移動通信實驗序列產(chǎn)生極其特性

1、m序列產(chǎn)生及特性分析實驗一、實驗目的1、 了解m序列的特性及產(chǎn)生。二、實驗模塊1、 主控單元模塊2、 14號CDMA擴頻模塊3、 示波器三、實驗原理1、 14號模塊的框圖14號模塊框圖2、14號模塊框圖說明（m序列）該模塊提供了四路速率為512K的m序列，測試點分別為PN1、PN2、PN3、PN4。其中，PN2和PN4分別由PN序列選擇開關S2、S3控制；不同的開關碼值，可以設置m序列碼元的不同偏移量。開關S6是PN序列長度設置開關，可選127位或128位，其中127位是PN序列原始碼長，128位是在原始碼元的連6個0之后增加一個0得到。Gold序列測試點為G1和G2,其中G1由PN1和PN2合成，G2由PN3和PN4合成。撥碼開關S1和S4是分別設置W1和W2產(chǎn)生不同的Walsh序列。實驗中還可以觀察不同m序列（或Gold序列）和Walsh

序列的合成波形。注意，每次設置撥碼開關后，必須按復位鍵S7。3、實驗原理框圖m序列相關性實驗框圖為方便序列特性觀察，本實驗中將Walsh序列碼型設置開關S1和S4固定設置為某一種。4、實驗框圖說明m序列的自相關函數(shù)為R(t)=A—D式中，A為對應位碼元相同的數(shù)目；D為對應位碼元不同的數(shù)目。自相關系數(shù)為對于m序列，其碼長為P=2n—1,在這里P也等于碼序列中的碼元數(shù)，即“0”和“1”個數(shù)的總和。其中“0”的個數(shù)因為去掉移位寄存器的全“0”狀態(tài)，所以A值為A=2n-1—1“1”的個數(shù)（即不同位）D為D=2n-1m序列的自相關系數(shù)為T=0T豐0,T=1,2,…，pTP(^P(^)xx1I-2-11'1234i0-1/Pm序列的自相關函數(shù)四、實驗步驟及實驗現(xiàn)象記錄（注：實驗過程中，凡是涉及到測試連線改變或者模塊及儀器儀表的更換時，都需先停止運行仿真，待連線調(diào)整完后，再開啟仿真進行后續(xù)調(diào)節(jié)測試。）1、登錄e-Labsim仿真系統(tǒng)，創(chuàng)建實驗文件，選擇實驗所需模塊和示波器。2、 調(diào)用示波器觀測測試點PN1或PN3。3、 運行仿真，開啟所有模塊的電源開關。4、 設置主控菜單，選擇【移動通信】一【m序列產(chǎn)生及特性】。5、 將14號模塊的撥碼開關S1、S2、S3、S4全撥為"0000"。將開關S6撥至"127位”，設置PN序列長度為127位。按復位開關S7。6、開啟示波器并調(diào)節(jié)相應旋鈕，觀察此時PN1或PN3輸出的m序列。用■序列產(chǎn)聲理前骨性ID血Iliff擁產(chǎn)至豪專|］亦I用■序列產(chǎn)聲理前骨性ID血Iliff擁產(chǎn)至豪專|］亦I妙序利聲生駁#12口稚存刮子釋"TUklniHnOOOOoOooo7、再將示波器的2通道接TH9（相關函數(shù)值）測試點，觀察相關峰，了解m序列自相關特性。cmRTTF1HfcX-PWCJUJLPLMjli4Od'/lxrs.p<YN父.0^lhktranix【|.、：小泄■TekcmRTTF1HfcX-PWCJUJLPLMjli4Od'/lxrs.p<YN父.0^lhktranix【|.、：小泄■TekIL0Tri￡JIIon?rdwfsawnn■■n?nqi?■? f ■ !!T !思考：M序列有什么特點?1） M序列作為CDMA系統(tǒng)中采用的最基本的偽隨機PN序列，它的0和1的個數(shù)接近相等。2） 自相關性能好，可以有利于接收時的截獲和跟蹤。3） 易于產(chǎn)生和復制。