移動通信實驗打印版

-.---可修編-實驗一M序列碼產(chǎn)生及特性分析實驗一、實驗?zāi)康?.了解m序列的性質(zhì)和特點；2.熟悉m序列的產(chǎn)生方法；二、實驗容1.熟悉m序列的產(chǎn)生方法；2.測試m序列的波形；三、實驗原理m序列是最長線性反饋移存器序列的簡稱,是偽隨機序列的一種。它是由帶線性反饋的移存器產(chǎn)生的周期最長的一種序列。m序列在一定的周期具有自相關(guān)特性。它的自相關(guān)特性和白噪聲的自相關(guān)特性相似。雖然它是預(yù)先可知的，但性質(zhì)上和那些隨機序列具有相同的性質(zhì)。比如：序列中“0”碼與“1m序列的產(chǎn)生m序列是由帶線性反饋的移存器產(chǎn)生的。結(jié)構(gòu)如圖：圖1-1反饋移位寄存器的結(jié)構(gòu)其中an-i為移位寄存器中每位寄存器的狀態(tài)，Ci為第i位寄存器的反饋系數(shù)。Ci＝1表示有反饋，Ci＝0表示無反饋。我們先給出一個m序列的例子。在圖1-1中示出一個4級反饋移存器。若其初始狀態(tài)為（a3,a2,a1,a0）=（1，0，0，0），則在移位一次時，由a3和a0模2相加產(chǎn)生新的輸入a4=1⊕0=1新的狀態(tài)變?yōu)椋╝4,a3,a2,a1）=(1,1,0,0)這樣移位15次后又回到初始狀態(tài)（1，0，0，0），不難看出，若初始狀態(tài)為全“0”，即“0，0，0，0”，則移位后得到的仍為全“0”狀態(tài)。這就意味著在這種反饋移存器中應(yīng)避免出現(xiàn)全“0”狀態(tài)。不然移存器的狀態(tài)將不會改變。因為4級移存器共有24=16種可能的不同狀態(tài)。除全“0”我們常常希望用盡可能小的級數(shù)產(chǎn)生盡可能長的序列。由上例可見，一般說來，一個n級反饋移存器可能產(chǎn)生的最長周期等于（2n–1）。我們將這種最長的序列稱為最長線性反饋移存器序列，簡稱m序列。輸出C3a0a1輸出C3a0a1a2a3000110001111010110010001111010110010001111010110010001111010110010001初始狀態(tài)224-1=15（個）┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈圖1-1m序列的產(chǎn)生一個線性反饋移位寄存器能否產(chǎn)生m序列，取決于它的反饋系數(shù)Ci(例如上圖的C3)。對于m序列，Ci的取值必須按照一個本原多項式：中的二進制系數(shù)來取值。n級移位寄存器可以產(chǎn)生的m序列個數(shù)由下式?jīng)Q定：其中φ(x)為歐拉函數(shù)，表示小于等于x并與x互質(zhì)的正整數(shù)個數(shù)（包括1在）。表1－1列出了部分m序列的反饋系數(shù)Ci，按照下表中的系數(shù)來構(gòu)造移位寄存器，就能產(chǎn)生相應(yīng)的m序列。表1－1m序列的反饋系數(shù)表m序列的級數(shù)nm序列的周期P反饋系數(shù)Ci(八機制)37134152353145,67,75663103,147,1557127203,211,217,235,277,313,325,345,3678255435,453,537,543,545,551,703,74795111021,1055,1131,1157,1167,11751010232011,2033,2157,2443,2745,32711120474005,4445,5023,5263,6211,736312409510123,11417,12515,13505,14127,1505313819220033,23261,24633,30741,32535,37505141638342103,51761,55753,60153,71147,674011532765100003,110013,120265,133663,142305m序列的具有以下性質(zhì)：（1）均衡性。