移动通信实验指导书.pdf

0/41 移动通信 实验指导书 XX 工学院 电子信息与电气工程学院 1/41 目 录 实验一 GSM/GPRS 模块用 AT 指令主叫通话1 实验二 GSM/GPRS 模块用 AT 指令以文本和 PDU 格式发送短消息8 实验三 m 序列相关特性17 实验四 Walsh 序列相关特性及 16 阶 Walsh 序列21 实验五复合地址码扩频调制及 PN 码解扩25 实验六多基站、多信道、多用户同步 CDMA 移动通信系统29 实验七 多机组网 DS-CDMA 移动通信系统 34 实验八同步 CDMA 系统 PN 码同步37 0/41 实验一 GSM/GPRS 模块用 AT 指令主叫通话 一、实验目的 1、了解 GPRS 基本原理。2、了解 GSM/GPRS 无线通信模块（又称为 GPRS MODEM）的基本知识。3、了解 AT 指令基本知识。4、掌握 GSM/GPRS 无线通信模块的使用。二、实验条件 1、GSM/GPRS 通信模块 2、电源 3、天线 三、实验原理 1、GPRS 基础知识 移动通信是当前发展最快、应用最广和最前沿的通信领域之一。GPRS 是界于第二代和第三代之间的一种技术，通常称为 2.5G，目前通过升级 GSM 网络实现。称为2.5G 是比较恰当的，因为它是一个混合体，采用 TDMA 方式传输语音，采用分组的方式传输数据。GPRS 是通用分组无线业务的英文简称，是在现有的 GSM 上发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS 是欧洲电信协会 GSM 系统中有关分组数据所规定的标准。它可提供高达 115kbps 的空中接口传输速率。相对原来 GSM 的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS 是分组交换技术，具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、自如切换的优点。GPRS 无线通信模块支持 GPRS 方式访问互联网，以 GSM 方式实现语音通话、短消息和收发传真。2、GPRS 移动终端的分类 为满足未来用户的需要，GPRS定义了三种不同的移动终端类别，A类(Class A)、B 类(Class B)和 C 类(Class C)。1/41 A 类：A 类的 GPRS 移动终端可同时使用 GSM 电路交换服务和 GPRS 服务。用户可在通话的同时，通过 GPRS 链路收发数据。A 类的移动终端还允许传统 GSM 服务和 GPRS 服务的同时接入、激活和监控。B 类：B 类的 GPRS 移动终端允许传统 GSM 业务和 GPRS 业务的同时接入、激活和监控。但不允许 GSM 和 GPRS 服务同时进行数据传输。例如，一个用户建立了GPRS 数据连接，并且正在发送或接收数据包；这时，用户移动终端收到了一个来话指示，并且接听了该呼叫。当用户正在通话时，GPRS 虚拟连接被”挂起”或”示忙”，不可能用于数据传输。用户通话结束后，该 GPRS 虚连接才可能继续传输数据。（本设备应用的 GPRS 终端为 B 类）C 类：C 类的 GPRS 移动终端是一个纯粹的 GPRS 终端(只能支持 GPRS)或者既可支持 GSM 电路交换服务，也可支持 GPRS，后一种情况下 该移动终端必须在 GSM和 GPRS 两种模式之间来回切换，当切换至 GPRS 模式下时，用户可使用该终端发起或接收 GPRS 呼叫，但不能用其发起或接收 GSM 呼叫；同样，切换至 GSM 模式下时，用户可使用该终端发起或接收 GSM 呼叫，但不能用其发起或接收 GPRS 呼叫。3、GPRS 的应用(1)横向应用 其特点是直接面向消费者，如浏览、收发及 QQ 聊天等。(2)纵向应用 纵向应用的特点是面向集团和企业，如信用卡确认(POS)，保安系统(电子监控)，GPS 自动定位跟踪业务(运钞车定位跟踪)，电子商务，电子银行，远程商务洽谈，石油、天然气管道监测系统，气、水、电等远程读表，股票交易，仓库等要地的监控系统，调度系统，车队、船舶等的调度管理。4、GPRS MODEM 调试工具 V1.0 使用说明 GPRS MODEM 调试工具 V1.0 是针对 GPRS MODEM 的调试开发的工具软件，该软件不需要安装，可以直接运行。双击 GPRS MODEM 调试工具 V1.0 运行调试工具，进入如图 1-1 所示的界面。