移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、目目 錄錄第二章第二章 調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn) - 2 -實(shí)驗(yàn)一 MSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)- 2 -第四章第四章 CDMA 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)- 7 -實(shí)驗(yàn)一 GOLD 序列特性實(shí)驗(yàn)- 7 -實(shí)驗(yàn)二 GOLD 序列的捕獲與跟蹤實(shí)驗(yàn)- 11 -實(shí)驗(yàn)三 擴(kuò)頻與解擴(kuò)實(shí)驗(yàn) - 15 -實(shí)驗(yàn)四 位同步提取實(shí)驗(yàn) - 19 -實(shí)驗(yàn)五 幀同步提取實(shí)驗(yàn) - 24 - 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 1 -第一章第一章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹1.1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要用于高?！耙苿?dòng)通信” 、 “擴(kuò)頻通信”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可進(jìn)行移動(dòng)通信各種一般性原理的實(shí)驗(yàn)，覆蓋移動(dòng)通信課程的主要知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，能夠模擬

2、數(shù)種具有代表性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要參考教材為西安電子科技大學(xué)出版社出版，郭梯云、鄔國(guó)揚(yáng)、李建東編著的移動(dòng)通信 （修訂版）和西安電子科技大學(xué)出版社出版，查光明、熊賢祚編著的擴(kuò)頻通信 。這兩本教材被很多高校所采用，具有較強(qiáng)的權(quán)威性。圍繞這兩本教材，我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了數(shù)字調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)、多址實(shí)驗(yàn)、發(fā)射機(jī)/接收機(jī)實(shí)驗(yàn)等多種單元實(shí)驗(yàn)，同時(shí)設(shè)計(jì)了兩個(gè)典型的移動(dòng)通信系統(tǒng)，模擬系統(tǒng)我們采用成熟的無(wú)繩電話系統(tǒng)，而數(shù)字系統(tǒng)我們選取 3G 中常用的 DS-CDMA 系統(tǒng)。其中，DS-CDMA 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我們緊密結(jié)合擴(kuò)頻通信一書(shū)，著重突出教材的重點(diǎn)：PN 碼的特性、擴(kuò)頻和解擴(kuò)、同步和捕獲等知識(shí)點(diǎn)，使用戶通

3、過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解 CDMA 的精髓。其中，無(wú)繩電話系統(tǒng)不僅包括無(wú)繩電話的接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、雙工器、信道切換等，還具有一定的交換功能，可以與有線電話交互。CDMA 系統(tǒng)不僅包含了直接擴(kuò)頻和解擴(kuò)的功能，還包含碼分多址、偽隨機(jī)序列的捕獲和跟蹤、位同步、幀同步提取、載波恢復(fù)、糾錯(cuò)編解碼等眾多功能，可以構(gòu)成一個(gè)完整的 CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：1、調(diào)制與解調(diào)：、調(diào)制與解調(diào)：1） MSK 調(diào)制、解調(diào)實(shí)驗(yàn)2） GMSK 調(diào)制、解調(diào)實(shí)驗(yàn)3） QPSK 調(diào)制、解調(diào)實(shí)驗(yàn)4） OQPSK 調(diào)制、解調(diào)實(shí)驗(yàn)5） DQPSK 調(diào)制、解調(diào)實(shí)驗(yàn)6） /4DQPSK 調(diào)制、解調(diào)實(shí)驗(yàn)2、無(wú)繩電話系統(tǒng)：、無(wú)繩電話系統(tǒng)

4、：1） 信道分配實(shí)驗(yàn)2） 用戶線信令與無(wú)繩電話實(shí)驗(yàn)3） 接收機(jī)實(shí)驗(yàn)4） 發(fā)射機(jī)實(shí)驗(yàn)5） 鎖相環(huán)頻率合成器實(shí)驗(yàn)6） 雙工器實(shí)驗(yàn)7） 無(wú)繩電話移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)3、CDMA 系統(tǒng)：系統(tǒng)：1） GOLD 序列特性實(shí)驗(yàn)2） GOLD 序列的捕獲和跟蹤實(shí)驗(yàn)3） 擴(kuò)頻與解擴(kuò)實(shí)驗(yàn)4） 載波提取實(shí)驗(yàn)5） PSK 調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)6） 位同步提取實(shí)驗(yàn)7） 幀同步提取實(shí)驗(yàn)8） 糾錯(cuò)編碼實(shí)驗(yàn)9） CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成如圖 1.1-1 所示。 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 2 -圖圖 1.1-1 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成CDMA接收機(jī)CDMA接收機(jī)載波提取模塊調(diào)制模塊解調(diào)模塊電

5、源模塊有線電話接口無(wú)繩電話模塊有線信令模塊信號(hào)音發(fā)生模塊CDMA發(fā)射機(jī)無(wú)無(wú)繩繩電電話話系系統(tǒng)統(tǒng)CDMA系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)制制部部分分無(wú)繩電話手機(jī)無(wú)繩電話座機(jī)有線電話 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 3 -第二章第二章 調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 MSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握 MSK 調(diào)制和解調(diào)的原理。2、理解 MSK 的優(yōu)缺點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察 MSK 調(diào)制過(guò)程中各信號(hào)的波形。2、觀察 MSK 解調(diào)過(guò)程中各信號(hào)的波形。三、預(yù)備知識(shí)三、預(yù)備知識(shí)1、MSK 調(diào)制和解調(diào)的基本原理。2、MSK 調(diào)制和解調(diào)部分的工作原理及電路說(shuō)明。四、實(shí)驗(yàn)器材四、實(shí)驗(yàn)器

6、材1、移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2、20M 雙蹤示波器一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)原理五、實(shí)驗(yàn)原理1、MSK 調(diào)制原理調(diào)制原理MSK 稱為最小移頻鍵控，是移頻鍵控（FSK）的一種改進(jìn)型。這里“最小”指的是能以最小的調(diào)制指數(shù)（即 0.5）獲得正交信號(hào)，它能比 PSK 傳送更高的比特速率。二進(jìn)制 MSK 信號(hào)的表達(dá)式可寫(xiě)為：costSMSKkkctTsat2 kTstTsk )1(載波角頻率；c碼元寬度；Ts第 k 個(gè)碼元中的信息，其取值為1；ka第 k 個(gè)碼元的相位常數(shù)，它在時(shí)間中保持不變；kkTstTsk ) 1(當(dāng)1 時(shí)，信號(hào)的頻率為：ka2fcfTs41當(dāng)1 時(shí)，信號(hào)的頻率為：ka1fcfTs41由此可得頻率

7、之差為：f2f1fTs21 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 4 -那么 MSK 信號(hào)波形如圖 2.1-1 所示：圖圖 2.1-1 MSK 信號(hào)波形信號(hào)波形為了保持相位的連續(xù)，在 t=時(shí)間內(nèi)應(yīng)有下式成立：kTs=（）（）k1k1kaka21k即：當(dāng)時(shí)，=；ka1kak1k當(dāng)時(shí)，=（）；ka1kak1k1k若令0，則0 或，此式說(shuō)明本比特內(nèi)的相位常數(shù)不僅與本比特區(qū)間的輸0k入有關(guān)，還與前一個(gè)比特區(qū)間內(nèi)的輸入及相位常數(shù)有關(guān)。costSMSKkkctTsat2=kcos）（tTs2costccoskakcos）（tTs2sintcsin kTstTsk )1(令， kcoskIkakcoskQ則：tSMSK

