《扩频通信》实验指导书.docx

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《扩频通信》实验指导书

《扩频通信》

实验指导书

王玮

中南大学信息科学与工程学院电子与通信工程系

二〇一五年四月

m序列、Gold序列产生及特性分析实验8

实验基本操作规范

为做好本实验，这里为实验者提出了一定的操作参考方法，请按本说明做好实验前期模块准备、参数设置、波形观测等一系列基本操作：

⒈实验前先检查所需模块是否固定好，供电是否良好。

在未连线的情况下打开实验箱总电源开关及各模块电源开关，模块右边电源指示灯应全亮；若不亮，请关电后拧紧模块四角的螺丝再检查。

⒉准备工作做完后，请在断电情况下根据实验指导书步骤进行连线。

⒊打开电源开关后需要先进行菜单设置再进行实验。

通电后，首先弹出的是公司LOGO界面，然后自动进入到主菜单界面，旋转控制旋钮选择所需实验课程，按下旋钮进入实验课程，再在实验课程中选择所需实验。

选择所需实验时会弹出响应的实验信息提示，按下确定键，提示框即消失，进入所选实验界面。

⒋实验观测前，需要调节信号源输出信号相关参数。

用示波器探头夹夹住导线的金属头，将导线另一头连接待测信号源输出端口，再调节相应旋钮和按键开关。

⒌观测实验波形时，有三种基本测试方法。

⑴对于测试勾，可直接用示波器探头夹夹住测试勾后并确定夹紧即可；

⑵或将示波器探头夹取下来，直接用探头夹接触测试点，观察波形时需要注意固定好示波器探头；

⑶对于台阶插座，可用导线连接台阶座与示波器探头夹子，连接方法与上面第⒋点中的叙述相同。

⒍本实验指导书中实验步骤基本分为四点：

⑴连线；

⑵实验初始状态设置，此设置中包含菜单设置，实验前模块拨码开关设置以及信号源输出设置等；

⑶实验初始状态说明，统一说明了实验中各信号源初始状态及实验环境；

⑷观测，针对各实验项目要求，用示波器等辅助仪器观测并记录实验结果。

主控&信号源模块说明

一、按键及接口说明

图1主控&信号源按键及接口说明

二、功能说明

该模块可以完成如下五种功能的设置，具体设置方法如下：

1、模拟信号源功能

模拟信号源菜单由“信号源”按键进入，该菜单下按“选择/确定”键可以依次设置：

“输出波形”→“输出频率”→“调节步进”→“音乐输出”→“占空比”（只有在输出方波模式下才出现）。

在设置状态下，选择“选择/确定”就可以设置参数了。

菜单如下图所示：

（a）输出正弦波时没有占空比选项（b）输出方波时有占空比选项

图2模拟信号源菜单示意图

注意：

上述设置是有顺序的。

例如，从“输出波形”设置切换到“音乐输出”需要按3次“选择/确定”键。

下面对每一种设置进行详细说明：

a.“输出波形”设置

一共有6种波形可以选择：

正弦波：

输出频率10Hz~2MHz

方波：

输出频率10Hz~200KHz

三角波：

输出频率10Hz~200KHz

DSBFC（全载波双边带调幅）：

由正弦波作为载波，音乐信号作为调制信号。

输出全载波双边带调幅。

DSBSC（抑制载波双边带调幅）：

由正弦波作为载波，音乐信号作为调制信号。