2/41 图 1-1 GPRS MODEM 调试工具 V1.0 首先要在调试工具中设置 PC 机的串口参数，需要设置的串口参数包括：串口号、串口波特率、校验位、数据位、停止位、打开/关闭串口等。AT指令输入区用于输入AT指令，输入正确的AT指令后点击”手动发送AT指令”按钮发送 AT 指令，输入 AT 指令见图 1-2。图 1-2 A T 指令输入发送 AT 指令应答区用于接收GPRS 模块的 AT 指令应答，如图 1-3 所示。图 1-3 A T 指令应答 “Ctrl+z 发送短信”按钮用于发送短信，首先通过正确的 AT 指令进行短信收发的串 口 设置区 AT 指令应答区 AT 指令输入区 3/41 设置，然后在 AT 指令发送区输入发送的短信内容，点击”Ctrl+z 发送短信”按钮发送短信，具体的操作见实验步骤。5、GPRS 无线通信模块 GPRS 模块又称 GPRS MODEM，是一种可以进行语音、短消息、数据及传真传送功能的 GSM/GPRS 无线通信模块，同 GSM/GPRS 手机相比，它除了没有人机界面LCD 显示、键盘外，其它的无线通信功能都是一样的。GPRS 无线通信模块提供一个RS232 接口，可直接由计算机的串口发送 AT 指令来控制该模块，此时计算机作为DTE（数字终端设备），GPRS 模块作为 DCE（数字电路设备）。在 DTE 和 DCE 之间用一套 AT 命令实现各种功能。GPRS 的各种功能都有赖于 DTE 向 DCE 发送 AT指令来实现，所以AT 指令可视为 DTE 和 DCE 间的软件接口。GPRS MODEM 既可以方便的与 PC 机的串口相连接，也可以与其他自动控制设备连接进行远端控制和数据采集等，从而将GPRS 的应用扩展到了新的领域。GPRS MODEM 可与 PC 机或单片机设备通过串口进行通讯。首先把 GPRS MODEM 的串口线接到 PC 机的串口，用 GPRS MODEM 调试工具 V1.0 来调试模块。修改模块波特率指令 PC 机和模块进行串行通讯的前提是二者串口的波特率必须一致。在不知道模块波特率的情况下，逐次修改调试工具中的波特率来修改 PC 机串口波特率，在 AT 指令发送区输入AT 并发送，直到AT 指令应答区有OK 应答为止。如果想修改模块的波特率，在AT指令发送区输入AT+IPR=*（此处*表示要修改成的波特率的值），点击”手动发送 AT 指令”按钮发送修改波特率的AT 指令。返回 OK 应答表示模块的波特率已经修改。修改完成后要更改调试工具的波特率（即 PC 机的波特率）与模块的波特率一致才能够继续通讯。回显设置 模块有回显功能，即在 AT 指令应答区会显示刚才输入的AT 指令。打开回显功能 发送：ATE1 返回：OK 关闭回显功能 发送：ATE0 4/41 返回：OK 在本次的实验中主要是实验 GPRS 模块的语音功能。6、AT 指令 在计算机上利用GPRS MODEM 调试工具 V1.0 来输入 AT 指令对 GPRS 模块进行控制，开机后首先要对模块进行一些测试/查询或设置。测试串口开机 35s 后，首先在调试工具中选择合适的波特率，然后在调试工具的 AT 指令发送区中输入AT 输入指令后点击”手动发送 AT 指令”按钮发送 AT 指令给 GPRS 模块，看调试工具的 AT 指令应答区是否返回OK 应答。该测试命令可以验证串口是否已经打开。如果没有返回 OK 应答，修改波特率重新测试，知道返回OK 应答为止。关闭回显/打开回显向模块发送 ATE0 命令，关闭串口的回显功能。串口的回显功能主要是用于串口测试。向模块发送 ATE1 命令打开回显。主叫 AT 命令 发送如下 AT 命令呼叫 stringnum（stringnum 代表）ATDstringnum；（注意此处的分号一定不可缺少）如果成功的与被叫方取得联络，则可听到回铃音；否则模块返回 BUSY（网络忙）或 NO CARRIER（无载波：脱网或网络拒绝服务）。如果对方摘机，模块将返回 OK，表明建立了正确的话音通路。通话结束后，如果对方先挂机，则模块返回 NO CARRIER；如果 GPRS 模块主叫方想先挂机，则发送 ATH 命令，模块返回 OK 后话音通路被解除。这个命令 ATDstringnum 的功能最为丰富，国际标准定义了一系列的序列，用来实现各种功能。如查询 IMEI 码、设置附加业务、数据通信、GPRS 拨号等功能都可以通过拨号序列实现。