移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教材

1、 廣西民族大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2014年12月實(shí)驗(yàn)一 頻譜分析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過(guò)對(duì)輸入模擬信號(hào)頻譜的觀察和分析，加深對(duì)傅里葉變換和信號(hào)頻率特性的理解。2 掌握頻譜分析模塊的用法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 將信號(hào)源輸出的模擬信號(hào)輸入本模塊，觀察其頻譜。2 將其他模塊輸出的模擬信號(hào)輸入本模塊，觀察其頻譜。三、實(shí)驗(yàn)器材1 頻譜分析模塊 2 信號(hào)源模塊3 其他功能模塊 若干4 20MHz雙蹤示波器 一臺(tái)5 連接線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理頻域分析常常比時(shí)域分析更優(yōu)越，不僅簡(jiǎn)單，而且易于分析復(fù)雜的信號(hào)。1822年，法國(guó)工程師傅里葉（Fourier）指出，一個(gè)任意函數(shù)x(t)都可以分解為無(wú)窮多個(gè)不同頻率正弦信號(hào)的

2、和，這即是譜波分析的基本概念。傅里葉分析方法相當(dāng)于光譜分析中的三棱鏡，而信號(hào)x(t)相當(dāng)于一束白光，將x(t)“通過(guò)”傅里葉分析后得到信號(hào)的“頻譜”。傅里葉變換是在以時(shí)間為自變量的“信號(hào)”與頻率為自變量的“頻譜”函數(shù)之間的某種變換關(guān)系。但用較精確的數(shù)字方法，即DFT(離散傅立葉變換)進(jìn)行譜分析，在FFT出現(xiàn)前是不切實(shí)際的。這是因?yàn)镈FT計(jì)算量太大。問(wèn)題的關(guān)鍵是如何巧妙地利用W因子的周期性及對(duì)稱性，導(dǎo)出一個(gè)高效的快速算法。這一算法最早由J.W.Cooley和J.W.Turkey于1965年提出。Cooley和Tukey提出的快速傅里葉變換算法（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT

3、）使N點(diǎn)DFT的乘法計(jì)算量由N2 次降為次。以N=1024為例，計(jì)算量降為5120次，僅為原來(lái)的4.88。因此人們公認(rèn)這一重要發(fā)現(xiàn)的問(wèn)世是數(shù)字信號(hào)處理發(fā)展史上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用的是按頻率抽樣（DIF）基2FFT算法，該算法將代表頻域的輸出序列X(k)的序號(hào)k按奇、偶分開(kāi)。先將X(n)按n的順序分成前后兩半。前半子序列 0n后半子序列 0n則由定義 k0，1，N1因?yàn)?，則 k0，1，N1由可以看出，當(dāng)k為偶數(shù)時(shí)，k為奇數(shù)時(shí)，。為此按k的奇偶可將X(k)分為兩部分，令 k=2r及k=2r+1，r=0，1，2，則 （11） （12）（11）式為輸入序列前一半和后一半之和的N/2點(diǎn)離散傅里葉變換

4、；（12）式為輸入序列的前一半和后一半之差與之積的N/2點(diǎn)離散傅里葉變換。令 （13）則 （13）式的運(yùn)算關(guān)系可以用圖3-1所示的蝶形運(yùn)算來(lái)表示。這樣，我們就將一點(diǎn)的DFT按頻率k的奇偶分解為兩個(gè)新序列的點(diǎn)的DFT。 圖1-1 頻率抽取法的蝶形運(yùn)算由于N2 ，N/2仍是一個(gè)偶數(shù)，因此可以將N/2點(diǎn)的DFT的輸出再分解為偶數(shù)組與奇數(shù)組。這樣就將N/2點(diǎn)的DFT進(jìn)一步分解為2個(gè)N/4點(diǎn)的DFT。這兩個(gè)N/4點(diǎn)DFT的輸入也是將N/2點(diǎn)DFT的輸入上下對(duì)半分開(kāi)，通過(guò)蝶形運(yùn)算而形成，情況和第一步分解相同。這樣的分解可一直進(jìn)行下去，直到分解步以后變成了求N/2個(gè)兩點(diǎn)的DFT為止。而這N/2個(gè)兩點(diǎn)的DFT

