扩频通信实验报告

　 中南大学

　扩频通信实验报告

　 实验一: : 扩频与解扩观测实验

　时间:4 月 9 号

　一、实验目得

　1、了解直接序列扩频得原理。

　2、了解扩频前后信号在时域及频域上得变化。

　二、实验器材

　⒈ 主控&信号源模块、2 号、14 号、11 号模块

　各一块 ⒉ 双踪示波器

　 一台 ⒊ 连接线

　 若干 三、实验原理

　1、实验原理框图 数字信号源扩频 解扩DoutMUXBSOUT2 2 # 模块14 # 模块11 # 模块NRZ1NRZ-CLK1扩频序列1序列1（TP8）扩频序列2序列2（TP8）CDMA1 AD输入1AD输入2CDMA2Dout

　 实验框图 2、实验框图说明 本实验选择【扩频与解扩观测实验】菜单。如框图所示,我们用 2 号模块作为信号源,DoutMUX 输出 32K 数字信号,送入至 14 号模块得 NRZ1。14 号模块此时完成扩频功能,扩频序列由 14 号模块内部产生,将开关 S1 设置为 0000,开关 S2 设置为 0111,即可设置该路扩频序列 1 得码型(测试点为 TP8 序列 1)。扩频信号由端口 CDMA1 输出。同时,当 14 号模块得开关S3设置为0111、开关S4设置为0000且端口NRZ2与NRZ-CLK2无信号输入时,端口CDMA2输出得伪随机序列与 14 号模块得扩频序列 1 相同,本实验中将该序列“CDMA2”可作为后续得解扩序列。此时得 11 号模块完成解扩功能,其中扩频信号从端口“AD 输入 1”输入,解扩序列从“AD 输入 2”输入,解扩信号从 11 号模块得“Dout”输出。

　该实验【扩频与解扩观测实验】中扩频序列得长度可通过 PN 序列长度设置开关 S6 进行选择 15 位或 16 位。当开关 S6 拨至“127 位”时,表示该实验得扩频为 15 位;当开关 S6 拨至“128 位”时,表示该实验得扩频为 16 位。

　注:为配合示波器调节,为了较好得对比观测扩频前与扩频后得码元,建议选择 16 位。

　四、实验步骤

　1、按框图所示连线。

　源端口

　目标端口

　连线说明

　模块 2:DoutMUX 模块 14:TH3(NRZ1) 数据送入扩频单元 模块 2:BSOUT 模块 14:TH1(NRZ-CLK1) 时钟送入扩频单元 模块 14:TH4(CDMA1) 模块 11:TH2(AD 输入 1) 送入解扩单元 模块 14:TH5(CDMA2) 模块 11:TH3(AD 输入 2) 提供解扩序列 2、选择主菜单【移动通信】→【扩频与解扩观测实验】,此时 2 号模块 DoutMUX 输出速率为 32K。

　3、设置 2 号模块 DoutMUX 得输出码元。可自行设置,比如将 2 号模块得 S1 设置为10100000,S2、S3 以及 S4 都设置为 00000000。用示波器观测 DoutMUX,即扩频前得波形。

　 4、设置并观察扩频序列。将 14 号模块得开关 S6 拨至“128 位”档位,即选择 16 位扩频序列。开关 S1 设置为 0000,开关 S2 设置为 0111, 按复位键 S7。用示波器观测测试点“TP8序列 1”输出波形。

　5、用示波器分别接 14 号模块得 NRZ1 与 CDMA1,对比观测扩频前与扩频后得输出码元变化。有兴趣得同学可以读出扩频信号中 1 电平扩频输出与 0 电平扩频输出得对应码元。

　6、验证解扩效果。

　(1)将开关 S3 设置为 0111,开关 S4 设置为 0000, 按复位键 S7。此时解扩用得序列 CDMA2与扩频序列“TP8 序列 1”相同。用示波器分别连接 14 号模块得 NRZ1 与 11 号模块得 Dout,验证波形就是否相同,即正常解扩。

