1、太原理工大学现代科技学院实验报告一、 实验目的 通过本实验掌握 m 序列的特性、产生方法及应用。 二、 实验内容 1、观察 m 序列，识别其特征。 2、观察 m 序列的自相关特性。 三、 基本原理 m序列是有n级线性移位寄存器产生的周期为 的码序列，是最长线性移位寄存器序列的简称。码21n分多址系统主要采用两种长度的m 序列：一种是周期为 的m 序列，又称短PN序列；另一种是周期为5的m序列，又称为长PN 码序列。m 序列主要有两个功能： 扩展调制信号的带宽到更大的传输带宽，421即所谓的扩展频谱；区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户的信号。 3、m 序列的互相关函数 两个码序列的互
2、相关函数是两个不同码序列一致程度（相似性）的度量，它也是位移量的函数。当使用码序列来区分地址时，必须选择码序列互相关函数值很小的码，以避免用户之间互相干扰。 研究表明，两个长度周期相同，由不同反馈系数产生的 m 序列，其互相关函数（或互相关系数）与自相关函数相比，没有尖锐的二值特性，是多值的。作为地址码而言，希望选择的互相关函数越小越好，这样便于区分不同用户，或者说，抗干扰能力强。 在二进制情况下，假设码序列周期为 P 的两个 m 序列，其互相关函数 Rxy()为 （9-9） ()xyRAD式中，A 为两序列对应位相同的个数，即两序列模 2 加后“0”的个数；D 为两序列对应位不同的个数，即两
3、序列模 2 加后“1”的个数。 为了理解上述指出的互相关函数问题，在此以 时由不同的反馈系数产生的两个 m 序列为例计算5n它们的互相关系数，以进一步讲述 m 序列的互相关特性。将反馈系数为 和 时产生的两个 5 级 m8(45)87序列分别记做： ：1000010010110011111000110111010 和 ：111110111000101011010000110100，序1m2m列 和 的互相关函数如表 9-3 所示。 12表 9-3 序列 和 的互相关函数表12序列 1m1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1
4、 0 1 0序列 21 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0右移的码1元数目（单位为）/CT0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30太原理工大学现代科技学院实验报告 ()xyR9 1 7 1 9 9 7 1 7 7 1 1 1 9 7 9 7 7 1 1 7 7 1 7 1 1 9 1 1 1 1(1)/2nxyR根据表 9-3 中的互相关函数值可以画出序列 和 的互相关函数曲线 ,如图 9
5、-5 所示。 1m2可以看出，不同于 m 序列自相关函数的二值特性， m 序列的互相关函数是一个多值函数。在码多址系统中，m 序列用作地址码时，互相关函数值越小越好。研究表明，m 序列的互相关函数具有多值特性，其中一些互相关函数特性较好，而另一些则较差。在实际应用中，应取互相关特性较好的 m 序列作为地址码，由此便引出 m 序列优选对的概念。 图 9-5 m 序列的互相关函数曲线满足下列条件的两个 m 序列可构成优选对： （9-10） (1)/2 4nxyRn为 奇 数为 偶 数 且 不 能 被 整 除由表 9-3 可以看出，级数 的两个 m 序列（反馈系数分别为 和 可以构成优选对，因为它5
6、8(45)87们的互相关函数值 。m 序列优选对的概念在后面讲 GOLD 序列时将会用到。 3()219xyR4、m 序列的性质 前面详细讨论了 m 序列的产生原理，自相关以及互相关特性这部分将对 m 序列的性质做一个总结，有关特性以反馈系数为 的 5 级 m 序列 1000010010110011111000110111010 为例进行验证。m 序列具8(4)有以下性质： 1） 均衡性 由 m 序列的一个周期中，0 和 1 的数目基本相等。1 的数目比 0 的数目多一个。该性质可由 m 序列1000010010110011111000110111010 看出：总共有 16 个 1 和 15
7、个 0。 2） 游程分布 m 序列中取值相同的那些相继的元素合称为一个 “游程” 。游程中元素的个数称为游程长度。 级的nm 序列中，总共有 个游程，其中长度为 1 的游程占总游程数的 1/2，长度为 2 的游程占总游程数12n的 1/4，长度为 的游程占总游程数的 。且长度为 的游程中，连 0 与连 1 的游程数各占一半。如k2kk太原理工大学现代科技学院实验报告序列 1000010010110011111000110111010 中，游程总数为 ，此序列各种长度的游程分布如下：5126长度为 1 的游程数目为 8，其中 4 个 1 游程和 4 个 0 游程； 长度为 2 的游程数目为 4，
