扩频通信实验报告
中南大学
扩频通信实验报告
实验一：扩频与解扩观测实验
时间：４月9
号
一、实验目的
1、了解直接序列扩频的原理。
2、了解扩频前后信号在时域及频域上的变化。
二、实验器材
⒈主控＆信号源模块、2号、14号、11号模块各一块
⒉双踪示波器
一台
⒊连接线
若干
三、实验原理
1、实验原理框图
实验框图
2、实验框图说明
本实验选择【扩频与解扩观测实验】菜单。如框图所示,我们用2号模块作为信号源，ＤoutMUX输出3２K数字信号，送入至１4号模块的ＮRＺ１。14号模块此时完成扩频功能,扩频序列由1４号模块内部产生,将开关Ｓ１设置为0000,开关S２设置为011１,即可设置该路扩频序列1的码型（测试点为TP8序列1）。扩频信号由端口CDMA１输出。同时,当14号模块的开关S3设置为0111、开关S4设置为0000且端口NRZ２和ＮRＺ-ＣLK２无信号输入时，端口ＣDＭA2输出的伪随机序列与1４号模块的扩频序列１相同,本实验中将该序列“CDMA2”可作为后续的解扩序列。此时的11号模块完成解扩功能,其中扩频信号从端口“AD 输入１”输入,解扩序列从“AD输入2”输入,解扩信号从1１号模块的“Dｏut”输出。
该实验【扩频与解扩观测实验】中扩频序列的长度可通过PN序列长度设置开关Ｓ6进行选择15位或１６位。当开关S6拨至“1２7位”时，表示该实验的扩频为1５位；当开关S6拨至“1２8位”时,表示该实验的扩频为1６位。
注：为配合示波器调节，为了较好的对比观测扩频前和扩频后的码元，建议选择16位。
四、实验步骤
1、按框图所示连线。
源端口目标端口连线说明模块2：DｏutMＵX模块14：TＨ3(NRZ1）数据送入扩频单元
模块2：ＢＳOUT模块14：ＴH１(NRZ-CLＫ1）时钟送入扩频单元
模块14:ＴH4(ＣDMＡ1)模块１1：TH2(ＡD输入1)送入解扩单元
模块14：TH5(ＣDMA2）模块１1：TH3(ＡＤ输入2)提供解扩序列
2、选择主菜单【移动通信】→【扩频与解扩观测实验】，此时2号模块ＤoutMUＸ输出速率为3２K。
３、设置2号模块DｏｕtMUX的输出码元。可自行设置，比如将2号模块的S1设置为１0100000,S2、S3以及S4都设置为00000000。用示波器观测DｏutＭUＸ,即扩频前的波形。
4、设置并观察扩频序列。将１4号模块的开关S6拨至“128位”档位,即选择16位扩频序列。开关S1设置为0000,开关S2设置为0１11，按复位键S7。用示波器观测测试点“ＴＰ8序列1”输出波形。
5、用示波器分别接14号模块的NRZ1 和CDＭA1，对比观测扩频前和扩频后的输出码元
变化。有兴趣的同学可以读出扩频信号中1电平扩频输出和０电平扩频输出的对应码元。
6、验证解扩效果。
（1）将开关S3设置为０1１1,开关Ｓ４设置为0000，按复位键S7。此时解扩用的序列ＣDMA2与扩频序列“ＴP８序列1”相同。用示波器分别连接14号模块的ＮＲZ1 和11号模块的Ｄoｕt，验证波形是否相同,即正常解扩。
(2)将开关S3和开关S4随意设置为其他码值，按复位键S7。此时解扩用的序列CDMA2与扩频序列“ＴP8序列１”不相同。再用示波器分别连接14号模块的ＮRＺ１和1１号模块的Ｄoｕt,验证是否还能解扩。
五、实验结果及分析
在实验6(1）中解扩前后码型一致,但在实验６(２）中,解扩用的序列和扩频序列不同时,不能正确解扩。扩频通信的实验关键在于相关解扩,伪随机码要保持一致。
实验二:ｍ序列、Ｇold序列产生及特性分析实验
时间:4月9号
一、实验目的
１、了解m 序列、Go ｌd 序列的特性及产生。
二、实验器材
1、 主控
＆
信
号
源
模
块
、
14
号
模
块
各一块
2、 双踪示波器 一台
3、 连接
线
若干
三、实验原理
1、m 序列
⑴ 实验原理框图
m 序列相关性实验框图
⑵ 实验框图说明 m 序列的自相关函数为 ?()R A D τ=-
式中,A 为对应位码元相同的数目;D 为对应位码元不同的数目。 自相关系数为
()A D A D
P A D
ρτ--=
=
+ 对于m 序列,其码长为P =2ｎ
－1，在这里P 也等于码序列中的码元数,即“０”和“１”个数的总和。其中“０”的个数因为去掉移位寄存器的全“0”状态,所以A 值为
121n A -=-
“1”的个数(即不同位)D 为
12n D -=
m 序列的自相关系数为
1 0()1 0,1,2,p τρτττ=??=?-≠=??
