实验二十直接扩频与CDMA实验.doc

实验二十 直接扩频与CDMA实验 一、实验目的 1、了解扩频通信的基本性质。 2、了解CDMA通信系统的主要构成。 3、了解Gold序列 1、m序列和Gold序列的特性。 2、Gold序列的自相关和互相关特性的观察。 3、延迟滞后锁相环（DLL）的鉴相特性曲线。 4、扩频码的捕获与跟踪（无固有频差的情况下）。 5、扩频码的捕获与跟踪（有固有频差的情况下）。 6、观察基带信号扩频前后的谱变化。 7、观察扩频后PSK调制波形。 8、扩频、解扩与基带解调。 9、码分多址。 10、扩频码定时偏移对解扩的影响。 三、实验仪器 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 一台 6、频谱分析仪（选用） 一台 7、连接线 若干 四、实验原理 1、概述 现代通信技术取得的突出成就之一就是CDMA（Code Division Multiple Access 码分多址）技术。由于CDMA技术可以处理多媒体数据业务的异步特性，可以提供比传统多址技术（如：TDMA（Time Division Multiple Access 时分多址）、FDMA （Frequency Division Multiple Access 频分多址））更高的容量，并且能够抵抗信道的频率选择性衰落，可以提供方便的多用户接入，所以公认它将作为第三代移动通信的主要技术。 码分多址（CDMA）即不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用不同的编码序列来区分，或者说，它是靠信号的不同波形来区分（用PN码区分用户）。 2、m序列和Gold序列的特性和发生器 工程上常用二元{0，1}序列来产生伪噪声码。它具有如下特点： a、每一周期内“0”和“1”出现的次数近似相等。 b、每一周期内，长度为n比特的游程出现的次数比长度为n+1比特的游程出现的次数多一倍。（游程是指相同码元的码元串） c、序列具有双值自相关函数，即： （20－1） 在（20－1）式中，p为二元序列周期，又称码长，k为小于p的整数，τ为码元延时。 （1） m序列 二元m是一种基本的伪随机序列，有优良的自相关函数，易于产生和复制，在扩频 技术中得到了广泛的应用。长度为2n－1位的m序列可以用n级线性移位寄存器来产生。如 图20-1所示： 图20-1 线性移位寄存器 m序列的特性如下: a、在每一周期p= 2n－1内，“0”出现2n－1－1次，“1”出现2n－1次，“1”比“0”多出现一次。 b、在每一周期内共有2n－1个元素游程，其中“0”的游程和“1”的游程数目各占一半。并且，对n2，当1≤k≤n－k的游程占游程总数的1/ 2 k，其中“0”的游程和“1”的游程各占一半。长为n–1的游程只有一个，为“0”的游程；长为n的游程也只有一个，为“1”的游程。 c、m序列（a k）与其位移序列（）的模二和仍然是m序列的另一位移序列（），即： d、m序列的自相关函数为： （20－2） 图20-2为本实验系统中用于模拟信息码元的m序列波形。 图20-2 m序列波形图 （2） Gold序列 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小。对于多址应用来说，可用的地址数太少了。而Gold序列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序列优选对模二和构成的。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。这里我们定义优选对为：设A是对应于n级本原多项式f（x）所产生的m序列，B是对应于n级本原多项式g（x）所产生的m序列，当他们的互相关函数满足： （20－3） 则f（x）和g（x）产生的m序列A和B构成一对优选对。 在Gold序列m序列相对位移就可得到一个新的Gold序列2n－1比特时，就可得到一族（2n－1）个Gold序列m序列，共有（2n＋1）个Gold序列Gold族2n－1个序列已不再是m序列，也不具有m序列的游程特性。但Gold码族中任意两序列之间互相关函数都满足（20－3）式。由于Gold码的这一特性，使得码族中任一码序列都可作为地址码，其地址数大大超过了用m序列作地址码的数量。所以Gold序列Gold序列。这两种结构是完全等效的，它们产生Gold序列。 图20-3 串联型Gold序列