通话过程中，使用 ATH 命令和 AT+CHUP 命令都可以实现挂机，ATH 命令更为通用一些。发送 AT+VTS=“dtmfstring”,实现主叫拨分机，模块将拨出 dtmfstring 的。在需要拨分机号和由语音提示的信息台（如 1860）等需要 DTMF 交互的场合，这是很有用的命令。5/41 7、GPRS 模块有关控制的 AT 指令 表1-1 控制 AT 指令 AT 指令 说明 AT 指令 说明 ATD 拨号 AT+CEER 查看呼叫失败原因 ATH 挂机 AT+VTD 设置 DTMF 语音长度 ATA 接 ATDL 重拨上一次 AT+VTS 发送 DTMF 语音 AT%Dn 根据 DTR 信号自动拨号 ATS0 设置自动应答 AT+CICB 来电信差 AT+VGT 调整发送声音增益 AT+CMUT 设置话筒静音 AT+SPEAKER 话筒选择 AT+ECHO 设置回音取消 AT+CLIP 设置来电显示信息 AT+CRC 设置来电显示信息 四、实验内容与要求 1、硬件连接 (1)连接好 GPRS 模块天线，插入 GSM 手机 SIM 卡。(2)用 GPRS 模块专用串口电缆连接 GPRS 模块串口和计算机串口，接好手柄。(3)检查连接无误后 GPRS 模块接上直流电源，模块通电开始搜索 GSM 网络，指示灯以 1 秒周期闪亮；搜索到网络后指示灯以 3 秒周期闪亮。(4)在计算机上运行 GPRS MODEM 调试工具 V1.0，在其界面上选择正确的串口号，设置串口：波特率（9600）、奇偶校验（None）、数据位数（8）和停止位数（1），并打开串口。6/41 2、串口测试 在 AT 指令输入区输入AT 点击”手动发送 AT 指令”按钮发送 AT 指令，如果在应答区返回 OK 应答表明串口通讯正常，如果不能返回 OK 应答，则表明调试工具所设置的波特率和 GPRS 模块的波特率不适应，此时需要修改调试工具的波特率直到能够返回 OK 应答为止。3、GPRS 主叫过程 调试工具中输入 AT 指令直接拨打，在调试工具AT 指令输入区中输入：ATDstringnum；（stringnum 表示被叫，注意此处的分号不能省略）点击”手动发送 AT 指令”按钮，发送拨号AT 指令进行拨号操作，手柄中可听见拨号信令音。呼通对方后听到回铃，如果对方接听，则在调试工具 AT 指令应答区中将返回 OK，此时就可以正常通话了。如果模块主动挂机，则执行如下操作：在 AT 指令发送区输入ATH 后点击”手动发送 AT 指令”按钮发送 AT 指令 给模块。模块返回：OK 表示语音通路已经解除，通话结束。如果被叫方主动挂机则模块返回：NO CARRIER(无载波，信道已释放)4、实验结束操作 发送：ATSMSO 返回：SMSO:MS OFF OK SHUTDOWN 用上述 AT 指令关闭模块以后再切断电源，模块在网络中处于”IMSI 分离”正常状态；若直接切断模块电源，则模块在网络中处于”IMSI 附着”非正常状态。五、实验报告内容 1、简述 GSM/GPRS 基本原理以及特点；2、简述 GSM/GPRS 模块调试工具的 AT 指令操作方法；3、简述 GSM/GPRS 模块的主叫过程。7/41 实验二 GSM/GPRS 模块用 AT 指令以文本和 PDU 格式 发送短消息 一、实验目的 1、了解 SMS 短消息服务的基本知识；2、掌握 PDU 编码的基本知识；3、掌握 AT 指令基本知识；4、掌握 GSM/GPRS 模块用 AT 指令以文本和PDU 格式发送短消息的方法。二、实验条件 1、GSM/GPRS 通信模块 2、电源 3、天线 三、实验原理 1、短消息业务(SMS)短消息业务与话音传输及传真一样，同为 GSM 数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和转发，每个短消息的信息量限制为 140 个字节。在短消息的可靠传递基础上，GSM 网络与互联网技术的结合将给目前以提供话音服务为主的 GSM 移动通信网络带来新的生机。短消息业务包括点对点短消息和小区广播。通常我们所说的短消息主要指的是点对点短消息。点对点短消息是通过移动通信网的信令信道传送简短文字信息的业务。有线是通过 7 号信令网，无线是通过 SDCCH（未通话时）或 SACCH（通话中）信道传送。最大消息长度为 140 个字节。点对点的短消息服务可以实现双向计费性传送。它提供的服务方向可以是固定用户接向移动用户，或者相反。