中南大學

　擴頻通信實驗報告

　 實驗一: : 擴頻與解擴觀測實驗

　時間:4 月 9 號

　一、實驗目得

　1、了解直接序列擴頻得原理。

　2、了解擴頻前后信號在時域及頻域上得變化。

　二、實驗器材

　⒈ 主控&信號源模塊、2 號、14 號、11 號模塊

　各一塊 ⒉ 雙蹤示波器

　 一臺 ⒊ 連接線

　 若干 三、實驗原理

　1、實驗原理框圖 數字信號源擴頻 解擴DoutMUXBSOUT2 2 # 模塊14 # 模塊11 # 模塊NRZ1NRZ-CLK1擴頻序列1序列1（TP8）擴頻序列2序列2（TP8）CDMA1 AD輸入1AD輸入2CDMA2Dout

　 實驗框圖 2、實驗框圖說明 本實驗選擇【擴頻與解擴觀測實驗】菜單。如框圖所示,我們用 2 號模塊作為信號源,DoutMUX 輸出 32K 數字信號,送入至 14 號模塊得 NRZ1。14 號模塊此時完成擴頻功能,擴頻序列由 14 號模塊內部產生,將開關 S1 設置為 0000,開關 S2 設置為 0111,即可設置該路擴頻序列 1 得碼型(測試點為 TP8 序列 1)。擴頻信號由端口 CDMA1 輸出。同時,當 14 號模塊得開關S3設置為0111、開關S4設置為0000且端口NRZ2與NRZ-CLK2無信號輸入時,端口CDMA2輸出得偽隨機序列與 14 號模塊得擴頻序列 1 相同,本實驗中將該序列“CDMA2”可作為后續得解擴序列。此時得 11 號模塊完成解擴功能,其中擴頻信號從端口“AD 輸入 1”輸入,解擴序列從“AD 輸入 2”輸入,解擴信號從 11 號模塊得“Dout”輸出。

　該實驗【擴頻與解擴觀測實驗】中擴頻序列得長度可通過 PN 序列長度設置開關 S6 進行選擇 15 位或 16 位。當開關 S6 撥至“127 位”時,表示該實驗得擴頻為 15 位;當開關 S6 撥至“128 位”時,表示該實驗得擴頻為 16 位。

　注:為配合示波器調節,為了較好得對比觀測擴頻前與擴頻后得碼元,建議選擇 16 位。

　四、實驗步驟

　1、按框圖所示連線。

　源端口

　目標端口

　連線說明

　模塊 2:DoutMUX 模塊 14:TH3(NRZ1) 數據送入擴頻單元 模塊 2:BSOUT 模塊 14:TH1(NRZ-CLK1) 時鐘送入擴頻單元 模塊 14:TH4(CDMA1) 模塊 11:TH2(AD 輸入 1) 送入解擴單元 模塊 14:TH5(CDMA2) 模塊 11:TH3(AD 輸入 2) 提供解擴序列 2、選擇主菜單【移動通信】→【擴頻與解擴觀測實驗】,此時 2 號模塊 DoutMUX 輸出速率為 32K。

　3、設置 2 號模塊 DoutMUX 得輸出碼元。可自行設置,比如將 2 號模塊得 S1 設置為10100000,S2、S3 以及 S4 都設置為 00000000。用示波器觀測 DoutMUX,即擴頻前得波形。

　 4、設置并觀察擴頻序列。將 14 號模塊得開關 S6 撥至“128 位”檔位,即選擇 16 位擴頻序列。開關 S1 設置為 0000,開關 S2 設置為 0111, 按復位鍵 S7。用示波器觀測測試點“TP8序列 1”輸出波形。

　5、用示波器分別接 14 號模塊得 NRZ1 與 CDMA1,對比觀測擴頻前與擴頻后得輸出碼元變化。有興趣得同學可以讀出擴頻信號中 1 電平擴頻輸出與 0 電平擴頻輸出得對應碼元。

　6、驗證解擴效果。

　(1)將開關 S3 設置為 0111,開關 S4 設置為 0000, 按復位鍵 S7。此時解擴用得序列 CDMA2與擴頻序列“TP8 序列 1”相同。用示波器分別連接 14 號模塊得 NRZ1 與 11 號模塊得 Dout,驗證波形就是否相同,即正常解擴。

