移动通信实验报告

1、实验一 m序列码产生及特性分析实验一 实验目的1了解m序列的性质和特点；2 熟悉m序列的产生方法；二 实验内容1熟悉m序列的产生方法；2测试m序列的波形；三 实验原理m序列是最长线性反馈移存器序列的简称,是伪随机序列的一种。它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。m序列在一定的周期内具有自相关特性。它的自相关特性和白噪声的自相关特性相似。虽然它是预先可知的，但性质上和随机序列具有相同的性质。比如：序列中“0”码与“1”码等抵及具有单峰自相关函数特性等。四、M序列码产生框图及相关设置 参数选择CPLD隔离及电平转换4P014P02M序列时钟图1-1-4 周期为15的M序列产生框图 测量

2、点说明： 4P01： m序列输出铆孔，由4SW02拨码器控制。 4P02： m序列对应的码元时钟。五、实验步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。3拨码器4SW02设置“00000”，用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出M序列的速率和码型，记录其波形。（M序列为15位，速率为2KHz/S）4拨码器4SW

3、02设置“00001”，用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出的速M序列的速率和码型，记录其波形。（M序列为15位，速率为32KHz/S）5. 关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验结果步骤3测试点波形图如下：步骤4测试点波形图如下：实验2 WALSH码产生及特性分析实验一实验目的1了解Walsh码的性质和特点；2熟悉Walsh码的产生方法。二实验内容1熟悉Walsh码的产生方法；2测试Walsh码的波形。三实验原理1Walsh码的基本概念Walsh码是正交的扩频码，是根据Walsh函数集而产生。Walsh函数的取值为1或者-1。图1-2-1展示了

4、一个典型的8阶Walsh函数的波形W1。n阶Walsh函数表明在Walsh函数的周期T内，由n段Walsh函数组成。n阶的Walsh函数集有n个不同的Walsh函数，根据过零的次数，记为W0、W1、W2等等。图1-2-1 Walsh函数 Walsh函数集的特点是正交和归一化，正交是同阶不同的Walsh函数相乘，在指定的区间积分，其结果为0；归一化是两个相同的Walsh函数相乘，在指定的区间上积分，其平均值为1。可以将-1和1转换为二进制的0和1，这样一个n阶Walsh函数在周期T内取值就转换为由n个码元表示的序列。8阶Walsh序列内容如表1-2-1所示。表1-2-1 8阶Walsh序列编号W

5、alsh函数表示Walsh码序列表示01 1 1 1，1 1 1 10 0 0 0， 0 0 0 011 1 1 1，1 1 1 10 1 0 1， 0 1 0 121 1 1 1，1 1 1 10 0 1 1， 0 0 1 131 1 1 1，1 1 1 10 1 1 0， 0 1 1 041 1 1 1， 1 1 1 10 0 0 0， 1 1 1 151 1 1 1， 1 1 1 10 1 0 1， 1 0 1 061 1 1 1， 1 1 1 10 0 1 1， 1 1 0 071 1 1 1， 1 1 1 10 1 1 0， 1 0 0 1Walsh函数的自相关特性并不理想，但是互相

6、关特性很好，为了改善自相关特性，实际系统中，序列经Walsh函数调制后，再用自相关特性好的PN序列进行扩频。由于Walsh函数之间的正交性，可以使用不同的Walsh码对不同的信道进行调制，在接收端再用相同的Walsh码提取信号，从而接收到所发送的信息。用这种方法，我们可以使多个信道在同一频率上发送而不会相互干扰，这也正是码分多址得以实现的基础。2Walsh码序列的产生生成Walsh序列有很多种方法，通常是通过哈达码矩阵来产生Walsh序列。利用哈达码矩阵产生Walsh序列的过程是采用迭代的方法。迭代过程如下：,将上式矩阵中的第j行用二进制序列HN,j表示，可以得到相应的Walsh码序列。四、W

7、alsh序列产生框图 参数选择CPLD隔离及电平转换TP06TP01TP02时钟WALSH1WALSH2图1-2-2 周期为8的Walsh序列产生框图测量点说明： TP01： WALSH序列1。 TP02： WALSH序列2。 TP06： WALSH序列码元时钟。五、实验步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上, 将“移动码分复用解复用模块”，插到底板“I”号的位置插座上。2 打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。3“功能选择”SW02拨码器设置“0000”，用示波器测

8、试TP01、TP02测试点。读出输出WALSH序列码型，记录其波形。4. 测量WALSH序列码元时钟TP06，读出其输出频率，得出WALSH码元速率。5. 用示波器双通道同时测量TP01、TP02，看两波形是否存在正交关系。6 实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验结果实验波形图如下：实验3 直接序列扩频(DS)编解码实验一、实验目的1. 了解直扩扩频和解扩的原理和系统组成；2. 熟悉直扩扩频解扩和数据传输的过程。二、实验内容1熟悉直扩扩频和解扩的过程；2测试直扩扩频和解扩的工作波形，认真理解其工作原理。三、实验原理所谓直接序列(DS-Direct Scquency

