扩频通信实验报告文档格式.docx
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双踪示波器一台
连接线若干
实验原理：
1、m序列
⑴实验原理框图
m序列相关性实验框图
⑵实验框图说明
m序列的自相关函数为
式中，A为对应位码元相同的数目；
D为对应位码元不同的数目。
自相关系数为
对于m序列，其码长为P=2n－1，在这里P也等于码序列中的码元数，即“0”和“1”个数的总和。
其中“0”的个数因为去掉移位寄存器的全“0”状态，所以A值为
“1”的个数（即不同位）D为
m序列的自相关系数为
m序列的自相关函数
2、Gold序列
Gold序列相关特性实验框图
虽然m序列有优良的自相关特性，但是使用m序列作CDMA（码分多址）通信的地址码时，其主要问题是由m序列组成的互相关特性好的互为优选的序列集很少，对于多址应用来说，可用的地址数太少了。
而Gold序列具有良好的自、互相关特性，且地址数远远大于m序列的地址数，结构简单，易于实现，在工程上得到了广泛的应用。
Gold序列是m序列的复合码，它是由两个码长相等、码时钟速率相同的m序列优选对模二加构成的。
其中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最接近或达到互相关值下限（最小值）的一对m序列。
实验步骤：
⑴设置主控菜单，选择【移动通信】→【m序列产生及特性分析】。
⑵将14号模块的拨码开关S1、S2、S3、S4全拨为“0000”（设置完各个开关按下S7,使模块工作于设置功能）。
将开关S6拨至“127位”，设置PN序列长度为127位。
⑶观测测试点G1或G2，了解m序列波形。
⑷观测TH9（相关函数值）测试点，了解m序列自相关特性。
⑴设置主控菜单，选择【移动通信】→【Gold序列产生及特性分析】。
⑵将14号模块的拨码开关S1、S4全拨为“0000”。
⑶设置S2为0001，使G1输出一种Gold序列；
设置S3为0001，使G2输出Gold序列与G1相同（设置完各个开关按下S7,使模块工作于设置功能）。
⑷观测测试点G1及G2，了解GOLD序列波形；
观测TH9（相关函数值）测试点，了解GOLD序列自相关特性。
⑸设置S2为0001，使G1输出一种Gold序列。
设置S3为0010，使G2输出Gold序列与G1不相同（设置完各个开关按下S7,使模块工作于设置功能）。
⑹观测测试点G1及G2，了解GOLD序列波形；
观测TH9（相关函数值）测试点，了解GOLD序列互相关特性。
实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：
m序列，S1、S2、S3、S4变为0000，G1的观测结果
G1、G2的观测结果
相关函数值
Gold序列，S2、S3变为0001，G1、G2的观测结果
S2为0001、S3为0010，G1、G2的观测结果
实验结果及分析：
由实验发现，Gold比m序列更能抗干扰；
同时，Gold序列具有良好的自、互相关特性，Gold码码长和m序列一样。
m序列的自相关函数也有明显的峰值，也表明m序列具有一定的自相关特性优良存在。
2015年 4月16 日
扩频与解扩观测实验
1、了解直接序列扩频的原理。
2、了解扩频前后信号在时域及频域上的变化。
二进制随机信号+PN码扩频+加性高斯白噪声信道+解扩+误码率测试+信宿
⒈主控&
信号源模块、2号、14号、11号模块各一块
⒉双踪示波器一台
⒊连接线若干
1、实验原理框图
实验框图
2、实验框图说明
本实验选择【扩频与解扩观测实验】菜单。
如框图所示，我们用2号模块作为信号源，DoutMUX输出32K数字信号，送入至14号模块的NRZ1。