　 (2)將開關 S3 與開關 S4 隨意設置為其她碼值, 按復位鍵 S7。此時解擴用得序列 CDMA2與擴頻序列“TP8 序列 1”不相同。再用示波器分別連接 14 號模塊得 NRZ1 與 11 號模塊得Dout,驗證就是否還能解擴。

　五、實驗結果及分析

　在實驗 6(1)中解擴前后碼型一致,但在實驗 6(2)中,解擴用得序列與擴頻序列不同時,不能正確解擴。擴頻通信得實驗關鍵在于相關解擴,偽隨機碼要保持一致。

　實驗二m :m 序列、d Gold 序列產生及特性分析實驗

　時間:4 月 9 號 一、實驗目得

　1、了解 m 序列、Gold 序列得特性及產生。

　二、實驗器材

　1、 主控&信號源模塊、14 號模塊

　各一塊 2、 雙蹤示波器

　 一臺 3、 連接線

　 若干 三、實驗原理

　1 1 、m m 序列

　⑴ 實驗原理框圖 m序列產生m序列產生PN3PN1積分序列相乘相關函數值G2G1序列2序列1 m 序列相關性實驗框圖 ⑵ 實驗框圖說明

　m 序列得自相關函數為

　 式中,A 為對應位碼元相同得數目;D 為對應位碼元不同得數目。

　自相關系數為

　對于 m 序列,其碼長為 P =2n －1,在這里P 也等于碼序列中得碼元數,即“0”與“1”個數得總與。其中“0”得個數因為去掉移位寄存器得全“0”狀態,所以 A 值為

　“1”得個數(即不同位)D 為

　m 序列得自相關系數為

　( )xxP ?-1 -21 2 3 40-1/PPcT? m 序列得自相關函數 2 2 、d Gold 序列

　⑴ 實驗原理框圖 Gold序列產生Gold序列產生G2G1積分序列相乘相關函數值序列2序列1 Gold序列相關特性實驗框圖 ⑵ 實驗框圖說明 雖然m序列有優良得自相關特性,但就是使用m序列作CDMA(碼分多址)通信得地址碼時,其主要問題就是由m序列組成得互相關特性好得互為優選得序列集很少,對于多址應用來說,可用得地址數太少了。而Gold序列具有良好得自、互相關特性,且地址數遠遠大于m序列得地址數,結構簡單,易于實現,在工程上得到了廣泛得應用。

　Gold序列就是m序列得復合碼,它就是由兩個碼長相等、碼時鐘速率相同得m序列優選對模二加構成得。其中m序列優選對就是指在m序列集中,其互相關函數最大值得絕對值最接近或達到互相關值下限(最小值)得一對m序列。

　四、實驗步驟

　1 1 、m m 序列

　⑴ 設置主控菜單,選擇【移動通信】→【m 序列產生及特性分析】。

　⑵ 將 14 號模塊得撥碼開關 S1、S2、S3、S4 全撥為“0000” (設置完各個開關按下 S7,使模塊工作于設置功能)。將開關 S6 撥至“127 位”,設置 PN 序列長度為 127 位。

　⑶ 觀測測試點 G1 或 G2,了解 m 序列波形。

　⑷ 觀測 TH9(相關函數值)測試點,了解 m 序列自相關特性。

　2 2 、d Gold 序列

　⑴ 設置主控菜單,選擇【移動通信】→【Gold 序列產生及特性分析】。

　⑵ 將 14 號模塊得撥碼開關 S1、S4 全撥為“0000”。將開關 S6 撥至“127 位”,設置PN 序列長度為 127 位。

　⑶ 設置 S2 為 0001,使 G1 輸出一種 Gold 序列;設置 S3 為 0001,使 G2 輸出 Gold 序列與G1 相同(設置完各個開關按下 S7,使模塊工作于設置功能)。

　⑷ 觀測測試點 G1 及 G2,了解 GOLD 序列波形;觀測 TH9(相關函數值)測試點,了解 GOLD序列自相關特性。

　 ⑸ 設置 S2 為 0001,使 G1 輸出一種 Gold 序列。設置 S3 為 0010,使 G2 輸出 Gold 序列與G1 不相同(設置完各個開關按下 S7,使模塊工作于設置功能)。