固定用户不必关注移动用户所在的位置。短消息服务必然导致短消息服务器的出现，它们是短消息服务中心 SMSC(Short Message Service 8/41 Centre)或服务中心 SC(Service Centre)。GSM 网络中的短消息业务不占用话音通信的信道，费用低廉，对用户极具吸引力。短消息业务的出现为目前以提供话音服务为主的 GSM 移动通信网络开辟了一个全新的服务领域。2、短消息编码 对于 SMS 编码，ESTI 制定了详细的规 X，即 GSM 03.40 和 GSM 03.38。有两种方式来发送和接收SMS 消息：文本(TEXT)模式或者 PDU（protocol description unit）模式。文本模式只能发送普通的 ASCII 字符，而要发送图片、铃声、其它编码的字符（如中文）就必须采用 PDU 模式。PDU 模式被所有手机支持，可以使用任何字符集，这也是手机默认的编码方式。PDU 模式中，可以采用三种编码方式来编码要发送的内容，分别是 7-bit 编码、8-bit 编码、16-bit 编码。7-bit 编码用于发送普通的 ASCII 字符，它将 7-bit 的 ASCII字符编码成 8-bit 的数据，每 8 个 ASCII 字符可”压缩”成 7 个字节；8-bit 编码通常用于发送数据消息，比如图片和铃声等；而 16-bit 编码用于发送 Unicode 字符。在这三种编码方式下，可以发送的最大字符数分别是 160、140、70（这里将一个英文字母、一个数据字节和一个汉字都视为一个字符）。若要发送中文，必须采用 PDU 模式的 Unicode（UCS2）编码方式。所谓 UCS2 编码，是将单个的字符(1-2 个字节)按 ISO/IEC10646 的规定，转变为 16 位的 Unicode 宽字符。即将单个的字符转换为由四位的0-9、A-F的数字和字母组成的字符串。通过UCS2 编码我们得到中文 Unicode 码，接着就可以进行发送 PDU 串的编制了。从表面上看，PDU 串是 ASCII 码串，同样由0-9、A-F这些数字和字母组成。它们是 8 位字节的十六进制数，或者 BCD 码十进制数。PDU 串除了包含所发送的消息本身外，还包含很多其它参数信息，如服务中心、目标和编码方式等。利用随系统提供的 Unicode 编码查询软件”unicode 代码查询.exe”查询汉字的Unicode 编码如图 2-1 所示。9/41 图 2-1 查询汉字的Unicode 代码 PDU 串不仅包含可显示的消息本身，还包含很多其它信息，如 SMS 服务中心（SMSC）、目标、回复、编码方式和服务时间等。发送和接收的 PDU 串，结构是不完全相同的。下面举例说明：例 1 发送：中囯移动 XX 地区的 SMSC 是+00，收方是，消息内容是”Hello!”。从手机发出的 PDU 串是：08 91 68 31 08 20 07 05 F0 11 00 0D 91 68 31 27 30 92 81 F9 00 00 00 06 C8 32 9B FD 0E 01 对照规 X，各分段含义是：08-SMSC 地址信息的长度。共 8 个八字节（包括 91）；91-SMSC 地址格式。用国际格式（即前面有+）；68 31 08 20 07 05 F0-SMSC 地址 00（XX）。SMSC 用 BCD 码表示，且高 4 位与低 4 位对调。又因其总长度为 11 位，故补F凑成字节；11-基本参数。表示发送，TP-VP 用相对格式；00-消息基准值 0；0D-目标地址数字个数。共 13 个十进制数（不包括 91 和F）91-目标地址格式。用国际格式（即前面有+）；68 31 27 30 92 81 F9-目标地址 89，用高 4 位与低 4 位对调的 BCD 码表示，并补F凑成字节；00-协议标识。表示是普通 GSM 类型、点到点方式；10/41 00-用户信息编码方式。表示 7-bit 编码；00-有效期。表示 5 分钟；06-SMS 信息长度（十六进制数）。表示实际长度 6 个字节；C8 32 9B FD 0E 01-SMS 信息，”Hello!”。注意，多个 7bit 的 ASCII 字符被拼成8bit 的字节。C8 32 9B FD 0E 01 就是由”Hello!”的 ASCII 码 48 65 6C 6C 6F 21按图 2-2所示方法拼成。拼 ASCII 字符的时候需要处理补位。补位规则：将后一字节从尾取位补在前一字节的头，补满 8 位。