14号模块此时完成扩频功能，扩频序列由14号模块内部产生，将开关S1设置为0000，开关S2设置为0111，即可设置该路扩频序列1的码型（测试点为TP8序列1）。
扩频信号由端口CDMA1输出。
同时，当14号模块的开关S3设置为0111、开关S4设置为0000且端口NRZ2和NRZ-CLK2无信号输入时，端口CDMA2输出的伪随机序列与14号模块的扩频序列1相同，本实验中将该序列“CDMA2”可作为后续的解扩序列。
此时的11号模块完成解扩功能，其中扩频信号从端口“AD输入1”输入，解扩序列从“AD输入2”输入，解扩信号从11号模块的“Dout”输出。
该实验【扩频与解扩观测实验】中扩频序列的长度可通过PN序列长度设置开关S6进行选择15位或16位。
当开关S6拨至“127位”时，表示该实验的扩频为15位；
当开关S6拨至“128位”时，表示该实验的扩频为16位。
注：
为配合示波器调节，为了较好的对比观测扩频前和扩频后的码元，建议选择16位。
1、按框图所示连线。
源端口
目标端口
连线说明
模块2：
DoutMUX
模块14：
TH3（NRZ1）
数据送入扩频单元
BSOUT
TH1（NRZ-CLK1）
时钟送入扩频单元
TH4（CDMA1）
模块11：
TH2（AD输入1）
送入解扩单元
TH5（CDMA2）
TH3（AD输入2）
提供解扩序列
2、选择主菜单【移动通信】→【扩频与解扩观测实验】，此时2号模块DoutMUX输出速率为32K。
3、设置2号模块DoutMUX的输出码元。
可自行设置，比如将2号模块的S1设置为10100000，S2、S3以及S4都设置为00000000。
用示波器观测DoutMUX，即扩频前的波形。
4、设置并观察扩频序列。
将14号模块的开关S6拨至“128位”档位，即选择16位扩频序列。
开关S1设置为0000，开关S2设置为0111，按复位键S7。
用示波器观测测试点“TP8序列1”输出波形。
5、用示波器分别接14号模块的NRZ1和CDMA1，对比观测扩频前和扩频后的输出码元变化。
有兴趣的同学可以读出扩频信号中1电平扩频输出和0电平扩频输出的对应码元。
6、验证解扩效果。
（1）将开关S3设置为0111，开关S4设置为0000，按复位键S7。
此时解扩用的序列CDMA2与扩频序列“TP8序列1”相同。
用示波器分别连接14号模块的NRZ1和11号模块的Dout，验证波形是否相同，即正常解扩。
（2）将开关S3和开关S4随意设置为其他码值，按复位键S7。
此时解扩用的序列CDMA2与扩频序列“TP8序列1”不相同。
再用示波器分别连接14号模块的NRZ1和11号模块的Dout，验证是否还能解扩。
扩频前的波形
TP8的序列1
黄色的是NRZ1、蓝色的是CDMA1，扩频前和后的输出码形变化
NRZ1和TP8序列1近似相同，即正常解扩
随意设置了S3=0111、S4=0010，波形不再近似相同，不能解扩
简述实验过程：
（1）2＃模块信源：
用随机整数发生器（RandomIntegergenerator）产生二进制随机信号作为信源；
（2）14＃模块PN序列生成器模块（PNSequenceGenerator）：
伪随机码产生器，扩频过程通过信息码与PN码进行双极性变换后相乘加以实现。
解扩过程与扩频过程相同，即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理。
（3）11＃模块扩频调制/扩频解扩：
扩频调制的过程就是使用一个高速率的伪随机码与待传信号相乘，待传信号的频谱被大大的展宽，信号的能量几乎均匀地分散在带宽的频带内，使得功率谱密度大大减小。
在接收端解扩时，将接收到的已扩信号，在同步电路的控制下，接收到的信号乘以相同的伪随机码，把已扩信号解扩为窄带信号。
