移动通信实验指导书36.docx
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移动通信实验指导书36.docx
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移动通信实验指导书36
实验三、复合地址码扩频调制及PN码解扩
一、实验目的
1、掌握发端复合地址码扩频调制及收端PN码解扩的基本原理。
2、掌握扩频调制及解扩的实现过程。
二、实验条件
1、示波器
2、移动通信实验箱
三、实验原理
发端BS1导频信道扩频基带信号
PIL=PN1(t)(5-1)
同步信道扩频基带信号
SYss=SYfr
W8
PN1(5-2)
用户1由信道地址码Wi单独扩频的扩频基带信号
D1w=Dlxs
Wi(5-3)
用户1由信道地址码Wi及基站地址码PN1复合扩频的扩频基带信号
Dlss=Dlw
PN1=Dlxs
Wi
PN1(5-4)
则BS1总的扩频基带信号
Dss=PIL+SYss+Dlss+…
经BPSK调制后输出
BPSK1=Dss·cos
IFt
=PIL·cos
IFt+SYss·cos
IFt+D1ss·cos
IFt+…(5-5)
接收端收到的中频信号fIF-RX也可用式(3-11-5)表示,则由模拟乘法器M5构成的PN码解扩器输出
fIF-des=fIF-RX·PN1(t)
=(PIL·cos
IFt+SYss·cos
IFt+Dlss·cos
IFt+…)·PN1(t)
将式(5-1)、式(5-2)及式(5-4)代入上式,并用到
与乘法器等效的关系,得
fIF-des=PN1(t)·PN1(t)·cos
IFt;导频信道
+SYfr·W8·PN1(t)·PN1(t)·cos
IFt;同步信道
+Dlxs·Wi·PN1(t)·PN1(t)·cos
IFt;用户1业务信道
+…
将PN1(t)·PN1(t)=+1·+1/-1·-1=1代入上式得
fIF-des=cos
IFt;导频信道
+SYfr·W8·cos
IFt;同步信道
+Dlxs·Wi·cos
IFt;用户1业务信道(5-6)
四、实验内容与要求
(一)扩频调制测量步骤
1、实验箱设置:
插上BS1、BS2及MS天线。
Dl设置为全1。
2、示波器设置:
外触发,下降沿触发,外触发信号接自BS1的帧同步FS;二个测量通道都为直流耦合,2V/DIV。
3、示波器一个通道测量发端BS1用户1基带信号Dlxs,另一个通道顺次测量Wi、Dlw、PN1及Dlss,将时序对齐记录在表5-1,验证是否满足式(5-3)及式(5-4)复合地址码扩频调制的关系式。
4、示波器二个通道同时测量PN1及PIL,观测二者是否相同
(二)PN码解扩(去扰)测量步骤
1、发端BS1关断同步信道SYch,以免同步信道信号形响下一步的信号观测。
2、示波器二个通道同时测量发端BS1的Dlw(发端用户1基带信码Dlxs仅被Wi扩频的扩频基带信号)及收端MS的Drw(收端仅剩下Walsh码扩频的扩频基带信号),比较二者是否相同(不考虑Drw中的毛刺及导频信道输出的直流分量,参见式(3-11-8)),
接收的D1复合地址码扩频信号是否已经PN码解扩(去扰)。
3、在MS的“PN码捕获及解扩”模块中按下“开环”键,断开PN码捕获环路,使PN码失步,PN码同步指示灯灭,接收信号未能正常地PN码解扩及载波解调,再观测比较Drw是否与Dlw相同。
4、释放收端MS“开环”键,观测收端MS能否实现PN码同步(PN码同步指示灯常亮)。
然后发端BS1打开同步信道SYch,使收端MS又实现PN码同步(PN码同步指示灯常亮)及帧同步(帧同步指示灯常亮),收发二端LED显示信码Dr与Dl相同。
实验四、多基站、多信道、多用户同步CDMA移动通信系统
一、实验目的
1、掌握多基站、多信道、多用户同步CDMA移动通信实验系统原理。
2、掌握IS95及cdma2000移动通信系统的基本原理。
二、实验条件
1、示波器
2、移动通信实验箱
三、实验原理
同步CDMA移动通信系统各基站的基站地址码使用同一M序列,只是时间偏置或者说序列相位不同。
各基站的基站地址码必须严格按这个相位产生,即按此规定同步。
实际同步CDMA移动通信系统,例如IS95及cdma2000,PN码的同步是各基站各自用GPS接收全球定位系统的时钟,由这同一时钟实现同步。
本实验系统二个基站PN码的同步比较简单,它们由同一片CPLD(CPLD3)按规定的相位产生,自然就同步了。
四、实验内容与要求
1、设置实验箱及示波器
(1)在“通信系统制式”模块上,设置系统为“同步CDMA”方式。
在“D1信道编码设置”模块上,设置“D1无人为误码”及“无交织/去交织”。
在信码“D2、D3、D4数据格式”模块上设置它们为“开关设置”。
在MS的“PN捕获及解扩”模块上设置“PN码同步方式”为“检测同步信道”正常工作方式。
(2)设置BS1的二个用户业务信道地址码为互不相同的14个业务信道之一,即Wi≠Wj,且Wi、Wj≠W0、W8。
