东南大学信息学院系统实验通信组第六次实验.docx
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东南大学信息学院系统实验通信组第六次实验
通信原理实验报告
姓名：
学号：
实验日期
1.1扩频通信及码分多址
1.1.1伪随机序列产生及特性研究
实验原理:
1.m序列产生及特性研究
m序列是最长线性反馈移存器序列的简称,是伪随机序列的一种。
它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。
m序列具有类似于随机序列的性质，归纳起来有下列三点：
1．平衡特性：
随机序列中0和1的个数接近相等；
2．游程特性：
把随机序列中连续出现0或1的子序列称为游程。
连续的0或1的个数称为游程长度。
随机序列中长度为1的游程约占游程总数的1／2，长度为2的游程约占游程总数的1／22，长度为3的游程约占游程总数的1／23，…
3．相关特性：
随机序列的自相关函数具有类似于白噪声自相关函数的性质，即单峰自相关函数特性。
m序列类似于随机序列，但不是真正随机序列，它的结构或形式是预先可以确定的，并且可以重复地产生和复制。
m序列是由带线性反馈的移存器产生的。
结构如图：
图1.1.1.1反馈移位寄存器的结构
2GOLD序列产生及特性研究
m序列虽然性能优良，但同样长度的m序列个数不多，且m序列之间的互相关函数值并不理想（为多值函数）。
1967年，R．Gold提出和讨论了一种新的序列，即Gold序列。
这种序列有较为优良的自相关和互相关特性，构造简单，产生的序列数多，因而得到广泛的应用。
（1）.m序列优选对
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满足下式的两条n阶m序列：
具体m序列优选对参考m序列的反馈系数表部分。
（2）．Gold序列的产生方法
Gold序列是m序列的组合序列，由同步时钟控制的两个码元不同的m序列优选对逐位模2加得到，其原理如下图所示。
这两个序列发生器的周期相同，速率也相同，因而两者保持一定的相位关系，这样产生的组合序列与这两个子序列的周期也相同。
当改变两个m序列的相对位移时，会得到一个新的Gold序列。
Gold序列虽然是m序列模2加得到的，但它已不再是m序列，不过仍具有与m序列近似的优良特性，各个码组之间的互相关特性与原来两个m序列之间的互相关特性一样，最大的互相关值不会超过原来两个m序列间最大互相关值。
Gold序列最大的优点是具有比m序列多得多的独立码组。
3WALSH序列产生及特性研究
Walsh序列是正交的扩频序列。
生成Walsh序列有很多种方法，通常是通过哈达码矩阵来产生Walsh序列。
利用哈达码矩阵产生Walsh序列的过程是采用迭代的方法。
实验框图:
实验结果：
1.m序列观测及特性研究
（1）.m序列时域观测
序列1
序列3
1000010010110011111000110111010
0000100101100111110001101110101
（2）.m序列均衡性观测
我们可以看到“0”的个数为：
15“1”的个数为：
16
我们可以得到“0”的个数和“1”的个数接近相同，其中“1”的个数比“0”少一。
（3）.m序列游程特性观测
游程长度
1
2
3
4
5
游程个数
8
4
2
1
1
（4）.m序列移位相加特性观测
将序列1和序列2设置为相同的m序列，将4档开关设置为两组序列相加输出。
结果如图3，结果为0，序列2向右移动3位相加，为一伪随机序列
（5）.m序列自相关特性观测
从图中我们可以看出m序列，每个周期有一个单峰值，而且峰值比较干净，自相关性比较好
（6）.m序列互相关特性观测
从图中我们可以看到，m序列的互相关性差，正交性强。
2.gold观测及特性研究
（1）.gold序列时域观测
序列1：
1000010010110011111000110111010
序列2:
1000010110101000111011111001001
我们可以看到生成的gold序列为：
0000000100011011000011001110011
（2）.gold序列均衡性观测
我们可以看到“0”的个数为：
19“1”的个数为：
12
我们可以得到“0”的个数和“1”的个数接近相同0。
（3）.gold序列游程特性观测
游程长度
1
2
3
4
7
游程个数
6
3
2
1
1
我们可以看到，此gold序列为非平衡序列。
（4）gold序列自相关特性观测
我们可以看到，gold序列的自相关性输出峰值不纯净，所以自相关性不如m序列。
（5）gold序列互相关特性观测
我们可以看到，gold序列的互相关性比m序列要好。
WASLH观测及特性研究
（1）.WALSH序列时域观测
WALSH1
WALSH2
0101010101010101
0110011001100110
（2）.WALSH序列均衡性观测
我们可以看到“0”的个数为：
8“1”的个数为：
8