　 (2)将开关 S3 与开关 S4 随意设置为其她码值, 按复位键 S7。此时解扩用得序列 CDMA2与扩频序列“TP8 序列 1”不相同。再用示波器分别连接 14 号模块得 NRZ1 与 11 号模块得Dout,验证就是否还能解扩。

　五、实验结果及分析

　在实验 6(1)中解扩前后码型一致,但在实验 6(2)中,解扩用得序列与扩频序列不同时,不能正确解扩。扩频通信得实验关键在于相关解扩,伪随机码要保持一致。

　实验二m :m 序列、d Gold 序列产生及特性分析实验

　时间:4 月 9 号 一、实验目得

　1、了解 m 序列、Gold 序列得特性及产生。

　二、实验器材

　1、 主控&信号源模块、14 号模块

　各一块 2、 双踪示波器

　 一台 3、 连接线

　 若干 三、实验原理

　1 1 、m m 序列

　⑴ 实验原理框图 m序列产生m序列产生PN3PN1积分序列相乘相关函数值G2G1序列2序列1 m 序列相关性实验框图 ⑵ 实验框图说明

　m 序列得自相关函数为

　 式中,A 为对应位码元相同得数目;D 为对应位码元不同得数目。

　自相关系数为

　对于 m 序列,其码长为 P =2n －1,在这里P 也等于码序列中得码元数,即“0”与“1”个数得总与。其中“0”得个数因为去掉移位寄存器得全“0”状态,所以 A 值为

　“1”得个数(即不同位)D 为

　m 序列得自相关系数为

　( )xxP -1 -21 2 3 40-1/PPcT m 序列得自相关函数 2 2 、d Gold 序列

　⑴ 实验原理框图 Gold序列产生Gold序列产生G2G1积分序列相乘相关函数值序列2序列1 Gold序列相关特性实验框图 ⑵ 实验框图说明 虽然m序列有优良得自相关特性,但就是使用m序列作CDMA(码分多址)通信得地址码时,其主要问题就是由m序列组成得互相关特性好得互为优选得序列集很少,对于多址应用来说,可用得地址数太少了。而Gold序列具有良好得自、互相关特性,且地址数远远大于m序列得地址数,结构简单,易于实现,在工程上得到了广泛得应用。

　Gold序列就是m序列得复合码,它就是由两个码长相等、码时钟速率相同得m序列优选对模二加构成得。其中m序列优选对就是指在m序列集中,其互相关函数最大值得绝对值最接近或达到互相关值下限(最小值)得一对m序列。

　四、实验步骤

　1 1 、m m 序列

　⑴ 设置主控菜单,选择【移动通信】→【m 序列产生及特性分析】。

　⑵ 将 14 号模块得拨码开关 S1、S2、S3、S4 全拨为“0000” (设置完各个开关按下 S7,使模块工作于设置功能)。将开关 S6 拨至“127 位”,设置 PN 序列长度为 127 位。

　⑶ 观测测试点 G1 或 G2,了解 m 序列波形。

　⑷ 观测 TH9(相关函数值)测试点,了解 m 序列自相关特性。

　2 2 、d Gold 序列

　⑴ 设置主控菜单,选择【移动通信】→【Gold 序列产生及特性分析】。

　⑵ 将 14 号模块得拨码开关 S1、S4 全拨为“0000”。将开关 S6 拨至“127 位”,设置PN 序列长度为 127 位。

　⑶ 设置 S2 为 0001,使 G1 输出一种 Gold 序列;设置 S3 为 0001,使 G2 输出 Gold 序列与G1 相同(设置完各个开关按下 S7,使模块工作于设置功能)。

　⑷ 观测测试点 G1 及 G2,了解 GOLD 序列波形;观测 TH9(相关函数值)测试点,了解 GOLD序列自相关特性。

　 ⑸ 设置 S2 为 0001,使 G1 输出一种 Gold 序列。设置 S3 为 0010,使 G2 输出 Gold 序列与G1 不相同(设置完各个开关按下 S7,使模块工作于设置功能)。

