移动通信原理与应用实验(6)

4、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(45)8的5级m序列1000010010110011111000110111010为例进行验证。m序列具有以下性质： 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。n级的m序列中，总共有2n?1个游程，其中长度为1的游程占总游程数的1/2，长度为2的游程占总游程数的1/4，长度为k的游程占总游程数的2?k。且长度为k的游程中，连0与连1的游程数各占一半。如序列1000010010110011111000110111010中，游程总数为25?1?16，此序列各种长度的游程分布如下： 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4，2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m1与其经任意延迟移位产生的另一序列m2模2相加，得到的仍是m1的某次延迟移位序列m3，即m1?m2?m3，验证如下：m1=1000010010110011111000110111010，右移3位得到序列m2=0101000010010110011111000110111，则得m3=1101010000100101100111110001101，可以看出，m1右移五位即可得到m3。 4） 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??0时，自相关系数?(?)??所示，图10-2也清楚的表示了m序列的二值自相关特性。

1。m序列的自相关特性如式（10-6）p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

CDMA发送 DS1M序列产生BPFTX2捕获输出门限判决包络检波器输出1带通滤波器变为双极性包络检波器相减ZH2M序列产生扣码延时包络检波器带通滤波器乘法器CQ1变为双极性带通滤波器乘法器ZH1变为双极性信号放大输出2乘法器TX1输入CQ2VCOVCODS1 OUTI-IN乘法器二分频COS功放21.4M晶振IQ调制 输出CDMA接收 将

CDMA发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 发送模块：DS1 OUT 目的端口 IQ模块：I-IN 连线说明 进行PSK调制 c﹑用同轴视频线完成如下连接：

源端口 IQ模块：输出(J2) 目的端口 接收模块：输入(J2) 连线说明 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

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”，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。

实验四 多径衰落信道模拟实验

一、实验目的

1、了解多径衰落产生原因及类型。 2、了解多径干扰对信号的影响

二、实验内容

观察多径干扰对信号的干扰

三、基本原理

在陆地移动通信中，移动台常常工作在城市建筑群和其它地形物较为复杂的环境中，其传输信道的特性是随时随地而变化的，因此移动信道是典型的随参信道。移动通信中最难克服的是快衰落引起的时变特性。

接收信号强度出现快速、大幅度的周期性变化，称为多径快衰落，也称小区间瞬时值变动。统计表明，在障碍物均匀的城市街道或森林中，信号包络起伏近似于瑞利（Rayleigh）分布，故多径快衰落又称为瑞

利衰落。快衰落的衰落幅度变化与地形地物有关，可达10dB~30dB，衰落速度与移动台移动速度有关。例如：车速40km/h，电波频率800MHz时，衰落速度达每秒30～40次。在没有直达路径的情况下（当多径数较多时，各路径信号幅度差异很小），快衰落服从瑞利分布：

式中信号幅度?均值为：???p(?)?2e2?,0????

?2??2(15-1)

?2?，?2为其方差。在???的时候?取得最大值。在存在直达路径的情况

下（在各径信号当中有一径信号强度明显高于其他各径），快衰落服从莱斯（Rice）分布：

??2??s2????s??p(?)?2exp???I0?2?,0???? 2?2??????(15-2)

式中I0(x)为第一类修正贝赛尔函数。由式（15-2）可以看出，当?s＝0即不存在直达路径时，此式表示瑞利分布。 1、 产生原因

产生快衰落的原因有两个：多径效应和多普勒频移。 （1）多径效应

由移动体周围的局部散射体引起的多径传播效应称为多径效应，表现为快衰落。发射端的信号到达接收端的路径并非一条，由于经历不同的传播损耗和衰落，各径信号均不相同。从空间角度来看，沿移动台移动方向，接受信号的幅度随着距离变动而衰减，幅度的变化反映了地形起伏所引起的衰落以及空间扩散的损耗。从时域角度来看，各个路径的长度不同，因而信号到达的时间就不同，即如果从基站发送一个脉冲信号，则接收信号中不仅包含该脉冲，而且还包含它的各个时延信号。这种由于多径效应引起的接收信号中脉冲宽度扩展的现象，称为时延扩展。扩展的时间可以用第一个码元信号至最后一个多径信号之间的时间来测量。时延扩展将引起码间串扰，严重影响数字信号的传输质量。

（2）多普勒频移

在多径条件下，由移动体的运动速度和方向引起信号频谱展宽的现象称为多普勒效应。多普勒效应引起的附加频移称为多普勒频移，可用下式表示：

fd??cos? ?(15-3)

式中?是入射电波与移动台运动方向的夹角，?是移动台运动速度，?是波长。上式中，?/?与入射角无关，是fd的最大值， fm＝?/?称为最大多普勒频移。 2、 快衰落的分类

快衰落可以分为以下三类：空间选择性衰落，频率选择性衰落和时间选择性衰落。所谓选择性，是指在不同的空间、不同的频率和不同的时间，其衰落特性是不同的。下面首先介绍三个概念：时延扩展、相

干带宽和相干时间。

（1）时延扩展

考虑到多径的影响，无线信号有不同的路径，每个路径有不同的路径长度，因此每个路径的信号到达时间是不同的，这种由于多径效应引起的接收信号中脉冲宽度扩展的现象，成为时延扩展，用符号?表示。时延扩展会造成数字系统符号间干扰，因此限制了数字系统的最大符号率。为了避免码间串扰，应使码元周期大于多径引起的时延扩展，或者用下式表示。

1Tb?? 或 Rb?

?(15-4)

式中Tb表示码元周期，Rb表示码元速率。

平均时延扩展为：

?d????0?0tD?t?dtD?t?dt

?(15-5)

式中D(t)表示时延概率密度函数，可以表示为指数形式和均匀形式，其中?D?t?dt?1。对于近距离散射

0体、距离高大建筑物和远山的环境，多径时延扩展可近似为指数分布，指数形式的时延扩展表示为：

D?t??11?de 0?t?2?d

?d(15-6)

GSM中采用等间隔分布（即均匀形式）来表征乡村地区的多径传播环境。均匀形式的时延扩展表示为：

1D?t?? (15-7)

2?d测试数据表明，不同环境下平均时延扩展是不一样的。多经环境下时延扩展的参数如表15-1所示：

表15-1 多径环境下时延扩展参数的统计值 参 数 最大时延时间/?s（相对于包络最高值－30dB） 延迟扩展范围/?s 平均延迟扩展/?s 最大有效延迟扩展/?s 市 区 5.0～12.0 1.0～3.0 1.3 3.5 郊 区 0.3～7.0 0.2～2.0 0.5 2.0 从表15-1中的实测数据可以看出，市区的传播时延比郊区长，相对于包络最高值－30dB处所测的时延可达12?s。根据式（15-4），在没有采用分集接收或均衡等抗衰落措施时，要求比特率小于83.3kbps，否则将引起码间串扰。

（2）相关带宽

信号通过移动信道时会引起多径衰落，因此需要考虑信号中不同频率分量所受到的衰落是否相同。相

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