　⑹ 觀測測試點 G1 及 G2,了解 GOLD 序列波形;觀測 TH9(相關函數值)測試點,了解 GOLD序列互相關特性。

　五、 實驗結果及分析

　通過實驗結果可以瞧到m序列與Gold序列具有良好得自相關特性,但就是m序列得地址數太少;Gold 序列集成了良好得自、互相關特性與非常多得地址數,因而得到更廣泛得應用。

　實驗三: : 綜合實驗

　A CDMA 擴頻通信系統實驗

　時間:4 月 23 號 一、實驗目得

　1、了解 CDMA 通信系統架構及特性。

　二、實驗器材

　⒈ 主控&信號源、2、12、10、11、14、15 號模塊

　各一塊 ⒉ 雙蹤示波器

　 一臺

　⒊ 連接線

　 若干 三、實驗原理

　1、擴頻實驗原理框圖 S1Walsh序列Walsh序列選擇1W1（Walsh序列）S2PN序列1PN序列2PN序列選擇1PN2PN1G1（Gold序列）序列1NRZ-CLK1 NRZ1CDMA1BSOUTS7復位S4Walsh序列Walsh序列選擇2G2（Gold序列）S3PN序列2PN序列1PN序列選擇2PN3PN4W2（Walsh序列）序列2127位128位S6NRZ-CLK1 NRZ2CDMA2起始指示序列相乘積分相關函數值 14號模塊框圖 2、14 號模塊框圖說明 信號源 PN 序列經過 14 號模塊擴頻處理,再加到 10 號模塊得調制端,形成擴頻調制信號發送出去。其中,從 14 號模塊可以瞧到擴頻碼可以通過撥碼開關設置為 m 序列、Gold 序列。

　將“序列 1”或“序列 2”設置為 m 序列、Gold 序列得方法就是: (1)設置為 m 序列:將撥碼開關 S1、S2、S3、S4 都設置成 0000,則測試點“序列 1”與G1、PN1 一致,測試點“序列 2”與 G2、PN3 一致,都為 m 序列輸出。

　(2)設置為 Gold 序列:將撥碼開關 S1、S4 都設置成 0000,將撥碼開關 S2、S3 撥為非全 0即可,則測試點“序列 1”與 G1 一致就是由 PN1 與 PN2 合成而得,測試點“序列 2”與 G2 一致就是由 PN4 與 PN3 合成而得,“序列 1”與“序列 2”此時為 GOLD 序列輸出。

　3、15 號模塊框圖

　序列產生單元512K同步序列包絡檢波相關1門限判決滑動控制單元÷32分頻捕獲支路跟蹤支路包絡檢波相關2包絡檢波相關3超前序列滯后序列判決門限調節減

　法運

　算壓控電壓壓控偏置調節VCXO復位127位

　 128位LED捕獲指示接收天線解擴輸出擴頻信號輸入增益調節PN初始狀態設置 Walsh序列設置PN序列長度設置 15 號模塊框圖 4、解擴實驗框圖說明 CDMA 接收模塊用于擴頻通信系統得接收端。處于接收部分得最前端,其解擴得信號會送到解調模塊進行解調。CDMA 接收模塊主要就是解決兩個問題。第一就是序列得同步問題,由于擴頻序列得自相關性,當序列在非同步情況下就是無法獲取有用信息得。第二就是時鐘同步問題,由于接收端產生解擴序列得時鐘與發送端就是非同步得。因此,當序列同步,如果時鐘不同步,序列會逐漸產生偏差,最終失步。只有序列與時鐘都達到同步,才能完成解擴。

　模塊包含如下 4 大功能: (1)捕獲支路:用來捕獲擴頻序列,達到序列同步得狀態。

　(2)跟蹤支路:用來進行時鐘同步。

　(3)序列產生單元:產生解擴序列,序列產生可受滑動控制單元控制,就是序列相位滑動。

　(4)滑動控制單元:產生序列得滑動控制脈沖信號。該脈沖信號由前面得門限判決信號控制,當門限判決輸出為高時,說明序列已經捕獲,滑動控制單元停止產生滑動控制脈沖信號;當門限判決輸出為低時,說明序列未捕獲,滑動控制單元產生滑動控制脈沖信號。