2、Gold序列產(chǎn)生及特性分析實驗一、 實驗目的1、了解Gold序列的特性及其產(chǎn)生二、 實驗模塊1、 主控單元模塊2、 14號CDMA擴頻模塊3、 示波器三、實驗原理1、 14號模塊的框圖127位128位14127位128位14號模塊框圖2、14號模塊框圖說明（Gold序列）該模塊提供了四路速率為512K的m序列，測試點分別為PN1、PN2、PN3、PN4。其中,PN2和PN4分別由PN序列選擇開關S2、S3控制；不同的開關碼值，可以設置m序列碼元的不同偏移量。開關S6是PN序列長度設置開關，可選127位或128位，其中127位時PN序列原始碼長，128位是在原始碼元的連6個0之后增加一個0得到。Gold序列測試點為G1和G2,其中G1由PN1和PN2合成，G2由PN3和PN4合成。撥碼開關S1和S4是分別設置W1和W2產(chǎn)生不同的Walsh序列。實驗中還可以觀察不同m序列（或Gold序列）和Walsh序列的合成波形。注意，每次設置撥碼開關后，必須按復位鍵S7。3、實驗原理框圖4、實驗框圖說明雖然m序列有優(yōu)良的自相關特性，但是使用m序列作CDMA（碼分多址）通信的地址碼時，其主要問題是由m序列組成的互相關特性好的互為優(yōu)選的序列集很少，對于多址應用來說，可用的地址數(shù)太少了。而Gold序列具有良好的自、互相關特性，且地址數(shù)遠遠大于m序列的地址數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，在工程上得到了廣泛的應用。Gold序列是m序列的復合碼，它是由兩個碼長相等、碼時鐘速率相同的m序列優(yōu)選對模二和構(gòu)成的。其中m序列優(yōu)選對是指在m序列集中，其互相關函數(shù)最大值的絕對值最接近或達到互相關值下限（最小值）的一對m序列。四、實驗步驟及實驗現(xiàn)象記錄（注：實驗過程中，凡是涉及到測試連線改變或者模塊及儀器儀表的更換時，都需先停止運行仿真，待連線調(diào)整完后，再開啟仿真進行后續(xù)調(diào)節(jié)測試。）1、 登錄e-Labsim仿真系統(tǒng)，創(chuàng)建實驗文件，選擇實驗所需模塊和示波器。2、 調(diào)用示波器觀測測試點Gl（Gold序列）和G2（Gold序列）。3、 運行仿真，開啟所有模塊的電源開關。4、 設置主控菜單，選擇【移動通信】一【Gold序列產(chǎn)生及特性】。5、 將14號模塊的撥碼開關SI、S4全撥為“0000”。將開關S6撥至“127位”，設置PN序列長度為127位。6、 設置S2為0001，使G1輸出一種Gold序列。設置S3為0001，使G2輸出Gold序列與G1相同。按復位開關S7。7、調(diào)節(jié)示波器相關旋鈕，觀察此時兩路Gold序列的波形。*r/i1'34Wl W18、調(diào)用示波器觀測TH9（相關函數(shù)值）測試點，了解GOLD序列自相關特性。2ooooooooo*r/i1'34Wl W18、調(diào)用示波器觀測TH9（相關函數(shù)值）測試點，了解GOLD序列自相關特性。2oooooooooIP]2TMHl闔刖関制應解iflaitflFWir掘9、然后設置S2為0001，使G1輸出一種Gold序列。設置S3為0010,使G2輸出Gold序列與G1不相同。按復位開關S7。10、觀測TH9（相關函數(shù)值）測試點波形，了解GOLD序列互相關特性。思考：對比m序列的相關特性波形，思考兩種序列的優(yōu)劣。對比觀測可以看出Gold序列的自相關特性稍差于m序列的自相關特性，但是互相關特性卻有很大的提升，并且Gold序列是m序列的復合碼，可用地址數(shù)更多，實現(xiàn)起來簡便，應用更為廣泛。3、Walsh序列產(chǎn)生及特性分析實驗一、 實驗目的1、 了解Walsh序列的特性及其產(chǎn)生。二、 實驗模塊1、 主控單元模塊2、 14號CDMA擴頻模塊3、 示波器三、 實驗原理1、 14號模塊的框圖14號模塊框圖2、14號模塊框圖說明（Walsh序列）該模塊提供了四路速率為512K的m序列，測試點分別為PN1、PN2、PN3、PN4。