8、kI）（tTs2costccoskQ）（tTs2sintcsinkTstTsk )1(為了便于理解如圖 2.1-2 所示： 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 5 -123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240+1+1+1+1+1 +1 +1+1 +1 +1+1 +1+1 +1-1 -1-1-1 -1 -1-1-1 -1-1-1-1-1 -1 -1 -1-1-1 -1 -1 -1-1-1+1 +1+1 +1 +1 +1+1+1 +1 +1+1 +1 +1kakkdkcoskkacos)2sin(cosTstakk000 0000 0000

9、0000+1 +1 +1+1 +1 +1 +1+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1+1 +1+1 +1 +1 +1 +1 +1+1 +1+1 +1-1 -1 -1 -1-1 -1 -1 -1 -1 -1-1 -1-1 -1 -1 -1-1 -1 -1 -1-1 -1-1)2cos(cosTstkk圖圖 2.1-2 碼元變換及成形信號(hào)波形圖碼元變換及成形信號(hào)波形圖根據(jù)上面描述可構(gòu)成一種 MSK 調(diào)制器，其方框圖如圖 2.1-3 所示：差分編碼串/并轉(zhuǎn)換波形選擇地址生成器CosctSinctMSK信號(hào)波形選擇地址生成器EEPROMEEPROMD/A轉(zhuǎn)換器乘法器乘法器加法器（運(yùn)放）D/A轉(zhuǎn)

10、換器CPLD時(shí)序電路低通濾波器時(shí)序電路低通濾波器IkQk延時(shí)TsNRZ圖圖 2.1-3 MSK 調(diào)制原理框圖調(diào)制原理框圖輸入數(shù)據(jù) NRZ，然后通過(guò) CPLD 電路實(shí)現(xiàn)差分編碼及串/并轉(zhuǎn)換，得到 Ik、Qk兩路數(shù)據(jù)。波形選擇地址生成器是根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)（Ik或 Qk）輸出波形選擇的地址。EEPROM（各種波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其中）根據(jù) CPLD 輸出的地址來(lái)輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后通過(guò) DA 轉(zhuǎn)換器得到我們需要的基帶波形，最后通過(guò)乘法器調(diào)制，運(yùn)放求和就得到了我們需要的 MSK 調(diào)制信號(hào)。MSK 基帶波形只有兩種波形組成，見(jiàn)圖 2.1-4 所示： 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 6 -波形1波形2圖圖 2.1-4

11、 MSK 成形信號(hào)成形信號(hào)在 MSK 調(diào)制中，成形信號(hào)取出原理為：由于成形信號(hào)只有兩種波形選擇，因此當(dāng)前數(shù)據(jù)取出的成形信號(hào)只與它的前一位數(shù)據(jù)有關(guān)。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)與前一位數(shù)據(jù)相同，輸出的成形信號(hào)就相反（如果前一數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)波形 1，那么當(dāng)前數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)波形 2） ；如果當(dāng)前數(shù)據(jù)與前一位數(shù)據(jù)相反，輸出的成形信號(hào)就相同（如果前一數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)波形 1，那么當(dāng)前數(shù)據(jù)仍對(duì)應(yīng)波形 1） 。2、MSK 解調(diào)原理解調(diào)原理MSK 信號(hào)的解調(diào)與 FSK 信號(hào)相似，可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)方式。本實(shí)驗(yàn)?zāi)K中采用一種相干解調(diào)的方式。已知：tSMSKkI）（tTs2costccoskQ）（tTs2sintcsin把該信號(hào)

12、進(jìn)行正交解調(diào)可得到：Ik路 kI）（tTs2costccoskQ）（tTs2sintcsintccos=+21kI）（tTs2cos41kItTsc）（22cos41kItTsc）（22cos+41kQtTsc）（22cos41kQtTsc）（22cosQk路 kI）（tTs2costccoskQ）（tTs2sintcsintcsin=+21kQ）（tTs2sin41kItTsc）（22sin41kItTsc）（22sin+41kQtTsc）（22sin41kQtTsc）（22sin我們需要的是、兩路信號(hào)，所以必須將其它頻率成份21kI）（tTs2cos21kQ）（tTs2sin、通過(guò)低通濾波

13、器濾除掉，然后對(duì)、）（Tsc22）（Tsc2221kI）（tTs2cos21kQ采樣即可還原成、兩路信號(hào)。）（tTs2sinkIkQ根據(jù)上面描述可構(gòu)成一種 MSK 解調(diào)器，其方框圖如圖 2.1-5 所示： 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 7 -MSK信號(hào)乘法器乘法器時(shí)序電路低通濾波器低通濾波器電平比較器電平比較器抽樣判決抽樣判決數(shù)據(jù)還原數(shù)據(jù)還原時(shí)序電路并/串轉(zhuǎn)換差分譯碼SinctCosctNRZCPLDCLKBSIkQk圖圖 2.1-5 MSK 解調(diào)原理框圖解調(diào)原理框圖將得到的 MSK 調(diào)制信號(hào)正交解調(diào)，通過(guò)低通濾波器得到基帶成形信號(hào)，并對(duì)由此得到的基帶信號(hào)的波形進(jìn)行電平比較得到數(shù)據(jù)，再將此數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)

14、 CPLD 的數(shù)字處理，就可解調(diào)得到 NRZ 碼。在實(shí)際系統(tǒng)中，相干載波是通過(guò)載波同步獲取的，相干載波的頻率和相位只有和調(diào)制端載波相同時(shí)，才能完成相干解調(diào)。由于載波同步不是本實(shí)驗(yàn)的研究?jī)?nèi)容，因此在本模塊中的相干載波是直接從調(diào)制端引入，因此解調(diào)器中的載波與調(diào)制器中的載波同頻同相。載波同步的實(shí)驗(yàn)可在本實(shí)驗(yàn)箱的 CDMA 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟1、MSK 調(diào)制實(shí)驗(yàn) 將“調(diào)制類型選擇”撥碼開(kāi)關(guān)撥為 10000000 、0001，則調(diào)制類型選擇為 MSK 調(diào)制。說(shuō)明說(shuō)明 1：為了能用示波器觀察調(diào)制輸出信號(hào)波形的相位關(guān)系，所以 NRZ 的碼速率采用與載波相當(dāng)?shù)乃俾剩捎诒鞠到y(tǒng)的載波頻率為 1