5、計(jì)算結(jié)果（共N個(gè)值）就是x(n)的N點(diǎn)DFT的結(jié)果X(k)。在本實(shí)驗(yàn)箱中，模擬信號(hào)從S-IN輸入，經(jīng)過(guò)低通濾波以后，通過(guò)用撥碼開(kāi)關(guān)K3進(jìn)行選擇的通道（撥碼開(kāi)關(guān)有4位，分別對(duì)應(yīng)最高頻率為1K，10K，100K，1M的輸入信號(hào)），經(jīng)10位A/D轉(zhuǎn)換器UB06（TLC876C）對(duì)經(jīng)預(yù)處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換（通過(guò)用撥碼開(kāi)關(guān)K2選擇合適的采樣率，具體采樣率選擇詳情見(jiàn)實(shí)驗(yàn)步驟4），然后將數(shù)字信號(hào)傳送到UB01（TMS320VC5402）進(jìn)行處理。最后把處理后的信號(hào)經(jīng)兩片8位D/A轉(zhuǎn)換器UB09（AD7524）、UB10（AD7524）進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換以后分成X軸信號(hào)和Y軸信號(hào)輸出到示波器上進(jìn)行頻譜觀

6、察。實(shí)驗(yàn)電路工作原理框圖如下所示：圖1-2 頻譜分析模塊原理框圖1. 低通濾波器這里低通濾波器的作用是抗混疊。所謂“混疊”是指信號(hào)的最高頻率超過(guò)1/2倍的采樣頻率時(shí)，部分頻率成分互相交疊起來(lái)的現(xiàn)象。這時(shí)，混疊的那部分頻率成分的幅值就與原始情況不同，采樣就造成了信息的損失。因此在采樣前需對(duì)輸入信號(hào)做濾波，以去掉輸入信號(hào)中高于1/2倍采樣頻率的那部分頻率成分。這種用以防混疊的模擬濾波器又稱為“抗混疊濾波器”。本實(shí)驗(yàn)中采用的抗混疊濾波器是二階巴特沃斯（Butterworth）低通濾波器，其原理圖如下：圖1-3 二階低通濾波器原理圖其截至頻率為:通帶電壓放大倍數(shù)為：2. A/D轉(zhuǎn)換器TLC876是CM

7、OS低功率10位20MSPS模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。其速度、分辨率和單電源工作適合視頻、多媒體、圖像、高速采集和通訊應(yīng)用。其低功率和單電源滿足高速便攜式應(yīng)用。其速度和分辨率理想地適用于彩色掃描儀、數(shù)字復(fù)印機(jī)、電子鏡像照相機(jī)和攝錄機(jī)之類電荷耦合器件（CCD）輸入系統(tǒng)。帶輸出誤差校正邏輯的多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)保證無(wú)丟失碼。連接到基準(zhǔn)輸入端的強(qiáng)制（Force）和檢測(cè)（Sense）為基準(zhǔn)電阻串提供更精確的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。等待方式減小功率到15mW （典型值）。數(shù)字I/O口可接口到無(wú)論是5V或3.3V的邏輯和數(shù)字輸出端，這些I/O口可設(shè)置為高阻態(tài)。輸出數(shù)據(jù)的格式為直接二進(jìn)制編碼。流水線多級(jí)結(jié)

8、構(gòu)以低功耗獲得高采樣率。TLC876將轉(zhuǎn)換分配給幾個(gè)更小的ADC字模塊，當(dāng)器件一級(jí)一級(jí)通過(guò)結(jié)果時(shí)逐漸的以更高精度改善轉(zhuǎn)換。在傳統(tǒng)的高速ADC中，這種分布式變換需要用1023個(gè)比較器的一小部分。每級(jí)中的采樣保持放大器(SHA)允許第一級(jí)工作于新的輸入采樣而第二至第五級(jí)工作于四個(gè)早先的采樣。TLC876C工作溫度范圍為00C至700C。TLC876C的特點(diǎn)如下： 十位分辨率20MSPS采樣模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 功耗典型值107mW 5V單電源工作 差分非線性典型值5LSB 無(wú)丟失碼 掉電（等待）方式 三態(tài)輸出 數(shù)字I/O兼容5V或3.3V邏輯 可調(diào)基準(zhǔn)輸入 引腳與AD公司的AD876兼容在本模塊

9、中，TLC876C將經(jīng)過(guò)低通濾波器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以數(shù)組的方式存入存儲(chǔ)器中，作為FFT的輸入序列x(n)。3. DSP處理TMS320VC5402是定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，該芯片在此處的作用是將輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行按頻率抽取的FFT變換，然后再將所得的反序通過(guò)變址運(yùn)算加以整序。由于 X(k)為復(fù)數(shù)，進(jìn)行頻譜分析時(shí)要觀察頻譜幅度，因此將X(k)取模，最后將模值送入存儲(chǔ)器中。4. D/A轉(zhuǎn)換器AD7524是8位D/A轉(zhuǎn)換器，在此的作用是將輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，以便用示波器觀察。先將觸發(fā)信號(hào)與頻譜幅度進(jìn)行處理得到16位數(shù)據(jù)送入存儲(chǔ)器，然后將存儲(chǔ)器中的高8位送入U(xiǎn)B09進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換分成X