图 2-2 处理 ASCII 码时编码过程 例 2 接收：SMSC 是+00，发方是，消息内容是”你好!”。手机接收到的 PDU 串是：08 91 68 31 08 20 07 05 F0 84 0D 91 68 31 56 89 69 78 F5 00 08 30 30 21 80 63 54 80 06 4F 60 59 7D 00 21 对照规 X，各分段含义是：08-地址信息的长度。共八位字节（包括 91）；91-SMSC 地址格式。用国际格式（即前面有+）；68 31 08 20 07 05 F0-SMSC 地址 00（XX）。SMSC 用 BCD 码表示，且高 4 位与低 4 位对调。又因其总度度为 11 位，故补F凑成字节；84-基本参数。表示接收、无更多消息、有回复地址；0D-回复地址数字个数。共 13 个十进制数（不包括 91 和F）；91-回复地址格式。用国际格式（即前面有+）；68 31 56 89 69 78 F5-回复地址 75，用高 4 位与低 4 位对调的 BCD 码表示，并补F凑成字节；00-协议标识。表示普通 GSM 类型、点到点方式；08-用户信息编码方式。表示 UCS2 编码；11/41 30 30 21 80 63 54 80-时间戳，2003-3-12 08:36:45、+8 时区。也用高 4 位与低 4 位对调的 BCD 码表示，前 6 位代表日期，后 6 位代表时间，最后 2 位是时区；06-SMS 信息长度。表示实际长度 6 个字节；4F 60 59 7D 00 21-SMS 信息”你好!”，为 Unicode 码。3、短消息相关 AT 指令集 AT 指令 说明 AT 指令 说明 AT+CSMS 选择短消息服务 AT+MA 新消息确认应答 AT+CMSS 发送存储区短信 AT+CSMP TEXT 短信模式参数设置 AT+CSAS 存储短信参数设置 AT+CRES 设备恢复成存储的短信参数设置 AT+WMSC 修改短信息状态 AT+CSCB 选择小区广播信息类型 AT+CMGW 写短信存入存储区 AT+CMGL 按要求列出存储的短消息 AT+WMGO 覆盖某一短信息 AT+WCBM 查看小区广播信息标志符 AT+CMGR 读取短消息 AT+CSDH 显示 TEXT 短信模式下的参数 AT+CMGD 删除短消息 AT+CSCA 设置短信服务中心地址 AT+CMGS 发送短消息 AT+MI 选择如何接收短消息 AT+CPMS 选择短信存储区 AT+CMGF 选择短信格式 注：更详细的 AT 指令可以参考随系统提供的文档资料“AT mand Set.pdf”。四、实验内容与要求 1、硬件连接和测试串口 同实验一。2、以文本格式发送短消息 12/41 图 2-3 以文本格式发送短消息 (1)测试串口 输入：AT ，点击”手动发送 AT 指令”按钮 返回：OK ，串口通讯正常(2)设置短信中心 输入：AT+CSCA=+00 (为 GSM/GPRS 模块所插入的 SIM 卡归属地短信中心，本例中为中国移动 XX 地区短信中心。各地短信中心不同，一般情况是将 XX 短信中心中的 XX 长途区号 027换成当地的长途区号，详情请咨询本地10086。)点击”手动发送 AT 指令”按钮 返回：OK(3)设置为文本模式 输入：AT+CMGF=1 点击”手动发送 AT 指令”按钮 返回：OK(4)输入对方手机 输入：AT+CMGS=对方手机号，点击”手动发送 AT 指令”按钮 返回：(5)输入要发送的信息内容 在发送区输入：HELLO!按”CtrlZ 发送短信”按钮发送短消息内容 返回：+CMGS:126(126 为发送短消息序号，每次不同)13/41 OK 发送成功,对方手机收到”HELLO!”内容的短消息 3、PDU 格式发送短消息 例 1.以 PDU 格式发送短消息”你好！”(Unicode 码为 4F60597D0021)(1)测试串口 发送：AT 返回：OK(2)设置短信中心 发送：AT+CSCA=+00 返回：OK(3)设置短信格式为 PDU 格式 发送：AT+CMGF=0 返回：OK(4)发短信 发送：AT+CMGS=021 021（十进制数）表示 TPDU 的长度为 21 个字节，不包含下述 PDU格式短信前面 SMSC 地址 返回：(5)输入 PDU 格式的短信：有两种方式 在发送区输入：00705F011000D578F8000800064F60597D0021 再点击”CtrlZ 发送短信”发送短消息。