在信道中引入的窄带干扰信号，在接收端经过扩频解调时，被扩展为宽带信号，干扰信号的密度大大的降低。
然后解扩后的信号经过窄带滤波器，滤掉有用信号的带外干扰，从而降低了干扰信号的强度，改善了信噪比，还原出原始信号。
光纤通信与通信电子线路实验室实验日期：
2015年 4月22 日
CDMA扩频通信系统实验
1、了解CDMA通信系统架构及特性。
1、搭建CDMA扩频通信系统。
2、观察CDMA扩频通信系统各部分信号。
信号源、2、12、10、11、14、15号模块各一块
⒉双踪示波器一台
⒊连接线若干
1、扩频实验原理框图
14号模块框图
2、14号模块框图说明
信号源PN序列经过14号模块扩频处理，再加到10号模块的调制端，形成扩频调制信号发送出去。
其中，从14号模块可以看到扩频码可以通过拨码开关设置为m序列、Gold序列。
将“序列1”或“序列2”设置为m序列、Gold序列的方法是：
（1）设置为m序列：
将拨码开关S1、S2、S3、S4都设置成0000，则测试点“序列1”与G1、PN1一致，测试点“序列2”与G2、PN3一致，都为m序列输出。
（2）设置为Gold序列：
将拨码开关S1、S4都设置成0000，将拨码开关S2、S3拨为非全0即可，则测试点“序列1”与G1一致是由PN1和PN2合成而得，测试点“序列2”与G2一致是由PN4和PN3合成而得，“序列1”和“序列2”此时为GOLD序列输出。
3、15号模块框图
15号模块框图
4、解扩实验框图说明
CDMA接收模块用于扩频通信系统的接收端。
处于接收部分的最前端，其解扩的信号会送到解调模块进行解调。
CDMA接收模块主要是解决两个问题。
第一是序列的同步问题，由于扩频序列的自相关性，当序列在非同步情况下是无法获取有用信息的。
第二是时钟同步问题，由于接收端产生解扩序列的时钟与发送端是非同步的。
因此，当序列同步，如果时钟不同步，序列会逐渐产生偏差，最终失步。
只有序列和时钟都达到同步，才能完成解扩。
模块包含如下4大功能：
（1）捕获支路：
用来捕获扩频序列，达到序列同步的状态。
（2）跟踪支路：
用来进行时钟同步。
（3）序列产生单元：
产生解扩序列，序列产生可受滑动控制单元控制，是序列相位滑动。
（4）滑动控制单元：
产生序列的滑动控制脉冲信号。
该脉冲信号由前面的门限判决信号控制，当门限判决输出为高时，说明序列已经捕获，滑动控制单元停止产生滑动控制脉冲信号；
当门限判决输出为低时，说明序列未捕获，滑动控制单元产生滑动控制脉冲信号。
模块端口名称、可调参数及说明如下所述：
模块
端口名称
端口说明
捕获支路
同步序列
输出解扩序列
解扩输出
输出解扩信号，是BSPK的数字调制信号
相关1
同步序列与扩频信号相关计算输出
512K
解扩序列的时钟信号
跟踪支路
接收天线
解扩天线接收端口
扩频信号输入
解扩同轴电缆输入端口
超前序列
与同步序列相比相位超前1/2码元
滞后序列
与同步序列相比相位滞后1/2码元
相关2
超前序列与扩频信号相关计算输出
相关3
滞后序列与扩频信号相关计算输出
压控电压
控制压控晶振频率变化的信号
（1）增益调节：
调节天线接收小信号放大的增益。
（2）判决门限调节：
调节相关峰的判决门限（由于接收信号幅度不同，相关峰的幅值也有所不同）。
（3）压控偏置调节：
调节压控晶振的中心频率。
（4）PN序列长度设置：
设置PN序列长度为127或128位。
（5）PN初始状态设置：
设置PN序列初始状态。
5、实验系统框图
CDMA发射系统框图
CDMA接收系统框图
CDMA扩频通信系统中，接收端根据不同扩频序列，来捕获跟踪不同码道上的信息。
6、实验系统框图说明
我们扩频通信的实现机理为：