　⑹ 观测测试点 G1 及 G2,了解 GOLD 序列波形;观测 TH9(相关函数值)测试点,了解 GOLD序列互相关特性。

　五、 实验结果及分析

　通过实验结果可以瞧到m序列与Gold序列具有良好得自相关特性,但就是m序列得地址数太少;Gold 序列集成了良好得自、互相关特性与非常多得地址数,因而得到更广泛得应用。

　实验三: : 综合实验

　A CDMA 扩频通信系统实验

　时间:4 月 23 号 一、实验目得

　1、了解 CDMA 通信系统架构及特性。

　二、实验器材

　⒈ 主控&信号源、2、12、10、11、14、15 号模块

　各一块 ⒉ 双踪示波器

　 一台

　⒊ 连接线

　 若干 三、实验原理

　1、扩频实验原理框图 S1Walsh序列Walsh序列选择1W1（Walsh序列）S2PN序列1PN序列2PN序列选择1PN2PN1G1（Gold序列）序列1NRZ-CLK1 NRZ1CDMA1BSOUTS7复位S4Walsh序列Walsh序列选择2G2（Gold序列）S3PN序列2PN序列1PN序列选择2PN3PN4W2（Walsh序列）序列2127位128位S6NRZ-CLK1 NRZ2CDMA2起始指示序列相乘积分相关函数值 14号模块框图 2、14 号模块框图说明 信号源 PN 序列经过 14 号模块扩频处理,再加到 10 号模块得调制端,形成扩频调制信号发送出去。其中,从 14 号模块可以瞧到扩频码可以通过拨码开关设置为 m 序列、Gold 序列。

　将“序列 1”或“序列 2”设置为 m 序列、Gold 序列得方法就是: (1)设置为 m 序列:将拨码开关 S1、S2、S3、S4 都设置成 0000,则测试点“序列 1”与G1、PN1 一致,测试点“序列 2”与 G2、PN3 一致,都为 m 序列输出。

　(2)设置为 Gold 序列:将拨码开关 S1、S4 都设置成 0000,将拨码开关 S2、S3 拨为非全 0即可,则测试点“序列 1”与 G1 一致就是由 PN1 与 PN2 合成而得,测试点“序列 2”与 G2 一致就是由 PN4 与 PN3 合成而得,“序列 1”与“序列 2”此时为 GOLD 序列输出。

　3、15 号模块框图

　序列产生单元512K同步序列包络检波相关1门限判决滑动控制单元÷32分频捕获支路跟踪支路包络检波相关2包络检波相关3超前序列滞后序列判决门限调节减

　法运

　算压控电压压控偏置调节VCXO复位127位

　 128位LED捕获指示接收天线解扩输出扩频信号输入增益调节PN初始状态设置 Walsh序列设置PN序列长度设置 15 号模块框图 4、解扩实验框图说明 CDMA 接收模块用于扩频通信系统得接收端。处于接收部分得最前端,其解扩得信号会送到解调模块进行解调。CDMA 接收模块主要就是解决两个问题。第一就是序列得同步问题,由于扩频序列得自相关性,当序列在非同步情况下就是无法获取有用信息得。第二就是时钟同步问题,由于接收端产生解扩序列得时钟与发送端就是非同步得。因此,当序列同步,如果时钟不同步,序列会逐渐产生偏差,最终失步。只有序列与时钟都达到同步,才能完成解扩。

　模块包含如下 4 大功能: (1)捕获支路:用来捕获扩频序列,达到序列同步得状态。

　(2)跟踪支路:用来进行时钟同步。

　(3)序列产生单元:产生解扩序列,序列产生可受滑动控制单元控制,就是序列相位滑动。

　(4)滑动控制单元:产生序列得滑动控制脉冲信号。该脉冲信号由前面得门限判决信号控制,当门限判决输出为高时,说明序列已经捕获,滑动控制单元停止产生滑动控制脉冲信号;当门限判决输出为低时,说明序列未捕获,滑动控制单元产生滑动控制脉冲信号。

