实验五-FH-CDMA(跳频码分多址)移动通信

PAGEPAGE11实验五FH-CDMA（跳频码分多址）移动通信一、实验目的 1．掌握FH-CDMA（跳频码分多址）移动通信原理。2．了解常用的正交跳频序列—RS编码序列。二、实验内容1．测量FH-CDMA移动通信实验系统发射端及接收端锁相频率合成器控制电压，了解收发两端频率是否按同一跳频序列同步跳变（同地址FH-CDMA）或按不同跳频序列跳变（不同地址FH-CDMA）。2．测量同地址与不同地址FH-CDMA发射端及接收端的有关信号与数据。三、实验仪器设备1．双路无线综合测试仪；2．无绳电话（座机和手机）；有线电话若干；3.小型程控交换机；4．数字示波器。四、实验步骤：1．m序列发生器在时钟驱动下循环右移生成的m序列及对应的1个RS序列见表5-1。使用4阶m序列发生器构成RS编码发生器。填写至表5-2。表5-14阶m序列的寄存器状态及N3N2N1N0=000时的RS序列D3D2D1D0RS序列距离（与前值比较）（1）1111151（2）011178（3）1011114（4）010156（5）1010105（6）1101133（7）011067（8）001133（9）100196（10）010045（11）001022（12）000111（13）100087（14）1100124（15）1110142表5-2RS编码序列使用RS编码序列作为频道号去控制频率合成器输出频率跳变。选取0号及11号序列作为后面实验的正交跳频序列。考虑到收发信机频道号为1-20，将上述序列值加3后得到实际使用的二组正交跳频序列填至表5-3。序列号RS编码序列N3N2N1N0(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(0)0000(1)0001(2)0010…(13)1101(14)1110(15)1111表5-3实验系统使用的二个正交跳频序列序列号跳频序列（频道号）015711510136394218121411412014161382159103752．设置综测仪为FH-CDMA工作方式（按K1至NECH灯亮，再按K4），TRX-BS及TRX-MS的工作频道按表5-3以15跳/秒速率随机跳变，工作方式控制面板上信道(CH)号数码管实时显示TRX-MS的信道号；打开发射机TX-BS（K6置ON，K7置BS，BS测量面板TX绿灯亮），加上内部调制数字信号（K9置INT）。3．反复按K4键，系统循环步进处于表5-4所示二种子工作方式之一。表5-4FH-CDMA通信子工作方式子方式序号NECH灯指示子工作方式闪速占空比14Hz0.1同地址(收发两端都用表5-3中0号序列)同步FH-CDMA24Hz0.9不同地址(收发两端分别用0及11号序列)FH-CDMA4．双踪示波器二个通道都设置为DC、2V/DIV~5V/DIV，分别观测TRX-BS及TRX-MS的锁相频率合成器环路控制电压ucr；置内触发方式；扫描速度调至足够慢。5．反复按K4键，NECH灯闪烁的占空比为0.1或0.9循环切换。当占空比为0.1时，可观测到二套收发信机ucr同步随机跳变，即同地址(按同一RS编码序列)同步跳频；当占空比为0.9时，可观测到二套收发信机ucr以不同方式随机跳变，即不同地址(按二组不同的RS编码序列)跳频。6．画出FH-CDMA移动通信实验系统框图，将其与图5-3对比。将双踪示波器二个通道分别接至图5-3所示发端D1及收端AFO；置外触发方式，外触发输入接至综测仪MS测量面板TRIA端；扫描速度调至10ms/DIV。按K4键，当NECH灯闪烁占空比为0.1即收发两端同地址同步跳频时，测量得到发端D1及收端AFO波形如图5-4所示，并且当收发天线距离足够小，接收信号足够强时，接收端显示接收信号频率。反之，当占空比为0.9即收发两端不同地址跳频时，接收端接收不到发端信号，AFO输出一片噪声，并且无接收信号频率显示。信码D1DK(D1)(TX-BS)AF0(RX-MS)信码D1DK(D1)(TX-BS)AF0(RX-MS)采样∫0Tb()dt解调调制(fb=1.2kb/s)采样∫0Tb()dt解调调制(fb=1.2kb/s)(采样)频率合成器频率合成器(清除)(采样)频率合成器频率合成器(清除)跳频序列跳频序列CLK跳频序列跳频序列CLK时钟同步时钟同步跳频同步跳频同步BSMS图5-3图5-3FH-CDMA移动通信实验系统跳频跳频发数据AFO(MS)65ms(一个频道停留时间)保护时间PLL锁定时间0电平(2V)图5-4.同步FH-CDMA通信系统工作过程7.将双踪示波器扫描速度调至2ms/DIV。按K4键，当NECH灯闪烁占空比为0.1时，接收端DK输出发端调制信号（D1=10101100…循环重复）。将示波器一个通道接至发端D1，另一通道顺次接至收端AFO、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK，以发端D1为时间参考，顺次测量并在同一座标纸上记录发端D1及收端AFO、DK1、DK2、CLK、DK波形。