《擴頻通信》實驗指導(dǎo)書

1、擴頻通信實驗指導(dǎo)書王瑋中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與通信工程系二一五年四月II中南大學(xué)（鐵道學(xué)院）信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與通信工程系目 錄實驗基本操作規(guī)范1主控&信號源模塊說明2擴展頻譜技術(shù)8m序列、Gold序列產(chǎn)生及特性分析實驗8直接序列擴頻實驗11綜合實驗CDMA擴頻通信系統(tǒng)實驗13FH-CDMA（跳頻碼分多址）通信系統(tǒng)實驗擴頻通信實驗報告第11頁實驗基本操作規(guī)范為做好本實驗，這里為實驗者提出了一定的操作參考方法，請按本說明做好實驗前期模塊準備、參數(shù)設(shè)置、波形觀測等一系列基本操作： 實驗前先檢查所需模塊是否固定好，供電是否良好。在未連線的情況下打開實驗箱總電源開關(guān)及各模塊電源開關(guān)，模塊右

2、邊電源指示燈應(yīng)全亮；若不亮，請關(guān)電后擰緊模塊四角的螺絲再檢查。 準備工作做完后，請在斷電情況下根據(jù)實驗指導(dǎo)書步驟進行連線。 打開電源開關(guān)后需要先進行菜單設(shè)置再進行實驗。通電后，首先彈出的是公司LOGO界面，然后自動進入到主菜單界面，旋轉(zhuǎn)控制旋鈕選擇所需實驗課程，按下旋鈕進入實驗課程，再在實驗課程中選擇所需實驗。選擇所需實驗時會彈出響應(yīng)的實驗信息提示，按下確定鍵，提示框即消失，進入所選實驗界面。 實驗觀測前，需要調(diào)節(jié)信號源輸出信號相關(guān)參數(shù)。用示波器探頭夾夾住導(dǎo)線的金屬頭，將導(dǎo)線另一頭連接待測信號源輸出端口，再調(diào)節(jié)相應(yīng)旋鈕和按鍵開關(guān)。 觀測實驗波形時，有三種基本測試方法。 對于測試勾，可直接用示波

3、器探頭夾夾住測試勾后并確定夾緊即可； 或?qū)⑹静ㄆ魈筋^夾取下來，直接用探頭夾接觸測試點，觀察波形時需要注意固定好示波器探頭； 對于臺階插座，可用導(dǎo)線連接臺階座與示波器探頭夾子，連接方法與上面第點中的敘述相同。 本實驗指導(dǎo)書中實驗步驟基本分為四點： 連線； 實驗初始狀態(tài)設(shè)置，此設(shè)置中包含菜單設(shè)置，實驗前模塊撥碼開關(guān)設(shè)置以及信號源輸出設(shè)置等； 實驗初始狀態(tài)說明，統(tǒng)一說明了實驗中各信號源初始狀態(tài)及實驗環(huán)境； 觀測，針對各實驗項目要求，用示波器等輔助儀器觀測并記錄實驗結(jié)果。主控&信號源模塊說明一、 按鍵及接口說明圖1 主控&信號源按鍵及接口說明二、 功能說明該模塊可以完成如下五種功能的設(shè)置，具體設(shè)置方法

4、如下：1、 模擬信號源功能模擬信號源菜單由“信號源”按鍵進入，該菜單下按“選擇/確定”鍵可以依次設(shè)置：“輸出波形”“輸出頻率”“調(diào)節(jié)步進”“音樂輸出”“占空比”（只有在輸出方波模式下才出現(xiàn)）。在設(shè)置狀態(tài)下，選擇“選擇/確定”就可以設(shè)置參數(shù)了。菜單如下圖所示： （a）輸出正弦波時沒有占空比選項 （b）輸出方波時有占空比選項圖2 模擬信號源菜單示意圖注意：上述設(shè)置是有順序的。例如，從“輸出波形”設(shè)置切換到“音樂輸出”需要按3次“選擇/確定”鍵。下面對每一種設(shè)置進行詳細說明：a. “輸出波形”設(shè)置一共有6種波形可以選擇：正弦波：輸出頻率 10Hz2MHz方波：輸出頻率 10Hz200KHz三角波：輸