　模块端口名称、可调参数及说明如下所述: 模块

　端口名称

　端口说明

　捕获支路 同步序列 输出解扩序列 解扩输出 输出解扩信号,就是 BSPK 得数字调制信号 相关 1 同步序列与扩频信号相关计算输出 512K 解扩序列得时钟信号

　跟踪支路 接收天线 解扩天线接收端口 扩频信号输入 解扩同轴电缆输入端口 超前序列 与同步序列相比相位超前 1/2 码元 滞后序列 与同步序列相比相位滞后 1/2 码元 相关 2 超前序列与扩频信号相关计算输出 相关 3 滞后序列与扩频信号相关计算输出 压控电压 控制压控晶振频率变化得信号 (1)增益调节:调节天线接收小信号放大得增益。

　(2)判决门限调节:调节相关峰得判决门限(由于接收信号幅度不同,相关峰得幅值也有所不同)。

　(3)压控偏置调节:调节压控晶振得中心频率。

　(4)PN 序列长度设置:设置 PN 序列长度为 127 或 128 位。

　(5)PN 初始状态设置:设置 PN 序列初始状态。

　5、实验系统框图 模拟源 扩频1 14 4 # 模块调制10 # 模块

　语音压缩12 # 模块扩频码扩频 数字源. .多路码道扩频调制扩频码（

　）. .. . CDMA发射系统框图 解调11 # 模块

　解扩15 # 模块

　语音解压缩12 # 模块

　扩频码捕获及同步载波同步提取 CDMA接收系统框图 注:CDMA扩频通信系统中,接收端根据不同扩频序列,来捕获跟踪不同码道上得信息。

　6、实验系统框图说明 我们扩频通信得实现机理为:CDMA扩频通信发送端就是将模拟音频源先通过12号模块压缩成数字信号,再将数字信源与高速率扩频码(比如Gold序列或m序列)相乘,经过调制电路将扩频后得信号搬移到一个适当得频段进行传输,然后功放电路无线发射出去;CDMA扩频通信接收端就是将天线接收得信号先经过小信号放大处理,再通过捕获、跟踪扩频码来进行同步解扩,并提取解调所需同步载波,最后经过解调以及码元再生电路,还原输出原始信源得数字码型,最后通过12号模块得语音解压缩功能还原出原始得模拟信号。

　对于数字信源得传输,则CDMA接收系统框图中略去发送前端得语音压缩与接收后端得语音解压缩即可。

　这里,我们以传输模拟信号与数字信号两路信号为例,搭建扩频通信系统。

　四、实验步骤

　概述: :该项目主要就是通过自行搭建CDMA扩频通信系统,认识与掌握CDMA通信系统得框架以及相关原理知识点。

　(一)搭建 CDMA 发射系统。

　该系统中有两路信号源,一路就是主控信号源模块提供得 PN 数字序列,另一路就是 12号模块得麦克输入得音频模拟信号。音频信号经 12 号模块得编码压缩处理后输出 8K 数字信号。PN 序列此时得速率也就是 8K。

　1、关电,按表格所示,完成 CDMA 通信系统发送端得连线。

　先将话筒接入到 12 号模块得话筒接口,作为模拟源。

　源端口

　目得端口

　连线说明

　模块 12:TH6(编码时钟) 模块 14:TH1(NRZ-CLK1) 提供第一路时钟 模块 12:TH5(编码输出) 模块 14:TH3(NRZ1) 提供第一路数据 信号源:CLK 模块 14:TH6(NRZ-CLK2) 提供第二路时钟 信号源:PN 模块 14:TH2(NRZ2) 提供第二路数字数据 模块 14:TH4(CDMA1) 模块 10:TH3(DIN1) 送入 DBPSK 成形滤波 模块 14:TH5(CDMA2) 模块 10:TH2(DIN2) 送入 DBPSK 成形滤波 模块 10:TH7(I-OUT) 模块 10:TH6(I-IN) I 路成形信号送入调制 模块 10:TH9(Q-OUT) 模块 10:TH8(Q-IN) Q 路成形信号送入调制 2、设置 14 号模块上两路信号得不同扩频码序列:拨码开关 S2 为 0001,拨码开关 S3 为