15、2KHz，所以做調(diào)制實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇 NRZ 碼速率為 12Kb/s 分別觀察差分編碼后的“NRZ”處波形，并由此串并轉(zhuǎn)換得到的“DI” 、 “DQ”兩路數(shù)據(jù)波形。 分別觀察“I 路成形”信號(hào)波形、 “Q 路成形”信號(hào)波形、 “I 路調(diào)制”同相調(diào)制信號(hào)波形、 “Q 路調(diào)制”正交調(diào)制信號(hào)波形、 “調(diào)制輸出”波形。說(shuō)明說(shuō)明 2：如果在步驟、中發(fā)現(xiàn)波形不正確，請(qǐng)按“調(diào)制復(fù)位”鍵后繼續(xù)觀察。 用示波器觀察“I 路成形”信號(hào)、 “Q 路成形”信號(hào)的 X-Y 波形。說(shuō)明說(shuō)明 3：此波形即為 MSK 調(diào)制的星座圖。用示波器的雙蹤分別接“I 路成形”和“Q 路成形” ，并選擇示波器的“X-Y”模式。2、MSK 解調(diào)

16、實(shí)驗(yàn) 將“調(diào)制類型選擇”撥碼開(kāi)關(guān)撥為 10000000、0100， “解調(diào)類型選擇”撥碼開(kāi)關(guān)撥為 10000000、0100，則解調(diào)類型選擇為 MSK 解調(diào)。說(shuō)明說(shuō)明 4：為了能在解調(diào)端濾波時(shí)能得到與調(diào)制端成形信號(hào)一致的波形，須加大載波信號(hào)與 NRZ 碼速率之間的頻率差值，所以 NRZ 的碼速率采用比載波頻率小得多的碼速率，由于本系統(tǒng)的載波頻率為 12KHz，所以做解凋?qū)嶒?yàn)時(shí)選擇 NRZ 碼速率為1.5Kb/s。 分別觀察“I 路解調(diào)”信號(hào)波形、 “Q 路解調(diào)”信號(hào)波形、 “I 路濾波”信號(hào)波形、“Q 路濾波”信號(hào)波形。 分別觀察解調(diào)的“DI” 、 “DQ”兩路數(shù)據(jù)波形，由此并/串轉(zhuǎn)換得到的差

17、分編碼 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 8 -“NRZ”波形，并觀察解調(diào)輸出的波形。 最后比較調(diào)制端“NRZ”波形和解調(diào)端“NRZ”波形，看解調(diào)是否正確。說(shuō)明說(shuō)明 5：如果發(fā)現(xiàn)解調(diào)輸出波形不正確，請(qǐng)按下“解調(diào)復(fù)位”鍵后繼續(xù)觀察。七、實(shí)驗(yàn)思考題七、實(shí)驗(yàn)思考題1、什么是最小移頻鍵控？ 2、MSK 信號(hào)具有哪些特點(diǎn)？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求八、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(huà)出 MSK 分別在調(diào)制和解調(diào)中的各測(cè)量點(diǎn)的波形圖。3、畫(huà)出 MSK 在調(diào)制和解調(diào)中的 X-Y 波形圖（即星座圖）。4、對(duì)實(shí)驗(yàn)思考題加以分析，并畫(huà)出原理圖。 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 9

18、 -第四章第四章 CDMA 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 GOLD 序列特性實(shí)驗(yàn)序列特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握 GOLD 序列的特點(diǎn)。2、了解 GOLD 序列在直接擴(kuò)頻通信中所起的作用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察 GOLD 序列的波形（頻譜）。2、觀察 GOLD 序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性。三、預(yù)備知識(shí)三、預(yù)備知識(shí)1、GOLD 序列的產(chǎn)生方法。2、偽隨機(jī)序列的特點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)器材四、實(shí)驗(yàn)器材1、移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2、20M 雙蹤示波器一臺(tái)3、頻譜分析儀或帶 FFT 功能的數(shù)字示波器（選配）一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)原理五、實(shí)驗(yàn)原理1、偽隨機(jī)序列、偽隨機(jī)序列工程上常用二元0，1序列來(lái)產(chǎn)生偽噪聲碼。

19、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： （4.1-1）11k01)(ppR當(dāng)當(dāng)在（4.1-1）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、m序列序列二元m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2n-1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4.1-1所示：模二加法器 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 10 -圖圖4.1-1 線性移位寄存

20、器線性移位寄存器m序列的特性如下（1）在每一周期p= 2n-1內(nèi)，“0”出現(xiàn)2n1-1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)1kn-1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“1”的游程。（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ka（），即：ka kkkaaa（4）m序列的自相關(guān)函數(shù)為：（4.1-2）pppRmod01mod01)(當(dāng)當(dāng)3、Go

21、ld序列序列雖然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)選的序列集很少，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

22、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：（4.1-3）的整數(shù)倍數(shù)不是為偶數(shù)，為奇數(shù)4n1212)(2221,nnkRnnba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（4.1-3）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)

23、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，一種是串聯(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4.1-2和圖4.1-3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 1, 12566xxxxxgxxxf 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 11 -的，它們產(chǎn)生Gold序列的周期都是。12 np x1x3x2x4x6x5x7x9x8x10 x12x11圖圖4.1-2 串聯(lián)型串聯(lián)型Gold序列發(fā)生器序列發(fā)生器x1x3x2x4x6x5x1x3x2x4x6x5f（x）=1+x+x6g（x）=

24、1+x+x2+x5+x6圖圖4.1-3 并聯(lián)型并聯(lián)型Gold序列發(fā)生器序列發(fā)生器Gold序列的自相關(guān)特性見(jiàn)圖4.1-4。圖圖4.1-4 Gold序列的自相關(guān)特性序列的自相關(guān)特性4、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中使用Gold序列作為實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的偽隨機(jī)碼，在發(fā)送端將信息序列與Gold序列相乘。在實(shí)驗(yàn)箱中有三個(gè)8位撥碼開(kāi)關(guān)“GOLD1置位”、“GOLD2置位”和“GOLD3置位”，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，8位撥碼開(kāi)關(guān)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

25、個(gè)m序列相異或所產(chǎn)生的Gold序列將不同。因此，當(dāng)“GOLD3置位”與“GOLD1置位”一致而與“GOLD2置位”不一致時(shí)，解調(diào)出的信息碼SIGN1；當(dāng)“GOLD3置位”與“GOLD2置位”一致而與 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 12 -“GOLD1置位”不一致時(shí)，解調(diào)出的信息碼SIGN2。由此同學(xué)可以體會(huì)碼分多址通信是如何實(shí)現(xiàn)的。 六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟1、安裝好發(fā)射天線和接收天線。2、插上電源線，打開(kāi)主機(jī)箱右側(cè)的交流開(kāi)關(guān)，再按下開(kāi)關(guān)POWER301、POWER302、POWER401 和 POWER402，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管LED301、LED302、LED401 和 LED402 發(fā)光，CD

26、MA 系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均開(kāi)始工作。3、發(fā)射機(jī)撥位開(kāi)關(guān)“信碼速率” 、 “擴(kuò)頻碼速率” 、 “擴(kuò)頻” 、 “編碼”均撥下，接收機(jī)撥位開(kāi)關(guān)“信碼速率” 、 “擴(kuò)頻碼速率” 、 “跟蹤” 、 “解碼”均撥下。此時(shí)系統(tǒng)的信碼速率為1Kbit/s，擴(kuò)頻碼速率為 100Kbit/s。4、觀察 Gold 序列 撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)“GOLD1 置位”，設(shè)置 GOLD1 序列的初始相位，按“發(fā)射機(jī)復(fù)位”鍵。 用示波器觀察測(cè)試點(diǎn)“GOLD1”處的波形。改變撥位開(kāi)關(guān)“擴(kuò)頻碼速率”的設(shè)置，按“發(fā)射機(jī)復(fù)位”鍵，再觀察“GOLD1”處的波形。 （選做）用帶 FFT 功能的數(shù)字或虛擬示波器觀察“GOLD1”處的頻譜。改變撥位