10、軸信號(hào)，低8位送入U(xiǎn)B10進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換分成Y軸信號(hào)，最后輸出到示波器上進(jìn)行頻譜觀察。五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 將信號(hào)源模塊和頻譜分析模塊小心地固定在主機(jī)箱上，確保電源接觸良好。2. 插上電源線，打開(kāi)主機(jī)箱右側(cè)的交流開(kāi)關(guān)，再按下信號(hào)源模塊上的開(kāi)關(guān)POWER1、POWER2和頻譜分析模塊上的開(kāi)關(guān)POWER1、POWER2，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管LED001、LED002、L1、L2發(fā)光，各模塊開(kāi)始工作。3. 用連接線連接信號(hào)源模塊中信號(hào)輸出點(diǎn)“32KHz正弦波”及頻譜分析模塊中信號(hào)輸入點(diǎn)“NRZ3”，調(diào)節(jié)輸入增益調(diào)節(jié)電位器WB01調(diào)節(jié)輸入增益，使輸入信號(hào)的峰峰值測(cè)試點(diǎn)“NRZ2”不超過(guò)4V（最好在3.5V4V

11、之間）。4. 設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)K3進(jìn)行選擇低通濾波的通道（撥碼開(kāi)關(guān)有4位，分別對(duì)應(yīng)最高頻率為1K，10K，100K，1M的輸入信號(hào)），此時(shí)可撥為0010。5. 設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)K2，選擇合適的采樣頻率。撥碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)與其對(duì)應(yīng)的采樣頻率如下表所示：表1-1K2狀態(tài)00000001001000110100010101100111采樣頻率f4k11.2k18.4k25.6k32.8k40k112k184kK2狀態(tài)10001001101010111100110111101111采樣頻率f256k328k400k1120k1840k2560k3280k4000k例如：如果輸入32K正弦信號(hào)，根據(jù)奈氏定理，采樣頻

12、率不能低于64K。由表3-1可查得，應(yīng)該采用112K的采樣頻率，即K2撥碼開(kāi)關(guān)應(yīng)該設(shè)置在0110狀態(tài)。如果輸入32K方波，由于其諧波成分比較多，在選擇采樣頻率時(shí)，則要根據(jù)其7次諧波或9次諧波（或更高）的頻率（分別是224K和288K）作為采樣頻率的選擇參考頻率。由表3-1可查得，可采用1120K的采樣頻率，低通濾波的通道也應(yīng)相應(yīng)地選擇1M的通道，即撥碼開(kāi)關(guān)K3撥為。當(dāng)然，如果只須觀察方波的3次諧波而忽略3次以后的諧波，則可用3次諧波的頻率作為采樣頻率選擇的參考頻率。6. 示波器選用X-Y模式，分別調(diào)節(jié)電位器WB06，WB07，改變信號(hào)輸出增益，使示波器上顯示的波形清晰且幅度適中，即可進(jìn)行觀察。

13、7. 改變輸入頻譜分析模塊的模擬信號(hào)，重復(fù)上述觀察。8. 關(guān)閉交流電源開(kāi)關(guān)，取出任意可輸出模擬信號(hào)的模塊固定在主機(jī)箱上，將其輸出的模擬信號(hào)送入頻譜分析模塊，選擇正確的通道，觀察輸出波形。9. 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)： 輸入單頻率成分模擬信號(hào)時(shí)，應(yīng)選擇大于輸入信號(hào)頻率的最低采樣頻率的通道，即輸入頻率為32KHz時(shí)，應(yīng)選擇112KHz通道（將撥碼開(kāi)關(guān)K2設(shè)置在0110狀態(tài)），而不是選擇184KHz通道，否則實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能不準(zhǔn)確。 輸入多頻率成分的模擬信號(hào)時(shí)（如調(diào)幅信號(hào)），應(yīng)根據(jù)輸入信號(hào)所包含的頻率中的最高頻率選擇通道，即若輸入信號(hào)中包含2KHz、16KHz、32KHz等頻率成分，則應(yīng)該選擇大于最高采樣頻率成分