5、出頻率 10Hz200KHzDSBFC（全載波雙邊帶調(diào)幅）：由正弦波作為載波，音樂信號作為調(diào)制信號。輸出全載波雙邊帶調(diào)幅。DSBSC（抑制載波雙邊帶調(diào)幅）：由正弦波作為載波，音樂信號作為調(diào)制信號。輸出抑制載波雙邊帶調(diào)幅。FM：載波固定為20KHz，音樂信號作為調(diào)制信號。b. “輸出頻率”設(shè)置“選擇/確定”順時針旋轉(zhuǎn)可以增大頻率，逆時針旋轉(zhuǎn)減小頻率。頻率增大或減小的步進值根據(jù)“調(diào)節(jié)步進”參數(shù)來。在“輸出波形”DSBFC和DSBSC時，設(shè)置的是調(diào)幅信號載波的頻率；在“輸出波形”FM時，設(shè)置頻率對輸出信號無影響。c. “調(diào)節(jié)步進”設(shè)置“選擇/確定”順時針旋轉(zhuǎn)可以增大步進，逆時針旋轉(zhuǎn)減小步進。步進分為

6、：“10Hz”、“100Hz”、“1KHz”、“10KHz”、“100KHz”五檔。d. “音樂輸出”設(shè)置設(shè)置“MUSIC”端口輸出信號的類型。有三種信號輸出“音樂1”、“音樂2”、“3K+1K正弦波”三種。e. “占空比”設(shè)置“選擇/確定”順時針旋轉(zhuǎn)可以增大占空比，逆時針旋轉(zhuǎn)減小占空比。占空比調(diào)節(jié)范圍10%90%，以10%為步進調(diào)節(jié)。2、 數(shù)字信號源功能數(shù)字信號源菜單由“功能1”按鍵進入，該菜單下按“選擇/確定”鍵可以設(shè)置：“PN輸出頻率”和“FS輸出”。菜單如下圖所示：圖3 數(shù)字信號源菜單a. “PN輸出頻率”設(shè)置設(shè)置“CLK”端口的頻率及“PN15”端口的碼速率。頻率范圍：1KHz204

7、8KHz。b. “PN輸出碼型”設(shè)置c. “FS輸出”設(shè)置設(shè)置“FS”端口輸出幀同步信號的模式：模式1： 幀同步信號保持8KHz的周期不變，幀同步的脈寬為CLK的一個時鐘周期。（要求“PN輸出頻率”不小于16K，主要用于PCM、ADPCM編譯碼幀同步及時分復(fù)用實驗）模式2： 幀同步的周期為8個CLK時鐘周期，幀同步的脈寬為CLK的一個時鐘周期。（主要用于漢明碼編譯碼實驗）模式3： 幀同步的周期為15個CLK時鐘周期，幀同步的脈寬為CLK的一個時鐘周期。（主要用于BCH編譯碼實驗）3、 移動通信實驗菜單功能按“主菜單”按鍵后的第一個選項“移動通信”，再確定進入各實驗菜單。進入“移動通信”菜單后，

8、逆時針旋轉(zhuǎn)光標會向下走，順時針旋轉(zhuǎn)光標會向上走。按下“選擇/確認”時，會設(shè)置光標所在實驗的功能。有的實驗有會跳轉(zhuǎn)到下級菜單，有的則沒有下級菜單，沒有下級菜單的會在實驗名稱前標記“”符號。在選中某個實驗時，主控模塊會向?qū)嶒炈婕暗降哪K發(fā)命令。因此，需要這些模塊電源開啟，否則，設(shè)置會失敗。實驗具體需要哪些模塊，在實驗步驟中均由說明，詳見具體實驗。4、 模塊設(shè)置功能*（該功能只在自行設(shè)計實驗時用到）按“主菜單”按鍵后的第二個選項“模塊設(shè)置”，再確定進入模塊設(shè)置菜單。在“模塊設(shè)置”菜單中可以對各個模塊的參數(shù)分別進行設(shè)置。如下圖所示：圖4“模塊設(shè)置”菜單a. 1號 語音終端&用戶接口設(shè)置該模塊兩路PC

9、M編譯碼模塊的編譯碼規(guī)則是A律還是律。b. 2號 數(shù)字終端&時分多址設(shè)置該模塊BSOUT的時鐘頻率。c. 3號 信源編譯碼可設(shè)置該模塊FPGA工作于“PCM編譯碼”、“ADPCM編譯碼”、“LDM編譯碼”、“CVSD編譯碼”、“FIR濾波器”、“IIR濾波器”、“反SINC濾波器”等功能（測試功能是生產(chǎn)中使用的）。由于模塊的端口會在不同功能下有不同用途，下面對每一種功能進行說明：i. PCM編譯碼FPGA完成PCM編譯碼功能，同時完成PCM編碼A/律或/A律轉(zhuǎn)換的功能。其子菜單還能夠設(shè)置PCM編譯碼A/律及A/律轉(zhuǎn)換的方式。端口功能如下：編碼時鐘：輸入編碼時鐘。編碼幀同步：輸入編碼幀同步。編碼