　0010,拨码开关 S1 与 S4 全置为 0,序列长度设置开关设置为 127 位。此时第一路扩频信号CDMA1 则对应开关 S1 为 0001 得扩频码序列,第二路扩频信号 CDMA2 则对应开关 S2 为 0010得扩频码序列。( ( 注: : 待系统开电后 需按复位键 S7, 以便系统加载 4 14 号模块得拨码开关得对应码值功能。) ) 注:有兴趣得同学可以设置14号CDMA发送模块上两路不同扩频序列,保证二者不同即可,同时在后面得接收端也应注意接收不同码道信息而对应设置不同得扩频码。

　此时 CDMA 发射系统得信号输出端口为:10 号模块得 P1(调制输出),以及经过功放后得P2(发射天线)。

　(二)搭建 CDMA 接收系统并联调。

　本实验中可根据所需接收得信号搭建接收系统。用于接收 PN 序列得系统与用于接收麦克音频信号得系统在实验连线上有些许联系与区别。(注:为方便系统得调试,建议先搭建用于接收 PN 序列得 CDMA 接收系统。) 1、搭建用于接收 PN 序列得接收系统并联调。

　(1)按下面表格所示,完成用于接收 PN 数字信号得 CDMA 接收系统得连线。

　根据发送端得拨码情况,设置接收端 15 号 CDMA 接收模块中拨码开关 S1=0010,拨码开关S4=0000。( ( 注: : 待系统开电后需按复位键 S2, 以便系统加载 5 15 号模块得拨码开关得对应码值功能。) ) 源端口

　目得端口

　连线说明

　模块 10:P1(调制输出) 模块 15:J4(扩频信号输入) 将扩频信号送入解扩单元 模块 15:J3(解扩输出) 模块 11:P1(解调输入) 送入解调单元 (2)开电,设置主控菜单,选择【移动通信】→【CDMA 扩频通信系统实验】。按 14 号模块与15号模块得复位开关。此时信号源得PN序列与12号模块得编码输出都为8K数字信号,作为扩频前得信号源。系统接收端用于恢复 PN 序列。

　(3)联调系统,直至 11 号模块得 Dout 与信号源 PN 得码型一致。

　联调操作说明:用示波器探头分别接信号源 PN 与 11 号模块得 Dout,并以连接 PN 序列得探头作为触发源。联调过程中应注意对比观测 Dout 与 PN 得码元。先慢慢调节 15 号模块得判决门限调节旋钮 W2,注意捕获指示灯 LED1 得变化,捕获指示灯应从灭、到闪、然后保持长亮即可。(有兴趣得同学此时可以观察一下测试点“相关 1”得变化情况。当指示灯灭时,“相关 1”有相关峰出现,表明此时解扩码得码型与扩频码相同但就是相对滑动得,相对滑动得序列无法用于后续解扩。当继续调节 W2 至指示灯长亮时,“相关 1”得相关峰消失,表明此时

　解扩码与扩频码同步了,此时对于码型相同且同步得解扩码则可用于后续解扩。)然后缓慢调节11号模块得W1,W1主要用于相干解调时所需载波得相位调整,微调W1时应关注Dout输出码元得变化,并与PN序列比较;调节过程中可配合按一下复位开关S3让系统重新识别载波相位 。