14、（64KHz）的最低頻率的通道112KHz通道。 輸入信號(hào)峰峰值不得超過(guò)3V（可通過(guò)NRZ2測(cè)試鉤進(jìn)行觀察并調(diào)節(jié)電位器WB01直至達(dá)到要求）。 當(dāng)沒(méi)有信號(hào)顯示或顯示明顯不正常時(shí)，按復(fù)位鍵K1進(jìn)行復(fù)位。 輸入信號(hào)的最高頻率不能高于1MHz。六、輸入、輸出點(diǎn)參考說(shuō)明1 輸入點(diǎn)說(shuō)明NRZ3：模擬信號(hào)輸入點(diǎn)。NRZ2:經(jīng)預(yù)處理后的信號(hào)峰峰值測(cè)試點(diǎn)。2 輸出點(diǎn)說(shuō)明X-OUT：X軸輸出信號(hào)。Y-OUT：Y軸輸出信號(hào)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 分析實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，敘述其工作過(guò)程。2 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試記錄，在坐標(biāo)紙上畫出各測(cè)量點(diǎn)的波形圖。3 對(duì)輸入信號(hào)的頻率特性進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)二 碼分多址（CDMA）原理實(shí)驗(yàn)（一）一

15、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解擴(kuò)頻通信的基本性質(zhì)。2 了解直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的主要構(gòu)成。3 了解m序列和Gold序列的特點(diǎn)。4 了解偽隨機(jī)序列同步的滑動(dòng)搜索法。5 了解PN序列的鎖相環(huán)跟蹤方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 m序列和Gold序列的特性。2 Gold序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性的觀察。3 延遲滯后鎖相環(huán)（DLL）的鑒相特性曲線。4 擴(kuò)頻碼的捕獲與跟蹤（無(wú)固有頻差的情況下）。5 擴(kuò)頻碼的捕獲與跟蹤（有固有頻差的情況下）。6 觀察基帶信號(hào)擴(kuò)頻前后的譜變化。7 觀察擴(kuò)頻后PSK調(diào)制的譜及波形。8 觀察兩路擴(kuò)頻信號(hào)疊加后的譜及波形。9 擴(kuò)頻、解擴(kuò)與基帶解調(diào)。10 碼分多址。11 擴(kuò)頻碼定時(shí)偏移對(duì)解擴(kuò)的影響。12 窄帶干

16、擾信號(hào)對(duì)解擴(kuò)的影響。三實(shí)驗(yàn)儀器1 信號(hào)源模塊2 CDMA模塊3 數(shù)字解調(diào)模塊4 頻譜分析模塊5 20M雙蹤示波器 一臺(tái)6 連接線 若干四實(shí)驗(yàn)原理1 概述現(xiàn)代通信技術(shù)取得的突出成就之一就是CDMA（Code Division Multiple Access 碼分多址）技術(shù)。由于CDMA技術(shù)可以處理多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的異步特性，可以提供比傳統(tǒng)多址技術(shù)（如：TDMA（Time Division Multiple Access 時(shí)分多址）、FDMA （Frequency Division Multiple Access 頻分多址）更高的容量，并且能夠抵抗信道的頻率選擇性衰落，可以提供方便的多用戶接入，所以

17、公認(rèn)它將作為第三代移動(dòng)通信的主要技術(shù)。碼分多址（CDMA）即不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分，是自不同的編碼序列來(lái)區(qū)分，或者說(shuō)，靠信號(hào)的不同波形來(lái)區(qū)分(用PN碼區(qū)分用戶)。2 m序列和Gold序列的特性和發(fā)生器工程上常用二元0，1序列來(lái)產(chǎn)生偽噪聲碼。它具有如下特點(diǎn)：（1） 每一周期內(nèi)“0”和“1”出現(xiàn)的次數(shù)近似相等。（2） 每一周期內(nèi)，長(zhǎng)度為n比特的游程出現(xiàn)的次數(shù)比長(zhǎng)度為n+1比特的游程出現(xiàn)的次數(shù)多一倍。（游程是指相同碼元的碼元串）（3） 序列具有雙值自相關(guān)函數(shù)，即： （21）在（31）式中，p為二元序列周期，又稱碼長(zhǎng)，k為小于p的整數(shù)，為碼元延時(shí)。2.1 m序列二元m