CDMA扩频通信发送端是将模拟音频源先通过12号模块压缩成数字信号，再将数字信源与高速率扩频码（比如Gold序列或m序列）相乘，经过调制电路将扩频后的信号搬移到一个适当的频段进行传输，然后功放电路无线发射出去；
CDMA扩频通信接收端是将天线接收的信号先经过小信号放大处理，再通过捕获、跟踪扩频码来进行同步解扩，并提取解调所需同步载波，最后经过解调以及码元再生电路，还原输出原始信源的数字码型，最后通过12号模块的语音解压缩功能还原出原始的模拟信号。
对于数字信源的传输，则CDMA接收系统框图中略去发送前端的语音压缩和接收后端的语音解压缩即可。
这里，我们以传输模拟信号和数字信号两路信号为例，搭建扩频通信系统。
概述：
该项目主要是通过自行搭建CDMA扩频通信系统，认识和掌握CDMA通信系统的框架以及相关原理知识点。
（一）搭建CDMA发射系统。
该系统中有两路信号源，一路是主控信号源模块提供的PN数字序列，另一路是12号模块的麦克输入的音频模拟信号。
音频信号经12号模块的编码压缩处理后输出8K数字信号。
PN序列此时的速率也是8K。
1、关电，按表格所示，完成CDMA通信系统发送端的连线。
先将话筒接入到12号模块的话筒接口，作为模拟源。
目的端口
模块12：
TH6（编码时钟）
提供第一路时钟
TH5（编码输出）
提供第一路数据
信号源：
CLK
TH6（NRZ-CLK2）
提供第二路时钟
PN
TH2（NRZ2）
提供第二路数字数据
模块10：
TH3（DIN1）
送入DBPSK成形滤波
TH2（DIN2）
TH7（I-OUT）
TH6（I-IN）
I路成形信号送入调制
TH9（Q-OUT）
TH8（Q-IN）
Q路成形信号送入调制
2、设置14号模块上两路信号的不同扩频码序列：
拨码开关S2为0001，拨码开关S3为0010，拨码开关S1和S4全置为0，序列长度设置开关设置为127位。
此时第一路扩频信号CDMA1则对应开关S1为0001的扩频码序列，第二路扩频信号CDMA2则对应开关S2为0010的扩频码序列。
（注：
待系统开电后需按复位键S7，以便系统加载14号模块的拨码开关的对应码值功能。
）
有兴趣的同学可以设置14号CDMA发送模块上两路不同扩频序列，保证二者不同即可，同时在后面的接收端也应注意接收不同码道信息而对应设置不同的扩频码。
此时CDMA发射系统的信号输出端口为：
10号模块的P1（调制输出），以及经过功放后的P2（发射天线）。
（二）搭建CDMA接收系统并联调。
本实验中可根据所需接收的信号搭建接收系统。
用于接收PN序列的系统和用于接收麦克音频信号的系统在实验连线上有些许联系和区别。
为方便系统的调试，建议先搭建用于接收PN序列的CDMA接收系统。
1、搭建用于接收PN序列的接收系统并联调。
（1）按下面表格所示，完成用于接收PN数字信号的CDMA接收系统的连线。
根据发送端的拨码情况，设置接收端15号CDMA接收模块中拨码开关S1=0010，拨码开关S4=0000。
待系统开电后需按复位键S2，以便系统加载15号模块的拨码开关的对应码值功能。
P1（调制输出）
模块15：
J4（扩频信号输入）
将扩频信号送入解扩单元
J3（解扩输出）
P1（解调输入）
送入解调单元
（2）开电，设置主控菜单，选择【移动通信】→【CDMA扩频通信系统实验】。
按14号模块和15号模块的复位开关。
此时信号源的PN序列和12号模块的编码输出都为8K数字信号，作为扩频前的信号源。
系统接收端用于恢复PN序列。
（3）联调系统，直至11号模块的Dout与信号源PN的码型一致。
联调操作说明：
用示波器探头分别接信号源PN和11号模块的Dout，并以连接PN序列的探头作为触发源。
联调过程中应注意对比观测Dout和PN的码元。