8、2 个 11 游程，2 个 00 游程； 长度为 3 的游程数目为 2，1 个 111 游程，1 个 000 游程； 长度为 4 的连 0 游程数目为 1； 长度为 5 的连 1 游程数目为 1。 3） 移位相加特性 一个 m 序列 与其经任意延迟移位产生的另一序列 模 2 相加，得到的仍是 的某次延迟移位序1 m1m列 ，即 ，验证如下： =1000010010110011111000110111010，右移 3 位得到序列3231=0101000010010110011111000110111，则得 =1101010000100101100111110001101，可以看出，2 3右移五位
9、即可得到 。 134） 相关特性 我们可以根据移位相加特性来验证 m 序列的自相关特性。因为移位相加后得到的还是 m 序列，因此0 的个数比 1 的个数少 1 个，所以，当 时，自相关系数 。m 序列的自相关特性如式01()p（9-6）所示，图 9-2 也清楚的表示了 m 序列的二值自相关特性。 四、 实验原理 1、实验模块简介 本实验需用到 CDMA 发送模块、CDMA 接收模块及 IQ 调制解调模块。 （1）CDMA 发送模块： 本模块主要功能：产生 PN31 伪随机序列，将伪随机序列或外部输入的其它数字序列扩频，扩频增益为 32，扩频后输出码速率为 512kbps，可输出两路不同扩频码信
10、号。 （2）CDMA 接收模块： 本模块主要功能：完成 10.7MHz 射频信号的选频放大，当本地扩频码设置为与发送端扩频码相同时，可完成扩频码的捕获及跟踪，进而完成扩频信号的解扩。 （3）IQ 调制解调模块： 本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大； 2、实验框图及电路说明 太原理工大学现代科技学院实验报告将 CDMA 发M 为 为 为 为 为 为 为为 为 为2 1 . 4 M为 为为 为D S 1 D S 1 O U TC O S为 为为 为I - I NB P F为 为 为为 为为 为 为为 为为 为 为为 为M 为 为为 为为 为 为 为 为T
11、X 2为 为 为为 为 为为 为 为 为 为为 为 为 为 为为 为 为 为 为为 为 为 为 为为 为 为为 为为 为 为为 为为 为V C O为 为为 为为 为为 为V C OZ H 1C Q 1T X 1C Q 2Z H 2为 为 1为 为为 为为 为 2为为送模块内部产生速率为 512K 的 m 序列 PN127 送入 IQ 调制模块中进行 PSK 调制，经放大后输出。PSK 已调信号载波为 10.7MHz，是由 21.4MHz 本振源经 2 分频产生。 扩频后的 PSK 已调信号送入 CDMA 接收模块中，与接收模块中产生的 m 序列相乘。接收模块 m 序列的结构与发送模块 m 序列
12、的结构完全相同，速率也是 512K，因此两个 m 序列只有相位不同。在接收模块中对该模块产生的 m 序列进行扣码，每周期扣掉 1/4 个码元，使发送端和接收端的两个 m 序列产生相对滑动，这样在接收模块的包络检波后可看到周期性的 m 序列自相关特性。 五、 实验步骤 1、 在实验箱上正确安装 CDMA 发送模块（以下简称发送模块） 、CDMA 接收模块（以下简称接收模块）及 IQ 调制解调模块（以下简称 IQ 模块） 。 2、 关闭实验箱电源，按如下方式连线： a、用鳄鱼夹连接发送模块上的“DATA1 IN”和“GND”测试钩。 b用台阶插座线完成如下连接： 源端口 目的端口 连线说明发送模块
13、：DS1 OUT IQ 模块： I-IN 进行 PSK 调制c用同轴视频线完成如下连接： 源端口 目的端口 连线说明IQ 模块：输出(J2) 接收模块：输入(J2) 将扩频后的 PSK 已调信号进行解扩* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。 3、 用示波器观测接收模块“输出 2”点信号，调整“幅度”电位器使该点信号电压峰峰值为 1.6V 左右。4、 观察 m 序列波形及其特征 CDMA 发送IQ 调制CDMA 接收太原理工大学现代科技学院实验报告a、将发送模块上“GOLD1 SET”拨码开关所有位全置为“0” （拨向下） 。 b、将接收模块上“GOLD SET ”拨码开关所有位全置为“ 0
14、”，按 RESET 键完成设置。 c、将接收模块上“捕获”电位器逆时针转到底，此时捕获指示灯“LED1”应灭。 d、用示波器观测发送模块“DS1”点信号波形。 5、 用示波器观测接收模块“TX2”点信号波形，观察 m 序列的自相关特性。 六实验结果 太原理工大学现代科技学院实验报告七，实验心得 通过本次试验首先我加深了对示波器及其相关软件的使用，能够熟练的运用他们。通过对 m 序列的观察与分析我知道了 m 序列的特性，产生方法以及他们的应用和特征。 在做完实验后，我更加对课本中 m 序列的有关知识有了更深入的了解，明白了 m 序列的特点有： 1.随机性。2，游程分布特性。3，线性叠加性以及自相关特性。