18、序列是一種基本的偽隨機(jī)序列，有優(yōu)良的自相關(guān)函數(shù)，易于產(chǎn)生和復(fù)制，在擴(kuò)頻技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)度為2n1位的m序列可以用n級(jí)線性移位寄存器來(lái)產(chǎn)生。如圖2-1所示：模二加法器圖2-1 線性移位寄存器m序列的特性如下（1） 在每一周期p= 2n1 內(nèi)，“0” 出現(xiàn)2n11 次，“1” 出現(xiàn)2n1次，“1” 比“0” 多出現(xiàn)一次。（2） 在每一周期內(nèi)共有2n1個(gè)元屬游程，其中“0” 的游程和“1” 的游程數(shù)目各占一半。并且，對(duì)n2， 當(dāng)1kn1時(shí)，長(zhǎng)為k的游程占游程總數(shù)的1/ 2 k ，其中“0” 的游程和“1” 的游程各占一半。長(zhǎng)為n1的游程只有一個(gè)，為“0 ”的游程；長(zhǎng)為n的游程也只有一個(gè)，為

19、“1”的游程（游程是指相同碼元的碼元串）。（3） m序列 a k 與其位移序列的模二和仍然是m序列的另一位移序列 ，即：（4） m序列的自相關(guān)函數(shù)為：（22）圖2-2為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中用于模擬信息碼元的m序列波形。圖2-2 m序列波形圖2.2 Gold序列雖然m序列有優(yōu)良的自相關(guān)特性，但是使用m序列作CDMA （碼分多址）通信的地址碼時(shí)，其主要問(wèn)題是由m序列組成的互相關(guān)特性好的互為優(yōu)選的序列集很小。對(duì)于多址應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可用的地址數(shù)太少了。而Gold序列具有良好的自、互相關(guān)特性，且地址數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m序列的地址數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。Gold序列是m序列的復(fù)合碼，它是由兩個(gè)碼長(zhǎng)相

20、等、碼時(shí)鐘速率相同的m序列優(yōu)選對(duì)模二和構(gòu)成的。其中m序列優(yōu)選對(duì)是指在m序列集中，其互相關(guān)函數(shù)最大值的絕對(duì)值最接近或達(dá)到互相關(guān)值下限（最小值）的一對(duì)m序列。這里我們定義優(yōu)選對(duì)為：設(shè)A是對(duì)應(yīng)于n級(jí)本原多項(xiàng)式f（x） 所產(chǎn)生的m序列，B是對(duì)應(yīng)于n級(jí)本原多項(xiàng)式g(x) 所產(chǎn)生的m序列，當(dāng)他們的互相關(guān)函數(shù)滿足：（23）則f(x)和g(x) 產(chǎn)生的m序列A和B構(gòu)成一對(duì)優(yōu)選對(duì)。在Gold序列的構(gòu)造中，每改變兩個(gè)m序列相對(duì)位移就可得到一個(gè)新的Gold序列。當(dāng)相對(duì)位移2n1比特時(shí)，就可得到一族（2n1）個(gè)Gold序列。再加上兩個(gè)m序列，共有（2n1）個(gè)Gold序列。由優(yōu)選對(duì)模二和產(chǎn)生的Gold族2n1個(gè)序列已不

21、再是m序列，也不具有m序列的游程特性。但Gold碼族中任意兩序列之間互相關(guān)函數(shù)都滿足（23）式。 由于Gold碼的這一特性，使得碼族中任一碼序列都可作為地址碼，其地址數(shù)大大超過(guò)了用m序列作地址碼的數(shù)量。所以Gold序列在多址技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)生Gold序列的結(jié)構(gòu)形式有兩種，一種時(shí)串聯(lián)成級(jí)數(shù)為2n級(jí)的線性移位寄存器；另一種是兩個(gè)n級(jí)并聯(lián)而成。圖3-3和圖3-4分別為n6級(jí)的串聯(lián)型和并聯(lián)型結(jié)構(gòu)圖。其本原多項(xiàng)式分別為：。這兩種結(jié)構(gòu)是完全等效的，它們產(chǎn)生Gold序列的周期都是。 圖2-3 串聯(lián)型Gold序列發(fā)生器圖2-4 并聯(lián)型Gold序列發(fā)生器在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中使用Gold序列作為實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的偽隨

