移动通信实验打印版

-.---可修编-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，但性质上和那些随机序列具有相同的性质。比如：序列中“0”码与“1m序列的产生m序列是由带线性反馈的移存器产生的。结构如图：图1-1反馈移位寄存器的结构其中an-i为移位寄存器中每位寄存器的状态，Ci为第i位寄存器的反馈系数。Ci＝1表示有反馈，Ci＝0表示无反馈。我们先给出一个m序列的例子。在图1-1中示出一个4级反馈移存器。若其初始状态为（a3,a2,a1,a0）=（1，0，0，0），则在移位一次时，由a3和a0模2相加产生新的输入a4=1⊕0=1新的状态变为（a4,a3,a2,a1）=(1,1,0,0)这样移位15次后又回到初始状态（1，0，0，0），不难看出，若初始状态为全“0”，即“0，0，0，0”，则移位后得到的仍为全“0”状态。这就意味着在这种反馈移存器中应避免出现全“0”状态。不然移存器的状态将不会改变。因为4级移存器共有24=16种可能的不同状态。除全“0”我们常常希望用尽可能小的级数产生尽可能长的序列。由上例可见，一般说来，一个n级反馈移存器可能产生的最长周期等于（2n–1）。我们将这种最长的序列称为最长线性反馈移存器序列，简称m序列。输出C3a0a1输出C3a0a1a2a3000110001111010110010001111010110010001111010110010001111010110010001初始状态224-1=15（个）┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈图1-1m序列的产生一个线性反馈移位寄存器能否产生m序列，取决于它的反馈系数Ci(例如上图的C3)。对于m序列，Ci的取值必须按照一个本原多项式：中的二进制系数来取值。n级移位寄存器可以产生的m序列个数由下式决定：其中φ(x)为欧拉函数，表示小于等于x并与x互质的正整数个数（包括1在）。表1－1列出了部分m序列的反馈系数Ci，按照下表中的系数来构造移位寄存器，就能产生相应的m序列。表1－1m序列的反馈系数表m序列的级数nm序列的周期P反馈系数Ci(八机制)37134152353145,67,75663103,147,1557127203,211,217,235,277,313,325,345,3678255435,453,537,543,545,551,703,74795111021,1055,1131,1157,1167,11751010232011,2033,2157,2443,2745,32711120474005,4445,5023,5263,6211,736312409510123,11417,12515,13505,14127,1505313819220033,23261,24633,30741,32535,37505141638342103,51761,55753,60153,71147,674011532765100003,110013,120265,133663,142305m序列的具有以下性质：（1）均衡性。m序列中0和1的数目基本相等。（2）游程分布（3）移位相加性（4）相关特性。自相关波形如图1－2所示图1－2m序列的自相关波形（5）周期性（6）伪随机性。分布无规律，具有与白噪声相似的伪随机特性。四、实验步骤1、观测现有的m序列在液晶的主菜单中按下键盘“1”，则选择“一.伪随机序列”，出现的界面如下所示：选择“1”，则产生一个周期为15的m序列。2、在测试点TP201测试输出的时钟。3、在测试点TP202测试输出的m序列码。五、实验任务1．画出TP202测试点的波；2．比较TP202输出的序列和图1－1中的m序列是否一致；3．分析和验证明m序列的周期性、均衡性、游程分布和移位相加性等特性。实验二直接序列扩频（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；二、实验容熟悉直扩扩频和解扩的过程；测试直扩扩频和解扩的工作波形，认真理解其工作原理；三、实验原理直接序列扩频是将要发送的信息用伪随机序列(PN)扩展到一个很宽的频带上去，在接收端用与发送端相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。干扰信号由于和伪随机序列不相关，在接收端被扩展，使落入信号频带的干扰信号功率大大降低，从而提高了系统的输出信噪比，达到抗干扰的目的。1．直接序列(DS)扩频系统的组成图2－1为直扩系统的组成原理框图。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），产生一个速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，这样就得到了已扩频调制的射频信号。