输出抑制载波双边带调幅。

FM：

载波固定为20KHz，音乐信号作为调制信号。

b.“输出频率”设置

“选择/确定”顺时针旋转可以增大频率，逆时针旋转减小频率。

频率增大或减小的步进值根据“调节步进”参数来。

在“输出波形”DSBFC和DSBSC时，设置的是调幅信号载波的频率；

在“输出波形”FM时，设置频率对输出信号无影响。

c.“调节步进”设置

“选择/确定”顺时针旋转可以增大步进，逆时针旋转减小步进。

步进分为：

“10Hz”、“100Hz”、“1KHz”、“10KHz”、“100KHz”五档。

d.“音乐输出”设置

设置“MUSIC”端口输出信号的类型。

有三种信号输出“音乐1”、“音乐2”、“3K+1K正弦波”三种。

e.“占空比”设置

“选择/确定”顺时针旋转可以增大占空比，逆时针旋转减小占空比。

占空比调节范围10%~90%，以10%为步进调节。

2、数字信号源功能

数字信号源菜单由“功能1”按键进入，该菜单下按“选择/确定”键可以设置：

“PN输出频率”和“FS输出”。

菜单如下图所示：

图3数字信号源菜单

a.“PN输出频率”设置

设置“CLK”端口的频率及“PN15”端口的码速率。

频率范围：

1KHz~2048KHz。

b.“PN输出码型”设置

c.“FS输出”设置

设置“FS”端口输出帧同步信号的模式：

模式1：

帧同步信号保持8KHz的周期不变，帧同步的脉宽为CLK的一个时钟周期。

（要求“PN输出频率”不小于16K，主要用于PCM、ADPCM编译码帧同步及时分复用实验）

模式2：

帧同步的周期为8个CLK时钟周期，帧同步的脉宽为CLK的一个时钟周期。

（主要用于汉明码编译码实验）

模式3：

帧同步的周期为15个CLK时钟周期，帧同步的脉宽为CLK的一个时钟周期。

（主要用于BCH编译码实验）

3、移动通信实验菜单功能

按“主菜单”按键后的第一个选项“移动通信”，再确定进入各实验菜单。

进入“移动通信”菜单后，逆时针旋转光标会向下走，顺时针旋转光标会向上走。

按下“选择/确认”时，会设置光标所在实验的功能。

有的实验有会跳转到下级菜单，有的则没有下级菜单，没有下级菜单的会在实验名称前标记“√”符号。

在选中某个实验时，主控模块会向实验所涉及到的模块发命令。

因此，需要这些模块电源开启，否则，设置会失败。

实验具体需要哪些模块，在实验步骤中均由说明，详见具体实验。

4、模块设置功能*（该功能只在自行设计实验时用到）

按“主菜单”按键后的第二个选项“模块设置”，再确定进入模块设置菜单。

在“模块设置”菜单中可以对各个模块的参数分别进行设置。

如下图所示：

图4“模块设置”菜单

a.1号语音终端&用户接口

设置该模块两路PCM编译码模块的编译码规则是A律还是μ律。

b.2号数字终端&时分多址

设置该模块BSOUT的时钟频率。

c.3号信源编译码

可设置该模块FPGA工作于“PCM编译码”、“ADPCM编译码”、“LDM编译码”、“CVSD编译码”、“FIR滤波器”、“IIR滤波器”、“反SINC滤波器”等功能（测试功能是生产中使用的）。