其中，PN2和PN4分別由PN序列選擇開關S2、S3控制；不同的開關碼值，可以設置m序列碼元的不同偏移量。開關S6是PN序列長度設置開關，可選127位或128位，其中127位時PN序列原始碼長，128位是在原始碼元的連6個0之后增加一個0得到。Gold序列測試點為G1和G2,其中G1由PN1和PN2合成，G2由PN3和PN4合成。撥碼開關S1和S4是分別設置W1和W2產(chǎn)生不同的Walsh序列。實驗中還可以觀察不同m序列（或Gold序列）和Walsh序列的合成波形。注意，每次設置撥碼開關后，必須按復位鍵S7。3、原理說明Walsh序列是正交的擴頻序列，是根據(jù)Walsh函數(shù)集而產(chǎn)生°Walsh函數(shù)的取值為+1或者-1。Walsh函數(shù)集的特點是正交和歸一化，正交是同階不同的Walsh函數(shù)相乘，在指定的區(qū)間積分，其結(jié)果為0;歸一化是兩個相同的Walsh函數(shù)相乘，在指定的區(qū)間上積分，其平均值為1。Walsh函數(shù)的自相關特性并不理想，但是互相關特性很好，為了改善自相關特性，實際系統(tǒng)中，序列經(jīng)Walsh函數(shù)調(diào)制后，再與自相關特性好的PN序列進行擴頻。由于Walsh函數(shù)之間的正交性，可以使用不同的Walsh序列對不同的信道進行調(diào)制，在接收端再用相同的Walsh序列提取信號，從而接收到所發(fā)送的信息。用這種方法，我們可以使多個信道在同一頻率上發(fā)送而不會互相干擾，這也是碼分多址得以實現(xiàn)的基礎。四、實驗步驟及實驗現(xiàn)象記錄（注：實驗過程中，凡是涉及到測試連線改變或者模塊及儀器儀表的更換時，都需先停止運行仿真，待連線調(diào)整完后，再開啟仿真進行后續(xù)調(diào)節(jié)測試。）1、 登錄e-Labsim仿真系統(tǒng)，創(chuàng)建實驗文件，選擇實驗所需模塊和示波器。2、 調(diào)用示波器觀測測試點Wl（Walsh序列）和W2（Walsh序列）。3、 運行仿真，開啟所有模塊的電源開關。4、 設置主控菜單，選擇【移動通信】一【W(wǎng)alsh序列產(chǎn)生及特性】。5、 將14號模塊的撥碼開關S2、S3全撥為“0000”，使G1和G2一致。6、 設置S1為0001，使W1輸出一種Walsh序列。設置S4為0001，使W2輸出Walsh序列與W1相同。按復位開關S7。7、 調(diào)節(jié)示波器相關旋鈕，觀察此時兩路Walsh序列的波形。8、調(diào)用示波器觀測TH9（相關函數(shù)值）測試點，了解Walsh與Gold序列經(jīng)模2加合成后的序列自相關特性。后的序列自相關特性。9、然后設置S1為0001，使G1輸出一種Walsh序列。設置S4為0010，使W2輸出Walsh序列與W1不相同。按復位開關S7。10、再觀測TH9（相關函數(shù)值）測試點，了解Walsh與Gold序列經(jīng)模2加合成后的序列互相關特性。4、直接序列擴頻實驗一、實驗目的1、了解直接序列擴頻原理和方法。2、了解擴頻前后信號在時域及頻域上的變化二、實驗模塊1、主控單元模塊2、 10號軟件無線電調(diào)制模塊3、 14號CDMA擴頻模塊4、 示波器三、實驗原理1、實驗原理框圖14號模塊框圖直接序列擴頻實驗框圖2、實驗框圖說明信號源PN序列經(jīng)過14號模塊擴頻處理，再加到10號模塊的調(diào)制端，形成擴頻調(diào)制信號發(fā)送出去。其中，從14號模塊可以看到擴頻碼可以通過撥碼開關設置為Walsh序列、m序列和Gold序列。（1） PN序列&Walsh序列的產(chǎn)生。其中PN序列有127位和128位可選。Walsh序列長度為16位。