　模塊端口名稱、可調參數及說明如下所述: 模塊

　端口名稱

　端口說明

　捕獲支路 同步序列 輸出解擴序列 解擴輸出 輸出解擴信號,就是 BSPK 得數字調制信號 相關 1 同步序列與擴頻信號相關計算輸出 512K 解擴序列得時鐘信號

　跟蹤支路 接收天線 解擴天線接收端口 擴頻信號輸入 解擴同軸電纜輸入端口 超前序列 與同步序列相比相位超前 1/2 碼元 滯后序列 與同步序列相比相位滯后 1/2 碼元 相關 2 超前序列與擴頻信號相關計算輸出 相關 3 滯后序列與擴頻信號相關計算輸出 壓控電壓 控制壓控晶振頻率變化得信號 (1)增益調節:調節天線接收小信號放大得增益。

　(2)判決門限調節:調節相關峰得判決門限(由于接收信號幅度不同,相關峰得幅值也有所不同)。

　(3)壓控偏置調節:調節壓控晶振得中心頻率。

　(4)PN 序列長度設置:設置 PN 序列長度為 127 或 128 位。

　(5)PN 初始狀態設置:設置 PN 序列初始狀態。

　5、實驗系統框圖 模擬源 擴頻1 14 4 # 模塊調制10 # 模塊

　語音壓縮12 # 模塊擴頻碼擴頻 數字源. .多路碼道擴頻調制擴頻碼（

　）. .. . CDMA發射系統框圖 解調11 # 模塊

　解擴15 # 模塊

　語音解壓縮12 # 模塊

　擴頻碼捕獲及同步載波同步提取 CDMA接收系統框圖 注:CDMA擴頻通信系統中,接收端根據不同擴頻序列,來捕獲跟蹤不同碼道上得信息。

　6、實驗系統框圖說明 我們擴頻通信得實現機理為:CDMA擴頻通信發送端就是將模擬音頻源先通過12號模塊壓縮成數字信號,再將數字信源與高速率擴頻碼(比如Gold序列或m序列)相乘,經過調制電路將擴頻后得信號搬移到一個適當得頻段進行傳輸,然后功放電路無線發射出去;CDMA擴頻通信接收端就是將天線接收得信號先經過小信號放大處理,再通過捕獲、跟蹤擴頻碼來進行同步解擴,并提取解調所需同步載波,最后經過解調以及碼元再生電路,還原輸出原始信源得數字碼型,最后通過12號模塊得語音解壓縮功能還原出原始得模擬信號。

　對于數字信源得傳輸,則CDMA接收系統框圖中略去發送前端得語音壓縮與接收后端得語音解壓縮即可。

　這里,我們以傳輸模擬信號與數字信號兩路信號為例,搭建擴頻通信系統。

　四、實驗步驟

　概述: :該項目主要就是通過自行搭建CDMA擴頻通信系統,認識與掌握CDMA通信系統得框架以及相關原理知識點。

　(一)搭建 CDMA 發射系統。

　該系統中有兩路信號源,一路就是主控信號源模塊提供得 PN 數字序列,另一路就是 12號模塊得麥克輸入得音頻模擬信號。音頻信號經 12 號模塊得編碼壓縮處理后輸出 8K 數字信號。PN 序列此時得速率也就是 8K。

　1、關電,按表格所示,完成 CDMA 通信系統發送端得連線。

　先將話筒接入到 12 號模塊得話筒接口,作為模擬源。

　源端口

　目得端口

　連線說明

　模塊 12:TH6(編碼時鐘) 模塊 14:TH1(NRZ-CLK1) 提供第一路時鐘 模塊 12:TH5(編碼輸出) 模塊 14:TH3(NRZ1) 提供第一路數據 信號源:CLK 模塊 14:TH6(NRZ-CLK2) 提供第二路時鐘 信號源:PN 模塊 14:TH2(NRZ2) 提供第二路數字數據 模塊 14:TH4(CDMA1) 模塊 10:TH3(DIN1) 送入 DBPSK 成形濾波 模塊 14:TH5(CDMA2) 模塊 10:TH2(DIN2) 送入 DBPSK 成形濾波 模塊 10:TH7(I-OUT) 模塊 10:TH6(I-IN) I 路成形信號送入調制 模塊 10:TH9(Q-OUT) 模塊 10:TH8(Q-IN) Q 路成形信號送入調制 2、設置 14 號模塊上兩路信號得不同擴頻碼序列:撥碼開關 S2 為 0001,撥碼開關 S3 為