m序列中0和1的數(shù)目基本相等。（2）游程分布（3）移位相加性（4）相關(guān)特性。自相關(guān)波形如圖1－2所示圖1－2m序列的自相關(guān)波形（5）周期性（6）偽隨機性。分布無規(guī)律，具有與白噪聲相似的偽隨機特性。四、實驗步驟1、觀測現(xiàn)有的m序列在液晶的主菜單中按下鍵盤“1”，則選擇“一.偽隨機序列”，出現(xiàn)的界面如下所示：選擇“1”，則產(chǎn)生一個周期為15的m序列。2、在測試點TP201測試輸出的時鐘。3、在測試點TP202測試輸出的m序列碼。五、實驗任務(wù)1．畫出TP202測試點的波；2．比較TP202輸出的序列和圖1－1中的m序列是否一致；3．分析和驗證明m序列的周期性、均衡性、游程分布和移位相加性等特性。實驗二直接序列擴頻（DS）編解碼實驗一、實驗?zāi)康?.了解直擴擴頻和解擴的原理和系統(tǒng)組成；二、實驗容熟悉直擴擴頻和解擴的過程；測試直擴擴頻和解擴的工作波形，認(rèn)真理解其工作原理；三、實驗原理直接序列擴頻是將要發(fā)送的信息用偽隨機序列(PN)擴展到一個很寬的頻帶上去，在接收端用與發(fā)送端相同的偽隨機序列對接收到的擴頻信號進行相關(guān)處理，恢復(fù)出原來的信息。干擾信號由于和偽隨機序列不相關(guān)，在接收端被擴展，使落入信號頻帶的干擾信號功率大大降低，從而提高了系統(tǒng)的輸出信噪比，達到抗干擾的目的。1．直接序列(DS)擴頻系統(tǒng)的組成圖2－1為直擴系統(tǒng)的組成原理框圖。信源輸出的信息流與偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機碼相乘（或者模二相加），產(chǎn)生一個速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然后再用擴頻序列去調(diào)制載波，這樣就得到了已擴頻調(diào)制的射頻信號。圖2－1直擴系統(tǒng)的組成框圖在接收端，接收到的擴頻信號，經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)送端同步的偽隨機序列對擴頻信號進行解擴，經(jīng)信號的頻帶濾波器濾波，便得到所傳輸?shù)男畔?。干擾信號由于和偽隨機序列不相關(guān)，在接收端頻譜被擴展，使落入信號頻帶的干擾信號功率大大降低，從而提高了系統(tǒng)的輸出信噪比。圖2－2為相應(yīng)的信號波形。圖2－2直擴的信號波形2．直擴系統(tǒng)的實現(xiàn) 在實驗中用TMS320VC5509的DSP來完成數(shù)據(jù)的直擴擴頻和解擴。原始數(shù)據(jù)和偽隨機序異或，產(chǎn)生相應(yīng)的擴頻數(shù)據(jù)。通過DSP的MCBSP通道發(fā)送，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號，經(jīng)射頻發(fā)送模塊傳輸。射頻接收模塊接收到擴頻信號后，經(jīng)下變頻，恢復(fù)為基帶信號，經(jīng)A/D變換后，由DSP的MCBSP口接收。接收方采用和發(fā)送方一樣的偽隨機序列進行解擴（異或），得到了原始的發(fā)送數(shù)據(jù)。四、實驗步驟通過鍵盤和液晶選擇“菜單”中的實驗“三.擴頻通信基礎(chǔ)”；通過鍵盤和液晶選擇實驗“1.