在发送区输入：0011000D578F8000800064F60597D0021 再点击”CtrlZ 发送短信”发送短消息。最前面两位 00 表示 SMSC 地址字节长度为 0，则 SMSC 地址格式及地址都不再重发（第（2）步已发过）。(6)短消息发送成功 等待短消息发送成功，发送成功后返回如下信息：14/41+CMGS:127(127 为发送短消息序号，每次不同)OK 第种 PDU 格式的短信字符串解析如下：08：SMSC 地址字节长度（包含 91）91：SMSC 地址格式（国际格式：即前面有+）5F0：XX 移动 SMSC 地址（00）11：基本参数 00：消息基准值 TP-MR 0D：目标地址数字个数（十六进制，不包含下述目标地址格式 91）91：目标地址格式（国际格式：即前面有+）1F9 ：目标地址（89）00：协议标示 TP-PID（普通 GSM 类型，点到点方式）08：用户信息编码格式 TP-DCS（08 表示 UCS2 编码）00：有效期 TP-VP 06：用户信息长度 TP-UDL(十六进制)，6 个字节 4F60597D0021：用户信息”你好！”例 2.以 PDU 格式发送短消息”你好吗？”(Unicode 码为 4F60597D5417FF1F)(1)(3)同例 1。如果紧接着例 1 做实验，(1)(3)步不必重做(4)发短信 发送：AT+CMGS=023 023（十进制数）表示 TPDU 的长度为 23 个字节，不包含下述 PDU 格式短信前面 SMSC 地址 返回：(5)输入 PDU 格式的短信 在发送区输入：00705F011000D578F8000800084F60597D5417FF1F(6)再点击”CtrlZ 发送短信”发送短消息；短消息发送成功 SMSC 地址 TPDU 15/41 等待短消息发送成功，发送成功后返回如下信息：+CMGS:128(128 为发送短消息序号，每次不同)OK 注意：(1)手机可以和小灵通互通短信，手机在向小灵通发送短信时需要在小灵通的前面加长途区号；(2)实际做实验时应改为实际参于实验的手机,请不要直接抄写示例中的数据，可以根据示例自己写出要发送的PDU 数据串。五、实验报告内容 1、简述短消息业务基本原理 2、简述短消息 PDU 编码格式 3、简述短消息文本格式和 PDU 格式发送过程 16/41 实验三、m 序列相关特性 一、实验目的 1、了解常用正交序列m序列的产生原理。2、掌握m序列的自相关特性。2、掌握m序列的互相关特性。二、实验条件 1、示波器 2、移动通信实验箱 三、实验原理 设 ci(t),i=1,2,N 是序列周期为 T 的一组序列，序列长 P 位码片（子码），码片周期 Tp=T/P。它们的互相关函数为,0()()(),Ti jijRc tc tdtij （3-1）式中，()jc t为()jc t的循环移位序列。自相关函数为 0()()()TiiiRc tc tdt （3-2）式中，()ic t为()ic t的循环移位序列。相关函数描述了二个序列或波形的相似程度。若互相关函数 Ri,j()=0，则它们是正交序列组，可以作为 DS-CDMA 系统的地址码。为了使收端能实现地址码同步，它应该具有尖锐的自相关峰并且在一个序列周期内(变化一个序列周期 T)只有一个自相关峰，即自相关函数满足 0,0()()(),|TpiiippppTRc tc tdtpTTTT （3-3）具有这种与白噪声相似的自相关特性的序列称为 PN 序列，例如 m 序列及其派生出来的 M 序列及 Gold 序列；而不具有这种自相关特性的序列，就不能称为 PN 序列，例如 Walsh 序列。由“监控及 Pe/Rij 测量”模块中的单片机 CPU1 产生各种正交序列，再与其外围电17/41 路一起按式（3-1）及式（3-2）实行相关运算，如图 3-1 所示。用示波器观测各点波形即可了解它们的相关特性。图 3-1 序列相关特性测量电路 （1）5 阶m序列（序列长 25-1=31 位）表 3-1 5 阶 m 序列自相关特性测量（表中 f(x)为生成多项式）PNi(t)1111,1001,1010,0100,0010,1011,1011,000.f(x)=x5+x2+1 PNj(t)同上 同上 表 3-2 5 阶 m 序列互相关特性测量 PNi(t)1111,1001,1010,0100,0010,1011,1011,000.fi(x)=x5+x2+1 PNj(t)1111,1001,0011,0000,1011,0101,0001,110.fj(x)=x5+x4+x3+x2+1 注：PNi与 PNj是 5 阶 m 序列优选对，是资料1给出的 5 阶 m 序列优选对的 镜像抽头序列。