或者按信号流向从D1至AFO、DK1、DK2、CLK、DK，双踪示波器两个通道同时测量两个相邻信号，先在座标纸上记录前面一个信号波形(或前一次测量已记录)，再以前一个波形为时间参考记录后面一个信号波形。依此类推顺次测量记录所有信号波形。五、实验记录：1、画出由m序列构成RS编码序列的框图。答：由m序列构成RS编码序列的框图如下图所示：DD3D2D1D0N0N1N2N3编码选取232221204阶m序列发生器RS编码序列图5－2RS编码序列发生器772、填写实验内容中的4阶m序列形成的RS编码序列。，答：由4阶m序列形成的RS编码序列如表：（见下页）序列号RS编码序列N3N2N1N0(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(0)0000157115101363942181214(1)0001146104111272853091315(2)0010135978154111603101412(3)0011124869145010712111513(4)0100113151149271306512810(5)0101102140158361217413911(6)0110911331211051524714108(7)0111801221310141435615119(8)1000715313251411112109046(9)1001614212341510013118157(10)101051311507129314811264(11)101141201416138215910375(12)110031179611015581413402(13)110121068701114491512513(14)111019511438137101215620(15)1111084105291261113147313、研究跳频序列的正交性答：由上图知，如果FH-CDMA系统按表中所示同步组网工作，则任意二组跳频序列对应数值（频道号）都不相同，即相互正交。4阶RS序列组共有16个序列，增加其阶次可用序列数会迅速增加。4、在同地址同步FH-CDMA工作方式下，发端D1及收端AFO、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK波形并对照图5-4。答：①图1：发端D1及收端AFO的对比波形：（上：D1，下：AFO）分析：下图为发端D1通过调制以及解调之后得到图形AFO②图2：发端D1以及DK1对比波形：（下：AFO，上：DK1）分析：下图AFO通过整波变换后得到DK1③图三:DK1以及DK2的对比波形（上：DK1下：DK2）见下页：分析：下图为DK1通过一个积分电路后得到波形DK2④图四：发端D1以及CLK的波形⑤图五：发端D1以及收端DK波形的对比波形（上：D1，下：DK）分析：FH-CDMA通信系统的发端D1一系列的变换得到系统终端DK，可以看出波形大体一致，有一定的延时。因为占空比为0.1时，收发两端同地址同步跳频，当收发天线距离足够小，接收信号足够强时，接收端显示接收信号频率。5、系统在不同地址FH-CDMA工作方式下发端D1及收端AFO的波形，答：如下图所示：图中，上面的图形是发端的信号，下面的图形是收端AFO输出一片噪声的情况。分析：当收发两端都采用0号序列同步跳频时，接收端解调输出发端调制信码；当收发两端分别按0号及11号序列跳频时，接收端无发端调制信码输出。6、FH-CDMA的基本原理。答：FH－CDMA的基本原理是优选一组正交跳频码（地址码/扩频码），为每个用户分配一个唯一的跳频码，并用该跳频码控制信号载频在一组分布较宽的跳频集中进行跳变。FH－CDMA的频率分配是由一组相互正交的具有伪随机特性的跳频码来控制实现的，所以我们将其归属于码分多址，同时它又是一种扩频多址。六、思考题1、试比较FH-CDMA与DS-CDMA移动通信原理的异同。答：FH-CDMA(FrequencyHopping-CodeDivisionMultipleAccess)跳频码分多址移动通信系统原理框图如图5-1所示。而直扩码分多址DS-CDMA（DirectSequenceSpreadSpectrum-CodeDivisionMultipleAccess）通信系统原理框图如图6-1所示FH-CDMA为基带信号对载波调制后发射，载频来自频率合成器，在跳频序列（常用PN序列即伪噪声序列：PseudoNoisesequence）的控制下随机跳变（最简单的控制方法是以序列值作为频道号）。收端的本振亦来自受跳频序列控制的频率合成器，接收频率随机跳变。当收发二端频率按同一跳频序列随机跳变，并且达到同步时，接收端就可解调出有用信息。当收发二端频率按不同跳频序列随机跳变时，二端频率在任何时刻都不相同或相同的概率极小，即频率序列相互正交或准正交，接收端收不到发射端的信息。以上两种情况，前者对应同地址FH-CDMA用户正常通信过程；后者对应不同地址FH-CDMA用户之间相互干扰关系。而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。七、实验心得通过本次实验，了解了其常用的正交跳频序列——RS编码序列。对他的（1）随机性（2）周期性（3）正交性（4）可用序列多分别进行了了解并且测量