移动通信实验指导书-RZ6001型-移动通信综合实验教程

RZ6001型移动通信综合实验教程第1页共77页移动通信实验箱RZ6001型RZ6001移动通信实验箱是南京润众科技有限公司新近推出的新型移动通信实验箱，它既可自成系统完成相当于CDMA手机的所有实验；也可作为一个移动终端和移动基站、移动交换机配合构成一个完整的CDMA移动通信系统。一、技术指标发送：(1)拨号呼叫实现移动终端信令交换。(2)完成语音的模数转换，实验箱采用AD73311线性16位A/D变换，采样率32K/S。(3)AMBE2000对前级的语音数据进行压缩编码，语音速率为2350bps，FEC速率为50bps。(4)CDMA编码。(5)各种调制方式。(6)射频调制、发射。(7)完成短消息的收发。(8)对语音数据进行线路编码：卷积编码。接收：为上述过程的逆过程。RZ6001型移动通信综合实验教程第2页共77页实验目录第一章伪随机序列产生实验实验一m序列码产生及特性分析实验实验二GOLD序列码产生及特性分析实验实验三WALSH码产生及特性分析实验第二章语音变换和性能测试实验实验四语音变换模块实验实验五语音压缩编码实验实验六语音压缩编码性能测试实验第三章扩频通信基础实验实验七直接序列扩频（DS）编解码实验实验八跳频（FH）通信实验实验九DS／CDMA码分多址实验第四章数字调制和解调实验实验十PSK调制解调实验实验十一QPSK调制解调实验实验十二OQPSK调制解调实验实验十三MSK调制解调实验第五章数据和话音业务通信实验实验十四短信收发实验实验十五移动终端语音自环通信实验实验十六数据接入CDMA信道的收发实验第六章GSM/GPRS通信模块实验十七移动终端与GSM设备短信收发实验实验十八移动终端呼叫GSM设备的实验实验十九PC机和GSM设备通信实验实验二十GPRS数据通信实验第七章用户二次开发说明RZ6001型移动通信综合实验教程第3页共77页仪器配置序号设备名称型号数量（台）备注1移动通信实验箱RZ60011每组1台250MHz示波器————1每组1台3200MHz频谱仪————1每5组1台4微机————1每组1台RZ6001型移动通信综合实验教程第4页共77页第一章伪随机序列产生实验在扩频通信系统中，信号频谱的扩展是通过扩频码（或伪随机序列）来实现的。从理论上讲，用纯随机序列去扩展信号的频谱是最理想的，但接收机为了解扩还应当有一个同发送端扩频码同步的副本。所以实际工程中多用伪随机序列作为扩频码。根据Shannon编码定理可知：只要信息速率Rb小于信道容量C，总可以找到某种编码方法，在码周期相当长的条件下，能够几乎无差错地从受到高斯噪声干扰的信号中恢复出原发送的信号。Shannon在证明编码定理时提出用具有白噪声统计特性的信号来编码。白噪声是一种随机过程，它的瞬时值服从正态分布，功率谱在很宽的频带内都是均匀的，具有及其优良的相关特性。之所以选择随机信号来传输信号，是为了实现多址通信，信号间必须正交或者准正交。这样信号之间不容易发生干扰。但是由于随机信号的不可复制性，接收端无法恢复原始的发送序列，所以采用一个周期性的、足够随机的序列来逼近白噪声性能。这就是伪随机序列，也被成为PN码。伪随机序列具有类似于随机序列的性质，归纳起来有下列三点：1．平衡特性：随机序列中0和1的个数接近相等；2．游程特性：把随机序列中连续出现0或1的子序列称为游程。连续的0或1的个数称为游程长度。随机序列中长度为1的游程约占游程总数的1／2，长度为2的游程约占游程总数的1／22，长度为3的游程约占游程总数的1／23，…3．相关特性：随机序列的自相关函数具有类似于白噪声自相关函数的性质。伪随机序列具有类似于随机序列的性质，但它的结构或形式是预先可以确定的，并且可以重复地产生和复制。扩频码中应用最广的是m序列，又称最大长度线性序列。通常还有GOLD序列和WALSH序列。由于m序列在扩频码中占据特别重要的地位。所以我们先对m序列的性质及m序列的产生进行讨论。RZ6001型移动通信综合实验教程第5页共77页实验一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；3.了解m序列的DSP实现方法。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；3．采用DSP来产生m序列。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。1．m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：an-1an-r...an-3an-2c1crc3c2...c0输出图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RZ6001型移动通信综合实验教程第6页共77页1111010110010001011110101100100000111101011001000001111010110010┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈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”状态外，只剩15种状态可用。