實驗五-FH-CDMA(跳頻碼分多址)移動通信

PAGEPAGE11實驗五FH-CDMA（跳頻碼分多址）移動通信一、實驗?zāi)康?1．掌握FH-CDMA（跳頻碼分多址）移動通信原理。2．了解常用的正交跳頻序列—RS編碼序列。二、實驗內(nèi)容1．測量FH-CDMA移動通信實驗系統(tǒng)發(fā)射端及接收端鎖相頻率合成器控制電壓，了解收發(fā)兩端頻率是否按同一跳頻序列同步跳變（同地址FH-CDMA）或按不同跳頻序列跳變（不同地址FH-CDMA）。2．測量同地址與不同地址FH-CDMA發(fā)射端及接收端的有關(guān)信號與數(shù)據(jù)。三、實驗儀器設(shè)備1．雙路無線綜合測試儀；2．無繩電話（座機和手機）；有線電話若干；3.小型程控交換機；4．數(shù)字示波器。四、實驗步驟：1．m序列發(fā)生器在時鐘驅(qū)動下循環(huán)右移生成的m序列及對應(yīng)的1個RS序列見表5-1。使用4階m序列發(fā)生器構(gòu)成RS編碼發(fā)生器。填寫至表5-2。表5-14階m序列的寄存器狀態(tài)及N3N2N1N0=000時的RS序列D3D2D1D0RS序列距離（與前值比較）（1）1111151（2）011178（3）1011114（4）010156（5）1010105（6）1101133（7）011067（8）001133（9）100196（10）010045（11）001022（12）000111（13）100087（14）1100124（15）1110142表5-2RS編碼序列使用RS編碼序列作為頻道號去控制頻率合成器輸出頻率跳變。選取0號及11號序列作為后面實驗的正交跳頻序列?？紤]到收發(fā)信機頻道號為1-20，將上述序列值加3后得到實際使用的二組正交跳頻序列填至表5-3。序列號RS編碼序列N3N2N1N0(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(0)0000(1)0001(2)0010…(13)1101(14)1110(15)1111表5-3實驗系統(tǒng)使用的二個正交跳頻序列序列號跳頻序列（頻道號）015711510136394218121411412014161382159103752．設(shè)置綜測儀為FH-CDMA工作方式（按K1至NECH燈亮，再按K4），TRX-BS及TRX-MS的工作頻道按表5-3以15跳/秒速率隨機跳變，工作方式控制面板上信道(CH)號數(shù)碼管實時顯示TRX-MS的信道號；打開發(fā)射機TX-BS（K6置ON，K7置BS，BS測量面板TX綠燈亮），加上內(nèi)部調(diào)制數(shù)字信號（K9置INT）。3．反復(fù)按K4鍵，系統(tǒng)循環(huán)步進處于表5-4所示二種子工作方式之一。表5-4FH-CDMA通信子工作方式子方式序號NECH燈指示子工作方式閃速占空比14Hz0.1同地址(收發(fā)兩端都用表5-3中0號序列)同步FH-CDMA24Hz0.9不同地址(收發(fā)兩端分別用0及11號序列)FH-CDMA4．雙蹤示波器二個通道都設(shè)置為DC、2V/DIV~5V/DIV，分別觀測TRX-BS及TRX-MS的鎖相頻率合成器環(huán)路控制電壓ucr；置內(nèi)觸發(fā)方式；掃描速度調(diào)至足夠慢。5．反復(fù)按K4鍵，NECH燈閃爍的占空比為0.1或0.9循環(huán)切換。當占空比為0.1時，可觀測到二套收發(fā)信機ucr同步隨機跳變，即同地址(按同一RS編碼序列)同步跳頻；當占空比為0.9時，可觀測到二套收發(fā)信機ucr以不同方式隨機跳變，即不同地址(按二組不同的RS編碼序列)跳頻。6．畫出FH-CDMA移動通信實驗系統(tǒng)框圖，將其與圖5-3對比。將雙蹤示波器二個通道分別接至圖5-3所示發(fā)端D1及收端AFO；置外觸發(fā)方式，外觸發(fā)輸入接至綜測儀MS測量面板TRIA端；掃描速度調(diào)至10ms/DIV。