同样,设置BS2的二个用户业务信道地址码满足:
WK≠WL,且WK、WL
W0、W8。
而二个基站用户业务信道之间没有约束,可以不同,也可以相同,但为了后面某些步骤操作方便,本实验要求设置得相同,即Wi=WK及Wj=WL。
各基站用户的信码D1~D4可以任意设置,但为了后面实验观察方便,建议设置得各不相同,例如D1=D10…D16=0000001,D2=0000011,D3=0000111,D4=0001111。
(3)BS1“输出幅度”调到最大,BS2的调到0。
(4)MS接收地址码设置:
接收基站地址码为BS1,接收信道地址码为Wr=Wi,即接收BS1用户1业务信道的信码D1。
(5)示波器设置为:
外触发,上升沿触发,外触发信号接自BS1的帧同步FS;两个测量通道都设置为:
直流耦合,2V/DIV。
2、示波器CH1观测BS1的PN码同步信号PNS,CH2观测BS1的PN码即0时间偏置的5阶M序列PN1,记录在表6-1中。
然后CH2观测BS2的PN码,即滞后PN1为4个码片周期的同一5阶M序列PN2,亦记录在表6-1中。
3、打开BS1信道PIL、SYch、D1ss及D2ss,用示波器测量各个信道扩频基带信号PIL、SYss、D1ss及D2ss的幅度,比较是否相等。
然后按表4-2测量并记录各信道扩频基带信号线性叠加后的总信号Dss,验证是否为各信道信号的线性叠加(经过线性叠加电路后,各个信道扩频基带信号的幅度衰减了一半,由输入4Vp-p(CMOS电平0~4V)衰减为2Vp-p双极性(+/-二种极性),以防叠加后总信号幅度太大而超过叠加电路运放线性动态范围),叠加后信号是否为多电平、双极性。
4、同时打开发端BS1的PIL、SYss、D1ss、D2ss及发端BS2的PIL、SYss、D3ss、D4ss,二个基站发射信号“输出幅度”都调到最大。
按步骤7.重新调整好PN码捕获电路的比较门限电圧Ec。
然后按表3-14-3进行测量并作记录。
观测、了解多基站、多信道、多用户同步CDMA系统运行的全过程。
在收端各模块都已同步,接收到发端信码后,可拨动发端对应用户的信码设置拨码开关,改变其LED显示的信码,观察收端LED显示的接收信码是否发生相应改变,收发两端的信码总是保持一致。
注:
由于二个基站各自都打开4个信道,基站之间的多址干扰比较大,可能会影响收端PN码同步。
因此,当收端MS在接收某基站信号时,可能要将该基站发射信号幅度调到最大,同时将另一基站的调小些。
实验五、多机组网DS-CDMA移动通信系统
一、实验目的
1、了解多机组网DS-CDMA移动通信系统工作原理。
2、掌握DS-CDMA移动通信系统空中接口的工作原理与特点。
二、实验条件
1、多台实验箱
2、天线
三、实验原理
本实验箱上的基站BS及移动台MS本来是独立的电路,为了在同一台实验箱上构成完整的DS-CDMA系统,方便做实验,而放在同一台实验箱内(单机组网)。
实际上,实验箱也可单独作为基站或移动台工作,用多台实验箱组成多基站、多信道、多用户的DS-CDMA移动通信系统(多机组网)。
常用的多机组网方案是,用一台实验箱作为二个基站,用一~四台实验箱作为一~四个移动台,作为基站的实验箱仅在BS1及BS2模块挿上天线,作为移动台的实验箱仅在MS模块挿上天线,将所有天线全部拉出,即构成多机组网DS-CDMA移动通信系统,在该系统上可重复前面的实验内容。
四、实验内容与要求
1、将作为基站的一台实验箱(以下简称“基站实验箱”)及作为移动台的一~四台实验箱(以下简称“移动台实验箱”)放在同一实验桌上,距离尽可能近,并使用同一220V交流电源板(保证在220V交流电源接地不良时,所有实验箱仍共地良好)。
2、“基站实验箱”仅在BS1及BS2模块挿上天线,“移动台实验箱”仅在MS模块挿上天线,将所有天线全部拉出(注:
仅实验二十需将天线拉出,其它所有实验天线一律不要拉出)。
打开实验箱电源。
3、调准“移动台实验箱”接收机本振频率。
(1)“基站实验箱”仅打开BS1导频信道PIL。
“移动台实验箱”MS的PN码同步设置为“不检测同步信道”工作方式,调整好捕获相关器输出Ri的比较门限电压Ec,使能正常实现PN码同步,PN码去扰后的导频信道恢复出中频载波。
(2)示波器测量“移动台实验箱”MS的“载波提取”模块内,由晶体压控振荡器VCXO2等构成的载波提取PLL的环路控制电压uc。
示波器测量通道设置:
DC、1V/DIV;时基设置:
10ms/DIV。
(3)调整“移动台实验箱”本振频率:
用无感绝缘起子调整“本振信号”模块调整孔内本振信号的半可变电容,使uc的差拍电圧频率降低,最后成为Vcc/2=5V/2=2.5V的直流电圧。
(4)在“移动台实验箱”上按“开环”键使PN码同步电路失步,导频信道不能正常去扰,未恢复出中频载波,载波提取PLL无输入中频信号而失锁,uc成为起伏噪声电压;释放“开环”键,PLL锁定,uc又成为2.5V直流。
这表明步骤3.
