1、移动通信技术与网络优化 1 实训五 GOLD序列自相关、捕获与跟踪实验 一、实验目的 1、了解滑动相关捕获的原理。 2、了解延迟锁定同步法的原理。 3、了解扩频码的捕获和跟踪的原理。 二、实验内容 1、观察滑动相关电路各点的波形（频谱），理解滑动相关电路的工作原理。 2、观察延迟锁定电路各点的波形（频谱），理解延迟锁定电路的工作原理。 3、观察扩频码的捕获和跟踪过程。 三、实验器材 1、移动通信原理实验箱 一台 2、20M 双踪示波器 一台 四、实验原理 1、Gold序列的自相关性 虽然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
2、相关特性好的互为优选的序列集很少，对于多址应用来说，可用的地址数太少了。而Gold序列具有良 好的自、互相关特性，且地址数远远大于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序列的自相关特性见图51。 图51 Gold序列的自相关特性 2、扩频码的捕获和跟踪 在扩展频谱系统中，为了使接收端能够正确恢复信码，必须使接收端产生的解扩用的伪随机码和发送端的伪随 机码同步。伪随机码的同步一般分两步进行。第一步是搜索和捕获伪随机码的初始相位，使与发端的码相位误差小 于 1bit，这就可保证解扩后的信号通过相关器后面的窄带中频滤波器，通常称这一步为初始同步或捕获；第二步是 在初
3、始同步的基础上，使码相位误差进一步减小，使所建立的同步保持下去，通常称这一步为跟踪。 2.1 捕获 常用的捕获方法有滑动相关法、前置同步码法、发射参考信号法、突发同步法和匹配滤波器同步法。在 CDMA 系统接收端，捕获的实现大多采用滑动相关法。移动通信技术与网络优化 2 若使接收端伪随机序列发生器以不同于发送端的码速率工作，这就相当于两个码组间相对滑动，一旦发现两个 码组相位符合（即同步）时，立即使滑动停止。在实际系统中，两码组间的相对滑动并不是使两码组的码速率不同 而获得，而是通过使接收机时钟周期性地移动一个相位增量而实现的。对于伪随机码组，由于它具有良好的相关性 能，当相对滑动的结果使两码
4、组的相位符合时，相关器的输出有尖峰值出现。此时就判断捕获完成。滑动相关法的 原理见图 52。 包络检波 解扩 时钟 PN码发生器 扣码 BPF 门限判决 解调 图 52 滑动相关捕获原理 接收到的信号与本地伪随机码相乘后再积分， 即求出它们的互相关值， 然后与门限检测器中的某一门限值比较， 以判断是否已捕获到有用信号。这里是利用伪随机码的相关特性，当两个相同的码序列相位上一致时，其相关值有 最大的输出。一旦确认捕获完成，则捕获指示信号的同步脉冲控制搜索控制钟，调整伪随机码发生器产生的伪随机 码的重复频率和相位，使之与收到的信号保持同步。 2.2 跟踪 实现跟踪也是利用伪随机码的相关特性实现的。
5、一般采用延迟锁相环来实现。当接收到的信号和本地的 PN 序 列达到同步以后，我们就说时间参考已经建立。延迟锁定环是通过一非线性的反馈环路来实现输出信号对输入信号 的跟踪和同步作用。 延迟锁定技术是使本地 PN 序列发生器跟踪或锁定于外来的 PN序列。 两个 PN 序列在时延上的 差别需要通过相关运算来监视：如果两个 PN 序列的相位相同，则有最大的相关输出；反之如果相位不同，则输出 很小。 包络检波 BPF 包络检波 BPF 环路滤波 压控 时钟 PN码 发生器 ) (t + e ) (t - e 图5-3 PN码的跟踪原理 由图 53可见，输入信号与本地 PN 序列的超前和滞后序列作互相关运
6、算，然后分别进行带通滤波，包络检波， 最后相减，得到误差函数。误差电压经过环路滤波，送到压控振荡器控制时钟频率的变化。这个时钟再推动本地 PN 序列发生器，产生本地 PN 序列的超前和滞后序列。本地 PN 序列发生器的级数和反馈逻辑与发射方相同。延时锁 定环路的鉴相特性曲线，如图54 所示。移动通信技术与网络优化 3 图5-4 延迟锁相环的鉴相特性 五、实验步骤 1、用导线连接发射天线和接收天线。 2、 插上电源线， 打开主机箱右侧的交流开关， 再按下开关 POWER301、 POWER302、 POWER401和 POWER402， 对应的发光二极管 LED301、LED302、LED401
7、 和 LED402 发光，CDMA系统的发射机和接收机均开始工作。 3、发射机拨位开关“信码速率” 、 “扩频码速率” 、 “扩频” 、 “编码”均拨下，接收机拨位开关“信码速率” 、 “扩 频码速率” 、 “跟踪” 、 “解码”均拨下。此时系统的信码速率为 1Kbit/s，扩频码速率为 100Kbit/s。 4、将拨位开关“第一路”连接，拨位开关“第二路”断开，此时发射机输出GOLD1 为扩频码的第一路扩频信 号。 5、将拨码开关“GOLD3 置位”拨为与“GOLD1 置位”一致，按“发射机复位”键和“接收机复位”键。 为了确认置位正确，可用双踪示波器查看“GOLD1”和“GDTX”的码型是
8、否相同。 扩频1 信号 发生器1 信号 发生器2 扩频2 GOLD序列 发生器1 GOLD序列 发生器2 GOLD2 置位 PSK 调制器1 PSK 调制器2 TX-CW (10.7M) 加法器 GOLD1 置位 功放 SIGN1 SIGN2 GOLD1 GOLD2 S1-KP S2-KP PSK1 PSK2 TX SIGN1 置位 SIGN2 置位 第一路 第二路移动通信技术与网络优化 4 6、逆时针将“捕获”电位器旋到底， “捕获指示”灯灭。用示波器测“TX3”处波形，该波形即为Gold序列的 自相关特性。 说明：用示波器观察 Gold序列的自相关波形时，为观察到稳定的信号，应以 Gold
9、序列自相关特性波形的上半 部分触发，如下图所示： 另外，由于该波形频率很低，在示波器上观察可能存在闪烁，此为正常现象。 7、顺时针将“跟踪”电位器旋到底，用示波器测“VCOC”处波形，该波形即为延迟锁相环的鉴相特性曲线。 说明：用示波器观察“VCOC”处的波形时，为观察到稳定的信号，应将示波器的触发电平设置在波形的上半 部分或下半部分触发，如下图所示： 8、顺时针将“捕获”电位器旋到底， “捕获指示”灯亮。用示波器双踪分别观察“G1BS”和“G3BS”处的 波形，调节“跟踪”电位器，使两者波形相对移动尽可能缓慢或静止。 9、逆时针将“捕获”电位器旋到底，再顺时针缓慢旋转，直到“捕获指示”灯刚好变亮，按下“接收机复位” 键时“捕获指示”灯灭，松开“接收机复位”键时“捕获指示”灯亮，则“捕获”电位器调节正确。 10、用示波器双踪分别观察“G1BS”和“G3BS”处的波形，调节“跟踪”旋钮，直到二个波形完全一致， 没有相差为止。此时表明接收机的 Gold序列和发射机的 Gold序列在相位与码速率上都一致。 1、用示波器双踪分别观察“GOLD1”和“GDTX”处的波形，二者的波形应完全一致。若保持一致，表示 已完成扩频码的同步。 触发电平 或 触发电平
