实验一GOLD序列特性实验.doc

实验 GOLD序列特性实验一、实验目的1、掌握GOLD序列的特点。2、了解GOLD序列在直接扩频通信中所起的作用二、实验器材1、移动通信原理实验箱一台2、20M双踪示波器一台3、频谱分析仪或带FFT功能的数字示波器（选配）一台三、实验内容1、观察GOLD序列的波形（频谱）。2、观察GOLD序列的自相关和互相关特性。四、实验原理1、伪随机序列工程上常用二元0，1序列来产生伪噪声码。它具有如下特点：（1） 每一周期内“0”和“1”出现的次数近似相等。（2） 每一周期内，长度为n比特的游程出现的次数比长度为n+1比特的游程出现的次数多一倍。（游程是指相同码元的码元串）（3） 序列具有双值自相关函数，即： （4.1-1）在（4.1-1）式中，p为二元序列周期，又称码长，k为小于p的整数，为码元延时。2、m序列二元m序列是一种基本的伪随机序列，有优良的自相关函数，易于产生和复制，在扩频技术中得到了广泛的应用。长度为2n-1位的m序列可以用n级线性移位寄存器来产生。如图4.1-1所示：模二加法器图4.1-1 线性移位寄存器m序列的特性如下（1） 在每一周期p= 2n-1内，“0”出现2n1-1次，“1”出现2n1次，“1”比“0”多出现一次。（2） 在每一周期内共有2n1个元属游程，其中“0”的游程和“1”的游程数目各占一半。并且，对n2，当1kn-1时，长为k的游程占游程总数的1/ 2 k，其中“0”的游程和“1”的游程各占一半。长为n1的游程只有一个，为“0”的游程；长为n的游程也只有一个，为“1”的游程。（3） m序列（a k）与其位移序列（）的模二和仍然是m序列的另一位移序列（），即：（4） m序列的自相关函数为：（4.1-2）3、Gold序列虽然m序列有优良的自相关特性，但是使用m序列作CDMA（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Gold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序列优选对模二和构成的。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。这里我们定义优选对为：设A是对应于n级本原多项式f（x）所产生的m序列，B是对应于n级本原多项式g（x）所产生的m序列，当他们的互相关函数满足：（4.1-3）则f（x）和g（x）产生的m序列A和B构成一对优选对。在Gold序列的构造中，每改变两个m序列相对位移就可得到一个新的Gold序列。当相对位移2n1比特时，就可得到一族（2n1）个Gold序列。再加上两个m序列，共有（2n1）个Gold序列。由优选对模二和产生的Gold族2n1个序列已不再是m序列，也不具有m序列的游程特性。但Gold码族中任意两序列之间互相关函数都满足（4.1-3）式。由于Gold码的这一特性，使得码族中任一码序列都可作为地址码，其地址数大大超过了用m序列作地址码的数量。所以Gold序列在多址技术中得到了广泛的应用。产生Gold序列的结构形式有两种，一种是串联成级数为2n级的线性移位寄存器；另一种是两个n级并联而成。图4.1-2和图4.1-3分别为n6级的串联型和并联型结构图。其本原多项式分别为：。这两种结构是完全等效的，它们产生Gold序列的周期都是。 图4.1-2 串联型Gold序列发生器图4.1-3 并联型Gold序列发生器Gold序列的自相关特性见图4.1-4。图4.1-4 Gold序列的自相关特性4、实验系统在本实验系统中使用Gold序列作为实现扩频的伪随机码，在发送端将信息序列与Gold序列相乘。在实验箱中有三个8位拨码开关“GOLD1置位”、“GOLD2置位”和“GOLD3置位”，他们分别用来设置发送和接收端产生的Gold序列是同一个Gold序列族中的哪一个。上面已经提到Gold序列是由两个互为优选对的m序列相异或产生的，8位拨码开关用于设定其中一个m序列的相位，通过拨动开关设定m序列的不同相位，两个m序列相异或所产生的Gold序列将不同。因此，当“GOLD3置位”与“GOLD1置位”一致而与“GOLD2置位”不一致时，解调出的信息码SIGN1；当“GOLD3置位”与“GOLD2置位”一致而与“GOLD1置位”不一致时，解调出的信息码SIGN2。由此同学可以体会码分多址通信是如何实现的五、实验步骤1、安装好发射天线和接收天线。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER301、POWER302、POWER401和POWER402，对应的发光二极管LED301、LED302、LED401和LED402发光，CDMA系统的发射机和接收机均开始工作。3、发射机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“扩频”、“编码”均拨下，接收机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“跟踪”、“解码”均拨下。此时系统的信码速率为1Kbit/s，扩频码速率为100Kbit/s。4、观察Gold序列 拨动拨码开关“GOLD1置位”，设置GOLD1序列的初始相位，按“发射机复位”键。 用示波器观察测试点“GOLD1”处的波形。改变拨位开关“扩频码速率”的设置，按“发射机复位”键，再观察“GOLD1”处的波形。 （选做）用带FFT功能的数字或虚拟示波器观察“GOLD1”处的频谱。改变拨位开关“扩频码速率”的设置，按“发射机复位”键，再观察“GOLD1”处的频谱。 （选做）将拨码开关“SIGN1置位”设置为全1，用频谱仪（或带FFT功能的数字或虚拟示波器）观察“PSK1”处的频谱。将拨位开关“扩频码速率”拨下，改变拨位开关“扩频码速率”的设置，按“发射机复位”键，再观察“PSK1”处的频谱。说明1：将“SIGN1置位”设置为全1时，“S1-KP”处输出的信号即为GOLD1，则“PSK1”处的频谱即为GOLD1进行PSK调制后的频谱，它与GOLD1的频谱形状一致，只是频谱向上搬移了10.7M（PSK载波频率）。由于一般的频谱仪无法观察频率较低的信号，为观察完整的GOLD1的波形，须将其搬移到较高的频段。如果使用带FFT的功能的数字或虚拟示波器则 可直接观察“GOLD1”处的频谱。说明2：用频谱仪观察“PSK1”处的频谱，应将频谱仪的中心频率设置为10.7M，扫描带宽设置为1M。5、 观察Gold序列的自相关和互相关特性 将拨位开关恢复到实验步骤3要求的设置，按“发射机复位”键。 将拨位开关“第一路”连接，拨位开关“第二路”断开，此时发射机输出GOLD1为扩频码的第一路扩频信号。 将拨码开关“GOLD3置位”拨为与“GOLD1置位”一致，按“接收机复位”键。 逆时针将“捕获”电位器旋到底，“捕获指示”灯灭。 用示波器测“TX3”处波形，该波形即为Gold序列的自相关特性。 将“GOLD3置位”拨为与“GOLD1置位”不同，按“接收机复位”键。 用示波器测“TX3”处波形，该波形即为Gold序列的互相关特性。说明3：用示波器观察Gold序列的自相关波形时，为观察到稳定的信号，应以Gold序列自相关特性波形的上半部分触发，如下图所示：另外，由于该波形频率很低，在示波器上观察可能存在闪烁，此为正常现象。六、实验记录处理GOLD1置位 1 0 1 0 0 0 0G0LD1的波形 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0改变拨位开关“扩频码速率”的设置G0LD1的波形 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0GOLD1 第一路扩频信号