即由任何4级反馈移存器产生的序列的周期最长为15。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。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：niiixCxf0)(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：rNr)12(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在内）。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C3a3a2a1a0输出初始状态24-1=15（个）RZ6001型移动通信综合实验教程第7页共77页生相应的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－1/p1P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：RZ6001型移动通信综合实验教程第8页共77页一.伪随机序列1.m序列产生2.GOLD序列产生3.WALSH序列产生选择“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，在测试点TP202测试输出的m序列码。3．自主设计通过DSP产生m序列1）将DSP的仿真器JTAG接口与DSP模块板的双排针相连，注意连接方向。2）将CCS2.0仿真软件打开3）建立一个工程文件，学生在main.c中编写产生m序列的源代码4）编译和链接程序。5）通过仿真器加载.out文件，并执行DSP程序6）在TP201观测时钟输出7）在TP202观测产生的m序列波形五、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m序列的周期性、均衡性、游程分布和移位相加性等特性。RZ6001型移动通信综合实验教程第9页共77页实验二GOLD序列码产生及特性分析实验一、实验目的1.了解Gold码的性质和特点；2.熟悉Gold码的产生方法；3.测试Gold码的的波形，了解Gold序列的DSP实现方法。二、实验内容1.熟悉Gold码的的产生方法；2.测试Gold码的的波形；3．采用DSP来产生Gold码的。三、实验原理m序列虽然性能优良，但同样长度的m序列个数不多，且m序列之间的互相关函数值并不理想（为多值函数）。1967年，R．Gold提出和讨论了一种新的序列，即Gold码序列。这种序列有较为优良的自相关和互相关特性，构造简单，产生的序列数多，因而得到广泛的应用。1．m序列优选对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满足下式的两条n阶m序列：表2－1给出了部分m序列优选对。表2－1部分优选对码表级数基准本原多项式配对本原多项式7211217,235,277,325,203,357,301,323910211131,13331024152011,3515,31771144454005,5205,5337,52632．Gold码的产生方法Gold码是m序列的组合码，由同步时钟控制的两个码字不同的m序列优选对逐位模整除为偶数，但不能被位奇数41212)(2/)2(2/)1(nnRnnxyRZ6001型移动通信综合实验教程第10页共77页2加得到，其原理如图2-1所示。这两个码发生器的周期相同，速率也相同，因而两者保持一定的相位关系，这样产生的组合码与这两个子码序列的周期也相同。当改变两个m序列的相对位移时，会得到一个新的Gold码。Gold码虽然是m序列模2加得到的，但它已不再是m序列，不过仍具有与m序列近似的优良特性，各个码组之间的互相关特性与原来两个m序列之间的互相关特性一样，最大的互相关值不会超过原来两个m序列间最大互相关值。Gold码最大的优点是具有比m序列多得多的独立码组。n级m序列发生器n级m序列发生器模2加时钟m2m1Gold码序列图2-1Gold码序列发生器Gold码序列具有以下性质：（1）两个m序列优选对经不同移位相加产生的新序列都是Gold序列，两个n级移位寄存器可以产生2n+1个Gold序列，周期均为2n-1。（2）Gold码序列的周期性自相关函数是一个三值函数，与m序列相比，具有良好的互相关特性。Gold码的产生有两种形式：并联形式和串联形式。例如m序列本原多项式为：61)(xxxf和6521)(xxxxxf，构成的并联和串联形式的Gold码发生器如2－2图所示。（a）为并联形式，（b）为串联形式。（a）并联结构（b）串联结构图2－2Gold码发生器（a）并联形式（b）串联形式为了观测方便，本实验用两个周期为31的m序列优选对采用并联结构产生一个Gold序列，如下图2－3所示。