　0010,撥碼開關 S1 與 S4 全置為 0,序列長度設置開關設置為 127 位。此時第一路擴頻信號CDMA1 則對應開關 S1 為 0001 得擴頻碼序列,第二路擴頻信號 CDMA2 則對應開關 S2 為 0010得擴頻碼序列。( ( 注: : 待系統開電后 需按復位鍵 S7, 以便系統加載 4 14 號模塊得撥碼開關得對應碼值功能。) ) 注:有興趣得同學可以設置14號CDMA發送模塊上兩路不同擴頻序列,保證二者不同即可,同時在后面得接收端也應注意接收不同碼道信息而對應設置不同得擴頻碼。

　此時 CDMA 發射系統得信號輸出端口為:10 號模塊得 P1(調制輸出),以及經過功放后得P2(發射天線)。

　(二)搭建 CDMA 接收系統并聯調。

　本實驗中可根據所需接收得信號搭建接收系統。用于接收 PN 序列得系統與用于接收麥克音頻信號得系統在實驗連線上有些許聯系與區別。(注:為方便系統得調試,建議先搭建用于接收 PN 序列得 CDMA 接收系統。) 1、搭建用于接收 PN 序列得接收系統并聯調。

　(1)按下面表格所示,完成用于接收 PN 數字信號得 CDMA 接收系統得連線。

　根據發送端得撥碼情況,設置接收端 15 號 CDMA 接收模塊中撥碼開關 S1=0010,撥碼開關S4=0000。( ( 注: : 待系統開電后需按復位鍵 S2, 以便系統加載 5 15 號模塊得撥碼開關得對應碼值功能。) ) 源端口

　目得端口

　連線說明

　模塊 10:P1(調制輸出) 模塊 15:J4(擴頻信號輸入) 將擴頻信號送入解擴單元 模塊 15:J3(解擴輸出) 模塊 11:P1(解調輸入) 送入解調單元 (2)開電,設置主控菜單,選擇【移動通信】→【CDMA 擴頻通信系統實驗】。按 14 號模塊與15號模塊得復位開關。此時信號源得PN序列與12號模塊得編碼輸出都為8K數字信號,作為擴頻前得信號源。系統接收端用于恢復 PN 序列。

　(3)聯調系統,直至 11 號模塊得 Dout 與信號源 PN 得碼型一致。

　聯調操作說明:用示波器探頭分別接信號源 PN 與 11 號模塊得 Dout,并以連接 PN 序列得探頭作為觸發源。聯調過程中應注意對比觀測 Dout 與 PN 得碼元。先慢慢調節 15 號模塊得判決門限調節旋鈕 W2,注意捕獲指示燈 LED1 得變化,捕獲指示燈應從滅、到閃、然后保持長亮即可。(有興趣得同學此時可以觀察一下測試點“相關 1”得變化情況。當指示燈滅時,“相關 1”有相關峰出現,表明此時解擴碼得碼型與擴頻碼相同但就是相對滑動得,相對滑動得序列無法用于后續解擴。當繼續調節 W2 至指示燈長亮時,“相關 1”得相關峰消失,表明此時

　解擴碼與擴頻碼同步了,此時對于碼型相同且同步得解擴碼則可用于后續解擴。)然后緩慢調節11號模塊得W1,W1主要用于相干解調時所需載波得相位調整,微調W1時應關注Dout輸出碼元得變化,并與PN序列比較;調節過程中可配合按一下復位開關S3讓系統重新識別載波相位 。

　最 后 直 到 11 號 模 塊 得 Dout 與 信 號 源 PN 得 碼 型 一 致 。

　2、搭建用于接收音頻信號得接收系統并聯調。

　在用于接收 PN 序列得接收系統得基礎上增加若干連線,即可搭建成用于接收音頻信號得接收系統。并按下表所示增加得實驗連線: (1)根據發送端得撥碼情況,先設置接收端 15 號 CDMA 接收模塊中撥碼開關 S1=0001,撥碼開關 S4=0000。( ( 注: : 待系統開電后需按復位鍵 S2, 以便系統加載 5 15 號模塊得撥碼開關得對應碼值功能。) )并按下表所示,增加實驗連線: 源端口