由于模块的端口会在不同功能下有不同用途，下面对每一种功能进行说明：

i.PCM编译码

FPGA完成PCM编译码功能，同时完成PCM编码A/μ律或μ/A律转换的功能。

其子菜单还能够设置PCM编译码A/μ律及A/μ律转换的方式。

端口功能如下：

编码时钟：

输入编码时钟。

编码帧同步：

输入编码帧同步。

编码输入：

输入编码的音频信号。

编码输出：

输出编码信号。

译码时钟：

输入译码时钟。

译码帧同步：

输入译码帧同步。

译码输入：

输入译码的PCM信号。

译码输出：

输出译码的音频信号。

A/μ-In：

A/μ律转换输入端口。

A/μ-Out：

A/μ律转换输出端口。

ii.ADPCM编译码

FPGA完成ADPCM编译码功能，端口功能和PCM编译码一样。

iii.LDM编译码

FPGA完成简单增量调制编译码功能，端口除了“编码帧同步”和“译码帧同步”是没用到的（LDM编译码不需要帧同步），其他端口功能与PCM编译码一样。

iv.CVSD编译码

FPGA完成CVSD编译码功能，端口除了“编码帧同步”和“译码帧同步”是没用到的（CVSD编译码不需要帧同步），其他端口功能与PCM编译码一样。

v.FIR滤波器

FPGA完成FIR数字低通滤波器功能（采用100阶汉明窗设计，截止频率为3KHz）。

该功能主要用于抽样信号的恢复。

端口说明如下：

编码输入：

FIR滤波器输入口。

译码输出：

FIR滤波器输出口。

vi.IIR滤波器

FPGA完成IIR数字低通滤波器功能（采用8阶椭圆滤波器设计，截止频率为3KHz）。

该功能主要用于抽样信号的恢复。

端口与FIR滤波器相同。

vii.反SINC滤波器

FPGA完成反SINC数字低通滤波器。

该功能主要用于消除抽样的孔径效应。

端口与FIR滤波器相同。

d.7号时分复用&时分交换

功能一是设置时分复用的速率256Kbps/2048Kbps。

功能二是当复用速率为2048Kbps时，调整DIN4时隙。

e.8号基带编译码

设置该模块FPGA工作在“AMI”、“HDB3”、“CMI”、“BPH”编译码模式。

f.10号软件无线电调制

设置该模块的BPSK的具体参数。

具体参数有：

是否差分：

设置输入信号是否进行差分，即是BPSK还是DBPSK调制。

PSK调制方式选择：

设置BPSK调制是否经过成形滤波。

输出波形设置：

设置“I-Out”端口输出成形滤波后的波形或调制信号。

匹配滤波器设置：

设置成形滤波为升余弦滤波器或根升余弦滤波器。

基带速率选择：

设置基带速率为16Kbps、32Kbps、56Kbps。

g.11号软件无线电解调

设置该模块的两个参数，BPSK解调是否需要逆差分变换和解调速率。

5、系统升级

此选项用于模块内部程序升级时使用。

三、注意事项

1、实验开始时要将所需模块固定在实验箱上，并确定接触良好，否则菜单无法设置成功。

2、信号源设置中，模拟信号源输出步进可调节，便于不同频率变化调节。

m序列、Gold序列产生及特性分析实验

一、实验目的

1、了解m序列、Gold序列的特性及产生。

二、实验器材

1、主控&信号源模块、14号模块各一块

2、双踪示波器一台

3、连接线若干

三、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

⑴实验原理框图

Gold序列相关特性实验框图

⑵实验框图说明

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。

四、实验步骤

1、m序列

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。

2、Gold序列

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”。

将开关S6拨至“127位”，设置PN序列长度为127位。

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。

五、实验报告

1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程。

2、观测并分析实验过程中的实验现象。

直接序列扩频实验

一、实验目的

1、了解直接序列扩频原理和方法。

2、了解扩频前后信号在时域及频域上的变化。

二、实验器材

1、主控&信号源模块、10号、14号模块（、2号模块）各一块

2、双踪示波器一台

3、连接线若干

三、实验原理

1、实验原理框图

14号模块框图

直接序列扩频实验框图

2、实验框图说明

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。

可以看到扩频码可以从14号模块通过拨码开关设置为m序列或Gold序列。

将“序列1”或“序列2”设置为m序列或Gold序列，方法见“m序列、Gold序列产生及特性分析实验”。

四、实验步骤

1、按框图所示连线。

源端口

目标端口

连线说明

信号源：

PN15

模块14：

TH3（NRZ1）

数据送入扩频单元

信号源：

CLK

模块14：

TH1（NRZ-CLK1）

时钟送入扩频单元

模块14：

TH4（CDMA1）

模块10：

TH3（DIN1）

扩频后加调制

模块10：

TH7（I-Out）

模块10：

TH5（I-In）

I路成形信号加载频

模块10：

TH9（Q-Out）

模块10：

TH8（Q-In）

Q路成形信号加载频

2、选择主菜单【移动通信】→【直接序列扩频】，再根据实验框图说明，分别设置不同的扩频码，对比观测NRZ1和CDMA1，从时域和频域上观测扩频前后波形变换情况。

（设置完各个开关按下S7,使模块工作于设置功能）

3、观测14模块TH3、G1、TH4，10模块“调制输出”TP1，对比扩频前后调制信号变化情况。

五、实验报告

1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程。

2、观测并分析实验过程中的实验现象。