22、機(jī)碼，在發(fā)送端將信息序列（m序列）與Gold序列相乘，一位信息碼元的長(zhǎng)度與一個(gè)周期（127）位Gold碼元的長(zhǎng)度相同，即在一位信息碼元中使用一個(gè)周期的Gold碼元實(shí)現(xiàn)直接序列擴(kuò)頻。在實(shí)驗(yàn)電路板上有兩個(gè)8PIN開(kāi)關(guān)，他們分別用來(lái)設(shè)置發(fā)送和接收端產(chǎn)生的Gold序列是同一個(gè)Gold序列族中的哪一個(gè)，上面已經(jīng)提到Gold序列是由兩個(gè)互為優(yōu)選對(duì)的m序列相異或產(chǎn)生的，8PIN開(kāi)關(guān)只用了7位，用于設(shè)定其中一個(gè)m序列的相位，通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)定m序列的不同相位，兩個(gè)m序列相異或所產(chǎn)生的Gold序列將不同。只有將兩個(gè)開(kāi)關(guān)撥動(dòng)到相同位置，才能實(shí)現(xiàn)同步解擴(kuò)，若兩個(gè)開(kāi)關(guān)撥動(dòng)到不同位置是不會(huì)實(shí)現(xiàn)同步解擴(kuò)的。由此同學(xué)可以體會(huì)

23、碼分多址通信是如何實(shí)現(xiàn)的。Gold序列的自相關(guān)特性見(jiàn)圖20-5。圖2-5 Gold序列的自相關(guān)特性3 PN碼的捕獲與跟蹤3.1 PN碼的捕獲PN碼序列的捕獲是指接收機(jī)在開(kāi)始接收發(fā)送來(lái)的擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)，調(diào)整和選擇接收機(jī)的本地?cái)U(kuò)頻PN序列相位，使它與發(fā)送來(lái)的擴(kuò)頻PN序列相位基本一致，也就是接收機(jī)捕捉發(fā)送來(lái)的擴(kuò)頻PN序列相位的過(guò)程，又叫做擴(kuò)頻PN序列的初始同步。在CDMA系統(tǒng)接收端，捕獲的實(shí)現(xiàn)大多采用滑動(dòng)相關(guān)法。之所以稱它為滑動(dòng)相關(guān)法是因?yàn)榻邮障到y(tǒng)在搜索同步時(shí)，它的碼序列發(fā)生器以與發(fā)射機(jī)的碼序列發(fā)生器不同的速率工作，結(jié)果這兩個(gè)碼序列在相位上互相滑動(dòng)，只有在到達(dá)一致點(diǎn)時(shí)，才停下來(lái)?；瑒?dòng)相關(guān)法的原理見(jiàn)圖2-

24、6。圖2-6 滑動(dòng)相關(guān)捕獲原理接收到的信號(hào)與本地PN碼相乘后再積分，即求出它們的互相關(guān)值，然后在門限檢測(cè)器中某一門限值比較，以判斷是否已捕獲到有用信號(hào)。這里是利用PN碼序列的相關(guān)特性，當(dāng)兩個(gè)相同的碼序列相位上一致時(shí)，其相關(guān)值有最大的輸出。一旦確認(rèn)捕獲完成，則捕獲指示信號(hào)的同步脈沖控制搜索控制鐘，調(diào)整PN碼發(fā)生器產(chǎn)生的PN碼的重復(fù)頻率和相位，使之與收到的信號(hào)保持同步。3.2 PN碼的跟蹤PN碼的跟蹤一般采用延遲鎖定環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)接收到的信號(hào)和本地的PN序列達(dá)到同步以后，我們就說(shuō)時(shí)間參考已經(jīng)建立。延遲鎖定環(huán)是通過(guò)一非線性的反饋環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的跟蹤和同步作用。延遲鎖定鎖定技術(shù)是使本地m序

25、列發(fā)生器跟蹤或鎖定于外來(lái)的m序列。兩個(gè)m序列在時(shí)延上的差別需要通過(guò)相關(guān)運(yùn)算來(lái)監(jiān)視：如果兩個(gè)m序列的相位相同，則有最大的相關(guān)輸出，反之如果相位不同，則輸出很小。圖2-7 PN碼的跟蹤原理由圖2-7可見(jiàn)，輸入信號(hào)與本地m序列的超前和滯后序列作互相關(guān)運(yùn)算，然后分別進(jìn)行帶通濾波，包絡(luò)檢波，最后相減，得到誤差函數(shù)。誤差電壓經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波，送到壓控振蕩器控制時(shí)鐘頻率的變化。這個(gè)時(shí)鐘再推動(dòng)本地m序列發(fā)生器，產(chǎn)生本地m序列的超前和滯后序列。本地m序列發(fā)生器的級(jí)數(shù)和反饋邏輯與發(fā)射方相同。延時(shí)鎖定環(huán)路的鑒別特性曲線，如圖3-8所示。圖2-8 延遲鎖相環(huán)的鑒相特性4 擴(kuò)頻與解擴(kuò)、PSK調(diào)制解調(diào)4.1 擴(kuò)頻與解擴(kuò)擴(kuò)頻操