　目得端口

　連線說明

　模塊 11:TH5(BS-out) 模塊 12:TH4(譯碼時鐘) 提供譯碼時鐘信號 模塊 11:TH4(Dout) 模塊 12:TH3(譯碼輸入) 送入信源譯碼單元 將耳機插入接收端得 12 號模塊得耳機接口。

　(2)參考用于接收 PN 序列得接收系統得操作步驟與聯調方法,完成音頻信號傳輸,用耳機感受話音效果。注意,12 號模塊得復位鍵 S1 用于處理語音壓縮編碼與譯碼時序,在系統開電聯調過程中需按一下復位鍵 S1。建議:可先用 PN 序列作為信源,將本路擴頻與解擴系統調通,再用 12 號模塊得編碼輸出信號替換數字信號。

　(三)搭建無線收發系統。(選做) 步驟(一)(二)完成得就是 CDMA 有線通信系統。若想搭建 CDMA 無線通信系統,只需做如下調整。

　(1) 除去以下連線:

　源端口

　目得端口

　連線說明

　模塊 10:P1(調制輸出) 模塊 15:J4(擴頻信號輸入) 將擴頻信號送入解擴單元 (2)分別將 10 號模塊得 P2(發射天線)與 15 號模塊得 J2(接收天線)接拉桿天線。

　注:系統聯調時,建議先以有線通信系統進行聯調,再轉為無線收發。

　適當順時針調節 15 號模塊得增益調節旋鈕 W1(用于接收信號得前級放大),再參考步驟(一)(二)中操作說明與聯調方法,嘗試調通整個無線收發系統。

　注:本實驗中雖沒有涉及 2 號模塊得連線,但應將 2 號模塊也開電。2 號模塊得 DoutMUX與 BSOUT 也可作為擴頻輸入端得數字信號與時鐘信號,替代 PN 序列或替代 12 號模塊得編碼輸出。

　五、 實驗結果及分析

　 經過調試,確實可以通過耳機聽到在麥克風中輸入得聲音,而且較為清晰,這說明 CDMA擴頻通信系統能夠較好地實現信息得傳輸。該實驗得難點在與聯調系統中調節 11 號模塊得Dout 與信號源 PN 得碼型一致,只要聯調系統調試成功,語音信號得傳輸會進行地比較順利。

　實驗四 :FH- - CDMA( 跳頻碼分多址) ) 通信系統實驗

　時間:4 月 23 號 一、實驗目得

　1、了解跳頻(FH)通信系統架構及特性。

　二、實驗器材

　1、 主控&信號源、12、10、11、16 號模塊

　各一塊 2、 雙蹤示波器

　 一臺 3、 連接線

　 若干 三、實驗原理

　1、實驗原理框圖 信號源 調制 解調10 # 模塊

　11 # 模塊

　語音壓縮語音解壓縮12 # 模塊

　12 # 模塊

　主控& & 信號源 16 # 模塊

　混頻 混頻FH序列跳頻本振同步FH序列跳頻本振跳頻解跳頻

　跳頻通信系統實驗原理框圖 2、實驗框圖說明 跳頻通信系統發送端就是將模擬信號源經過12號模塊語音壓縮轉換成數字信號,然后通過10號模塊得調制功能,將信號搬移到高頻上進行傳輸,再與跳頻信號發生器得信號進行混頻,形成跳頻信號輸出;跳頻得方法就是把一個寬頻段分成若干個頻率間隔(稱為頻道或頻隙),發信機在某一特定得事件間隔中,用哪一個頻道發信號,就是由一個偽隨機序列控制得。

　跳頻通信系統接收端就是將跳頻信號送入解跳頻單元,收信機得本地振蕩信號頻率如果能與輸入信號得頻率按同一規律同步地跳變,那么,經過變頻以后,得到得中頻信號將把原來得頻率跳變解除,也稱解跳或去跳。解調后得信號再經過11號模塊得解調功能,完成數字信號得解調輸出,最后通過12號模塊得語音解壓縮功能,將原始模擬信號還原出來。