先慢慢调节15号模块的判决门限调节旋钮W2，注意捕获指示灯LED1的变化，捕获指示灯应从灭、到闪、然后保持长亮即可。
（有兴趣的同学此时可以观察一下测试点“相关1”的变化情况。
当指示灯灭时，“相关1”有相关峰出现，表明此时解扩码的码型与扩频码相同但是相对滑动的，相对滑动的序列无法用于后续解扩。
当继续调节W2至指示灯长亮时，“相关1”的相关峰消失，表明此时解扩码与扩频码同步了，此时对于码型相同且同步的解扩码则可用于后续解扩。
）然后缓慢调节11号模块的W1，W1主要用于相干解调时所需载波的相位调整，微调W1时应关注Dout输出码元的变化，并和PN序列比较；
调节过程中可配合按一下复位开关S3让系统重新识别载波相位。
最后直到11号模块的Dout与信号源PN的码型一致。
2、搭建用于接收音频信号的接收系统并联调。
在用于接收PN序列的接收系统的基础上增加若干连线，即可搭建成用于接收音频信号的接收系统。
并按下表所示增加的实验连线：
（1）根据发送端的拨码情况，先设置接收端15号CDMA接收模块中拨码开关S1=0001，拨码开关S4=0000。
）并按下表所示，增加实验连线：
TH5（BS-out）
TH4（译码时钟）
提供译码时钟信号
TH4（Dout）
TH3（译码输入）
送入信源译码单元
将耳机插入接收端的12号模块的耳机接口。
（2）参考用于接收PN序列的接收系统的操作步骤和联调方法，完成音频信号传输，用耳机感受话音效果。
注意，12号模块的复位键S1用于处理语音压缩编码和译码时序，在系统开电联调过程中需按一下复位键S1。
建议：
可先用PN序列作为信源，将本路扩频与解扩系统调通，再用12号模块的编码输出信号替换数字信号。
（三）搭建无线收发系统。
（选做）
步骤
（一）
（二）完成的是CDMA有线通信系统。
若想搭建CDMA无线通信系统，只需做如下调整。
（1）除去以下连线：
（2）分别将10号模块的P2（发射天线）和15号模块的J2（接收天线）接拉杆天线。
系统联调时，建议先以有线通信系统进行联调，再转为无线收发。
适当顺时针调节15号模块的增益调节旋钮W1（用于接收信号的前级放大），再参考步骤
（一）
（二）中操作说明和联调方法，尝试调通整个无线收发系统。
本实验中虽没有涉及2号模块的连线，但应将2号模块也开电。
2号模块的DoutMUX和BSOUT也可作为扩频输入端的数字信号和时钟信号，替代PN序列或替代12号模块的编码输出。
调节11号模块的W1，直到11号模块的Dout与信号源PN的码型一致
一开始进行联调：
先以信号源PN为参考信号，调节示波器的菜单按钮上方的旋钮，使其波形稳定不动；
接着调节11模块的W2旋钮，使其波形稳定后，两个序列达到同步状态；
此时连上耳机即可听到麦克风的声音。
只有采用完全相同的PN码序列且时间同步才能正确的接收对方的语音信号。
码分多址信号存在自身固有的干扰，从而造成语音接收会有较大的噪声。
FH-CDMA（跳频码分多址）通信系统实验
1、了解跳频（FH）通信系统架构及特性。
1、测量FH-CDMA移动通信实验系统发射端及接收端锁相频率合成器跳变信号，了解收发两端频率是否按同一跳频序列同步跳变（同地址FH-CDMA）或按不同跳频序列跳变（不同地址FH-CDMA）。
2、测量同地址与不同地址FH-CDMA发射端及接收端的有关信号与数据。
1、主控&
信号源、12、10、11、16号模块各一块
2、双踪示波器一台
3、连接线若干
跳频通信系统实验原理框图
跳频通信系统发送端是将模拟信号源经过12号模块语音压缩转换成数字信号，然后通过10号模块的调制功能，将信号搬移到高频上进行传输，再与跳频信号发生器的信号进行混频，形成跳频信号输出；
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