26、作又叫做信道化操作，就是用一個(gè)高速數(shù)字序列（m序列或者Gold序列）與數(shù)字信號(hào)相乘，把一個(gè)一個(gè)的數(shù)據(jù)符號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列碼片，從而大大提高了數(shù)字符號(hào)的速率，增加了信號(hào)帶寬。這一定義包括以下三方面的意思：（a） 信號(hào)頻譜被展寬了。在常規(guī)通信中，為了提高頻率利用率，通常都是采用大體相當(dāng)帶寬的信號(hào)來(lái)傳輸信息，即在無(wú)線電通信中射頻信號(hào)的帶寬和所傳信息的帶寬是屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)的，但擴(kuò)頻通信的信號(hào)帶寬與信息帶寬之比則高達(dá)1001000，屬于寬帶通信，原因是為了提高通信的抗干擾能力，這是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強(qiáng)。（b） 采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來(lái)展

27、寬信號(hào)頻譜。由信號(hào)理論知道，脈沖信號(hào)寬度越窄，其頻譜就越寬，信號(hào)的頻帶寬度和脈沖寬度近似成反比，因此，越窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制，則可產(chǎn)生很寬頻帶的信號(hào)。擴(kuò)頻碼序列就是很窄的脈沖序列。（c） 在接收端用與發(fā)送端完全相同的擴(kuò)頻碼序列來(lái)進(jìn)行解擴(kuò)。圖2-9為直接序列擴(kuò)頻的示意圖：圖2-9 直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻通信的過(guò)程是將待傳送的信息碼元與偽隨機(jī)序列相乘，在頻域上將二者的頻譜卷積，將信號(hào)的頻譜展寬，展寬后的頻譜呈窄帶高斯特性，經(jīng)載波調(diào)制之后發(fā)送出去。在接收端，一般首先恢復(fù)同步的偽隨機(jī)碼，將偽隨機(jī)碼與調(diào)制信號(hào)相乘，這樣就得到經(jīng)過(guò)信息碼元調(diào)制的載波信號(hào)，再作載波同步，解調(diào)后得到信息碼元。4.2 P

28、SK調(diào)制與解調(diào)BPSK即PSK(二相絕對(duì)移相鍵控)，即用二進(jìn)制基帶數(shù)字信號(hào)來(lái)控制載波的相位。載波的相位（通常為00和1800）隨調(diào)制信號(hào)0和1改變，這種調(diào)制即為BPSK。BPSK信號(hào)是雙極性非歸零碼的雙邊帶調(diào)制，因此抑制了載波分量。BPSK調(diào)制器可表示為：圖2-10 BPSK調(diào)制器BPSK的信號(hào)解調(diào)有兩種方法：一種是相干解調(diào)，另一種是非相干解調(diào)。相干解調(diào)性能優(yōu)于非相干解調(diào)，但相干解調(diào)要求接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與收到的載波信號(hào)同頻同相的參考載波信號(hào)，稱為相干載波。五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 將信號(hào)源模塊、CDMA模塊、數(shù)字解調(diào)模塊和頻譜分析模塊小心地固定在主機(jī)箱上，確保電源接觸良好。2. 插上電源線，打開(kāi)主機(jī)箱右

29、側(cè)的交流開(kāi)關(guān)，再分別按下四個(gè)模塊中的開(kāi)關(guān)POWER1、POWER2，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管LED001、LED002、LED1、LED2、DA001、DA002、L1、L2發(fā)光，各模塊開(kāi)始工作。3. m序列和Gold序列的特性實(shí)驗(yàn) 將SW1第一位撥到內(nèi)，按復(fù)位鍵。 用示波器分別觀察PN-OUT（m序列）和GD-TX（Gold序列）的波形，用頻譜分析模塊（或頻譜儀）分別觀察這兩點(diǎn)的頻譜。4. 觀察Gold序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性的實(shí)驗(yàn) 連接S2和S4，將SW1第1位撥到內(nèi)，將SW2第1位撥到有，SW1第28位為非的任一數(shù)，SW2與SW1的第28位相同，按復(fù)位鍵。 逆時(shí)針將W5旋到底，LED3滅。 用示