27、開(kāi)關(guān)“擴(kuò)頻碼速率”的設(shè)置，按“發(fā)射機(jī)復(fù)位”鍵，再觀察“GOLD1”處的頻譜。 （選做）將撥碼開(kāi)關(guān)“SIGN1 置位”設(shè)置為全 1，用頻譜儀（或帶 FFT 功能的數(shù)字或虛擬示波器）觀察“PSK1”處的頻譜。將撥位開(kāi)關(guān)“擴(kuò)頻碼速率”撥下，改變撥位開(kāi)關(guān)“擴(kuò)頻碼速率”的設(shè)置，按“發(fā)射機(jī)復(fù)位”鍵，再觀察“PSK1”處的頻譜。說(shuō)明說(shuō)明 1：將“SIGN1 置位”設(shè)置為全 1 時(shí)，“S1-KP”處輸出的信號(hào)即為 GOLD1，則“PSK1”處的頻譜即為 GOLD1 進(jìn)行 PSK 調(diào)制后的頻譜，它與 GOLD1 的頻譜形狀一致，只是頻譜向上搬移了 10.7M（PSK 載波頻率）。由于一般的頻譜儀無(wú)法觀察頻率較低

28、的信號(hào)，為觀察完整的 GOLD1 的波形，須將其搬移到較高的頻段。如果使用帶 FFT 的功能的數(shù)字或虛擬示波器則 可直接觀察“GOLD1”處的頻譜。說(shuō)明說(shuō)明 2：用頻譜儀觀察“PSK1”處的頻譜，應(yīng)將頻譜儀的中心頻率設(shè)置為 10.7M，掃描帶寬設(shè)置為 1M。5、 觀察 Gold 序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性 將撥位開(kāi)關(guān)恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)步驟 3 要求的設(shè)置，按“發(fā)射機(jī)復(fù)位”鍵。 將撥位開(kāi)關(guān)“第一路”連接，撥位開(kāi)關(guān)“第二路”斷開(kāi)，此時(shí)發(fā)射機(jī)輸出 GOLD1為擴(kuò)頻碼的第一路擴(kuò)頻信號(hào)。 將撥碼開(kāi)關(guān)“GOLD3 置位”撥為與“GOLD1 置位”一致，按“接收機(jī)復(fù)位”鍵。 逆時(shí)針將“捕獲”電位器旋到底， “捕獲指示

29、”燈滅。 用示波器測(cè)“TX3”處波形，該波形即為 Gold 序列的自相關(guān)特性。 將“GOLD3 置位”撥為與“GOLD1 置位”不同，按“接收機(jī)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。說(shuō)明說(shuō)明 3：用示波器觀察 Gold 序列的自相關(guān)波形時(shí)，為觀察到穩(wěn)定的信號(hào)，應(yīng)以 Gold序列自相關(guān)特性波形的上半部分觸發(fā)，如下圖所示：觸發(fā)電平 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 13 -另外，由于該波形頻率很低，在示波器上觀察可能存在閃爍，此為正?，F(xiàn)象。七、實(shí)驗(yàn)思考題七、實(shí)驗(yàn)思考題1、擴(kuò)頻通信利用了 Gold 序列的自相關(guān)和互相關(guān)性的什么特點(diǎn)？2、（選做）實(shí)驗(yàn)步驟 4-可以觀察

30、到什么現(xiàn)象，這種現(xiàn)象說(shuō)明了什么問(wèn)題？3、擴(kuò)頻通信中除了 m 序列和 GOLD 序列外，還有哪些偽隨機(jī)序列？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、分析 m 序列和 GOLD 序列的產(chǎn)生方法，找出二者的關(guān)系。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，畫(huà)出 GOLD 序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性曲線，并做具體分析。3、對(duì)實(shí)驗(yàn)思考題加以分析，并給出相應(yīng)答案。 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 14 -實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 GOLD 序列的捕獲與跟蹤實(shí)驗(yàn)序列的捕獲與跟蹤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解滑動(dòng)相關(guān)捕獲的原理。2、了解延遲鎖定同步法的原理。3、了解擴(kuò)頻碼的捕獲和跟蹤的原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察滑動(dòng)相關(guān)電路各點(diǎn)的波形（頻譜）

31、，理解滑動(dòng)相關(guān)電路的工作原理。2、觀察延遲鎖定電路各點(diǎn)的波形（頻譜），理解延遲鎖定電路的工作原理。3、觀察擴(kuò)頻碼的捕獲和跟蹤過(guò)程。三、預(yù)備知識(shí)三、預(yù)備知識(shí)1、同步的基本概念。2、滑動(dòng)相關(guān)的基本原理。3、延遲鎖定的基本原理。四、實(shí)驗(yàn)器材四、實(shí)驗(yàn)器材1、移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2、20M 雙蹤示波器一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)原理五、實(shí)驗(yàn)原理1、同步的基本概念、同步的基本概念同步是通信系統(tǒng)中一個(gè)重要的實(shí)際問(wèn)題。當(dāng)采用同步解調(diào)或相干解調(diào)時(shí)，接收端需要一個(gè)與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)相干載波的獲取就稱為載波同步。數(shù)字通信中，除了有載波同步的問(wèn)題外，還有位同步的問(wèn)題。因?yàn)樾畔⑹且淮嗬^的信號(hào)碼元的序列，解調(diào)時(shí)

32、常需知道每個(gè)碼元的起止時(shí)刻。抽樣判決的時(shí)刻應(yīng)位于碼元的終止時(shí)刻。因此接收端必須產(chǎn)生一個(gè)用作抽樣判決的定時(shí)脈沖序列，它和接收碼元的終止時(shí)刻應(yīng)對(duì)齊。我們把在接收端產(chǎn)生與接收碼元的重復(fù)頻率和相位一致的定時(shí)脈沖序列的過(guò)程稱為碼元同步或位同步。數(shù)字通信中的信息數(shù)字流總是用若干碼元組成一個(gè)“字” ，又用若干個(gè)“字”組成一“句” 。因此，在接收這些數(shù)字流時(shí)，同樣也必須知道這些“字” 、 “句”的起止時(shí)刻。在接收端產(chǎn)生與“字” 、 “句”起止時(shí)刻相一致的定時(shí)脈沖序列，稱為“字”同步和“句”同步，統(tǒng)稱為群同步或幀同步。同步系統(tǒng)性能的降低，會(huì)直接導(dǎo)致通信系統(tǒng)性能的降低，甚至使通信系統(tǒng)不能工作。在擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中