（2） 不同PN序列&Walsh序列的選取。通過設置不同的初始狀態(tài)，可以得到不同偏移位置的PN序列。通過撥碼開關更改Walsh序列。（3） Gold序列的產(chǎn)生。由兩路PN序列模2相加可得Gold序列并觀測。（4） Walsh序列與Gold序列的合成?？傻玫阶罱K的復合擴頻調(diào)制序列并觀測。（5） 擴頻調(diào)制輸出。通過產(chǎn)生最終復合擴頻調(diào)制序列對輸入NRZ信號進行擴頻調(diào)制，輸出最終CDMA信號。（6） 相關函數(shù)的觀測。兩路不同的最終復合擴頻調(diào)制序列進行相乘并積分，可得到兩者相關函數(shù)值供實驗觀測。模塊端口名稱、可調(diào)參數(shù)及說明如下所述：名稱說明PN序列長度設置127位/128位切換開關。S2,S3更改PN序列1偏移量。S1,S4更改不同Walsh序列。復位設置完PN序列偏移后一定要此復位開關。PN1,PN3FPGA產(chǎn)生的固定PN序列觀測點。PN2,PN4通過S2,S3改變偏移后的PN序列觀測點。起始指示用來指示PN序列的起始位置輔助觀測點。G1,G2通過PN序列模2相加所得的Gold序列觀測點。

W1,W2Walsh序列觀測點。序列1,序列2Walsh序列與Gold序列合成的復合擴頻序列觀測點。NRZ1,NRZ2待擴頻的非歸零碼信號輸入點。NRZ-CLK1,NRZ-CLK2待擴頻的非歸零碼信號時鐘輸入點。CDMA1，CDMA2擴頻調(diào)制后的CDMA信號輸出點。BSOUT擴頻調(diào)制后的CDMA1信號的位冋步時鐘信號輸出點。相關函數(shù)值序列1與序列2相乘后經(jīng)過積分得到的相關性函數(shù)觀測點。S5模塊電源開關四、實驗步驟及實驗現(xiàn)象記錄（注：實驗過程中，凡是涉及到測試連線改變或者模塊及儀器儀表的更換時，都需先停止運行仿真，待連線調(diào)整完后，再開啟仿真進行后續(xù)調(diào)節(jié)測試。）1、登錄e-Labsim仿真系統(tǒng)，創(chuàng)建實驗文件，選擇實驗所需模塊和示波器2、按框圖所示連線。源端口目標端口連線說明信號源：PN模塊14：TH3(NRZ1)數(shù)據(jù)送入擴頻單兀信號源：CLK模塊14：TH1(NRZ-CLK1)時鐘送入擴頻單元模塊14：TH4(CDMA1)模塊10：TH3(DIN1)擴頻后加調(diào)制模塊10：TH7(I-Out)模塊10：TH6(I-In)I路成形信號加載頻3、 調(diào)用示波器觀測測試點NRZ1和CDMA1。4、 運行仿真，開啟所有模塊的電源開關。5、設置主控菜單，選擇【移動通信】一【直接序列擴頻】。自行設置撥碼開關S1、S2、S3、S4選擇擴頻碼（比如，將S1設為0000，S2設為0001），并按復位鍵S7進行確認。6、調(diào)節(jié)示波器，對比觀察擴頻前NRZ1和擴頻后CDMA1序列波形。7、調(diào)用示波器觀測10號模塊“調(diào)制輸出”，觀察擴頻序列經(jīng)載波調(diào)制的輸出波形以及頻譜特性。思考：序列經(jīng)擴頻后再調(diào)制輸出的信號，與未經(jīng)擴頻而是直接調(diào)制輸出的信號其，頻譜特性有什么變化？擴頻帶來了什么影響？從頻域上來看，擴頻后的再調(diào)制的信號頻帶寬度遠大于未經(jīng)擴頻直接進行調(diào)制輸出的信號。由香農(nóng)公式C=WxLog2(l+S/N)可知為了提高信息的傳輸速率C,可以從兩種途徑實現(xiàn)，即加大帶寬W或提高信噪比S/N。換句話說，當信號的傳輸速率C一定時，信號帶寬W和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當帶寬增加到一定程度，允許信噪比進一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。