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一、验设计方案 实验序号 实验时间 06 2012年4月25日 实验名称 实验室 CDMA移动通信系统 1．实验目的 1.1 了解扩频通信的基本性质。 1.2 了解CDMA通信系统的主要构成。 2． 实验原理、实验流程或装置示意图 1 扩频与解扩、PSK调制与解调 （1）扩频与解扩 扩频操作又叫做信道化操作，就是用一个高速数字序列（m序列或者Gold序列）与数字信号相乘，把一个一个的数据符号转换成一系列码片，从而大大提高了数字符号的速率，增加了信号带宽。这一定义包括以下三方面的意思： a、信号频谱被展宽了。在常规通信中，为了提高频率利用率，通常都是采用大体相当带宽的信号来传输信息，即在无线电通信中射频信号的带宽和所传信息的带宽是属于同一个数量级的，但扩频通信的信号带宽与信息带宽之比则高达100～1000，属于宽带通信，原因是为了提高通信的抗干扰能力，这是扩频通信的基本思想和理论依据。扩频通信系统扩展的频谱 越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。 b、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。由信号理论知道，脉冲信号宽度越窄，其频谱就越宽，即信号的频带宽度和脉冲宽度近似成反比，因此，越窄的脉冲序列被所传信息调制，越可以产生频带很宽的信号。扩频码序列就是很窄的脉冲序列。 c、在接收端用与发送端完全相同的扩频码序列来进行解扩。 图39-1为直接序列扩频的示意图： 信息码元相乘调制信道相乘解调信息码元PN码本振PN码本振 图39-1 直接序列扩频 直接序列扩频通信的过程是将待传送的信息码元与伪随机序列相乘，在频域上将二者的频谱卷积，将信号的频谱展宽，展宽后的频谱呈窄带高斯特性，经载波调制之后发送出去。在接收端，一般首先恢复同步的伪随机码，将伪随机码与调制信号相乘，这样就得到经过信息码元调制的载波信号，再作载波同步，解调后得到信息码元。 （2）PSK调制与解调 BPSK即PSK(二相绝对移相键控)，即用二进制基带数字信号来控制载波的相位。载波的00相位（通常为0和180）随调制信号0和1改变，这种调制即为BPSK。BPSK信号是双极性非归零码的双边带调制，因此抑制了载波分量。 BPSK调制器可表示为： 相乘器基带数字信号已调数字信号cosω0t图39-2 BPSK调制器 BPSK的信号解调有两种方法：一种是相干解调，另一种是非相干解调。相干解调性能优于非相干解调，但相干解调要求接收机产生一个与收到的载波信号同频同相的参考载波信号，称为相干载波。 2 CDMA发射部分 CDMA模块发射部分的原理框图如图39－3所示。 第一路信息码使用信号源模块产生的NRZ码，第二路信息码使用CDMA模块自身产生的31位m序列，简称PN31。两路扩频码均为在CDMA模块CPLD中产生的127位Gold序列，其中Gold1受8PIN开关SW02的后7位控制，可以任意改变；Gold2是固定的，其控制开关始终为“0000001”。两路信息码分别与Gold1和Gold2进行扩频后，再进行PSK调制。当用连接线将PSK2与IN2连接起来时，发射部分输出点OUT输出的信号即为这两路信号的叠加。 信号源NRZ-IN扩频1NRZ-KPPSK调制1PSK1SW2控制GOLD序列发生器1455K正弦波加法器OUT伪随机序列发生器PN31扩频2PN31-PNPSK调制2PSK2IN2GOLD序列发生器2 图39-3 CDMA模块发射部分原理框图 3 CDMA接收部分 接收部分又由捕获和跟踪两部分构成，其原理框图如图39-4所示。 解调模块IN1乘法器1GD-TX乘法器2超前1/2位GD-CQZH1ZH2CQ1BPF2CQ2包络检波2VCO-CTX1BPF1包络检波1TX3门限判决TX2减法器BPF3包络检波3乘法器3滞后1/2位GD-ZHVCOGOLD序列发生器3控制SW1扣码电路判断是否停止扣码 图39-4 CDMA模块接收部分原理框图 为了方便实验，我们在门限判决处加了一个旋转电位器“捕获”（P01），用于改变比较的门限值，以捕获有用信号，同时用发光二极管LED03的亮灭来判断是否已捕获到有用信号。同时，在VCO处加了一个旋转电位器“跟踪”（P02），用来调节VCO的压控信号的直流电平，增大接收端的时钟调节范围，使锁相更容易。 接收端的扩频码Gold3受8PIN开关SW01的后7位控制。因此，当SW01的后7位与SW02后7位一致时（非0000001），解调出的信息码为信号源输出的NRZ码；当SW01的后7位为0000001时，解调出的信息码为31位的m序列。 3．实验设备及材料 （1） 信号源模块 （2） CDMA模块 (3) 数字解调模块 (4) 频谱分析模块 (5) 20M双踪示波器 (6) 频谱分析仪（选用） (7) 连接线 一台 一台 若干 4．实验方法步骤及注意事项 1 将信号源模块、CDMA模块、数字解调模块和频谱分析模块小心地固定在主机箱上，确保电源接触良好。 2 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下四个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管发光，各模块开始工作（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）。 