42CDMA移动通信原理实验指导书V1.1

目录第一章实验系统介绍··················································-1-1.1系统组成································································································-1-1.2系统实现································································································-1-第二章CDMA实验··················································-10-实验一GOLD序列特性实验··········································································-10-实验二GOLD序列的捕获与跟踪实验······························································-15-实验三扩频与解扩实验················································································-20-实验四载波提取实验···················································································-25-实验五PSK调制与解调实验··········································································-29-实验六位同步提取实验················································································-36-实验七帧同步提取实验················································································-42-实验八纠错编码实验···················································································-50-实验九CDMA移动通信系统实验···································································-54-参考书目································································-61-CDMA移动通信原理实验指导书-1-第一章实验系统介绍1.1系统组成本实验系统主要用于高校“移动通信”、“扩频通信”等课程的实验教学，可进行移动通信各种一般性原理的实验，覆盖移动通信课程的主要知识点，同时具有较强的系统性，能够模拟直扩码分多址（DS-CDMA）移动通信系统。本实验系统的主要参考教材为西安电子科技大学出版社出版，郭梯云、邬国扬、李建东编著的《移动通信》（修订版）和西安电子科技大学出版社出版，查光明、熊贤祚编著的《扩频通信》。这两本教材被很多高校所采用，具有较强的权威性。其中，DS-CDMA系统的设计我们紧密结合《扩频通信》一书，着重突出教材的重点：PN码的特性、扩频和解扩、同步和捕获等知识点，使用户通过实验进一步理解CDMA的精髓。同时，该系统还包含码分多址、伪随机序列的捕获和跟踪、数字调制与解调、位同步、帧同步提取、载波恢复、纠错编解码等众多功能，可以构成一个完整的移动通信系统。具体实验内容有：1）GOLD序列特性实验2）GOLD序列的捕获和跟踪实验3）扩频与解扩实验4）载波提取实验5）PSK调制与解调实验6）位同步提取实验7）帧同步提取实验8）纠错编码实验9）CDMA移动通信系统实验1.2系统实现现代通信技术取得的突出成就之一就是CDMA（CodeDivisionMultipleAccess码分多址）技术。由于CDMA技术可以处理多媒体数据业务的异步特性，可以提供比传统多址技术（如：TDMA（TimeDivisionMultipleAccess时分多址）、FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess频分多址））更高的容量，并且能够抵抗信道的频率选择性衰落，可以提供方便的多用户接入，所以公认它将作为第三代移动通信的主要技术。CDMA系统按照扩张频谱方式的不同可分为：1、直接序列扩频CDMA（DS-CDMA）：用待传信息信号与高速率的伪随机码序列相乘后，去控制射频信号的某个参量而扩展频谱。2、跳频扩频CDMA（FH-CDMA）：数字信息与二进制伪随机码序列模二相加后，去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。3、跳时扩频CDMA（TH-CDMA）：跳时是用伪随机码序列来启闭信号的发射时刻和持续时间。发射信号的“有”、“无”同伪随机序列一样是伪随机的。4、混合式：由以上三种基本扩频方式中的两种或多种结合起来，便构成了一些混合扩频CDMA移动通信原理实验指导书-2-体制，如FH/DS，DS/TH，FH/TH等。其中，DS-CDMA系统是目前应用最广泛的一种扩频CDMA系统，被CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA等第三代移动通信系统采用，我们的实验系统就设计了一个完整的DS-CDMA系统，重点放在伪随机码的特性、扩频和解扩、同步和捕获等知识点上，同时也具备码分多址、位同步、帧同步提取、载波恢复、纠错编解码等众多功能。1.2.1发射机的实现其发射机实现框图如图1.2-1所示：图1.2-1CDMA系统发射机实现框图两路信息码均在发射机的CPLD中产生，周期为8，分别由两个8位拨码开关“SIGN1置位”和“SIGN2置位”进行置位。