33、，接收端一般有兩類不確定的因素，就是碼相位和載波頻率的不確定性，擴(kuò)頻接收機(jī)要能夠正常工作，這兩個(gè)問(wèn)題都必須解決。碼相位的分辨力必須遠(yuǎn)小于 1bit；載波中心頻率的分辨能力必須使解擴(kuò)后的信號(hào)落在相關(guān)濾波器的頻率范圍內(nèi)，并且本地載波頻率需始終對(duì)準(zhǔn)輸入信號(hào)載波頻率，以便使解調(diào)器能正常工作。若發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中均使用精確的頻率源，可以消除大部分碼時(shí)鐘相位和載波頻率的不確定性，但不能完全克服由于多普勒頻率引起的載波和碼速率的偏移。收發(fā)信機(jī)相對(duì)移動(dòng)時(shí)，也會(huì)引起相對(duì)碼相位的變化。固定位置的收發(fā)信機(jī)也會(huì)由于電波傳播中的多徑效應(yīng)而引起碼相位、載波中心頻率相位的延遲造成同步的不確定性。同時(shí)，由于一般通信系統(tǒng)中的頻率

34、源并不像我們所希望的那樣穩(wěn)定，頻率源的不穩(wěn)定 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 15 -對(duì)接收系統(tǒng)正常工作的影響亦不可忽略。在擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中頻率源不穩(wěn)定引起時(shí)鐘速率的偏移要積累在碼相位偏移上。對(duì)于碼速率為 1Mb/s 的碼發(fā)生器，當(dāng)時(shí)鐘穩(wěn)定度為 10-5時(shí)，將產(chǎn)生 10bit/s 的累積碼元偏差，一小時(shí)就會(huì)引起碼元漂移 36000bit。2、擴(kuò)頻碼的捕獲和跟蹤、擴(kuò)頻碼的捕獲和跟蹤 在擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中，為了使接收端能夠正確恢復(fù)信碼，必須使接收端產(chǎn)生的解擴(kuò)用的偽隨機(jī)碼和發(fā)送端的偽隨機(jī)碼同步。偽隨機(jī)碼的同步一般分兩步進(jìn)行。第一步是搜索和捕獲偽隨機(jī)碼的初始相位，使與發(fā)端的碼相位誤差小于 1bit，這就可保證解擴(kuò)

35、后的信號(hào)通過(guò)相關(guān)器后面的窄帶中頻濾波器，通常稱這一步為初始同步或捕獲；第二步是在初始同步的基礎(chǔ)上，使碼相位誤差進(jìn)一步減小，使所建立的同步保持下去，通常稱這一步為跟蹤。2.1 捕獲常用的捕獲方法有滑動(dòng)相關(guān)法、前置同步碼法、發(fā)射參考信號(hào)法、突發(fā)同步法和匹配濾波器同步法。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。若使接收端偽隨機(jī)序列發(fā)生器以不同于發(fā)送端的碼速率工作，這就相當(dāng)于兩個(gè)碼組間相對(duì)滑動(dòng)，一旦發(fā)現(xiàn)兩個(gè)碼組相位符合（即同步）時(shí)，立即使滑動(dòng)停止。在實(shí)際系統(tǒng)中，兩碼組間的相對(duì)滑動(dòng)并不是使兩碼組的碼速率不同而獲得，而是通過(guò)使接收機(jī)時(shí)鐘周期性地移動(dòng)一個(gè)相位增量而實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于偽隨機(jī)碼組，由于

36、它具有良好的相關(guān)性能，當(dāng)相對(duì)滑動(dòng)的結(jié)果使兩碼組的相位符合時(shí)，相關(guān)器的輸出有尖峰值出現(xiàn)。此時(shí)就判斷捕獲完成?；瑒?dòng)相關(guān)法的原理見(jiàn)圖 4.2-1。包絡(luò)檢波解擴(kuò)時(shí)鐘PN碼發(fā)生器扣碼BPF門(mén)限判決解調(diào)圖圖 4.2-1 滑動(dòng)相關(guān)捕獲原理滑動(dòng)相關(guān)捕獲原理接收到的信號(hào)與本地偽隨機(jī)碼相乘后再積分，即求出它們的互相關(guān)值，然后與門(mén)限檢測(cè)器中的某一門(mén)限值比較，以判斷是否已捕獲到有用信號(hào)。這里是利用偽隨機(jī)碼的相關(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)整偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼的重復(fù)頻率和相位，使之與收到的信號(hào)保持同步。2.2 跟蹤實(shí)現(xiàn)

37、跟蹤也是利用偽隨機(jī)碼的相關(guān)特性實(shí)現(xiàn)的。一般采用延遲鎖相環(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。延遲鎖定技術(shù)是使本地 PN 序列發(fā)生器跟蹤或鎖定于外來(lái)的 PN 序列。兩個(gè) PN 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) PN 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。 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 16 -包絡(luò)檢波BPF包絡(luò)檢波BPF環(huán)路濾波壓控時(shí)鐘PN碼發(fā)生器)(t)(t圖圖4.2-2 PN碼的跟蹤原理碼的跟蹤原理由圖 4.2-2 可見(jiàn)，輸入信號(hào)

38、與本地 PN 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 PN 序列發(fā)生器，產(chǎn)生本地 PN 序列的超前和滯后序列。本地 PN 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)路的鑒相特性曲線，如圖 4.2-3 所示。圖圖 4.2- -3 延遲鎖相環(huán)的鑒相特性延遲鎖相環(huán)的鑒相特性六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟1、安裝好發(fā)射天線和接收天線。2、插上電源線，打開(kāi)主機(jī)箱右側(cè)的交流開(kāi)關(guān)，再按下開(kāi)關(guān)POWER301、POWER302、POWER401 和 POWER402，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管

39、LED301、LED302、LED401 和 LED402 發(fā)光，CDMA 系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均開(kāi)始工作。3、發(fā)射機(jī)撥位開(kāi)關(guān)“信碼速率” 、 “擴(kuò)頻碼速率” 、 “擴(kuò)頻” 、 “編碼”均撥下，接收機(jī)撥位開(kāi)關(guān)“信碼速率” 、 “擴(kuò)頻碼速率” 、 “跟蹤” 、 “解碼”均撥下。此時(shí)系統(tǒng)的信碼速率為1Kbit/s，擴(kuò)頻碼速率為 100Kbit/s。4、將撥位開(kāi)關(guān)“第一路”連接，撥位開(kāi)關(guān)“第二路”斷開(kāi)，此時(shí)發(fā)射機(jī)輸出 GOLD1為擴(kuò)頻碼的第一路擴(kuò)頻信號(hào)。5、將撥碼開(kāi)關(guān)“GOLD3 置位”撥為與“GOLD1 置位”一致，按“發(fā)射機(jī)復(fù)位”鍵和“接收機(jī)復(fù)位”鍵。6、逆時(shí)針將“捕獲”電位器旋到底， “捕獲指

40、示”燈滅。7、順時(shí)針將“跟蹤”電位器旋到底，用示波器測(cè)“VCO-C”處波形，該波形即為延遲鎖相環(huán)的鑒相特性曲線。 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 17 -說(shuō)明說(shuō)明 1：用示波器觀察“VCO-C”處的波形時(shí)，為觀察到穩(wěn)定的信號(hào)，應(yīng)將示波器的觸發(fā)電平設(shè)置在波形的上半部分或下半部分觸發(fā)，如下圖所示：另外，由于該波形頻率很低，在示波器上觀察可能存在閃爍，此為正?，F(xiàn)象。8、順時(shí)針將“捕獲”電位器旋到底， “捕獲指示”燈亮。用示波器雙蹤分別觀察“G1-BS”和“G3-BS”處的波形，調(diào)節(jié)“跟蹤”電位器，使兩者波形相對(duì)移動(dòng)盡可能緩慢或靜止。9、逆時(shí)針將“捕獲”電位器旋到底，再順時(shí)針緩慢旋轉(zhuǎn)，直到“捕獲指示”燈剛好