30、波器測(cè)TX3處波形，該波形即為Gold序列的自相關(guān)特性。 將SW2的第28位撥為與SW1不同，按復(fù)位鍵。用示波器測(cè)TX3處波形，該波形即為Gold序列的互相關(guān)特性。5. 觀察延遲滯后鎖相環(huán)（DLL）的鑒相特性曲線的實(shí)驗(yàn) 連接S2和S4，將SW1第1位撥到內(nèi)，將SW2第1位撥到有，SW1第28位為非的任一數(shù)，SW2與SW1的第28位相同，按復(fù)位鍵。 逆時(shí)針將W5旋到底，LED3滅。 用示波器測(cè)VCO-C處波形，該波形即為延遲滯后鎖相環(huán)（DLL）的鑒相特性曲線。6. 擴(kuò)頻碼的捕獲與跟蹤（無(wú)固有頻差）的實(shí)驗(yàn) 連接S2和S4，S5接信號(hào)源模塊產(chǎn)生的碼速率為4KHz的NRZ。 將SW1第1位撥到內(nèi)，將S

31、W2第1位撥到有，SW1第28位為非的任一數(shù)，SW2與SW1的第28位相同，按復(fù)位鍵。 順時(shí)針慢慢調(diào)節(jié)捕捉旋鈕，調(diào)到LED3剛好亮。按住復(fù)位鍵，LED3滅，松開(kāi)復(fù)位鍵，LED3亮，以此來(lái)確定接收端捕捉到了發(fā)送端的Gold序列。 示波器通道1接NRZ-KP，通道2接GD-TX，在示波器上可看到兩組PN碼相同，即接收端捕捉到了發(fā)送端的Gold序列。（為便于觀察，可將NRZ碼撥為全1）7. 擴(kuò)頻碼的捕獲與跟蹤（有固有頻差）的實(shí)驗(yàn) 連接S2和S4，將S6接信號(hào)源模塊的1024K的方波，S5接信號(hào)源模塊產(chǎn)生的碼速率為4KHz的NRZ。 將SW1第1位撥到外，將SW2第1位撥到有，SW1第28位為非的任一

32、數(shù)，SW2與SW1的第28位相同，按復(fù)位鍵。 將捕捉電位器順時(shí)針旋到底，LED3為亮。示波器通道1接F-IN，通道2接VCO，此時(shí)可在示波器上看到兩個(gè)方波有相對(duì)位移，調(diào)W6，使滑動(dòng)速度盡量慢，但仍有滑動(dòng)。 將捕捉電位器逆時(shí)針旋到底，LED3滅。此時(shí)又看到兩個(gè)方波滑動(dòng)變快，順時(shí)針慢慢調(diào)節(jié)捕捉旋鈕，調(diào)到LED3剛好為亮，按住復(fù)位鍵LED3滅，松開(kāi)復(fù)位鍵LED3亮，以此來(lái)確定接收端捕捉到了發(fā)送端的Gold序列。 示波器通道1接NRZ-KP，通道2接GD-TX，在示波器上可看到兩組PN碼相同，即接收端捕捉到了發(fā)送端的Gold序列。（為便于觀察，可將NRZ碼撥為全1） 調(diào)節(jié)跟蹤旋鈕，使上述兩組PN碼相位

33、相同，此時(shí)接收端完全跟蹤到了發(fā)送端的Gold序列。六、輸入、輸出點(diǎn)參考說(shuō)明1. 輸入點(diǎn)說(shuō)明IN1：接受端信號(hào)輸入點(diǎn)。IN2：發(fā)送端第二路信號(hào)輸入點(diǎn)。1M-IN：外部1M時(shí)鐘輸入點(diǎn)。NRZ-IN：NRZ碼輸入點(diǎn)。2. 輸出點(diǎn)說(shuō)明455K：455K載波輸出點(diǎn)。PSK2：第二路信號(hào)（擴(kuò)頻PN碼經(jīng)過(guò)BPSK調(diào)制）輸出點(diǎn)OUT：發(fā)送端信號(hào)輸出點(diǎn)。TX2：接受端信號(hào)經(jīng)過(guò)解擴(kuò)后的輸出點(diǎn)。NRZ-KP：擴(kuò)頻NRZ碼輸出點(diǎn)。PN31-KP：擴(kuò)頻PN碼輸出點(diǎn)。PSK1：第一路信號(hào)（擴(kuò)頻NRZ碼經(jīng)過(guò)BPSK調(diào)制）輸出點(diǎn)。TX1： 同相支路解擴(kuò)后、濾波前信號(hào)輸出點(diǎn)。TX2： 同相支路濾波后、檢波前信號(hào)輸出點(diǎn)。TX3： 同相支路檢波后信號(hào)輸出點(diǎn)。PN OUT：偽隨機(jī)序列PN 3