擴頻通信就是用寬帶傳輸技術來換取信噪比上的好處5、直接序列解擴實驗一、實驗目的1、了解直接序列解擴原理和方法。2、觀察解擴時本地擴頻碼與擴頻時擴頻碼的捕獲、同步情況二、實驗模塊1、主控單元模塊2、10號軟件無線電調(diào)制模塊3、 14號CDMA擴頻模塊4、 15號CDMA解擴模塊5、 11號軟件無線電解調(diào)模塊6、 示波器三、實驗原理1、擴頻原理說明可參考直接序列擴頻實驗中的相關內(nèi)容。2、15號模塊框圖4、解擴實驗框圖說明CDMA接收模塊用于擴頻通信系統(tǒng)的接收端。處于接收部分的最前端，其解擴的信號會送到解調(diào)模塊進行解調(diào)°CDMA就收模塊主要是解決兩個問題。第一是序列的同步問題，由于擴頻序列的自相關性，當序列在非同步情況下是無法獲取有用信息的。第二是時鐘同步問題，由于接收端產(chǎn)生解擴序列的時鐘與發(fā)送端是非同步的。因此，當序列同步，如果時鐘不同步，序列會逐漸產(chǎn)生偏差，最終失步。只有序列和時鐘都達到同步，才能完成解擴。模塊包含如下4大功能：（1）捕獲支路：用來捕獲擴頻序列，達到序列同步的狀態(tài)。（2）跟蹤支路：用來進行時鐘同步。（3）序列產(chǎn)生單元：產(chǎn)生解擴序列，序列產(chǎn)生可受滑動控制單元控制，是序列相位滑動。（4）滑動控制單元：產(chǎn)生序列的滑動控制脈沖信號。該脈沖信號由前面的門限判決信號控制，當門限判決輸出為高時，說明序列已經(jīng)捕獲，滑動控制單元停止產(chǎn)生滑動控制脈沖信號；當門限判決輸出為低時，說明序列未捕獲，滑動控制單元產(chǎn)生滑動控制脈沖信號。模塊端口名稱、可調(diào)參數(shù)及說明如下所述：模塊端口名稱端口說明捕獲支路同步序列輸出解擴序列解擴輸出輸出解擴信號，是BPSK的數(shù)字調(diào)制信號相關1同步序列與擴頻信號相關計算輸出512K解擴序列的時鐘信號跟蹤支路接收天線解擴天線接收端口擴頻信號輸入解擴同軸電纜輸入端口超前序列與同步序列相比相位超前1/2碼元滯后序列與同步序列相比相位滯后1/2碼元相關2超前序列與擴頻信號相關計算輸出相關3滯后序列與擴頻信號相關計算輸出壓控電壓控制VCO頻率變化的信號（1）增益調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)天線接收小信號放大的增益。（2）判決門限調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)相關峰的判決門限（由于接收信號幅度不同，相關峰的幅值也有所不同）。（3）壓控偏置調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)壓控晶振的中心頻率。（4） PN序列長度設置：設置PN序列長度為127或128位。（5） PN初始狀態(tài)設置：設置PN序列初始狀態(tài)。5、直接序列解擴實驗原理框圖I-InIQ調(diào)制14#模塊10#模塊解擴輸岀擴頻信號輸入CLK NRZ-CLK1 I-Qut調(diào)制輸出PN15NRZ1CDMA1I-InIQ調(diào)制14#模塊10#模塊解擴輸岀擴頻信號輸入CLK NRZ-CLK1 I-Qut調(diào)制輸出PN15NRZ1CDMA1DIN1解擴擴頻信號源基帶成形15#模塊直接序列解擴實驗原理框圖四、實驗步驟及實驗現(xiàn)象記錄（注：實驗過程中，凡是涉及到測試連線改變或者模塊及儀器儀表的更換時，都需先停止運行仿真，待連線調(diào)整完后，再開啟仿真進行后續(xù)調(diào)節(jié)測試。）1、 登錄e-Labsim仿真系統(tǒng)，創(chuàng)建實驗文件，選擇實驗所需模塊和示波器。2、 按框圖所示連線。源端口目標端口連線說明信號源：PN模塊1