41、變亮，按下“接收機(jī)復(fù)位”鍵時(shí)“捕獲指示”燈滅，松開(kāi)“接收機(jī)復(fù)位”鍵時(shí)“捕獲指示”燈亮，則“捕獲”電位器調(diào)節(jié)正確。10、用示波器雙蹤分別觀察“G1-BS”和“G3-BS”處的波形，調(diào)節(jié)“跟蹤”旋鈕，直到二個(gè)波形完全一致，沒(méi)有相差為止。此時(shí)表明接收機(jī)的 Gold 序列和發(fā)射機(jī)的 Gold 序列在相位與碼速率上都一致。說(shuō)明說(shuō)明 2：由于 CDMA 接收機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)有一定的延遲，Gold 碼的同步應(yīng)是接收機(jī)從發(fā)射機(jī)接收到的 Gold 同接收機(jī)產(chǎn)生的 Gold 序列相位與碼速率一致，即用示波器雙蹤分別觀察“TX1”和“G3-BS”處的波形，調(diào)節(jié)“跟蹤”旋鈕使“TX1”的包絡(luò)過(guò)零點(diǎn)同“G3-BS”的邊

42、沿對(duì)齊直至鎖定。另外需要說(shuō)明的是此延遲是固定的因此相對(duì)于采用速率為 100K 的擴(kuò)頻碼來(lái)說(shuō)延遲不是很大可以采用步驟 10 進(jìn)行鎖定，但相對(duì)于采用速率 200K的擴(kuò)頻碼來(lái)說(shuō)延遲增加了一倍，因此采用說(shuō)明 2 的方法鎖定。11、用示波器雙蹤分別觀察“GOLD1”和“GD-TX”處的波形，二者的波形應(yīng)完全一致。說(shuō)明說(shuō)明 3：由于本系統(tǒng)的 Gold 序列頻率較高，且周期很長(zhǎng)，模擬雙蹤示波器應(yīng)在“斷續(xù)（CHOP）”模式下比較“GOLD1”和“GD-TX”處的波形，如果在“交替（ALT）”模式下即使兩者輸出波形一致，觀察結(jié)果也可能不一致。數(shù)字示波器則不存在該問(wèn)題。七、實(shí)驗(yàn)思考題七、實(shí)驗(yàn)思考題1、延遲鎖相環(huán)在

43、擴(kuò)頻通信中的主要作用是什么？2、捕獲與跟蹤各自的作用是什么？它們有先后順序嗎？捕獲與跟蹤的具體步驟是什么？3、在接收機(jī)尚未完成捕獲和跟蹤時(shí)，觀察“ZH3”和“CQ3”處的波形，并結(jié)合圖 4-2-3 分析延遲鎖相環(huán)的鑒相特性是如何產(chǎn)生的？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、分析捕獲與跟蹤的工作原理，畫(huà)出各自的實(shí)現(xiàn)框圖。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試記錄，畫(huà)出相關(guān)峰和延遲鎖相環(huán)鑒相特性的波形圖。3、對(duì)實(shí)驗(yàn)思考題加以分析，給出相應(yīng)答案。觸發(fā)電平或 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 18 -實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 擴(kuò)頻與解擴(kuò)實(shí)驗(yàn)擴(kuò)頻與解擴(kuò)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握擴(kuò)頻的基本原理。2、理解擴(kuò)頻增益的概念。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)

44、內(nèi)容1、觀察基帶信號(hào)擴(kuò)頻前后波形（頻譜）。2、觀察擴(kuò)頻前后 PSK 調(diào)制的波形（頻譜）。三、預(yù)備知識(shí)三、預(yù)備知識(shí)1、了解擴(kuò)頻的基本原理。2、了解擴(kuò)頻的基本實(shí)現(xiàn)方法。3、了解擴(kuò)頻增益的概念。四、實(shí)驗(yàn)器材四、實(shí)驗(yàn)器材1、移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2、20M 雙蹤示波器一臺(tái)3、頻譜分析儀或帶 FFT 功能的數(shù)字示波器（選用）一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)原理五、實(shí)驗(yàn)原理擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是指將待傳輸信息的頻譜用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)擴(kuò)展成為寬頻帶信號(hào)后送入信道中傳輸，在接收端利用相應(yīng)手段將信號(hào)解壓縮，從而獲取傳輸信息的通信系統(tǒng)。也就是說(shuō)在傳輸同樣信息時(shí)所需的射頻帶寬，遠(yuǎn)比我們已熟知的各種調(diào)制方式要求的帶寬要寬得多。擴(kuò)頻帶寬至少

45、是信息帶寬的幾十倍甚至幾萬(wàn)倍。信息不再是決定調(diào)制信號(hào)帶寬的一個(gè)重要因素，其調(diào)制信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)來(lái)決定。這一定義包括以下三方面的意思：1、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)。2、采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來(lái)展寬信號(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

46、頻帶寬度和脈沖寬度近似成反比，因此，所傳信息被越窄的脈沖序列調(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。3、 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)。 擴(kuò)頻技術(shù)的理論依據(jù)定性的討論有以下幾點(diǎn)：首先，擴(kuò)頻技術(shù)的理論基礎(chǔ)可用香農(nóng)信道容量公式來(lái)描述：)/1 (log2NSWC式中：C 為信道容量； 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 19 - W 為系統(tǒng)傳輸帶寬； S/N 為傳輸系統(tǒng)的信噪比。該公式表明，在高斯信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信噪比 S/N 下降時(shí)，可用增加系統(tǒng)傳輸帶寬W 的辦法來(lái)保持信道容量 C 不變。對(duì)于任意給定的信噪比可以用增大傳輸帶寬來(lái)獲得較低 的信息差錯(cuò)率。擴(kuò)頻技術(shù)正是利

47、用這一原理，用高速率的擴(kuò)頻碼來(lái)達(dá)到擴(kuò)展待傳輸?shù)臄?shù)字 信息帶寬的目的。故在相同的信噪比條件下，具有較強(qiáng)的抗噪聲干擾的能力。香農(nóng)指出：在高斯噪聲干擾下，在限平均功率的信道上，實(shí)現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號(hào)是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)。目前人們找到的一些偽隨機(jī)序列的統(tǒng)計(jì)特性逼近于高斯白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。使用于擴(kuò)頻系統(tǒng)中，可以使得所傳輸信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性逼近于高斯信道要求的最佳信號(hào)形式。早在 50 年代，哈爾凱維奇就從理論上證明：要克服多徑衰落干擾的影響，信道中傳輸?shù)淖罴研盘?hào)形式也應(yīng)該是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)形式。由于擴(kuò)頻函數(shù)逼近白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，因此擴(kuò)頻通信又具有抗多徑干擾的能力。常用的擴(kuò)展頻譜方式可分為：