图2－1直扩系统的组成框图在接收端，接收到的扩频信号，经高放和混频后，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，使落入信号频带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2－2为相应的信号波形。图2－2直扩的信号波形2．直扩系统的实现 在实验中用TMS320VC5509的DSP来完成数据的直扩扩频和解扩。原始数据和伪随机序异或，产生相应的扩频数据。通过DSP的MCBSP通道发送，再经过D/A转换为模拟信号，经射频发送模块传输。射频接收模块接收到扩频信号后，经下变频，恢复为基带信号，经A/D变换后，由DSP的MCBSP口接收。接收方采用和发送方一样的伪随机序列进行解扩（异或），得到了原始的发送数据。四、实验步骤通过键盘和液晶选择“菜单”中的实验“三.扩频通信基础”；通过键盘和液晶选择实验“1.直扩编解码”；通过测试点TP201观测和伪随机序列频率相同的时钟信号；通过测试点TP202观测原始数据的波形；通过测试点TP203观测发送方的伪随机码的波形；通过测试点TP204观测扩频后的数据波形；通过测试点TP205观测解扩后的数据波形；通过测试点TP206观测解扩放的伪随机码波形。五、实验任务描述直接扩频通信的过程；画出各点波形；验证解扩后的数据和原始基带数据的关系；实验三跳频（FH）通信实验一、实验目的1.了解跳频和解跳的基本原理；二、实验容1．熟悉跳频和解跳的过程，并通过信道进行传输；2．测试跳频和解跳的工作波形，认真理解其工作原理；三、实验原理1．跳频(FH)系统的基本原理跳频系统的载频受一伪随机码的控制，不断地、随机地跳变，可以看成载频按照一定规律变化的多频频移键控（MFSK）。与直扩相比，跳频系统中的伪随机序列并不直接传输，而是用来选择信道。跳频电台已经成为未来战术通信设备的趋势。跳频系统的组成如图3－1所示。图3－1跳频系统组成框图发送端由信源产生的信息流去调制频率合成器产生的载频，得到射频信号。频率合成器产生的载频受伪随机序列控制，按照一定的规律跳变。在接收端的本振信号是一个和发送端跳变规律一致的频率跳变信号，经过混频后，就可以解调出原始信号。一般跳频系统可以根据跳频速率分为快速跳频、中速跳频和慢速跳频。跳频系统的频率跳变，受到伪随机序列的控制，时间不同，伪随机序列的相位不同，对应的频率合成器产生的频率也不同。跳频系统的频率跳变规律成为跳频图案。如图3－2为一个随时间跳频的跳频图案。纵向表示频率，横行表示时间，不同的时间，频率在跳变。ddfsc时间频率 图3－2跳频图案f2时间äTcTf1跳频系统具有以下的特点：f2时间äTcTf1有较强的抗干扰能力，采用了躲避干扰的方法抗干扰。用于组网，实现码分多址，频谱利用率高。（3）快跳频系统用的伪随机码速率比直扩系统低的多，同步要求比直扩低，因而时间短、入网快。2．跳频系统的实现在实验中用TMS320VC5509的DSP来编程，软件完成跳频。具体过程如下：（1）预先设定四个频率点，再用伪随机序列按照一定的规律产生一个指针，指向这四个频率中的一个；（2）发送方对原始数据信息进行BPSK调制，用选择的跳频频率对原始信号进行调制，并通过射频传输；（3）接收方将接收的信号下变频后，采用和发送方一样的伪随机序列，通过同样的规律获得相同的频率，进行解调，再经过BPSK解调，获得原始数据。四、实验步骤1．通过键盘和液晶选择“菜单”中的实验“三.扩频通信基础”；2．通过键盘和液晶选择实验“2.跳频”；3．通过测试点TP202观测原始数据的波形；4．通过测试点TP308测试跳频并完成D/A转换后的波形；通过测试点TP204观测解跳后的数据波形。五、实验任务1．描述跳频通信的过程；2．画出各点波形；3．验证解跳后的数据和原始基带数据的关系；实验四DS／CDMA码分多址实验一、实验目的1.了解CDMA基本原理；2．了解软件完成DS-CDMA的整个通信过程；3.熟悉DS-CDMA的特点，加强对CDMA的理解；二、实验容1．熟悉CDMA的原理；2．通过DSP来完成DS-CDMA的过程；3．测试DS-CDMA各点的波形；三、实验原理1．DS-CDMA基本原理DS-CDMA利用高速率的正交码或准正交码来作为地址码，与用户信息数据相乘（模二相加），得到数据信息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，，从中将地址码和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以完成时域、频域及空间上混叠的多个用户直扩数据的同时传输。 图4－1为一个典型的CDMA系统框图。 图4－1典型的CDMA系统框图从该图看出，在CDMA系统中，对每个用户来讲分为上行链路和下行链路。在上行链路中，为每一个移动用户分配一个地址码，且这些地址码相互正交（或者准正交）。