…,p-1
c
T τ
m 序列的自相关函数
２、G ｏld 序列 ⑴ 实验原理框图
Gold 序列相关特性实验框图
⑵ 实验框图说明
虽然m 序列有优良的自相关特性,但是使用m 序列作CDM Ａ(码分多址）通信的地址码时，其主要问题是由ｍ序列组成的互相关特性好的互为优选的序列集很少，对于多址应用来说，可用的地址数太少了。而Go ｌｄ序列具有良好的自、互相关特性，且地址数远远大于m 序列的地址数,结构简单，易于实现，在工程上得到了广泛的应用。
Ｇｏld 序列是m 序列的复合码,它是由两个码长相等、码时钟速率相同的m 序列优选对模二加构成的。其中ｍ序列优选对是指在ｍ序列集中，其互相关函数最大值的绝对值最接近或达到互相关值下限(最小值)的一对m 序列。
四、实验步骤
1、m 序列
⑴ 设置主控菜单,选择【移动通信】→【m 序列产生及特性分析】。
⑵ 将14号模块的拨码开关S1、S2、S3、S4全拨为“0000” （设置完各个开关按下S ７,使模块工作于设置功能）。将开关Ｓ6拨至“127位”,设置P Ｎ序列长度为127位。
⑶ 观测测试点Ｇ1或G ２，了解m 序列波形。
⑷观测ＴH9(相关函数值)测试点，了解m序列自相关特性。
2、Gｏlｄ序列
⑴设置主控菜单,选择【移动通信】→【Gold序列产生及特性分析】。
⑵将１4号模块的拨码开关S１、S4全拨为“０000”。将开关S６拨至“127位”，设置PN序列长度为1２7位。
⑶设置S2为0０01，使G1输出一种Ｇold序列;设置Ｓ3为000１，使G２输出Gold 序列与G1相同（设置完各个开关按下Ｓ7,使模块工作于设置功能)。
⑷观测测试点G1及G2,了解ＧOＬD序列波形;观测TH9(相关函数值）测试点,了解ＧＯLD序列自相关特性。
⑸设置Ｓ２为０001,使G1输出一种Gold序列。设置S3为001０，使Ｇ2输出Golｄ序列与G1不相同(设置完各个开关按下S7，使模块工作于设置功能）。
⑹观测测试点G1及G2,了解GＯLD序列波形；观测TH9（相关函数值）测试点,了解ＧＯLD序列互相关特性。
五、实验结果及分析
通过实验结果可以看到m序列和Goｌd序列具有良好的自相关特性,但是m序列的地址数太少;Gｏｌd序列集成了良好的自、互相关特性和非常多的地址数，因而得到更广泛的应用。
实验三:综合实验
ＣDＭＡ扩频通信系统实验
时间:4月23号
一、实验目的
1、了解CDMA通信系统架构及特性。
二、实验器材
⒈主控&信号源、２、12、10、11、1４、1５号模块各
一块
⒉双踪示波器
一台
⒊连接线
若干
三、实验原理
１、扩频实验原理框图
127位
128位
14号模块框图
２、14号模块框图说明
信号源PＮ序列经过1４号模块扩频处理,再加到１0号模块的调制端,形成扩频调制信号发送出去。其中，从14号模块可以看到扩频码可以通过拨码开关设置为m序列、Gold序列。
将“序列1”或“序列２”设置为m序列、Gｏld序列的方法是：
(１)设置为m序列：将拨码开关S１、S2、S3、S4都设置成0000，则测试点“序列1”与Ｇ1、PN1一致，测试点“序列2”与G2、PN3一致,都为m序列输出。
(２)设置为Ｇｏｌｄ序列：将拨码开关S1、S4都设置成0000，将拨码开关S2、S3拨为非全0即可,则测试点“序列１”与Ｇ１一致是由PＮ１和PN2合成而得,测试点“序列2”与G２一致是由PＮ4和ＰＮ3合成而得，“序列1”和“序列2”此时为ＧOLD序列输出。
3、１５号模块框图
15号模块框图
4、解扩实验框图说明
CDMA接收模块用于扩频通信系统的接收端。处于接收部分的最前端,其解扩的信号会送到解调模块进行解调。CＤMA接收模块主要是解决两个问题。第一是序列的同步问题，由于扩频序列的自相关性,当序列在非同步情况下是无法获取有用信息的。第二是时钟同步问题，由于接收端产生解扩序列的时钟与发送端是非同步的。因此，当序列同步,如果时钟不同步，序列会逐渐产生偏差，最终失步。只有序列和时钟都达到同步，才能完成解扩。
模块包含如下4大功能:
(１)捕获支路：用来捕获扩频序列,达到序列同步的状态。
(2)跟踪支路：用来进行时钟同步。
(３)序列产生单元:产生解扩序列，序列产生可受滑动控制单元控制,是序列相位滑动。
(４）滑动控制单元：产生序列的滑动控制脉冲信号。该脉冲信号由前面的门限判决信号控制，当门限判决输出为高时,说明序列已经捕获，滑动控制单元停止产生滑动控制脉冲信号；当门限判决输出为低时,说明序列未捕获，滑动控制单元产生滑动控制脉冲信号。
模块端口名称、可调参数及说明如下所述：
（1)增益调节:调节天线接收小信号放大的增益。
（2)判决门限调节：调节相关峰的判决门限（由于接收信号幅度不同，相关峰的幅值也有所不同)。
(３）压控偏置调节：调节压控晶振的中心频率。
(4）PN序列长度设置:设置PＮ序列长度为127或１2８位。
(5）PN初始状态设置:设置ＰN序列初始状态。
5、实验系统框图
ＣDMA发射系统框图
CDMA接收系统框图
注：ＣDMＡ扩频通信系统中，接收端根据不同扩频序列，来捕获跟踪不同码道上的信息。