48、1、直接序列擴(kuò)頻 CDMA（DS-CDMA）：用待傳信息信號(hào)與高速率的偽隨機(jī)碼序列相乘后，去控制射頻信號(hào)的某個(gè)參量而擴(kuò)展頻譜。2、跳頻擴(kuò)頻 CDMA（FH-CDMA）：數(shù)字信息與二進(jìn)制偽隨機(jī)碼序列模二相加后，去離散地控制射頻載波振蕩器的輸出頻率，使發(fā)射信號(hào)的頻率隨偽隨機(jī)碼的變化而跳變。3、跳時(shí)擴(kuò)頻 CDMA（TH-CDMA）：跳時(shí)是用偽隨機(jī)碼序列來(lái)啟閉信號(hào)的發(fā)射時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間。發(fā)射信號(hào)的“有” 、 “無(wú)”同偽隨機(jī)序列一樣是偽隨機(jī)的。4、混合式：由以上三種基本擴(kuò)頻方式中的兩種或多種結(jié)合起來(lái)，便構(gòu)成了一些混合擴(kuò)頻體制，如 FH/DS，DS/TH，F(xiàn)H/TH 等。在本實(shí)驗(yàn)中我們采用的是直接序列擴(kuò)頻。

49、圖 4.3-1 和 4.3-2 分別是擴(kuò)頻前后 PSK 信號(hào)的頻譜。 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 20 -圖圖4.3-1 擴(kuò)頻前擴(kuò)頻前PSK信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜圖圖4.3-2 擴(kuò)頻后擴(kuò)頻后PSK信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn) PSK 信號(hào)的頻譜大大展寬了。圖4.3-3為直接序列擴(kuò)頻的示意圖：信道相乘解調(diào)調(diào)制相乘本振PN碼PN碼相干載波信息碼元信息碼元圖圖4.3-3 直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(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

50、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。我們采用“擴(kuò)頻增益”GP的概念來(lái)描述擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾能力的優(yōu)劣，其定義為解擴(kuò)接收機(jī)輸出信噪比與其輸入信噪比的比值，即：輸入信噪比輸出信噪比PG它表示經(jīng)擴(kuò)頻接收處理之后，使信號(hào)增強(qiáng)的同時(shí)抑制輸入到接收機(jī)的干擾信號(hào)能力的大小，越大，則抗干擾能力愈強(qiáng)。在直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，擴(kuò)頻增益 GP為：信息碼速率擴(kuò)頻碼速率lg10GP從上式中可以看到，提高擴(kuò)頻碼速率或者降低信息碼速率都可以提高擴(kuò)頻增益。 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 21 -六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟1、安裝好發(fā)射天線和接收天線。2、插上電源線，打開(kāi)主機(jī)箱右側(cè)的

51、交流開(kāi)關(guān)，再按下開(kāi)關(guān)POWER301、POWER302、POWER401 和 POWER402，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管LED301、LED302、LED401 和 LED402 發(fā)光，CDMA 系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均開(kāi)始工作。3、發(fā)射機(jī)撥位開(kāi)關(guān)“信碼速率” 、 “擴(kuò)頻碼速率” 、 “擴(kuò)頻” 、 “編碼”均撥下，接收機(jī)撥位開(kāi)關(guān)“信碼速率” 、 “擴(kuò)頻碼速率” 、 “跟蹤” 、 “解碼”均撥下。此時(shí)系統(tǒng)的信碼速率為1Kbit/s，擴(kuò)頻碼速率為 100Kbit/s。4、觀察基帶信號(hào)擴(kuò)頻前后波形（頻譜）變化的實(shí)驗(yàn) 將“SIGN1 置位”設(shè)置成不為全 0 或全 1 的碼字，設(shè)置“GOLD1 置位” 。用示波器

52、分別觀察“SIGN1”和“S1-KP”的波形，并做對(duì)比。（選做）用帶 FFT 功能的數(shù)字示波器分別觀察“SIGN1”和“S1-KP”的頻譜，并做對(duì)比。 分別改變發(fā)射機(jī)的信碼速率和擴(kuò)頻碼速率，重復(fù)上一步驟。5、（選做）觀察擴(kuò)頻前后 PSK 調(diào)制頻譜的實(shí)驗(yàn) 碼字設(shè)置不變，將“擴(kuò)頻”開(kāi)關(guān)撥下，用頻譜儀觀察“PSK1”的頻譜。 將“擴(kuò)頻”開(kāi)關(guān)撥上，觀察“PSK1”的頻譜，并與實(shí)驗(yàn)步驟 5-中的結(jié)果比較。 分別改變發(fā)射機(jī)的信碼速率和擴(kuò)頻碼速率，重復(fù)上述步驟。說(shuō)明：說(shuō)明：改變撥位開(kāi)關(guān)后，應(yīng)按復(fù)位鍵。6、解擴(kuò)實(shí)驗(yàn) 將撥位開(kāi)關(guān)恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)步驟 3 要求的設(shè)置，按“發(fā)射機(jī)復(fù)位”鍵。 將撥位開(kāi)關(guān)“第一路”連接，撥位

53、開(kāi)關(guān)“第二路”斷開(kāi)，此時(shí)發(fā)射機(jī)輸出 GOLD1為擴(kuò)頻碼的第一路擴(kuò)頻信號(hào)。 將撥碼開(kāi)關(guān)“GOLD3 置位”撥為與“GOLD1 置位”一致，按“接收機(jī)復(fù)位”鍵。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)二步驟 811 的方法，調(diào)節(jié)“捕獲”和“跟蹤”旋鈕，使接收機(jī)與發(fā)射機(jī)GOLD 碼完全一致，此時(shí)“TX2” 處輸出即為解擴(kuò)后的 PSK 信號(hào)。 用示波器雙蹤分別觀察 “SIGN1”和“TX2”處的波形。（選做）用頻譜儀觀察“TX2”處的頻譜，并與實(shí)驗(yàn)步驟 5 中的結(jié)果比較。七、實(shí)驗(yàn)思考題七、實(shí)驗(yàn)思考題1、當(dāng)“SIGN1 設(shè)置”撥碼開(kāi)關(guān)全部設(shè)為全 1 或全 0 時(shí)，比較“S1-KP”與“GOLD1”信號(hào)波形，并分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。

54、2、目前商用的 CDMA 系統(tǒng)是采用的哪種擴(kuò)頻方式？查找相關(guān)資料畫(huà)出該系統(tǒng)的組成框圖。3、實(shí)驗(yàn)步驟 5-中分別改變發(fā)射機(jī)的信碼速率和擴(kuò)頻碼速率， “PSK1”處擴(kuò)頻前后的頻譜分別發(fā)生了什么樣的變化，說(shuō)明了什么問(wèn)題？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、分析直接擴(kuò)頻電路的工作原理，并用框圖表示其實(shí)現(xiàn)的方法。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試記錄，畫(huà)出各測(cè)量點(diǎn)的頻譜圖和波形圖，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟中的要求做對(duì)比，分析頻譜的變化情況。3、對(duì)實(shí)驗(yàn)思考題加以分析，并按照要求做出答案。 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 22 -實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 位同步提取實(shí)驗(yàn)位同步提取實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用數(shù)字環(huán)提取位同步信號(hào)的原理及對(duì)信息代