移动台MS1、MS2、…、MSk分别分配有地址码C1’、C2’、…、CK’。利用移动码型和移动用户的一一对应关系，基站便可以区分不同用户的信号。同样，在下行通信链路中，基站发往不同移动用户的信号也用一组正交的地址码C1、C2、 CDMA系统具有以下的优点：大容量软容量采用多种分集技术软切换性能好话音质量高较低的发射功率2．DS-CDMA系统的实验在实验中用TMS320VC5509的DSP来编程，软件完成简易的DS-CDMA的功能。具体过程如下：(1)发送方1）将原始数据进行直扩2）对扩频后的数据BPSK调制3）通过DSP的MCBSP串口来传输数据4）对串口数据进行D/A转换，变成模拟信号5）对发送的模拟信号进行上变频，通过射频发送出去。(2)接收方1）通过射频模块来接收信号，并进行下变频2）对信号进行A/D转换，转换为数字信号3）通过DSP的MCBSP串口接收数据4）对接收的数据进行BPSK解调5）对解调后的数据选择相应的本地扩频码进行解扩，得到接收的数据。四、实验步骤1．通过键盘和液晶选择“菜单”中的“四.码分多址”，将看到以下菜单：2．选择菜单1，则发送方选择扩频序列1作为发送地址码，接收方2也选择扩频序列1，作为本地扩频码。按照下列步骤观测波形：1）通过测试点TP201观测和伪随机序列频率相同的时钟信号； 2）通过测试点TP202观测原始数据的波形； 3）通过测试点TP203观测发送方的伪随机码的波形； 4）通过测试点TP204观测扩频后的数据波形； 5）通过测试点TP205观测解扩后的数据波形； 6）通过测试点TP206观测解扩放的伪随机码波形。 3．选择菜单2，则发送方选择扩频序列2作为发送地址码，接收方2也选择扩频序列2，作为本地扩频码。测试方法如上。4．选择菜单3，则发送方选择扩频序列2作为发送地址码，接收方2也选择扩频序列2，作为本地扩频码。测试方法如上。比较测试点TP203和TP206的波形，比较测试点TP202和TP205的波形。5．设计DSP完成DS-CDMA的程序，观测当发送方和接收方扩频码一致和不一致的情况下，来观测上述各测试点的波形变化。五、实验任务1．测试各点波形；2．画图分析并验证不同扩频码和解扩码时TP205的波形；实验五数据接入CDMA信道的收发实验一、实验目的1.了解本实验台和计算机的接口；2．熟悉通过计算机来发送和接收短信的过程；二、实验容掌握计算机和实验台的连接方法；了解计算机和实验台通信过程；通过计算机来发送和接收短信；三、实验原理PC机发送数据的结构框图如图5－1所示。键盘及液晶显示键盘及液晶显示图5－1计算机和实验台的连接框图工作过程如下： 1．发送方 （1）PC机和实验台通过串口连接； （2）通过PC机端编写要发送的信息，通过串口传递给实验台 （3）实验台的单片机接收到信息，通知DSP，DSP通过CDMA编码，再通过射频发送。 2．接收方（1）接收射频信号，并下变频后，传递给DSP （2）DSP收到数据，进行CDMA译码，并传递给MCS51 （3）MCS51将接收到的数据，传递给PC机，在PC机端显示处理。 PC机端的界面如图5－2所示，按下短信发送，则显示图5－3，在发送短信编辑区编写要发送的短信。图5－2PC机主界面图5－3PC机端短信发送界面四、实验步骤与任务注意：本实验要求面板左下角的开关J403置于“方式1”的位置1.将计算机和实验台通过串口连接；2.运行计算机上的短信发送软件；3.在主界面（如图5－2）上选择短信发送；4.在编辑短信界面（如图5－3）上编辑发送短信的容；5．观测在计算机端的显示接收的短信，并与发送的短信比较。实验六移动终端呼叫GSM设备的实验一、实验目的1.了解GSM网络中话音呼叫的过程；2.熟悉用本移动终端作为主叫和被叫用户进行语音呼叫；二、实验原理用户呼叫管理是移动通信系统的基本功能之一。它的主要目标是发送和建立一个移动用户向另一个用户（固定的或移动的）的呼叫，或者从一个移动或固定用户呼叫另一个移动用户。主叫和被叫可以在一个网络中，也可以不在一个网络中。移动客户作为主叫的呼叫流程(1)在服务小区，一旦移动客户拨号后，移动台向基站请求随机接入信道。(2)在移动台MS与移动业务交换中心MSC之间建立信令连接的过程。(3)对移动台的识别码进行鉴权，如果需加密则设置加密模等，进入呼叫建立的起始阶段。(4)分配业务的信道。(5)采用七号信令的客户部分(1SUP／TUP)，建立至被叫客户的通路，并向被叫客户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号。(6)被叫客户取机应答，向移动台发送应答连接消息，最后进入通话阶段。移动客户作为被叫的呼叫流程若MS作被叫，以PSTN的固定客户A呼叫GSM的移动客户B的呼叫建立过程（1）通过No．7信令客户部分ISUP／TUP，入口MSC(GMSC)接受来自固定网(1SDN／PSTN)的呼叫。