9、)扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的PN码（伪随机码）进行摸二加。例如说在发射端将"1"用11000100110，而将"0"用00110010110去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成"1"是00110010110就恢复成"0"，这就是解扩。这样信源速率就被提高了11倍，同时也使处理增益达到10dB以上，从而有效地

10、提高了整机倍噪比。直接序列扩频的优点：抗干扰性强、 隐蔽性好、 易于实现码分多址（CDMA）、抗多径干扰。1直接序列(DS)扩频系统的组成图1-3-1为直扩系统的组成原理框图。信源8bit地址开关伪随机码扩频输出伪随机码解扩输出（信源）解扩输入信道图1-3-1 直扩系统的组成框图信源输出的信息流与伪随机码产生器产生的伪随机码相乘（或者模二相加即异或），产生一个速率与伪随机码速率相同的扩频序列，在接收端，接收到的扩频信号后，用与发送端同步的伪随机序列对扩频信号进行解扩，经信号的频带滤波器滤波，便得到所传输的信息。干扰信号由于和伪随机序列不相关，在接收端频谱被扩展，使落入信号频

11、带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了系统的输出信噪比。图1-3-2为相应的信号波形。图1-3-2直扩的信号扩频和解扩波形（扩频和解扩采用异或运算）测量点说明： TP01： 伪随机序列。 TP04： 信源，码速为64KHz/S，由地址开关SW01选择输出。 TP05： 信源的码元时钟，频率为64KHz。 TP06： 伪随机序列码元时钟，频率为512KHz。 P01： 扩频序列输出，由信源和伪随机序列异或得到。 P04： 解扩序列输入。 TP03： 解扩输出，即信源输出。四、 实验步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上, 将“移

12、动码分复用解复用模块”，插到底板“I”号的位置插座上。2 打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。3“功能选择”拨码器SW02设置“0000”，“8bit基带数据”拨码器SW01，选择“00000000”，连接P01和P04。4. 示波器测量TP01/TP04/P01的波形，仔细观测扩频后的数据，分析它是怎样得到的。5.“8bit基带数据”拨码器SW01，选择“11111111”，重复步骤4。6.“8bit基带数据”拨码器SW01，选择其他数据重复步骤4。7. 测量伪随机序列码元时钟TP06，和信源时钟TP05，读出它们的输出频率。8.

13、 示波器同时观测TP03和TP04，分析它们之间的关系。9 实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。五、 实验结果实验接线如下图所示：实验结果波形图如下：实验4 DS-CDMA码分多址实验一、实验目的了解DS-CDMA（直扩码分多址）移动通信原理。二、实验内容1测量单信道DS-CDMA通信系统发端及收端波形，了解发端扩频调制及收端相关检测原理，初步了解码分多址逻辑信道形成原理。2测量2信道DS-CDMA通信系统发端及收端波形，进一步了解发端扩频调制、收端相关检测及码分多址逻辑信道形成原理。三、基本原理图1-4-1为直扩码分多址DS-CDMA（Direct Sequence S

14、pread Spectrum-Code Division Multiple Access）通信系统原理框图。DS-CDMA利用高速率的正交码序列ci（互相关函数值为0或很小的码序列）作为地址码，与用户信息数据di相乘（或模2加）得到信息数据的直接序列扩频信号，经过相应的信道传输后，在接收端与本地产生的地址码进行相关检测，从中将地址码与本地地址码一致的用户数据选出，把不一致的用户数据除掉。码分多址通信系统可完成时域、频域及空间上混叠的多个用户直扩数据的同时传输，或者说，利用正交地址码序列在同一载频上形成了多路逻辑信道，可动态地分配给用户使用。信码d1(Rb)fcC1CLKd1sEX(t)调制解调

15、0Tb ( ) dt采样解扩d1时钟同步地址码同步载波同步S(t)s1(t)s(t)载波fc地址码c1(Rp=pRb)调制载波fc地址码cN相关检测扩频信码dN图1-4-1 DS-CDMA移动通信系统原理框图SN(t)其工作原理如下：1正交码序列（1）定义设ci(t),i=1,2, N是序列周期为T（一序列周期内子码元数为p，子码周期为TP=T/p）的一组码序列。若它们的互相关函数为0，即： （1-1）则称为正交码序列组，可作为DS-CDMA系统的地址码。为便于收端实现地址码的同步，它们应具有尖锐的自相关峰，即满足： （1-2）（2）常用正交码序列常用正交码序列有以下三种： Walsh（沃尔什

16、）序列：在指定时刻（=0）正交，自相关特性不好(不属于PN序列)。 m序列：准正交，自相关特性很好(属于PN序列)。 Gold序列：准正交，自相关特性很好(属于PN序列)。2DS-CDMA移动通信系统图1-4-1为DS-CDMA移动通信系统原理框图。系统中采用包含N个码序列的正交码组C1，C2，CN作为地址码，分别与信码d1,d2,dN模2加或相乘实现扩频调制。信码速率Rb（单位：b/s，比特/秒）、周期Tb=1/Rb；地址码速率Rp（单位：c/s，码片/秒或子码/秒）、周期Tp=1/Rp，地址码序列每周期包含p个子码元，序列周期。通常设置 （1-3）即： （1-4）式（1-3）、（1-4）表