直擴編解碼”；通過測試點TP201觀測和偽隨機序列頻率相同的時鐘信號；通過測試點TP202觀測原始數(shù)據(jù)的波形；通過測試點TP203觀測發(fā)送方的偽隨機碼的波形；通過測試點TP204觀測擴頻后的數(shù)據(jù)波形；通過測試點TP205觀測解擴后的數(shù)據(jù)波形；通過測試點TP206觀測解擴放的偽隨機碼波形。五、實驗任務(wù)描述直接擴頻通信的過程；畫出各點波形；驗證解擴后的數(shù)據(jù)和原始基帶數(shù)據(jù)的關(guān)系；實驗三跳頻（FH）通信實驗一、實驗?zāi)康?.了解跳頻和解跳的基本原理；二、實驗容1．熟悉跳頻和解跳的過程，并通過信道進行傳輸；2．測試跳頻和解跳的工作波形，認(rèn)真理解其工作原理；三、實驗原理1．跳頻(FH)系統(tǒng)的基本原理跳頻系統(tǒng)的載頻受一偽隨機碼的控制，不斷地、隨機地跳變，可以看成載頻按照一定規(guī)律變化的多頻頻移鍵控（MFSK）。與直擴相比，跳頻系統(tǒng)中的偽隨機序列并不直接傳輸，而是用來選擇信道。跳頻電臺已經(jīng)成為未來戰(zhàn)術(shù)通信設(shè)備的趨勢。跳頻系統(tǒng)的組成如圖3－1所示。圖3－1跳頻系統(tǒng)組成框圖發(fā)送端由信源產(chǎn)生的信息流去調(diào)制頻率合成器產(chǎn)生的載頻，得到射頻信號。頻率合成器產(chǎn)生的載頻受偽隨機序列控制，按照一定的規(guī)律跳變。在接收端的本振信號是一個和發(fā)送端跳變規(guī)律一致的頻率跳變信號，經(jīng)過混頻后，就可以解調(diào)出原始信號。一般跳頻系統(tǒng)可以根據(jù)跳頻速率分為快速跳頻、中速跳頻和慢速跳頻。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變，受到偽隨機序列的控制，時間不同，偽隨機序列的相位不同，對應(yīng)的頻率合成器產(chǎn)生的頻率也不同。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律成為跳頻圖案。如圖3－2為一個隨時間跳頻的跳頻圖案?？v向表示頻率，橫行表示時間，不同的時間，頻率在跳變。ddfsc時間頻率 圖3－2跳頻圖案f2時間?TcTf1跳頻系統(tǒng)具有以下的特點：f2時間?TcTf1有較強的抗干擾能力，采用了躲避干擾的方法抗干擾。用于組網(wǎng)，實現(xiàn)碼分多址，頻譜利用率高。（3）快跳頻系統(tǒng)用的偽隨機碼速率比直擴系統(tǒng)低的多，同步要求比直擴低，因而時間短、入網(wǎng)快。2．跳頻系統(tǒng)的實現(xiàn)在實驗中用TMS320VC5509的DSP來編程，軟件完成跳頻。具體過程如下：（1）預(yù)先設(shè)定四個頻率點，再用偽隨機序列按照一定的規(guī)律產(chǎn)生一個指針，指向這四個頻率中的一個；（2）發(fā)送方對原始數(shù)據(jù)信息進行BPSK調(diào)制，用選擇的跳頻頻率對原始信號進行調(diào)制，并通過射頻傳輸；（3）接收方將接收的信號下變頻后，采用和發(fā)送方一樣的偽隨機序列，通過同樣的規(guī)律獲得相同的頻率，進行解調(diào)，再經(jīng)過BPSK解調(diào)，獲得原始數(shù)據(jù)。四、實驗步驟1．通過鍵盤和液晶選擇“菜單”中的實驗“三.擴頻通信基礎(chǔ)”；2．通過鍵盤和液晶選擇實驗“2.跳頻”；3．通過測試點TP202觀測原始數(shù)據(jù)的波形；4．通過測試點TP308測試跳頻并完成D/A轉(zhuǎn)換后的波形；通過測試點TP204觀測解跳后的數(shù)據(jù)波形。五、實驗任務(wù)1．