　最 后 直 到 11 号 模 块 得 Dout 与 信 号 源 PN 得 码 型 一 致 。

　2、搭建用于接收音频信号得接收系统并联调。

　在用于接收 PN 序列得接收系统得基础上增加若干连线,即可搭建成用于接收音频信号得接收系统。并按下表所示增加得实验连线: (1)根据发送端得拨码情况,先设置接收端 15 号 CDMA 接收模块中拨码开关 S1=0001,拨码开关 S4=0000。( ( 注: : 待系统开电后需按复位键 S2, 以便系统加载 5 15 号模块得拨码开关得对应码值功能。) )并按下表所示,增加实验连线: 源端口

　目得端口

　连线说明

　模块 11:TH5(BS-out) 模块 12:TH4(译码时钟) 提供译码时钟信号 模块 11:TH4(Dout) 模块 12:TH3(译码输入) 送入信源译码单元 将耳机插入接收端得 12 号模块得耳机接口。

　(2)参考用于接收 PN 序列得接收系统得操作步骤与联调方法,完成音频信号传输,用耳机感受话音效果。注意,12 号模块得复位键 S1 用于处理语音压缩编码与译码时序,在系统开电联调过程中需按一下复位键 S1。建议:可先用 PN 序列作为信源,将本路扩频与解扩系统调通,再用 12 号模块得编码输出信号替换数字信号。

　(三)搭建无线收发系统。(选做) 步骤(一)(二)完成得就是 CDMA 有线通信系统。若想搭建 CDMA 无线通信系统,只需做如下调整。

　(1) 除去以下连线:

　源端口

　目得端口

　连线说明

　模块 10:P1(调制输出) 模块 15:J4(扩频信号输入) 将扩频信号送入解扩单元 (2)分别将 10 号模块得 P2(发射天线)与 15 号模块得 J2(接收天线)接拉杆天线。

　注:系统联调时,建议先以有线通信系统进行联调,再转为无线收发。

　适当顺时针调节 15 号模块得增益调节旋钮 W1(用于接收信号得前级放大),再参考步骤(一)(二)中操作说明与联调方法,尝试调通整个无线收发系统。

　注:本实验中虽没有涉及 2 号模块得连线,但应将 2 号模块也开电。2 号模块得 DoutMUX与 BSOUT 也可作为扩频输入端得数字信号与时钟信号,替代 PN 序列或替代 12 号模块得编码输出。

　五、 实验结果及分析

　 经过调试,确实可以通过耳机听到在麦克风中输入得声音,而且较为清晰,这说明 CDMA扩频通信系统能够较好地实现信息得传输。该实验得难点在与联调系统中调节 11 号模块得Dout 与信号源 PN 得码型一致,只要联调系统调试成功,语音信号得传输会进行地比较顺利。

　实验四 :FH- - CDMA( 跳频码分多址) ) 通信系统实验

　时间:4 月 23 号 一、实验目得

　1、了解跳频(FH)通信系统架构及特性。

　二、实验器材

　1、 主控&信号源、12、10、11、16 号模块

　各一块 2、 双踪示波器

　 一台 3、 连接线

　 若干 三、实验原理

　1、实验原理框图 信号源 调制 解调10 # 模块

　11 # 模块

　语音压缩语音解压缩12 # 模块

　12 # 模块

　主控& & 信号源 16 # 模块

　混频 混频FH序列跳频本振同步FH序列跳频本振跳频解跳频

　跳频通信系统实验原理框图 2、实验框图说明 跳频通信系统发送端就是将模拟信号源经过12号模块语音压缩转换成数字信号,然后通过10号模块得调制功能,将信号搬移到高频上进行传输,再与跳频信号发生器得信号进行混频,形成跳频信号输出;跳频得方法就是把一个宽频段分成若干个频率间隔(称为频道或频隙),发信机在某一特定得事件间隔中,用哪一个频道发信号,就是由一个伪随机序列控制得。

　跳频通信系统接收端就是将跳频信号送入解跳频单元,收信机得本地振荡信号频率如果能与输入信号得频率按同一规律同步地跳变,那么,经过变频以后,得到得中频信号将把原来得频率跳变解除,也称解跳或去跳。解调后得信号再经过11号模块得解调功能,完成数字信号得解调输出,最后通过12号模块得语音解压缩功能,将原始模拟信号还原出来。