17、明，地址码速率Rp是信息速率Rb的p整数倍，1个信码周期Tb对应一个地址码序列周期T。信息码与地址码相乘后占据的频谱宽度扩展了p倍。由N个正交地址码在一对双工载频上构成N个逻辑信道，可供N对用户同时通信。图中画出发端的N个用户及收端第1个用户。DS-CDMA系统的载波调制方式可采用调频或调相，以调相方式应用最广。以2PSK调制为例，发端用户1发射的信号为：（1-5a）上式中，d1(t).c1(t)是（-1，+1）域二元数据，则S1(t)是0/调相的2PSK信号。故载波调制器就是模拟乘法器。式（1-5a）可写成如下形式： （1-5b）或 （1-5c）上式表明，发端的DS-CDMA射频信号，可通过

18、先扩频调制再载波调制（式（1-5b）或先载波调制再扩频调制（式（1-5c）得到，二者是等效的。与此对应，收端也有二种等效的解调方案。本实验系统采用的方案是：发端先扩频调制再载波调制，收端先载波解调再扩频解调。发端N个用户发射在空中的信号在时域、频域完全混叠在一起，收端每一个用户都可收到。收端第1个用户天线收到的信号：（1-6）解调后的信号： (1-7)经过与本地地址码c1(t)相关检测后输出信号： 上式中，T为地址码序问周期，等干信码周期Tb，故积分号中信码di(t)是常数可提出，得： 代入式（1-1）地址码的正交性关系可得： （1-8）上式中为c1(t)的自相关函数峰值。经采样后得到方波形式

19、的信码d1(t)。收端用户1从发端N个用户发射在空中，在时域及频域完全混叠的DS-CDMA信号中，接收到发端用户1的信码。3实验系统原理本实验平台省去中间的调制解调的环节，扩频输出后通过信道（导线连接）送到解扩端，实际DS-CDMA实验系统框图如图1-4-2所示。发端采用二个正交地址码m1及m2，通过异或门分别对两路信码D1及D2实现扩频调制，得到两路信码各自的扩频(调制)基带DmulRDm2Dm1DK1地址码m1(Rp=8Rb)信码D2信码D1(Rb=300b/s)(清除)时钟CLKDK20Tb( ) dt采样DK(D1/D2)地址码Ci(m1/m2)地址码m2图1-4-2 DS-CDMA移

20、动通信实验系统(采样)DmulXBS信号Dm1、Dm2，它们线性叠加为两路信码的扩频基带信号DmulX。收端通过信道传输，收到扩频基带信号DmulR。通过切换本地地址码mi为m1/m2，再经过相关检测得到信码D1/D2。实验系统采用二个正交地址码，在同一载频上形成二个DS-CDMA逻揖信道。接收端地址码同步及时钟同步电路都认为是理想的，不作为本实验的研究内容，收端地址码mi及时钟CLK实际上与发端D1、D2、m1、m2一起由同一CPLD产生。实验系统有如下几种子工作方式（1）单信道DS-CDMA通信 发端发D1(m1)，收端地址码为m1，收到发端D1(m1)，收不到发端D2(m2)。 发端发D

21、2(m2)，收端地址码为m2，收到发端D2(m2)，收不到发端D1(m1)。（2）双信道DS-CDMA通信 发端发D1(m1)+ D2(m2)，收端收D1(m1)和 D2(m2)。测量点说明： TP01：地址码m1。 TP01：地址码m2，地址码m1和地址码m2正交。 TP04：信源D1，码速为64KHz/S，由地址开关SW01选择输出。 P06： 信源D2，码速为64KHz/S，来自PCM编码。 TP05：信源的码元时钟，频率为64KHz TP06：地址码的码元时钟，频率为512KHz。 P01： 扩频序列DM1输出。 P02： 扩频序列DM2输出。 P03： 两路扩频序列DM1+DM2输出

22、。 P04： 收端的解扩序列输入。 TP03：解扩输出，信源输出m1。 P05： 解扩输出，信源输出m2。 P07：模拟信号输入。 P08：PCM编码输出。 P09：PCM译码输入。 P10：模拟信号输出。四、 实验步骤（一）单信道DS-CDMA通信1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上, 将“移动码分复用解复用模块”，插到底板“I”号的位置插座上。2打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。3“功能选择”拨码器SW02设置“0000”，“8bit基带数据”拨码器SW01，选择“00110011”，连接P01和P04，即将发端D1(m1)扩频后的数据DM1（第一路数据），送到收端。4.此时在收端的第一路TP03可收到正确的数据，第二路P05收不到数据，或收到错误的数据；示波器同时测量TP04和TP03的波形，观测对比两波形，注意观测两波