始信號(hào)的數(shù)據(jù)率。信道編碼的作用是提高通信的可靠性，它對(duì)信號(hào)進(jìn)行差錯(cuò)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(duì)信號(hào)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，從而減低差錯(cuò)概率，提高正確識(shí)別信號(hào)的能力，提高信號(hào)的可靠性。調(diào)制器的作用是將信道編碼器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q，使之始于信道傳輸。變換前的信號(hào)是基帶信號(hào)，基帶信號(hào)是低通型信號(hào)，要使低通型的信號(hào)適于在帶通信道上傳輸。信號(hào)經(jīng)信道到達(dá)接收端，解調(diào)器將調(diào)制后的信號(hào)還原成基帶信號(hào)，信道編碼器對(duì)傳輸中帶來(lái)的誤碼進(jìn)行糾錯(cuò)、檢錯(cuò)，經(jīng)解碼器后的信號(hào)送到信源譯碼器，再送到受信者，從而完勝整個(gè)通信過(guò)程。

移動(dòng)通信信道具有以下基本特征：帶寬有限；干擾和噪聲信號(hào)影響大；存在著多徑衰落。針對(duì)移動(dòng)通信信道的特點(diǎn)，已調(diào)信號(hào)應(yīng)具有高地頻譜利用率和較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落的能力。移動(dòng)通信最具特色的無(wú)線電波現(xiàn)象就是多徑效應(yīng)。無(wú)線電波在傳輸過(guò)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(hào)在幅度、相位、頻率和到達(dá)時(shí)間不盡相同的多條路徑上信號(hào)的合成信號(hào)，因而會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的頻率選擇性衰落而和時(shí)延擴(kuò)展等現(xiàn)象。

能夠正確反映接收信號(hào)質(zhì)量的指標(biāo)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(gè)基本參數(shù)a，信號(hào)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(shí)驗(yàn)的方法估計(jì)和改善傳輸系統(tǒng)性能時(shí)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(shí)驗(yàn)步驟

（1）、打開(kāi)工程“d:\\users\\ads\\commsys_lab9prj”；（2）、打開(kāi)圖式窗口，打開(kāi)設(shè)計(jì)“a_PI4DQPSK_Sys_New”；

（3）、打開(kāi)圖式窗口，將其命名為“b_DSP_Modulator”，并通過(guò)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(gè)“UsampleRF”，設(shè)置參數(shù)：Type為SampleAndHold，Ratio為10；

（6）、運(yùn)用升余弦濾波器近似長(zhǎng)方形的頻譜信號(hào)減小其頻譜帶寬以便于信道傳輸。從“時(shí)域?yàn)V波器”庫(kù)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

4

增加“升余弦濾波器”到“splitter”的兩個(gè)輸出端。

（7）、從“時(shí)域模型”庫(kù)選擇“QAM_MOD”并設(shè)置參數(shù)如下：Fcarriertoif_freqdowerto+10dbm

聯(lián)結(jié)I、Q信號(hào)分別經(jīng)過(guò)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(jì)文件

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

5

（3）、從“CircuitCosimulation”庫(kù)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(jī)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(kù)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(shí)驗(yàn)圖如附錄所示，運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(gè)給定時(shí)刻理想無(wú)誤差基準(zhǔn)信號(hào)與實(shí)際發(fā)射信號(hào)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(hào)的I/Q星座圖表示。從上圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，兩徑衰落時(shí)的EVM小于平坦衰落時(shí)的值，而理想信道的EVM遠(yuǎn)小于兩徑和平坦時(shí)的值。（2）功率譜密度

原始信號(hào)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(jī)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(dá)接收機(jī)的功率譜密度

無(wú)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(hào)的功率譜密度（無(wú)多徑時(shí)）

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(hào)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(hào)的功率譜密度（兩徑時(shí)）

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(hào)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(hào)為836.5M.由于發(fā)送機(jī)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(jī)發(fā)射出的信號(hào)出現(xiàn)了三階交調(diào)等失真，使得功率在其他頻率點(diǎn)也有。觀察到達(dá)接收機(jī)接收端的輸入信號(hào)的功率譜密度（對(duì)比無(wú)多徑時(shí)）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(wú)多徑時(shí)的解調(diào)輸出的信號(hào)基本相同，且于原輸入信號(hào)的功率譜密度對(duì)比可看出，信號(hào)還是引入了一定的失真，但這種失真可以忽略的。但對(duì)比兩徑衰落時(shí)的解調(diào)輸出信號(hào)，該信號(hào)明顯引入了其他的頻率分量，輸出信號(hào)失真較大。（3）、星座圖

無(wú)多徑時(shí)的星座圖平坦衰落時(shí)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(shí)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(duì)無(wú)多徑，在對(duì)應(yīng)的相態(tài)上圖形出現(xiàn)了一些變形，其中兩徑時(shí)最嚴(yán)重，由此可知，多徑衰落是影響無(wú)線信道的主要因素。（4）、眼圖

無(wú)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(shí)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(wú)噪聲時(shí)，線跡越清晰，眼睛越大，表示信號(hào)沒(méi)有碼間串?dāng)_；當(dāng)存在噪聲時(shí)，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(wú)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(huì)引起碼間串?dāng)_。

（5）輸入輸出時(shí)域波形比較

無(wú)多徑時(shí)的輸入輸出時(shí)域波形平坦衰落時(shí)的輸入輸出時(shí)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(shí)的輸入輸出時(shí)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(hào)的時(shí)延擴(kuò)展，接收信號(hào)的信號(hào)分量被展寬。

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7、總結(jié)

該實(shí)驗(yàn)是在TDMA下，研究多徑效應(yīng)對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊�。無(wú)線電波在傳輸過(guò)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(hào)在幅度、相位、頻率和到達(dá)時(shí)間不盡相同的多條路徑上信號(hào)的合成信號(hào)，因而會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的頻率選擇性衰落而和時(shí)延擴(kuò)展等現(xiàn)象。為了解決多徑效應(yīng)所帶來(lái)的各種問(wèn)題，我們可以采用OFDM技術(shù)。

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