　3、模块原理框图 混频 BPF 功放VCO PLL MCU频道显示跳频序列选择(“选择”)速率选择（“K1”）混频 BPF 放大接收输出VCO接收输入发射输入 跳频输出 跳频模块原理框图 4、模块框图说明 模块中按键开关S2可以切换设置跳频序列,不同得跳频序列表示不同得频点变化情况;开关K1可以选择频点得跳变速度,可分为10跳/S与1跳/S两种。

　跳频模块发射部分:10、7M已调信号,送入跳频模块中与跳频载波进行混频,由带通滤波器选出跳频信号,放大后输出。

　跳频模块接收部分:跳频信号送入跳频模块中与跳频载波进行混频,由带通滤波器选出10、7M 固定频率已调信号,放大后输出,完成解跳频。

　跳频本振源部分:由单片机控制 PLL(锁相环电路)得分频器,由 PLL 电路输出跳频载波。可输出 7 个频率点,频率分别为:21、3231M、21、3692M、21、4154M、21、4615M、21、5077M、 21、5538M、21、6000M。由按键 S2 控制频点跳变顺序。

　中心频率为 10、7M 得已调信号与跳频本振源混频后,选出差频信号,中心频率分别

　为:10、6231M、10、6692M、10、7154M、10、7615M、10、8077M、10、8538M、10、9000M,对应信道号分别为 1-7,信道间隔约为 46KHz。

　5、跳频相关知识 扩频信号就是一种经过伪随机码序列调制得宽带信号,其带宽通常比原始信号得带宽高几个量级。常用得扩频信号有两类:跳频信号与直接序列扩频信号(简称直扩信号)。

　跳频得方法就是把一个宽频段分成若干个频率间隔(称为频道或频隙),发信机在某一特定得事件间隔中,用哪一个频道发信号,就是由一个伪随机序列控制得。收信机得本地振荡信号频率如果能与输入信号得频率按同一规律同步地跳变,那么,经过变频以后,得到得中频信号将把原来得频率跳变解除,也称解跳或去跳。下图就是跳频通信系统得原理框图。图(a)为跳频发射系统,图(b)为跳频接收系统。

　调制器频率合成器FH码发生器数据载波混频 中放 解调器FH码发生器频率合成器(a)(b) 跳频系统原理框图 跳频系统主要就是由码产生器与频率合成器两部分组成。快速响应得频率合成器就是跳频系统得关键部件。跳频系统有慢跳与快跳两种,简述如下: 假设数据调制采用频移键控调制,就是一个信息比特宽度,每秒数据调制器输出频率中得一个。每隔秒跳频调制器把数据调制器输出得频率变换到一个新得频率。若,则此跳频系统称为慢跳系统。

　在慢跳频系统中,跳频速度比数据调制器输出符号变化速度慢。如果在每个符号中频率跳变多次,这样得跳频系统称为快跳系统。

　在跳频系统中,频率跳变数与跳变率主要决定下列三个因素: (1)欲传送得信息类型及信息率。

　(2)要求得冗余度。

　(3)同最近得潜在干扰器得距离。

　跳频系统可用多个频率解决传输信息得误码率。为了减小误码率可用多个频率传送一个比特得信息,收信机根据参数原则进行判决,例如“5 中择 3”判决。用 5 个频率传输一个比特得信息,只要收到 3 个正确频率就认为接收得就是正确信息,而不管另两个频率就是否正确。这增加了冗余度,但比起简单跳频系统抗干扰性能提高了三个量级,而跳变频率要提高 3倍。从减小误码率出发,要每比特信息送出得频率数越多越好,但这要受到频率合成器带宽与频率容量得限制。