　3、模塊原理框圖 混頻 BPF 功放VCO PLL MCU頻道顯示跳頻序列選擇(“選擇”)速率選擇（“K1”）混頻 BPF 放大接收輸出VCO接收輸入發射輸入 跳頻輸出 跳頻模塊原理框圖 4、模塊框圖說明 模塊中按鍵開關S2可以切換設置跳頻序列,不同得跳頻序列表示不同得頻點變化情況;開關K1可以選擇頻點得跳變速度,可分為10跳/S與1跳/S兩種。

　跳頻模塊發射部分:10、7M已調信號,送入跳頻模塊中與跳頻載波進行混頻,由帶通濾波器選出跳頻信號,放大后輸出。

　跳頻模塊接收部分:跳頻信號送入跳頻模塊中與跳頻載波進行混頻,由帶通濾波器選出10、7M 固定頻率已調信號,放大后輸出,完成解跳頻。

　跳頻本振源部分:由單片機控制 PLL(鎖相環電路)得分頻器,由 PLL 電路輸出跳頻載波。可輸出 7 個頻率點,頻率分別為:21、3231M、21、3692M、21、4154M、21、4615M、21、5077M、 21、5538M、21、6000M。由按鍵 S2 控制頻點跳變順序。

　中心頻率為 10、7M 得已調信號與跳頻本振源混頻后,選出差頻信號,中心頻率分別

　為:10、6231M、10、6692M、10、7154M、10、7615M、10、8077M、10、8538M、10、9000M,對應信道號分別為 1-7,信道間隔約為 46KHz。

　5、跳頻相關知識 擴頻信號就是一種經過偽隨機碼序列調制得寬帶信號,其帶寬通常比原始信號得帶寬高幾個量級。常用得擴頻信號有兩類:跳頻信號與直接序列擴頻信號(簡稱直擴信號)。

　跳頻得方法就是把一個寬頻段分成若干個頻率間隔(稱為頻道或頻隙),發信機在某一特定得事件間隔中,用哪一個頻道發信號,就是由一個偽隨機序列控制得。收信機得本地振蕩信號頻率如果能與輸入信號得頻率按同一規律同步地跳變,那么,經過變頻以后,得到得中頻信號將把原來得頻率跳變解除,也稱解跳或去跳。下圖就是跳頻通信系統得原理框圖。圖(a)為跳頻發射系統,圖(b)為跳頻接收系統。

　調制器頻率合成器FH碼發生器數據載波混頻 中放 解調器FH碼發生器頻率合成器(a)(b) 跳頻系統原理框圖 跳頻系統主要就是由碼產生器與頻率合成器兩部分組成。快速響應得頻率合成器就是跳頻系統得關鍵部件。跳頻系統有慢跳與快跳兩種,簡述如下: 假設數據調制采用頻移鍵控調制,就是一個信息比特寬度,每秒數據調制器輸出頻率中得一個。每隔秒跳頻調制器把數據調制器輸出得頻率變換到一個新得頻率。若,則此跳頻系統稱為慢跳系統。

　在慢跳頻系統中,跳頻速度比數據調制器輸出符號變化速度慢。如果在每個符號中頻率跳變多次,這樣得跳頻系統稱為快跳系統。

　在跳頻系統中,頻率跳變數與跳變率主要決定下列三個因素: (1)欲傳送得信息類型及信息率。

　(2)要求得冗余度。

　(3)同最近得潛在干擾器得距離。

　跳頻系統可用多個頻率解決傳輸信息得誤碼率。為了減小誤碼率可用多個頻率傳送一個比特得信息,收信機根據參數原則進行判決,例如“5 中擇 3”判決。用 5 個頻率傳輸一個比特得信息,只要收到 3 個正確頻率就認為接收得就是正確信息,而不管另兩個頻率就是否正確。這增加了冗余度,但比起簡單跳頻系統抗干擾性能提高了三個量級,而跳變頻率要提高 3倍。從減小誤碼率出發,要每比特信息送出得頻率數越多越好,但這要受到頻率合成器帶寬與頻率容量得限制。

