云南师范大学通信原理实验07CDMA移动通信系统.docx

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云南师范大学通信原理实验07CDMA移动通信系统

本科学生综合性实验报告

云南师范大学教务处编印

一、实验设计方案

实验序号

实验7

实验名称

CDMA移动通信系统

实验时间

2014-4-25

实验室

云南师范大学同析3栋通信原理实验室

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、实验内容

2.1观察基带信号扩频前后的谱变化。

2.2观察扩频后PSK调制波形。

2.3扩频、解扩与基带解调。

2.4码分多址。

2.5扩频码定时偏移对解扩的影响。

3、实验仪器及实物图

3.1信号源模块（一块），如下图；

图一信号源实物图

其中信号源中的主要器件有：

1CPLD：

ALTERMAXEPM3256ATC144-10，该器件是Altera公司的MAX3000系列CPID，其特点如下：

●高性能，低功耗CMOSEEPOM技术

●遵循IEEESTD.1149.1JOINTTESTACTIONGROUP（JTAG）增强的ISP功能

●高密度可编程逻辑器件，5000可用门

●4.5-nspintopin延时，最高频率227.3Mhz

●I/O接口支持5V、3.3V和2.5V等多种电平，实物图如下：

2存储器：

ATMELAT28C64B

●ATMEL（爱特梅尔）AT28C64是一种采用NMOS、CMOS工艺制成的8K×8位28引脚的可用碘擦除可编程只读存储器。

●其读写像SRAM操作一样，不需要外加任何元器件，读访问速度可为45ns-450ns,在写入之前自动擦除，有部分芯片具有两种写入方式，一种像28（C）17一样的字节写入方式，还有另一种页写入方式，AT28C64的也寄存器为64B。

●ATMEL并行节后EEPROM程序储存器芯片AT28C64采用单一电源+5V±0,1V，低功耗工作电流30mA,备用状态时只有100pA出，与TTL电平兼容。

●一般商业品工作温度范围为0-70℃，工业品为-40-+85℃。

实物图如下：

3MCU:

ATMELAT89S51

AT89S51-24PC单片机，最高工作频率24M，供电电压范围4.0-5.5V，40脚DIP封装，片内4K字节的FLASH程序存储器，128字节的片内ram，2个定时器、计数器，6个中断源等。

3.220M双综示波器（一台），如下图：

3.3连接线（若干），如下图：

3.4CDMA模块，如下图：

CDMA模块所用芯片CPLD：

ALTERAMAXEPM7128SLC84-15在实验二中详细介绍过，再此不再赘述。

3.5数字解调模块,实物图如下:

LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：

1）失调电压小，典型值为2mV;2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±IV-±18V;3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围大，为（Ucc-l.5V）差动输入电压范E斟较大，大到可以等于电源电压：

6）输出端电位可灵活方便地选用。

实验原理：

（1）扩频与解阔

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，从而大人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而的意思：

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l00-l000，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，越可以产生频带根宽的信号。

扩频码序列就是很窄韵脉冲序列。

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。

上图为直接系列扩频。

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，在频域上将二名的频谱卷积，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，解调后得到信息码兀。

（2）PSK调制与解调

BPSKEPPSK（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。

载波的相位（通常为oo和l800）随调制信号0和l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。

CDMA发射模块原理图如下：

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3l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Goldl受8PlN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“000000l”。

两路信息码分别与Goldl和Gold2进行扩频后，再进行PSK调制。

当用连接线将PSK2与lN2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。

5、实验方法步骤及注意事项

5.1将信号源模块、模拟信号数字化模块小心地同定在主机箱中，确保电源接触良好。

5.2插上电源线，扣开主机箱右侧的交流开关，再分别按F两个模块中的开关POWERI、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。

（注意，此处只足验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后扣升电源做实验，不要带电连线）。

5.3观察基带信号扩频前后谱变化的实验

（l）将1M-lN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SW0l第1位拨到外，SW02第1位拨到有，SW0l第2-8位为非000000l的任一数，SW02与SW0l的第2-8位相同，按复位键。

（3）用示波器和频谱分析模块观测比较信号源输入的NRZ码和NRZKP的波形和频谱，比较NRZ码与其扩频后的区别。

54观察扩频后PSK调制波形的实验

（l）将lM-lN接信号源模块的1024K的方波，NRZ-lN接信号源模块产生的码速牢为4KHz的NRZ码。

（2）将SWOl第1位拨到外，SW02第1位拨到有，SWOl第2-8位为非0000001的任一数，SW02与SWOl的第2-8位相同，按复位键。

（3）用示波器观测比较NRZ-KP和PSKI的波形，比较扩频NRZ码与其调制后的区别。

5.5观察两路扩频信号叠加后波形的实验

（l）将lM-lN接信号源模块的l024K方波，NRZ-IN接信号源模块产生的码速为4KHz的NRZ码。

连接I抛和PSK2，将两路扩频、调制后的信号在同一信道中传输。

（2）将SW0l第1位拨到外，SW02第1位拨到有，SW0l第2-8位为非0000001的任一数，SW02与SW0l的第2-8位相同，按复位键。

5.6扩频、解扩与基带解调。

（l）连接OUT和INl，lM-lN接信号源模块的lM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-lN，455K连接数字解调模块的PSK载波输入，信号源模块的ES信号连接数字解调模块的PSK_BS（数字解调模块的S0l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000000l，SW02的第一位拨为有，第2-8位畸SWOI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、PSKl、TX2、PSK解调输出的波形和频谱。

57码分多址的实验

（l）连接IN2和PSK2、OUT和INl，lM-IN接信号源模块的lM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SOI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OOOOOOl，SW02的第一位拨为有，第2-8位与SWOI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。

5.8扩频码定时偏移对解扩的影响实验

（1）连接lN2和PSK2，OUT和lNl，IM-lN接信号源模块的IM的方波，NRZ-IN接信号振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PSKBS（数字解调模块的SOl拨“0”，选取PSK解调方式）。

（2）将SW0l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l接F-IN，通道2接vc0，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l接NRZ-KP，通道2接GDTX，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SWOl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lMHz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，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。

二．实验过程

1、实验现象及结果

按照步骤的连接好实验实物，如图：

测得的基带信号扩频前后谱变换的波形如下：

观察扩频后PSK调制波形为：

观察两路扩频信号叠加后波形如下：

扩频、解扩与基带解调波形如下如下：

马分多址实验波形如下：

扩频码定时偏移对解扩的影响波形如下：

NRZ-KP测试点（与GD-TX一起双综关观察，NRZ码全为1）输出的波形（扩频码定时偏移对解扩的影响）：

数字解调的PSK-OUT测试点（与信号源NRZ一起双综观察）输出的波形（干扰信号对窄带接扩的影响）：

课后总结及思考：

1比较实验16和实验17的效果，分析扩频码定时偏移对解扩的影响。

答：

当输入信号与本地参考信号同步之前或者不完全同步时（即发生码定时偏移时），有用信号的一部分与本地伪码卷积而被展宽为伪噪声输出。

输出的噪声总量取决同步程度。

当完全不同步时（即差一个码元以上时），相关器输出全部为噪声。

因此扩展频谱系统的相关处理过程，对于码位同步提出十分严格的要求。

2比较实验16和实验15的效果，分析窄带干扰信号对解扩的影响。

答：

窄带干扰输入到相关器与本地扩频信号相乘，根据频域内卷积原理，下扰信号功率被本地参考信号扩展成为等于本地参考信号的宽带信号，经中频滤波器滤除带外干扰频谱，只有少量的干扰功率从中频带通滤波器输出。

教师评语及评分：

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