10、輸入：輸入編碼的音頻信號。編碼輸出：輸出編碼信號。譯碼時鐘：輸入譯碼時鐘。譯碼幀同步：輸入譯碼幀同步。譯碼輸入：輸入譯碼的PCM信號。譯碼輸出：輸出譯碼的音頻信號。A/-In：A/律轉(zhuǎn)換輸入端口。A/-Out：A/律轉(zhuǎn)換輸出端口。ii. ADPCM編譯碼FPGA完成ADPCM編譯碼功能，端口功能和PCM編譯碼一樣。iii. LDM編譯碼FPGA完成簡單增量調(diào)制編譯碼功能，端口除了“編碼幀同步”和“譯碼幀同步”是沒用到的（LDM編譯碼不需要幀同步），其他端口功能與PCM編譯碼一樣。iv. CVSD編譯碼FPGA完成CVSD編譯碼功能，端口除了“編碼幀同步”和“譯碼幀同步”是沒用到的（CVSD編譯

11、碼不需要幀同步），其他端口功能與PCM編譯碼一樣。v. FIR濾波器FPGA完成FIR數(shù)字低通濾波器功能（采用100階漢明窗設(shè)計，截止頻率為3KHz）。該功能主要用于抽樣信號的恢復(fù)。端口說明如下：編碼輸入：FIR濾波器輸入口。譯碼輸出：FIR濾波器輸出口。vi. IIR濾波器FPGA完成IIR數(shù)字低通濾波器功能（采用8階橢圓濾波器設(shè)計，截止頻率為3KHz）。該功能主要用于抽樣信號的恢復(fù)。端口與FIR濾波器相同。vii. 反SINC濾波器FPGA完成反SINC數(shù)字低通濾波器。該功能主要用于消除抽樣的孔徑效應(yīng)。端口與FIR濾波器相同。d. 7號 時分復(fù)用&時分交換功能一是設(shè)置時分復(fù)用的速率256K

12、bps/2048Kbps。功能二是當(dāng)復(fù)用速率為2048Kbps時，調(diào)整DIN4時隙。e. 8號 基帶編譯碼設(shè)置該模塊FPGA工作在“AMI”、“HDB3”、“CMI”、“BPH”編譯碼模式。f. 10號 軟件無線電調(diào)制設(shè)置該模塊的BPSK的具體參數(shù)。具體參數(shù)有：是否差分：設(shè)置輸入信號是否進行差分，即是BPSK還是DBPSK調(diào)制。PSK調(diào)制方式選擇：設(shè)置BPSK調(diào)制是否經(jīng)過成形濾波。輸出波形設(shè)置：設(shè)置“I-Out”端口輸出成形濾波后的波形或調(diào)制信號。匹配濾波器設(shè)置：設(shè)置成形濾波為升余弦濾波器或根升余弦濾波器。基帶速率選擇：設(shè)置基帶速率為16Kbps、32Kbps、56Kbps。g. 11號 軟件

13、無線電解調(diào)設(shè)置該模塊的兩個參數(shù)，BPSK解調(diào)是否需要逆差分變換和解調(diào)速率。5、 系統(tǒng)升級此選項用于模塊內(nèi)部程序升級時使用。三、注意事項1、實驗開始時要將所需模塊固定在實驗箱上，并確定接觸良好，否則菜單無法設(shè)置成功。2、信號源設(shè)置中，模擬信號源輸出步進可調(diào)節(jié)，便于不同頻率變化調(diào)節(jié)。 m序列、Gold序列產(chǎn)生及特性分析實驗一、實驗?zāi)康?、了解m序列、Gold序列的特性及產(chǎn)生。二、實驗器材1、 主控&信號源模塊、14號模塊 各一塊2、 雙蹤示波器 一臺3、 連接線 若干三、實驗原理1、m序列 實驗原理框圖m序列相關(guān)性實驗框圖 實驗框圖說明m序列的自相關(guān)函數(shù)為式中，A為對應(yīng)位碼元相同的數(shù)目；D為對應(yīng)位