描述跳頻通信的過程；2．畫出各點波形；3．驗證解跳后的數(shù)據(jù)和原始基帶數(shù)據(jù)的關(guān)系；實驗四DS／CDMA碼分多址實驗一、實驗?zāi)康?.了解CDMA基本原理；2．了解軟件完成DS-CDMA的整個通信過程；3.熟悉DS-CDMA的特點，加強對CDMA的理解；二、實驗容1．熟悉CDMA的原理；2．通過DSP來完成DS-CDMA的過程；3．測試DS-CDMA各點的波形；三、實驗原理1．DS-CDMA基本原理DS-CDMA利用高速率的正交碼或準(zhǔn)正交碼來作為地址碼，與用戶信息數(shù)據(jù)相乘（模二相加），得到數(shù)據(jù)信息的直接序列擴頻信號，經(jīng)過相應(yīng)的信道傳輸后，在接收端與本地產(chǎn)生的地址碼進行相關(guān)檢測，，從中將地址碼和本地地址碼一致的用戶數(shù)據(jù)選出，把不一致的用戶數(shù)據(jù)除掉。碼分多址通信系統(tǒng)可以完成時域、頻域及空間上混疊的多個用戶直擴數(shù)據(jù)的同時傳輸。 圖4－1為一個典型的CDMA系統(tǒng)框圖。 圖4－1典型的CDMA系統(tǒng)框圖從該圖看出，在CDMA系統(tǒng)中，對每個用戶來講分為上行鏈路和下行鏈路。在上行鏈路中，為每一個移動用戶分配一個地址碼，且這些地址碼相互正交（或者準(zhǔn)正交）。移動臺MS1、MS2、…、MSk分別分配有地址碼C1’、C2’、…、CK’。利用移動碼型和移動用戶的一一對應(yīng)關(guān)系，基站便可以區(qū)分不同用戶的信號。同樣，在下行通信鏈路中，基站發(fā)往不同移動用戶的信號也用一組正交的地址碼C1、C2、 CDMA系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點：大容量軟容量采用多種分集技術(shù)軟切換性能好話音質(zhì)量高較低的發(fā)射功率2．DS-CDMA系統(tǒng)的實驗在實驗中用TMS320VC5509的DSP來編程，軟件完成簡易的DS-CDMA的功能。具體過程如下：(1)發(fā)送方1）將原始數(shù)據(jù)進行直擴2）對擴頻后的數(shù)據(jù)BPSK調(diào)制3）通過DSP的MCBSP串口來傳輸數(shù)據(jù)4）對串口數(shù)據(jù)進行D/A轉(zhuǎn)換，變成模擬信號5）對發(fā)送的模擬信號進行上變頻，通過射頻發(fā)送出去。(2)接收方1）通過射頻模塊來接收信號，并進行下變頻2）對信號進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號3）通過DSP的MCBSP串口接收數(shù)據(jù)4）對接收的數(shù)據(jù)進行BPSK解調(diào)5）對解調(diào)后的數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的本地擴頻碼進行解擴，得到接收的數(shù)據(jù)。四、實驗步驟1．通過鍵盤和液晶選擇“菜單”中的“四.碼分多址”，將看到以下菜單：2．選擇菜單1，則發(fā)送方選擇擴頻序列1作為發(fā)送地址碼，接收方2也選擇擴頻序列1，作為本地擴頻碼。按照下列步驟觀測波形：1）通過測試點TP201觀測和偽隨機序列頻率相同的時鐘信號； 2）通過測試點TP202觀測原始數(shù)據(jù)的波形； 3）通過測試點TP203觀測發(fā)送方的偽隨機碼的波形； 4）通過測試點TP204觀測擴頻后的數(shù)據(jù)波形； 5）通過測試點TP205觀測解擴后的數(shù)據(jù)波形； 6）通過測試點TP206觀測解擴放的偽隨機碼波形。 3．