（2）7 阶m序列（序列长 27-1=127）表 3-3 7 阶 m 序列自相关函数测量 PNi(t)1111,1110,0011,1011,0001,0100,1011,1110,f(x)=x7+x3+1 1010,1000,0101,1011,1100,1110,0101,0110,0110,0000,1101,1010,1110,1000,1100,1000,1000,0001,0010,0110,1001,1110,1110,000.PNj(t)同上 同上 表 3-4 7 阶 m 序列互相关函数的测量 PNi(t)1111,1110,0011,1011,0001,0100,1011,1110,fi(x)=x7+x3+1 1010,1000,0101,1011,1100,1110,0101,0110,0110,0000,1101,1010,1110,1000,1100,1000,1000,0001,0010,0110,1001,1110,1110,000.PNj(t)1111,1110,0000,0100,0001,1000,0101,0001,fj(x)=x7+x6+1 LPF PNi(t)PNj(t-)PNi(t)PNj(t-)u0=PNiPNj中的“直流分量”18/41 1110,0100,0101,1001,1101,0100,1111,1010,0001,1100,0100,1001,1011,0101,1011,1101,1000,1101,0010,1110,1110,0110,0101,010.四、实验内容与要求 1、实验箱不必插天线，打开电源。示波器二个测量通道 CH1/CH2 都设置为 DC、2V/DIV。2、在“测量仪”模块上按 K1 键使“m 序列”LED 指示灯亮，选择“m 序列”相关特性测量方式。3、按 K2 键使 K2 键 LED 灯灭，选择“m5”；按 K3 键使 K3 键 LED 灯灭，选择“自相关”。最终选择了“5 阶 m 序列自相关特性测量”方式。4、测量序列相关特性（1）示波器置为 CH1 内触发、直流耦合。CH1 测量“测量仪”模块上 PN 序列同步信号端 TRI，周期重复的 TRI 窄脉冲对应周期重复的被测序列 PNi与 PNj的起点，二个相邻 TRI 窄脉冲之间对应 PNi与 PNj的一个序列周期。CH2 顺次测量 PNi与 PNj，与表 3-1-1表 3-1-4 中对应的测量项目表比较是否相同。（2）示波器置为外触发、外触发信号接自 TRI。按 K4 键使 K4 键 LED 灯灭，选择“手动延时”。示波器二个通道同时测量 PNi及 PNj，观测 PNj对 PNi的时延。每按 K4 键一次 K4 键 LED 灯闪亮一下，LED 数码管显示时延增加 0.2Tp，观测 PNj对 PNi的实际时延与 LED 数码管显示的是否相同。（3）示波器一个通道测量 PNj，另一个通道顺次测量 PNi(t)PNj(t-)及 Ri，j()。反复按 K4 键，观察 PNj时延变化及 PNi(t)PNj(t-)和 Ri，j()的相应变化。（4）按着 K4 不放至 K4 的 LED 灯常亮，进入“自动延时”方式，PNj(t-)自动步进延时，时延 的增量仍为 0.2Tp，LED 数码管显示时延，每当时延增加到=T、2T、3T、（T 为序列周期）时，表示二个序列又对齐，显示值返回 0，从头开始步进增加。示波器改为 2S/DIV 慢扫描；一个通道（置为 DC、1V/DIV）测量相关函数 Ri，j()；另一个通道（置为 DC、5V/DIV）测量 Ri，j()的序列周期指示信号 SYR()，=0、T、2T、3T、时，Ri,j()=Ri,j(0)，SYR()值发生 0/1 跳变。记录二者波形。其中，Ri，j()要较准确测量记录其正/负峰波形及峰值电压，而波形中的小毛刺、小起伏不要理睬，19/41 这是步进延时跳变瞬间 PNi及 PNj码型的短暂混乱所造成。说明：在“自动延时”方式下，因 Ri，j()是 PNi(t)PNj(t-)经窄带低通滤波形成的，故 Ri，j()的时序比SYR()的稍有延时。5、按 K3 键使 K3 键 LED 灯亮，选择“互相关”。