按K4鍵，當NECH燈閃爍占空比為0.1即收發(fā)兩端同地址同步跳頻時，測量得到發(fā)端D1及收端AFO波形如圖5-4所示，并且當收發(fā)天線距離足夠小，接收信號足夠強時，接收端顯示接收信號頻率。反之，當占空比為0.9即收發(fā)兩端不同地址跳頻時，接收端接收不到發(fā)端信號，AFO輸出一片噪聲，并且無接收信號頻率顯示。信碼D1DK(D1)(TX-BS)AF0(RX-MS)信碼D1DK(D1)(TX-BS)AF0(RX-MS)采樣∫0Tb()dt解調(diào)調(diào)制(fb=1.2kb/s)采樣∫0Tb()dt解調(diào)調(diào)制(fb=1.2kb/s)(采樣)頻率合成器頻率合成器(清除)(采樣)頻率合成器頻率合成器(清除)跳頻序列跳頻序列CLK跳頻序列跳頻序列CLK時鐘同步時鐘同步跳頻同步跳頻同步BSMS圖5-3圖5-3FH-CDMA移動通信實驗系統(tǒng)跳頻跳頻發(fā)數(shù)據(jù)AFO(MS)65ms(一個頻道停留時間)保護時間PLL鎖定時間0電平(2V)圖5-4.同步FH-CDMA通信系統(tǒng)工作過程7.將雙蹤示波器掃描速度調(diào)至2ms/DIV。按K4鍵，當NECH燈閃爍占空比為0.1時，接收端DK輸出發(fā)端調(diào)制信號（D1=10101100…循環(huán)重復(fù)）。將示波器一個通道接至發(fā)端D1，另一通道順次接至收端AFO、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK，以發(fā)端D1為時間參考，順次測量并在同一座標紙上記錄發(fā)端D1及收端AFO、DK1、DK2、CLK、DK波形?；蛘甙葱盘柫飨驈腄1至AFO、DK1、DK2、CLK、DK，雙蹤示波器兩個通道同時測量兩個相鄰信號，先在座標紙上記錄前面一個信號波形(或前一次測量已記錄)，再以前一個波形為時間參考記錄后面一個信號波形。依此類推順次測量記錄所有信號波形。五、實驗記錄：1、畫出由m序列構(gòu)成RS編碼序列的框圖。答：由m序列構(gòu)成RS編碼序列的框圖如下圖所示：DD3D2D1D0N0N1N2N3編碼選取232221204階m序列發(fā)生器RS編碼序列圖5－2RS編碼序列發(fā)生器772、填寫實驗內(nèi)容中的4階m序列形成的RS編碼序列。，答：由4階m序列形成的RS編碼序列如表：（見下頁）序列號RS編碼序列N3N2N1N0(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(0)0000157115101363942181214(1)0001146104111272853091315(2)0010135978154111603101412(3)0011124869145010712111513(4)0100113151149271306512810(5)0101102140158361217413911(6)0110911331211051524714108(7)0111801221310141435615119(8)1000715313251411112109046(9)1001614212341510013118157(10)101051311507129314811264(11)101141201416138215910375(12)110031179611015581413402(13)110121068701114491512513(14)111019511438137101215620(15)1111084105291261113147313、研究跳頻序列的正交性答：由上圖知，如果FH-CDMA系統(tǒng)按表中所示同步組網(wǎng)工作，則任意二組跳頻序列對應(yīng)數(shù)值（頻道號）都不相同，即相互正交。4階RS序列組共有16個序列，增加其階次可用序列數(shù)會迅速增加。