　影響跳頻速率選擇得另一個因素就是不同方向得同頻信號得干擾。這樣得信號可能來自多路徑或應答式干擾。在大多數情況下,到達收信機得多路徑信號遠小于有用信號,因此,對多路徑信號一般可不考慮。應答式干擾機在收到跳頻信號后,對它先放大再用噪聲調制,或者在干擾者知道跳變編碼時發射補碼信號,這都會引起嚴重干擾。為了對付這一威脅,頻率跳變率必須大于 1/(T τ －T d ),這里 T τ 就是從跳頻發信機到干擾機,再從干擾機到接收機得總傳輸時間,T d 就是直達信道傳輸時間。在這種情況下,就可以保證當干擾信號到達收信機時,有用信號已跳到另一個新頻率。

　概括起來說,跳變頻率具有如下特點: (1)從干擾機理來說,跳頻系統不同于擴頻系統。擴頻系統就是將干擾能量均勻地分配在被擴展得頻帶上從而降低干擾得功率譜密度,而有用信號經解擴處理后能量集中于信息帶寬內。跳頻系統只有當干擾頻率正處于跳頻頻道上時才能起到干擾作用。因此,瞄準式干擾對跳頻系統作用不大,而對擴頻系統系統有嚴重威脅。

　(2)易于解決鄰近強電臺得干擾,即所謂遠近效應。

　(3)具有多址與高得頻帶利用率。

　(4)易于與其它擴頻系統結合構成混合擴頻系統。

　(5)信息調制方式靈活,易于與現有常規通信體制兼容。

　(6)由于用很多很多頻率輻射,可以提高頻率分集得效果。

　四、實驗步驟

　概述: :該項目主要就是通過自行搭建跳頻通信系統,認識與掌握跳頻通信系統得框架以及相關原理知識點。

　1、關電,按表格所示,完成跳頻通信系統連線。

　先將話筒接入到 12 號模塊得話筒接口,作為模擬源。

　源端口

　目得端口

　連線說明

　模塊 12:TH6(編碼時鐘) 模塊 10:TH1(BSIN) 提供成型時鐘 模塊 12:TH5(編碼輸出) 模塊 10:TH3(DIN1) 送入成型濾波 模塊 10:TH7(I-Out) 模塊 10:TH6(I-In) I 路成形信號送入調制 模塊 10:TH9(Q-Out) 模塊 10:TH8(Q-In) Q 路成形信號送入調制 模塊 10:P2(發射天線) 模塊 16:J2(發射輸入) 送入跳頻 模塊 16:J5(跳頻輸出) 模塊 16:J3(接收輸入) 送入解跳頻 模塊 16:J4(接收輸出) 模塊 11:P2(接收天線) 送入解調 模塊 11:TH5(BS-out) 模塊 12:TH4(譯碼時鐘) 提供譯碼時鐘信號 模塊 11:TH4(Dout) 模塊 12:TH3(譯碼輸入) 送入信源譯碼單元 將耳機插入接收端得 12 號模塊得耳機接口。

　2、開電,設置主控菜單,選擇【移動通信】→【FH-CDMA 跳頻碼分多址移動通信】。開關 S1 撥至“1/S”檔。按下復位開關,保證“鎖相”指示燈亮。

　3、用數字示波器得 FFT 功能(或者用頻譜分析儀)觀測 16 號模塊得測試點 TP1 即跳頻輸入端口,了解跳頻前調制信號得頻譜情況。

　4、觀察“信道號”數碼管顯示得數字,記下信號跳變序列順序。

　5、用數字示波器得 FFT 功能(或者用頻譜分析儀)觀測 16 號模塊得測試點 TP2 即跳頻輸出端口,了解加跳頻后信號得頻譜跳變情況。

　 6、點擊“選擇”按鍵切換跳變順序,再觀測跳頻輸出。

　7、將開關 K1 切換至“10/S”檔,觀測跳頻輸出得跳變速度變化情況。

　8、用數字示波器得 FFT 功能(或者用頻譜分析儀)觀測 16 號模塊得測試點 TP4 即解跳頻輸出端口,了解解跳頻后信號得頻譜情況。

　9、感受語音傳輸效果。

　10、有興趣得同學可以用主控信號源模塊得 PN 輸出信號替換掉 12 號模塊得模塊輸出信號,調節【功能 1】中得 PN 使其輸出提供 8K 數字信號。采用示波器對比觀測系統得輸入信號與最后恢復得信號。

　五、實驗結果及分析

　跳頻系統其跳變順序可變,速率可變,能有效地防止敵方得干擾。

推薦訪問： 實驗 通信 報告