扩频通信实验报告

扩频通信实验设计报告专业通信工程班级学号姓名指导教师2015年4月16与22日《扩频通信》实验报告实验室名称：光纤通信与通信电子线路实验室实验日期：2015年4月16日学院信息科学与工程学院专业、班级姓名实验名称M序列、Gold序列产生及特性分析实验指导教师教师评语教师签名：年月日实验目的：1、了解m序列、Gold序列的特性及产生。实验内容：实验器材：主控&信号源模块、14号模块各一块双踪示波器一台连接线若干实验原理：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m序列产生m序列产生PN3PN1积分序列相乘相关函数值G2G1序列2序列1RAD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()ADADPAD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121nA“1”的个数（即不同位）D为12nDm序列的自相关系数为10()10,1,2,p…,p-1()xxP-1-212340-1/PPcTm序列的自相关函数2、Gold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Gold序列产生Gold序列产生G2G1积分序列相乘相关函数值序列2序列1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。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S7,使模块工作于设置功能)。将开关S6拨至“127位”，设置PN序列长度为127位。⑶观测测试点G1或G2，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。实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：m序列，S1、S2、S3、S4变为0000，G1的观测结果G1、G2的观测结果相关函数值Gold序列，S2、S3变为0001，G1、G2的观测结果相关函数值S2为0001、S3为0010，G1、G2的观测结果相关函数值实验结果及分析：由实验发现，Gold比m序列更能抗干扰；同时，Gold序列具有良好的自、互相关特性，Gold码码长和m序列一样。m序列的自相关函数也有明显的峰值，也表明m序列具有一定的自相关特性优良存在。《扩频通信》实验报告实验室名称：光纤通信与通信电子线路实验室实验日期：2015年4月16日学院信息科学与工程学院专业、班级姓名实验名称扩频与解扩观测实验指导教师教师评语教师签名：年月日实验目的：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。实验内容：二进制随机信号+PN码扩频+加性高斯白噪声信道+解扩+误码率测试+信宿实验器材：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连接线若干实验原理：1、实验原理框图数字信号源扩频解扩DoutMUXBSOUT2#模块14#模块11#模块NRZ1NRZ-CLK1扩频序列1序列1（TP8）扩频序列2序列2（TP8）CDMA1AD输入1AD输入2CDMA2Dout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。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。实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：扩频前的波形TP8的序列1黄色的是NRZ1、蓝色的是CDMA1，扩频前和后的输出码形变化NRZ1和TP8序列1近似相同，即正常解扩随意设置了S3=0111、S4=0010，波形不再近似相同，不能解扩实验结果及分析：简述实验过程：（1）2＃模块信源：用随机整数发生器（RandomIntegergenerator）产生二进制随机信号作为信源；（2）14＃模块PN序列生成器模块（PNSequenceGenerator）：伪随机码产生器，扩频过程通过信息码与PN码进行双极性变换后相乘加以实现。解扩过程与扩频过程相同，即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理。（3）11＃模块扩频调制/扩频解扩：扩频调制的过程就是使用一个高速率的伪随机码与待传信号相乘，待传信号的频谱被大大的展宽，信号的能量几乎均匀地分散在带宽的频带内，使得功率谱密度大大减小。在接收端解扩时，将接收到的已扩信号，在同步电路的控制下，接收到的信号乘以相同的伪随机码，把已扩信号解扩为窄带信号。在信道中引入的窄带干扰信号，在接收端经过扩频解调时，被扩展为宽带信号，干扰信号的密度大大的降低。然后解扩后的信号经过窄带滤波器，滤掉有用信号的带外干扰，从而降低了干扰信号的强度，改善了信噪比，还原出原始信号。《扩频通信》实验报告实验室名称：光纤通信与通信电子线路实验室实验日期：2015年4月22日学院信息科学与工程学院专业、班级姓名实验名称CDMA扩频通信系统实验指导教师教师评语教师签名：年月日实验目的：1、了解CDMA通信系统架构及特性。实验内容：1、搭建CDMA扩频通信系统。2、观察CDMA扩频通信系统各部分信号。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连接线若干实验原理：1、扩频实验原理框图S1Walsh序列Walsh序列选择1W1（Walsh序列）S2PN序列1PN序列2PN序列选择1PN2PN1G1（Gold序列）序列1NRZ-CLK1NRZ1CDMA1BSOUTS7复位S4Walsh序列Walsh序列选择2G2（Gold序列）S3PN序列2PN序列1PN序列选择2PN3PN4W2（Walsh序列）序列2127位128位S6NRZ-CLK1NRZ2CDMA2起始指示序列相乘积分相关函数值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。序列产生单元512K同步序列包络检波相关1门限判决滑动控制单元÷32分频捕获支路跟踪支路包络检波相关2包络检波相关3超前序列滞后序列判决门限调节减法运算压控电压压控偏置调节VCXO复位127位128位LED捕获指示接收天线解扩输出扩频信号输入增益调节PN初始状态设置Walsh序列设置PN序列长度设置模块包含如下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