14、碼元不同的數(shù)目。自相關(guān)系數(shù)為對于m序列，其碼長為P=2n1，在這里P也等于碼序列中的碼元數(shù)，即“0”和“1”個數(shù)的總和。其中“0”的個數(shù)因為去掉移位寄存器的全“0”狀態(tài)，所以A值為 “1”的個數(shù)（即不同位）D為m序列的自相關(guān)系數(shù)為m序列的自相關(guān)函數(shù)2、Gold序列 實驗原理框圖Gold序列相關(guān)特性實驗框圖 實驗框圖說明雖然m序列有優(yōu)良的自相關(guān)特性，但是使用m序列作CDMA（碼分多址）通信的地址碼時，其主要問題是由m序列組成的互相關(guān)特性好的互為優(yōu)選的序列集很少，對于多址應(yīng)用來說，可用的地址數(shù)太少了。而Gold序列具有良好的自、互相關(guān)特性，且地址數(shù)遠遠大于m序列的地址數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，在工程

15、上得到了廣泛的應(yīng)用。Gold序列是m序列的復(fù)合碼，它是由兩個碼長相等、碼時鐘速率相同的m序列優(yōu)選對模二加構(gòu)成的。其中m序列優(yōu)選對是指在m序列集中，其互相關(guān)函數(shù)最大值的絕對值最接近或達到互相關(guān)值下限（最小值）的一對m序列。四、實驗步驟1、m序列 設(shè)置主控菜單，選擇【移動通信】【m序列產(chǎn)生及特性分析】。 將14號模塊的撥碼開關(guān)S1、S2、S3、S4全撥為“0000” (設(shè)置完各個開關(guān)按下S7,使模塊工作于設(shè)置功能)。將開關(guān)S6撥至“127位”，設(shè)置PN序列長度為127位。 觀測測試點G1或G2，了解m序列波形。 觀測TH9（相關(guān)函數(shù)值）測試點，了解m序列自相關(guān)特性。2、Gold序列 設(shè)置主控菜單，

16、選擇【移動通信】【Gold序列產(chǎn)生及特性分析】。 將14號模塊的撥碼開關(guān)S1、S4全撥為“0000”。將開關(guān)S6撥至“127位”，設(shè)置PN序列長度為127位。 設(shè)置S2為0001，使G1輸出一種Gold序列；設(shè)置S3為0001，使G2輸出Gold序列與G1相同(設(shè)置完各個開關(guān)按下S7,使模塊工作于設(shè)置功能)。 觀測測試點G1及G2，了解GOLD序列波形；觀測TH9（相關(guān)函數(shù)值）測試點，了解GOLD序列自相關(guān)特性。 設(shè)置S2為0001，使G1輸出一種Gold序列。設(shè)置S3為0010，使G2輸出Gold序列與G1不相同(設(shè)置完各個開關(guān)按下S7,使模塊工作于設(shè)置功能)。 觀測測試點G1及G2，了解G

17、OLD序列波形；觀測TH9（相關(guān)函數(shù)值）測試點，了解GOLD序列互相關(guān)特性。五、實驗報告1、分析實驗電路的工作原理，簡述其工作過程。2、觀測并分析實驗過程中的實驗現(xiàn)象。直接序列擴頻實驗一、實驗?zāi)康?、了解直接序列擴頻原理和方法。2、了解擴頻前后信號在時域及頻域上的變化。二、實驗器材1、 主控&信號源模塊、10號、14號模塊（、2號模塊） 各一塊2、 雙蹤示波器 一臺3、 連接線 若干三、實驗原理1、實驗原理框圖14號模塊框圖直接序列擴頻實驗框圖2、實驗框圖說明信號源PN序列經(jīng)過14號模塊擴頻處理，再加到10號模塊的調(diào)制端，形成擴頻調(diào)制信號發(fā)送出去?？梢钥吹綌U頻碼可以從14號模塊通過撥碼開關(guān)設(shè)置為m序列或Gold序列。將“序列1”或“序列2”設(shè)置為m序列或Gold序列，方法見“m序列、Gold序列產(chǎn)生及特性分析實驗”。四、實驗步驟1、按框圖所示連線。源端口目標端口連線說明信號源：PN15模塊14：TH3(NRZ1)數(shù)據(jù)送入擴頻單元信號源：CLK模塊14：TH1(NRZ-CLK1)時鐘送入擴頻單元模塊14：TH4(CDMA1)模塊10：TH3(DIN1)