55、碼的要求。2、掌握位同步器的同步建立時(shí)間、同步保持時(shí)間、位同步信號(hào)同步抖動(dòng)等概念。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察數(shù)字環(huán)的失鎖狀態(tài)和鎖定狀態(tài)。2、觀察數(shù)字環(huán)鎖定狀態(tài)下位同步信號(hào)的相位抖動(dòng)現(xiàn)象及相位抖動(dòng)大小與固有頻差的關(guān)系。3、觀察數(shù)字環(huán)位同步器的同步保持時(shí)間與固有頻差之間的關(guān)系。三、預(yù)備知識(shí)三、預(yù)備知識(shí)1、通信系統(tǒng)中位同步的作用及原理。2、實(shí)現(xiàn)位同步的幾種方法。3、衡量位同步指標(biāo)的定義。四、實(shí)驗(yàn)器材四、實(shí)驗(yàn)器材1、移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2、20M 雙蹤示波器一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)原理五、實(shí)驗(yàn)原理1、位同步的原理、位同步的原理位同步也稱為位定時(shí)恢復(fù)或碼元同步。在任何形式的數(shù)字通信系統(tǒng)中，位同步都是必不可少

56、的，無(wú)論數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)還是數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)，無(wú)論相干解調(diào)還是非相干解調(diào)，都必須完成位同步信號(hào)的提取，即從接收信號(hào)中設(shè)法恢復(fù)出與發(fā)端頻率相同的碼元時(shí)鐘信號(hào)，保證解調(diào)時(shí)在最佳時(shí)刻進(jìn)行抽樣判決，以消除噪聲干擾所導(dǎo)致的解調(diào)接收信號(hào)的失真，使接收端能以較低的錯(cuò)誤概率恢復(fù)出被傳輸?shù)臄?shù)字信息。因此，位同步信號(hào)的穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)的工作性能。位同步的實(shí)現(xiàn)方法分為外同步法和自同步法兩類。由于目前的數(shù)字通信系統(tǒng)廣泛采用自同步法來(lái)實(shí)現(xiàn)位同步，故在此僅對(duì)位同步中的自同步法進(jìn)行介紹。采用自同步法實(shí)現(xiàn)位同步首先會(huì)涉及兩個(gè)問(wèn)題：（1）如果數(shù)字基帶信號(hào)中確實(shí)含有位同步信息，即信號(hào)功率譜中含有位同步離散譜，就可

57、以直接用基本鎖相環(huán)提取出位同步信號(hào)，供抽樣判決使用；（2）如果數(shù)字基帶信號(hào)功率譜中并不含有位定時(shí)離散譜時(shí)，怎樣才能獲得位同步信號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)本身是否含有位同步信息與其碼型有密切關(guān)系。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，無(wú)論數(shù)字基帶信號(hào)的碼型如何，數(shù)字已調(diào)波本身一般不含有位同步信息，因?yàn)橐颜{(diào)波的載波頻率通常要比基帶碼元速率高得多，位同步頻率分量不會(huì)落在數(shù)字已調(diào)波頻帶之內(nèi)，通常都是從判決前的基帶解調(diào)信號(hào)中提取位同步信息。二進(jìn)制基帶信號(hào)中的位同步離散譜分量是否存在，取決于二進(jìn)制基帶矩形脈沖信號(hào)的占空比。若單極性二進(jìn)制矩形脈沖信號(hào)的碼元周期為 Ts，脈沖寬度為 ，則 NRZ 碼的 Ts，則 NRZ 碼除直流分量外不存在離散

58、譜分量，即沒(méi)有位同步離散譜分量 1/Ts；RZ 碼的 滿足 0Ts，且 通常占空比為 50，此時(shí)的 RZ 碼含有 n 為奇數(shù)的 n/ Ts離散譜分量，無(wú) n 為偶數(shù)的離散譜分量，這就是說(shuō)，RZ 碼含有位同步離散譜分量。顯然，為了能從解調(diào)后的基帶信號(hào)中獲取位同步信息，可以采取 移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)- 23 -兩種措施：（1）如原始數(shù)字基帶碼為 NRZ 碼，若傳輸信道帶寬允許，可將 NRZ 碼變換為RZ 碼后進(jìn)行解調(diào)；（2）如調(diào)制時(shí)基帶碼采用 NRZ 碼，就必須在接收端對(duì)解調(diào)出的基帶信號(hào)進(jìn)行碼變換，即將 NRZ 碼變換成 RZ 碼，碼變換過(guò)程實(shí)質(zhì)上是信號(hào)的非線性變換過(guò)程，最后再用鎖相環(huán)（通常為數(shù)

59、字鎖相環(huán)）提取出位同步信號(hào)離散譜分量。將 NRZ 碼變?yōu)?RZ碼的最簡(jiǎn)單的辦法是對(duì)解調(diào)出的基帶 NRZ 碼進(jìn)行微分、整流，即可得到歸零窄脈沖碼序列。位同步系統(tǒng)的性能通常是用相位誤差、建立時(shí)間、保持時(shí)間等指標(biāo)來(lái)衡量。數(shù)字鎖相法位同步系統(tǒng)的性能如下。 相位誤差 e數(shù)字鎖相法提取位同步信號(hào)時(shí)，相位誤差主要是由于位同步脈沖的相位在跳變地調(diào)整所引起的。因?yàn)槊空{(diào)整一步，相位改變 2/n（n 是分頻器地分頻次數(shù)） ，故最大的相位誤差為 2/n。用這個(gè)最大的相位誤差來(lái)表示，可得e （4.4-1）360 /en上面已經(jīng)求得數(shù)字鎖相法位同步的相位誤差有時(shí)不用相位差而用時(shí)間差 Te來(lái)表示相e位誤差。因每碼元的周期為

60、 T，故得 （4.4-2）/eTT n 同步建立時(shí)間 ts同步建立時(shí)間即為失去同步后重建同步所需的最長(zhǎng)時(shí)間。為了求這個(gè)最長(zhǎng)時(shí)間，令位同步脈沖的相位與輸入信號(hào)碼元的相位相差 T/2 秒，而鎖相環(huán)每調(diào)整一步僅能移 T/n 秒，故所需最大的調(diào)整次數(shù)為 （4.4-3）2/2/nnTTN接收隨機(jī)數(shù)字信號(hào)時(shí)，可近似認(rèn)為兩相鄰碼元中出現(xiàn) 01、10、11、00 的概率相等，其中，有過(guò)零點(diǎn)的情況占一半。由于數(shù)字鎖相法中是從數(shù)據(jù)過(guò)零點(diǎn)中提取作比相用的標(biāo)準(zhǔn)脈沖的，因此平均來(lái)說(shuō)，每 2T 秒可調(diào)整一次相位，故同步建立時(shí)間為 Ts=2TN=nT（秒） （4.4-4） 同步保持時(shí)間 tc當(dāng)同步建立后，一旦輸入信號(hào)中斷，