4、在同地址同步FH-CDMA工作方式下，發(fā)端D1及收端AFO、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK波形并對照圖5-4。答：①圖1：發(fā)端D1及收端AFO的對比波形：（上：D1，下：AFO）分析：下圖為發(fā)端D1通過調(diào)制以及解調(diào)之后得到圖形AFO②圖2：發(fā)端D1以及DK1對比波形：（下：AFO，上：DK1）分析：下圖AFO通過整波變換后得到DK1③圖三:DK1以及DK2的對比波形（上：DK1下：DK2）見下頁：分析：下圖為DK1通過一個積分電路后得到波形DK2④圖四：發(fā)端D1以及CLK的波形⑤圖五：發(fā)端D1以及收端DK波形的對比波形（上：D1，下：DK）分析：FH-CDMA通信系統(tǒng)的發(fā)端D1一系列的變換得到系統(tǒng)終端DK，可以看出波形大體一致，有一定的延時。因為占空比為0.1時，收發(fā)兩端同地址同步跳頻，當收發(fā)天線距離足夠小，接收信號足夠強時，接收端顯示接收信號頻率。5、系統(tǒng)在不同地址FH-CDMA工作方式下發(fā)端D1及收端AFO的波形，答：如下圖所示：圖中，上面的圖形是發(fā)端的信號，下面的圖形是收端AFO輸出一片噪聲的情況。分析：當收發(fā)兩端都采用0號序列同步跳頻時，接收端解調(diào)輸出發(fā)端調(diào)制信碼；當收發(fā)兩端分別按0號及11號序列跳頻時，接收端無發(fā)端調(diào)制信碼輸出。6、FH-CDMA的基本原理。答：FH－CDMA的基本原理是優(yōu)選一組正交跳頻碼（地址碼/擴頻碼），為每個用戶分配一個唯一的跳頻碼，并用該跳頻碼控制信號載頻在一組分布較寬的跳頻集中進行跳變。FH－CDMA的頻率分配是由一組相互正交的具有偽隨機特性的跳頻碼來控制實現(xiàn)的，所以我們將其歸屬于碼分多址，同時它又是一種擴頻多址。六、思考題1、試比較FH-CDMA與DS-CDMA移動通信原理的異同。答：FH-CDMA(FrequencyHopping-CodeDivisionMultipleAccess)跳頻碼分多址移動通信系統(tǒng)原理框圖如圖5-1所示。而直擴碼分多址DS-CDMA（DirectSequenceSpreadSpectrum-CodeDivisionMultipleAccess）通信系統(tǒng)原理框圖如圖6-1所示FH-CDMA為基帶信號對載波調(diào)制后發(fā)射，載頻來自頻率合成器，在跳頻序列（常用PN序列即偽噪聲序列：PseudoNoisesequence）的控制下隨機跳變（最簡單的控制方法是以序列值作為頻道號）。收端的本振亦來自受跳頻序列控制的頻率合成器，接收頻率隨機跳變。當收發(fā)二端頻率按同一跳頻序列隨機跳變，并且達到同步時，接收端就可解調(diào)出有用信息。當收發(fā)二端頻率按不同跳頻序列隨機跳變時，二端頻率在任何時刻都不相同或相同的概率極小，即頻率序列相互正交或準正交，接收端收不到發(fā)射端的信息。以上兩種情況，前者對應(yīng)同地址FH-CDMA用戶正常通信過程；后者對應(yīng)不同地址FH-CDMA用戶之間相互干擾關(guān)系。而DS-CDMA利用高速率的正交碼序列ci（互相關(guān)函數(shù)值為0或很小的碼序列）作為地址碼，與用戶信息數(shù)據(jù)di相乘（或模2加）得到信息數(shù)據(jù)的直接序列擴頻信號，經(jīng)過相應(yīng)的信道傳輸后，在接收端與本地產(chǎn)生的地址碼進行相關(guān)檢測，從中將地址碼與本地地址碼一致的用戶數(shù)據(jù)選出，把不一致的用戶數(shù)據(jù)除掉。碼分多址通信系統(tǒng)可完成時域、頻域及空間上混疊的多個用戶直擴數(shù)據(jù)的同時傳輸，或者說，利用正交地址碼序列在同一載頻上形成了多路邏輯信道，可動態(tài)地分配給用戶使用。七、實驗心得通過本次實驗，了解了其常用的正交跳頻序列——RS編碼序列。對他的（1）隨機性（2）周期性（3）正交性（4）可用序列多分別進行了了解并且測量