3 观察基带信号扩频前后谱变化的实验 4 观察扩频后PSK调制波形的实验 （1）将1M-IN接信号源模块的1024K的方波，NRZ-IN接信号源模块产生的码速率为4KHz的NRZ码。 （2）将SW01第1位拨到外，SW02第1位拨到有，SW01第2～8位为非0000001的任一数，SW02与SW01的第2～8位相同，按复位键。 （3）用示波器观测比较NRZ-KP和PSK1的波形，比较扩频NRZ码与其调制后的区别。 5 观察两路扩频信号叠加后波形的实验 （1）将1M-IN接信号源模块的1024K方波，NRZ-IN接信号源模块产生的码速率为4KHz的NRZ码。连接IN2和PSK2，将两路扩频、调制后的信号在同一信道中传输。 （2）将SW01第1位拨到外，SW02第1位拨到有，SW01第2～8位为非0000001的任一数，SW02与SW01的第2～8位相同，按复位键。 （3）用示波器观测OUT的波形，该点即为两路扩频信号叠加后的输出点。 6 扩频、解扩与基带解调。 （1）连接OUT和IN1，1M-IN接信号源模块的1M的方波，NRZ-IN接信号源模块产生的码速率为4KHz的NRZ码，TX2连接数字解调模块的PSK-IN，455K连接数字解调模块的PSK载波输入，信号源模块的BS信号连接数字解调模块的PSK-BS（数字解调模块的S01拨“0”，选取PSK解调方式）。 （2）将SW01的第一位拨为外，第2位到第8位拨为非0000001，SW02的第一位拨为有，第2～8位与SW01的第2～8位相同，按复位键。 （3）调节数字解调模块的PSK判决电压调节旋钮，使“PSK解调输出”点的信号与NRZ码一致。该信号即为解扩、解调后得到的NRZ码。 （4）用示波器观测NRZ-IN、NRZ-KP、PSK1、TX2、PSK解调输出的波形和频谱。 7 码分多址的实验 （1）连接IN2和PSK2、OUT和IN1，1M-IN接信号源模块的1M的方波，NRZ-IN接信号源模块产生的码速率为4KHz的NRZ码，TX2连接数字解调模块的PSK-IN，455K连接数字解调模块的PSK载波输入，信号源模块的BS信号连接数字解调模块的PSK-BS（数字解调模块的S01拨“0”，选取PSK解调方式）。 （2）将SW01的第一位拨为外，第2位到第8位拨为非0000001，SW02的第一位拨为有，第2～8位与SW01的第2～8位相同，按复位键。 （3）调节数字解调模块的PSK判决电压调节旋钮，使“PSK解调输出”点的信号与NRZ码一致。该信号即为解扩、解调后得到的NRZ码。 （4）将SW01第2位到第8位拨为0000001，SW02的第2～8位拨为非0000001，按复位键。 （5）此时测“PSK解调输出”点和PN-OUT输出点，调节数字解调模块的PSK判决电压调节旋钮，使两者码元相同。该信号即为解扩、解调后得到的PN码。 8 扩频码定时偏移对解扩的影响实验 （1）连接IN2和PSK2，OUT和IN1，1M-IN接信号源模块的1M的方波，NRZ-IN接信号源模块产生的码速率为4KHz的NRZ码，TX2连接数字解调模块的PSK-IN，455K连接数字解调模块的PSK载波输入，信号源模块的BS信号连接数字解调模块的PSK-BS（数字解调模块的S01拨“0”，选取PSK解调方式）。 （2）将SW01的第一位拨为外，第2位到第8位拨为非0000001，SW02的第一位拨为有，第2～8位与SW01的第2～8位相同，按复位键。 （3）将捕获电位器顺时针旋到底，LED03为亮。示波器通道1接F-IN，通道2接VCO，此时可在示波器上看到两个方波有相对位移，调P02，使滑动速度尽量慢，但仍有滑动。 （4）将捕获电位器逆时针旋到底，LED03灭。此时又看到两个方波滑动变快，顺时针慢慢调节捕获旋钮，调到LED03刚好为亮，按住复位键LED03灭，松开复位键LED03亮，以此来确定接收端捕获到了发送端的Gold序列。 （5）示波器通道1接NRZ-KP，通道2接GD-TX，在示波器上可看到两组PN码相同，即接收端捕获到了发送端的Gold序列。（为便于观察，可将NRZ码拨为全1） （6）调节跟踪旋钮，使上述两组PN码相位不完全相同。 （7）调节数字解调模块的PSK判决电压调节旋钮，使“PSK解调输出”点的信号与NRZ码一致。 （8）比较实验7和实验8的效果，得出扩频码定时偏移对解扩影响的结论。 说明：拨码开关SW01第一位拨到“内”，表明CPLD的时钟由压控钟振提供；拨到“外”，表明CPLD的时钟由信号源模块输入的1MHz的信号提供。 拨码开关SW02第一位拨到“有”，表明“超前”、“滞后”两路有GLOD码输出，环路存在鉴相特性，输入、输出信号可以正确锁定；拨到“无”，表明“超前”、“滞后”两路无GLOD码输出。 5．实验数据处理方法 利用示波器分析波形得出结论 6．参考文献 （1）《通信原理》 樊昌信 著 （2）《代通信原理实验及实训》

二、报告 1．实验现象与结果 1、NRZ－KP测试点（扩频NRZ码输出点，与信 2、PSK1测试点（扩频NRZ码经过 号源的NRZ码一起双踪观察）输出的波形 BPSK调制输出点，与NRZ—KP一起双踪观察）输出的波形 3、OUT测试点（发送端信号输出点，即为两路 4、数字解调的PSK—OUT测试点（与 扩频信号叠加后的输出点）输出的波形 信号源的NRZ码一起双踪观察）输出 的波形（调节 PSK判决电压调节按钮， 使其输出为解扩、调制后的NRZ码）