選擇菜單2，則發(fā)送方選擇擴頻序列2作為發(fā)送地址碼，接收方2也選擇擴頻序列2，作為本地擴頻碼。測試方法如上。4．選擇菜單3，則發(fā)送方選擇擴頻序列2作為發(fā)送地址碼，接收方2也選擇擴頻序列2，作為本地擴頻碼。測試方法如上。比較測試點TP203和TP206的波形，比較測試點TP202和TP205的波形。5．設(shè)計DSP完成DS-CDMA的程序，觀測當(dāng)發(fā)送方和接收方擴頻碼一致和不一致的情況下，來觀測上述各測試點的波形變化。五、實驗任務(wù)1．測試各點波形；2．畫圖分析并驗證不同擴頻碼和解擴碼時TP205的波形；實驗五數(shù)據(jù)接入CDMA信道的收發(fā)實驗一、實驗?zāi)康?.了解本實驗臺和計算機的接口；2．熟悉通過計算機來發(fā)送和接收短信的過程；二、實驗容掌握計算機和實驗臺的連接方法；了解計算機和實驗臺通信過程；通過計算機來發(fā)送和接收短信；三、實驗原理PC機發(fā)送數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)框圖如圖5－1所示。鍵盤及液晶顯示鍵盤及液晶顯示圖5－1計算機和實驗臺的連接框圖工作過程如下： 1．發(fā)送方 （1）PC機和實驗臺通過串口連接； （2）通過PC機端編寫要發(fā)送的信息，通過串口傳遞給實驗臺 （3）實驗臺的單片機接收到信息，通知DSP，DSP通過CDMA編碼，再通過射頻發(fā)送。 2．接收方（1）接收射頻信號，并下變頻后，傳遞給DSP （2）DSP收到數(shù)據(jù)，進行CDMA譯碼，并傳遞給MCS51 （3）MCS51將接收到的數(shù)據(jù)，傳遞給PC機，在PC機端顯示處理。 PC機端的界面如圖5－2所示，按下短信發(fā)送，則顯示圖5－3，在發(fā)送短信編輯區(qū)編寫要發(fā)送的短信。圖5－2PC機主界面圖5－3PC機端短信發(fā)送界面四、實驗步驟與任務(wù)注意：本實驗要求面板左下角的開關(guān)J403置于“方式1”的位置1.將計算機和實驗臺通過串口連接；2.運行計算機上的短信發(fā)送軟件；3.在主界面（如圖5－2）上選擇短信發(fā)送；4.在編輯短信界面（如圖5－3）上編輯發(fā)送短信的容；5．觀測在計算機端的顯示接收的短信，并與發(fā)送的短信比較。實驗六移動終端呼叫GSM設(shè)備的實驗一、實驗?zāi)康?.了解GSM網(wǎng)絡(luò)中話音呼叫的過程；2.熟悉用本移動終端作為主叫和被叫用戶進行語音呼叫；二、實驗原理用戶呼叫管理是移動通信系統(tǒng)的基本功能之一。它的主要目標(biāo)是發(fā)送和建立一個移動用戶向另一個用戶（固定的或移動的）的呼叫，或者從一個移動或固定用戶呼叫另一個移動用戶。主叫和被叫可以在一個網(wǎng)絡(luò)中，也可以不在一個網(wǎng)絡(luò)中。移動客戶作為主叫的呼叫流程(1)在服務(wù)小區(qū)，一旦移動客戶撥號后，移動臺向基站請求隨機接入信道。(2)在移動臺MS與移動業(yè)務(wù)交換中心MSC之間建立信令連接的過程。(3)對移動臺的識別碼進行鑒權(quán)，如果需加密則設(shè)置加密模等，進入呼叫建立的起始階段。(4)分配業(yè)務(wù)的信道。(5)采用七號信令的客戶部分(1SUP／TUP)，建立至被叫客戶的通路，并向被叫客戶振鈴，向移動臺回送呼叫接通證實信號。(6)被叫客戶取機應(yīng)答，向移動臺發(fā)送應(yīng)答連接消息，最后進入通話階段。移動客戶作為被叫的呼叫流程若MS作被叫，以PSTN的固定客戶A呼叫GSM的移動客戶B的呼叫建立過程（1）通過No．7信令客戶部分ISUP／TUP，入口MSC(GMSC)接受來自固定網(wǎng)(1SDN／PSTN)的呼叫。