我们可以得到“0”的个数和“1”的个数相同，具备均衡性。
（3）.WALSH序列游程特性观测
我们可以看出WALSH不具备游程特性。
（4）.WALSH序列自相关特性观测
（5）.WALSH序列互相关特性观测
从5和6中我们可以看到，walsh的自相关性不好，而互相关性比较好。
1.1.2扩频与解扩实验
实验原理：
●扩频通信
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。
这一定义包括以下三方面的意思：
（1）信号频谱被展宽了。
（2）采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。
（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。
直接序列扩频
常用的扩展频谱方式可分为直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频和混合式。
实验中采用的是直接序列扩频方式，它是将要发送的信息用伪随机序列（PN）扩展到一个较宽的频带上去，然后进行调制，在接收端用与发送端相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行处理，恢复出原来的信息。
解扩同步原理（扩频码的捕获与跟踪）
●扩频码的捕获（滑动相关捕获）
●扩频码的跟踪（延迟锁定同步法）
实验框图：
实验结果：
扩频码及扩频数据观测
（1）.基带数据观测
（2）.扩频码观测
基带数据全零。
将“扩频码选择开关”选择到PN1，修改“扩频码1”，观测扩频码的变化；
PN1
PN2
GOLD
1010010111000110
0001010001001100
1011000110001010
输入的PN序列为1010010111000110，波形如上图所示。
（3）.扩频后数据观测
基带数据
扩频输出
修改基带数据的设置，记录基带数据，扩频码和扩频后数据。
将扩频码设置为15位M序列（000111101011001），多余1bit设置为0，记录各个测量点的数据。
将16位基带数据设置为全0，结果为0001111010110010。
解频码及解频数据观测
（1）.手动同步捕获及相关性观测
示波器同时观测原始基带数3P8和解扩后数据6P7。
修改扩频码和本地解扩码至相同值，将“同步切换开关”切换到手动控制，通过“手动按钮”切换当前的同步状态。
解扩输出
相关性
正确解扩
错误解扩
当相关性最大时达到同步捕获状态。
（2）.自动同步捕获
示波器同时观测原始基带数3P8和解扩后数据6P7。
修改扩频码和本地解扩码至相同值，将同步切换到手动同步状态，设置为非同步状态，然后切换到自动同步状态下，观测自动同步的捕获。
可见扩频码和解扩码为不同码型时本地解扩不可以同步并解扩，相同码型则可以自动捕获并解扩正确数据。
（3）.同步跟踪观测
示波器同时观测原始基带数3P8和解扩后数据6P7。
修改扩频码和本地解扩码至相同值，将“同步切换开关”切换到手动控制，通过“手动按钮”切换当前的同步状态，当前状态切换到同步状态。
拔掉6P8孔上的连接线，然后重新插上，观测当前是否同步。
此状态下有一定几率同步。
将“同步切换开关”切换到自动同步控制，拔掉6P8孔上的连接线，然后重新插上，观测是否同步。
此状态下可以同步。
1.1.3跳频通信实验
实验原理：
跳频系统（Frequency-HoppingSpreadSpectrum；FHSS）是指在通信中，载频受一伪随机码的控制，不断地、随机地跳变，可以看成载频按照一定规律变化的多频频移键控（MFSK）。
一般跳频系统可以根据跳频速率分为快速跳频、中速跳频和慢速跳频。
跳频系统的频率跳变，受到伪随机序列的控制，时间不同，伪随机序列的相位不同，对应的频率合成器产生的频率也不同。
跳频参数设置：
（1）载波频率256k
（2）频率间隔16k
（3）跳频集2^2-1
（4）跳频间隔64
实验框图
跳频信号时域观测：
我们从稀疏不同的图中可以看到，载波频率是不断变化的，有三种跳频频率。
跳频信号频域观测：
232K=256K-16K-8K
分析
256K中心载波
-16K跳频间隔
±8KFSK载波间隔
264K=256K+0K+8K
分析
256K中心载波
0K跳频间隔
±8KFSK载波间隔
280K=256K+16K+8K
分析
256K中心载波
+16K跳频间隔
±8KFSK载波间隔
跳频信号跳速分析
我们基带数据的速率为2k，跳频间隔为64，所以跳速为2000/64=31.25次/秒。
跳频信号跳频集分析
跳频集为n个，所以总共频率数目为：
n*2个，本次实验我们设置为n=3，所以共6个频率。
跳频信号带宽分析
调频信号总带宽=跳频频率间隔×（跳频集-1）+频率步进×2。
本次实验跳频频率间隔为16k，频率步进为8k，所以总带宽为48。
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