实验十一直接序列扩频实验.docVIP

实验十一 直接序列扩频实验 实验目的 1、通过本实验掌握基带信号m序列扩频原理及方法，掌握扩频前后信号在时域及频域上的变化。 2、通过本实验掌握基带信号Gold序列扩频原理及方法，掌握扩频前后信号在时域及频域上的变化。 实验内容 1、观察扩频前后信息码的时域变化。 2、观察扩频前后信息码的频域变化。 3、观察已调信号在扩频前后的频域变化。 基本原理 扩展频谱通信系统是指将待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展成为宽频带信号后送入信道中传输，在接收端利用相应手段将信号解压缩，从而获取传输信息的通信系统。也就是说在传输同样信息时所需的射频带宽，远比我们已熟知的各种调制方式要求的带宽要宽得多。扩频带宽至少是信息带宽的几十倍甚至几万倍。 这一定义包括以下三方面的意思： （1）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。 （2）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，信号的频带宽度和脉冲宽度近似成反比，因此，所传信息被越窄的脉冲序列调制，则可产生很宽频带的信号。扩频码序列就是很窄的脉冲序列。 （3）在接收端用与发送端完全相同的扩频码序列来进行解扩。 扩频技术的理论依据定性的讨论有以下几点： 首先，扩频技术的理论基础可用香农信道容量公式来描述： 式中：C为信道容量； W为系统传输带宽； S/N为传输系统的信噪比。 该公式表明，在高斯信道中当传输系统的信噪比S/N下降时，可用增加系统传输带宽W的办法来保持信道容量C不变。对于任意给定的信噪比可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率。扩频技术正是利用这一原理，用高速率的扩频码来达到扩展待传输的数字信息带宽的目的。故在相同的信噪比条件下，具有较强的抗噪声干扰的能力。 常用的扩展频谱方式可分为： a、直接序列扩频CDMA（DS-CDMA）：用待传信息信号与高速率的伪随机码序列相乘后，去控制射频信号的某个参量而扩展频谱。 b、跳频扩频CDMA（FH-CDMA）：数字信息与二进制伪随机码序列模二相加后，去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。 c、跳时扩频CDMA（TH-CDMA）：跳时是用伪随机码序列来启闭信号的发射时刻和持续时间。发射信号的“有”、“无”同伪随机序列一样是伪随机的。 d、混合式：由以上三种基本扩频方式中的两种或多种结合起来，便构成了一些混合扩频体制，如FH/DS，DS/TH，FH/TH等。 1、m序列扩频实验 按照伪随机m序列的定义有：m＝23－1=7，即它可以由最简单的3节移位寄存器产生。其生成多项式为。7位m序列产生器如图11-1所示，其周期m=7。 图11-1 7位m序列产生器 将图中0、1序列转换成实值序列：，即有下列对应关系 不考虑多径传输的影响，则7位码每移一位可供一个用户做地址码，这样可提供7个用户，分别为：C0=（－1 －1 1 －1 1 1 －1），C1=（－1 －1 －1 1 －1 1 1），C2=（1 －1 －1 －1 1 －1 1），C3=（1 1 －1 －1 －1 1 －1），C4=（－1 1 1 －1 －1 －1 1），C5=（1 －1 1 1 －1 －1 －1），C6=（－1 1 －1 1 1 －1 －1），C7=（－1 －1 1 －1 1 1 －1）= C0。 若用上述7位码进行扩频，其扩频前后的波形图如图11-2所示。m=23－1=7序列的自相关函数波形如图11-3所示 图11-2 7位码扩频前后的波形图 图11-3 m=23－1=7序列的自相关函数图形 扩频后性能分析 有效性性能：扩频后频带扩展7倍，直接有效性下降7倍，但是若不考虑实际多径影响，7位扩频码每错开一位可供一个新用户，共可供7个用户，这正好抵消了扩展频带的7倍下降位。但实际上必须要考虑多径影响，这时有效性能会下降 可靠性性能：根据伪码自相关特性，当码位对齐时可以将7位伪码信号能量累加起来增加7倍，码位不对齐时均下降至－1。若采用自相关接收，其接收门限可定在3.5V上（假设信号电平均归一化为1V），然而若不扩频，接收信号的门限值只能定在0.5V上，两者相比，扩频后抗干扰能力增加倍。实际在扩频系统中，抗干扰的改善是与扩频成正比的。 图11-4和11-5分别是扩频前后PSK信号的频谱。 图11-4 扩频前PSK信号的频谱 图11-