选择了“5 阶 m 序列互相关特性测量”方式。重复步骤 4。6、按 K2 键使 K2 键 LED 灯亮，选择“m7”；按 K3 键使 K3 键 LED 灯灭，选择“自相关”。选择了“7 阶 m 序列自相关特性测量”方式。重复步骤 4。7、按 K3 键使 K3 键 LED 灯亮，选择“互相关”。选择了“7 阶 m 序列互相关特性测量”方式。重复步骤 4。五、实验报告内容 1、整理测量结果，画出 5 阶 m 序列的自相关函数及互相关函数曲线(画在一 X图中)，画出 7 阶 m 序列的自相关函数及互相关函数曲线(画在另一 X 图中)。2、分析测量结果，m 序列的自相关函数在一个序列周期内是否只有 1 个尖锐的相关峰，是否属于 PN 序列。m 序列单独使用时，收端可以实现序列同步吗？3、分析测量结果，m 序列的互相关函数值在整个序列周期内是否远小于其自相函数峰值（本实验中序列很短，只要求1/3），因此在任何相对时延（为任何值）条件下都是准正交？4、本实验测量互相关函数时的二个序列为 m 序列优选对，其实测的互相关系数是否满足式（1-12），正交性是否随序列长度增加而改善？5、根椐表 3-2 所示二个 5 阶 m 序列的生成多项式画出二个 5 阶 m 序列发生器电原理图，依图作出状态表求出二个 m 序列，与表 3-1-2 比较是否一致。然后，将码片对齐每次延时增加 1 个码片周期逐点计算互相关系数，与实验测量值比较是否一致。实验四、Walsh 序列相关特性及 16 阶 Walsh 序列 一、实验目的 1、了解常用正交序列Walsh 序列的产生原理。2、掌握 Walsh 序列的自相关及互相关特性。20/41 二、实验条件 1、示波器 2、移动通信实验箱 三、实验原理 1、Walsh 序列的相关特性（1）8 阶 Walsh 序列 表 4-1 8 阶 Walsh 序列自相关特性测量（序列长 8 位）PNi(t)0110,1001.87W PNj(t)同上 同上 表 4-2 8 阶 Walsh 序列互相关特性测量（序列长 8 位）PNi(t)0110,1001.87W PNj(t)0011,1100.86W（2）16 阶 Walsh 序列 表 4-3 16 阶 Walsh 序列自相关特性测量（序列长 16 位）PNi(t)0000,1111,0000,1111.164W PNj(t)同上 同上 表 4-4 16 阶 Walsh 序列互相关特性测量（序列长 16 位）PNi(t)0000,1111,0000,1111.164W PNj(t)0011,1100,0011,1100.166W 2、本 CDMA 实验系统作为信道地址码的 16 阶 Walsh 序列见表 4-5 表 4-5 16 阶 Walsh 序列组 W0 0000 0000 0000 0000 导频信道 W1 0101 0101 0101 0101 W2 0011 0011 0011 0011 W3 0110 0110 0110 0110 W4 0000 1111 0000 1111 W5 0101 1010 0101 1010 W6 0011 1100 0011 1100 W7 0110 1001 0110 1001 21/41 W8 0000 0000 1111 1111 同步信道 W9 0101 0101 1010 1010 W10 0011 0011 1100 1100 W11 0110 0110 1001 1001 W12 0000 1111 1111 0000 W13 0101 1010 1010 0101 W14 0011 1100 1100 0011 W15 0110 1001 1001 0110 四、实验内容与要求 1、实验箱不必插天线，打开电源。示波器二个测量通道 CH1/CH2 都设置为 DC、2V/DIV。2、在“测量仪”模块上按 K1 键使“W 序列”LED 指示灯亮，选择“Walsh 序列”相关特性测量方式。3、按 K2 键使 K2 键 LED 灯灭，选择“W8”；按 K3 键使 K3 键 LED 灯灭，选择“自相关”。选择了“8 阶 Walsh 序列自相关特性测量”方式。4、测量相关特性（1）示波器设置：CH1 内触发，直流耦合。CH1 测量“测量仪”模块上 PN 序列同步信号端 TRI。CH2 顺次测量 PNi 与 PNj，与表 4-1表 4-4 中对应的测量项目表比较是否相同。（2）（4）同实验三实验步骤 4