码速率1K/2K可变，由拨位开关“信码速率”控制，拨码开关拨上时码速率为2K，拨下时为1K。两路扩频码为在CPLD中产生的127位Gold序列，分别受两个8位开关“GOLD1置位”和“GOLD2置位”控制，可以任意改变。码速率100K/200K可变，由拨位开关“扩频码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为200K，拨下时为100K。两路信息码分别与Gold1和Gold2进行扩频后，再进行PSK调制。当拨位开关“第一路”拨上、“第二路”拨下时，发射机输出点TX输出的信号为SIGN1与GOLD1扩频调制后的信号。当拨位开关“第一路”拨下、“第二路”拨上时，发射机输出点TX输出的信号为SIGN2与GOLD2扩频调制后的信号。当两个拨位开关均拨上时，发射机输出点TX输出的信号为两路信号的叠加。拨位开关“扩频”可对是否扩频进行选择，当拨码开关拨上时表示不对信息码进行扩频，拨下时扩频，这样便于对比观察是否扩频的PSK信号的频谱。另外，在发射机还可对SIGN1进行汉明编码，当拨位开关“编码”拨上时对SIGN1进行编码，拨下时不编码。8位拨码开关“误码“的作用是对编码后的信号人为设置误码，以检验汉明编码的纠错效果。该部分各测试点的位置如图1.2-1所示，在图中标明及未标明的测试点分别表示：SIGN1：当拨位开关“编码”拨下时SIGN1第一路信息码输出点；输出8位NRZ码，码字与拨码开关“SIGN1置位”的设置一致，码速率受拨位开关“信码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为2K，拨下时为1K。当拨位开关“编码”拨上时SIGN1为第一路信息码经扩频1信号发生器1信号发生器2扩频2GOLD序列发生器1GOLD序列发生器2GOLD2置位PSK调制器1PSK调制器2TX-CW(10.7M)加法器GOLD1置位功放SIGN1SIGN2GOLD1GOLD2S1-KPS2-KPPSK1PSK2TXSIGN1置位SIGN2置位第一路第二路CDMA移动通信原理实验指导书-3-过汉明编码信号输出点，输出为第一路信息码的汉明编码并加入帧同步码（1110010）后的NRZ码，周期为21位，第一个7位为巴克码（1110010），第二个7位为第一路信号码高四位经7.4汉明码编码后的数据，第三个7位为第一路信息码低四位经7.4汉明码编码后的数据。同时，后两个7位的数据还受拨码开关“误码”的控制，当“误码”开关的2～8位中的某一位置高时，后两个7位的数据相应位取反。码速率同样受拨位开关“信码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为2K，拨下时为1K。SIGN2：第二路信息码输出点；输出8位NRZ码，码字与拨码开关“SIGN2置位”的设置一致，码速率受拨位开关“信码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为2K，拨下时为1K。GOLD1：第一路扩频码输出点；输出127位的GOLD序列，码型为NRZ码，码速率受拨位开关“扩频码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为200K，拨下时为100K。GOLD2：第二路扩频码输出点；输出127位的GOLD序列，码型为NRZ码，码速率受拨位开关“扩频码速率”控制，拨位开关拨上时码速率为200K，拨下时为100K。S1-KP：当拨位开关“扩频”拨下时为SIGN1与GOLD1扩频后的输出点，输出NRZ码，码速率由扩频码速率决定，拨位开关“扩频码速率”拨上时码速率为200K，拨下时为100K；当拨位开关“扩频”拨上时为SIGN1信号输出点（不扩频），输出与“SIGN1”或者同“差分编码”（当“编码”拨上时）一致。S2-KP：当拨位开关“扩频”拨下时为SIGN2与GOLD2扩频后的输出点，输出NRZ码，码速率由扩频码速率决定，拨位开关“扩频码速率”拨上时码速率为200K，拨下时为100K。当拨位开关“扩频”拨上时为SIGN2信号输出点（不扩频），输出与“SIGN2”一致。TX-CW：发射机10.7M载波信号输出点；输出10.7MHz的正弦波，峰峰值超过1V。PSK1：“S1-KP”信号经过PSK调制后的输出点；输出载波为10.7M的PSK信号。PSK2：“S2-KP”信号经过PSK调制后的输出点；输出载波为10.7M的PSK信号。TX：发射机发射信号输出点；当拨位开关“第一路”拨上、“第二路”拨下时，输出经过功率放大后的PSK1信号；当拨位开关“第一路”拨下、“第二路”拨上时，输出经过功率放大后的PSK2信号；两个拨位开关同时拨上时，输出为PSK1和PSK2叠加、放大后的信号；两个拨位开关同时拨下时，输出为空。S1-BS：SIGN1和SIGN2位同步信号输出点；输出为方波，频率受拨位开关“信码速率”控制，拨位开关拨上时频率为2KHz，拨下时为1KHz。S1-FS：当拨位开关“编码”拨上时为SIGN1帧同步信号输出点，输出为脉冲波，频率受拨位开关“信码速率”控制，拨位开关拨上时频率为2/21KHz，拨下时为1/21KHz；当拨位开关“编码”拨下时输出为零。差分编码：当拨位开关“编码”拨下时，差分编码输出点的波形同“SIGN1”一致；当拨位开关“编码”拨上时，差分编码输出点的波形为“SIGN1”（第一路信息码汉明编码后的信号）差分编码波形。G1-BS：GOLD1和GOLD2位同步信号输出点；输出为方波，频率受拨位开关“扩频码速率”控制，拨位开关拨上时频率为200K，拨下时为100K。CDMA移动通信原理实验指导书-4-1.2.2接收机的实现接收机实现框图如图1.2-2所示：图1.2-2CDMA系统接收机实现框图接收机按电路实现的功能可分为四部分：扩频码的捕获和跟踪、载波提取、PSK解调和差分译码、汉明解码。1、扩频码的捕获和跟踪在扩展频谱系统中，为了使接收端能够正确恢复信码，必须使接收端产生的解扩用的伪随机码和发送端的伪随机码同步。伪随机码的同步一般分两步进行。第一步是搜索和捕获伪随机码的初始相位，使其与发端的码相位误差小于1bit，