(1)~(3)的调整结果是正确的,本振频率已调准,载波提取电路已能正常工作;否则重复步骤3.
(1)~(3)。
实验六、同步CDMA系统PN码同步
一、实验目的
1、熟悉同步CDMA系统PN码同步原理。
2、设计、开发PN码同步有关电路。
二、实验条件
1、移动通信实验箱
2、示波器
三、实验原理
CDMA系统收端PN码同步子系统在实验六中有较详细介绍,不再重述。
下面只介绍待设计、开发的数字逻辑电路部分有关内容。
PN码同步子系统的数字逻辑电路包括扣脉冲门、÷N分频器、PN码发生器及其后的TP/2延时电路三个部分,全部在MS模块的CPLD4中实现。
PN码同步脉冲PNS的作用有二个:
(1)示波器观测PN码时的同步脉冲;
(2)送给CPLD5作为Walsh码发生器的同步脉冲,以保证二个序列的同步关系。
为此,PNS的负脉冲宽度应限制在1个fp时钟周期以内,如图8-1所示,不要复盖了时钟脉冲的触发沿。
图8-1PNS同步脉冲与时钟沿的关系
四、实验内容与要求
1、实验箱设置:
置“同步CDMA”工作方式;“PN码同步方式”设置为“不检测同步信道”工作方式;BS1及MS插上拉杆天线(天线不要拉出);发端BS1仅打开导频信道PIL,将发射信号幅度调到最大;关断BS2所有信道。
示波器设置:
外同步,外同步信号接自BS1的帧同步FS。
示波器二个通道同时观测发端BS1的TX1及收端MS的fIF-RX,可见到正常信号。
3、示波器设置为:
CH1内触发;CH1及CH2都是直流耦合、1~2V/DIV。
再进行以下测量。
(1)CH1测量收端MS的PNS,CH2测量收端MS的PN(0),与表4-21-1对比是否相符。
(2)CH1测量收端Ri,CH2测量Uc。
在“PN码捕获及解扩”模块中按下“开环”键,观测Ri及Uc波形;测量Ri相关峰重复周期的计算值。
(3)CH1测量Ri,CH2测量门限电压Ec,在“PN码捕获及解扩“模块中按下“开环”键,调整Ec(调“开环”键旁的电位器RV3),使Ec仅与Ri自相关峰相交,而不与自相关旁瓣相交。
释放“开环”键,观测能否实现PN码同步(完成捕获至实现跟踪),并且“PN码捕获及解扩”模块中的PN码同步LED指示灯常亮;再按下“开环”键,又处于开环持续捕获状态;再释放“开环”键,…。
4、示波器设置:
外触发,下降沿触发,外触发信号接自发端BS1的PNS,二个测量通道设置不变。
再进行以下测量。
(1)示波器二个通道同时观测发端BS1的PN1及收端MS的PN(0),二个序列应该相同并且同步(收端PN(0)有点传输时延)。
按下“开环”键,收端PN(0)码滑动;释放“开环”键,收端PN(0)码又与发端PN1同步。
(2)示波器CH1测量收端PN(0),CH2测量PN(+)及PN(-),观测PN(+)及PN(-)是否超前及滞后PN(0)为TP/2。
5、观测收端Walsh码与PN码是否同步
(1)示波器设置:
CH1内触发。
CH1测量收端PSN,CH2测量收端PN(0),观测PNS脉冲宽度及位置
(2)示波器设置:
外同步,外触发信号接自收端PNS。
示波器二个通道同时观测收端的PN(0)及Wr,改变Wr的设置,观测Wr与PN(0)是否同步。
(2)CPLD4中还有载波提取模块的部分电路,本设计实验未考虑,因而载波提取及其后面的电路不能正常工作。
本实验只要求设计完成PN码同步电路。
(3)设计完成后将CPLD4原始程序重新下载。
然后打开BS1的PIL、SYch、D1ss及D2ss,打开BS2的PIL、SYch、D3ss及D4ss,将发射信号的幅度都调到最大。
再将“PN码同步方式”还原为“检测同步信道”工作方式,按实验七调整好Ri比较门限电压Ec的幅度,能正常实现PN码同步,以便做其它实验。
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