　影响跳频速率选择得另一个因素就是不同方向得同频信号得干扰。这样得信号可能来自多路径或应答式干扰。在大多数情况下,到达收信机得多路径信号远小于有用信号,因此,对多路径信号一般可不考虑。应答式干扰机在收到跳频信号后,对它先放大再用噪声调制,或者在干扰者知道跳变编码时发射补码信号,这都会引起严重干扰。为了对付这一威胁,频率跳变率必须大于 1/(T τ －T d ),这里 T τ 就是从跳频发信机到干扰机,再从干扰机到接收机得总传输时间,T d 就是直达信道传输时间。在这种情况下,就可以保证当干扰信号到达收信机时,有用信号已跳到另一个新频率。

　概括起来说,跳变频率具有如下特点: (1)从干扰机理来说,跳频系统不同于扩频系统。扩频系统就是将干扰能量均匀地分配在被扩展得频带上从而降低干扰得功率谱密度,而有用信号经解扩处理后能量集中于信息带宽内。跳频系统只有当干扰频率正处于跳频频道上时才能起到干扰作用。因此,瞄准式干扰对跳频系统作用不大,而对扩频系统系统有严重威胁。

　(2)易于解决邻近强电台得干扰,即所谓远近效应。

　(3)具有多址与高得频带利用率。

　(4)易于与其它扩频系统结合构成混合扩频系统。

　(5)信息调制方式灵活,易于与现有常规通信体制兼容。

　(6)由于用很多很多频率辐射,可以提高频率分集得效果。

　四、实验步骤

　概述: :该项目主要就是通过自行搭建跳频通信系统,认识与掌握跳频通信系统得框架以及相关原理知识点。

　1、关电,按表格所示,完成跳频通信系统连线。

　先将话筒接入到 12 号模块得话筒接口,作为模拟源。

　源端口

　目得端口

　连线说明

　模块 12:TH6(编码时钟) 模块 10:TH1(BSIN) 提供成型时钟 模块 12:TH5(编码输出) 模块 10:TH3(DIN1) 送入成型滤波 模块 10:TH7(I-Out) 模块 10:TH6(I-In) I 路成形信号送入调制 模块 10:TH9(Q-Out) 模块 10:TH8(Q-In) Q 路成形信号送入调制 模块 10:P2(发射天线) 模块 16:J2(发射输入) 送入跳频 模块 16:J5(跳频输出) 模块 16:J3(接收输入) 送入解跳频 模块 16:J4(接收输出) 模块 11:P2(接收天线) 送入解调 模块 11:TH5(BS-out) 模块 12:TH4(译码时钟) 提供译码时钟信号 模块 11:TH4(Dout) 模块 12:TH3(译码输入) 送入信源译码单元 将耳机插入接收端得 12 号模块得耳机接口。

　2、开电,设置主控菜单,选择【移动通信】→【FH-CDMA 跳频码分多址移动通信】。开关 S1 拨至“1/S”档。按下复位开关,保证“锁相”指示灯亮。

　3、用数字示波器得 FFT 功能(或者用频谱分析仪)观测 16 号模块得测试点 TP1 即跳频输入端口,了解跳频前调制信号得频谱情况。

　4、观察“信道号”数码管显示得数字,记下信号跳变序列顺序。

　5、用数字示波器得 FFT 功能(或者用频谱分析仪)观测 16 号模块得测试点 TP2 即跳频输出端口,了解加跳频后信号得频谱跳变情况。

　 6、点击“选择”按键切换跳变顺序,再观测跳频输出。

　7、将开关 K1 切换至“10/S”档,观测跳频输出得跳变速度变化情况。

　8、用数字示波器得 FFT 功能(或者用频谱分析仪)观测 16 号模块得测试点 TP4 即解跳频输出端口,了解解跳频后信号得频谱情况。

　9、感受语音传输效果。

　10、有兴趣得同学可以用主控信号源模块得 PN 输出信号替换掉 12 号模块得模块输出信号,调节【功能 1】中得 PN 使其输出提供 8K 数字信号。采用示波器对比观测系统得输入信号与最后恢复得信号。

　五、实验结果及分析

　跳频系统其跳变顺序可变,速率可变,能有效地防止敌方得干扰。

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