实验六、多基站、多信道、多用户同步CDMA移动通信系统
一、实验目的
1、掌握多基站、多信道、多用户同步CDMA移动通信实验系统原理。 2、掌握IS95及cdma2000移动通信系统的基本原理。 二、实验条件
1、示波器 2、移动通信实验箱 三、实验原理
同步CDMA移动通信系统各基站的基站地址码使用同一M序列，只是时间偏置或者说序列相位不同。各基站的基站地址码必须严格按这个相位产生，即按此规定同步。实际同步CDMA移动通信系统，例如IS95及cdma2000，PN码的同步是各基站各自用GPS接收全球定位系统的时钟，由这同一时钟实现同步。本实验系统二个基站PN码的同步比较简单，它们由同一片CPLD（CPLD3）按规定的相位产生，自然就同步了。
四、实验内容与要求
1、设置实验箱及示波器
（1）在“通信系统制式”模块上，设置系统为“同步CDMA”方式。在“D1信道编码设置”模块上，设置“D1无人为误码”及“无交织/去交织”。在信码“D2、D3、D4数据格式”模块上设置它们为“开关设置”。在MS的“PN捕获及解扩”模块上设置“PN码同步方式”为“检测同步信道”正常工作方式。
（2）设置BS1的二个用户业务信道地址码为互不相同的14个业务信道之一，即Wi≠Wj，且Wi 、Wj ≠W0、W8。同样，设置BS2的二个用户业务信道地址码满足：WK≠WL ，且WK、WL?W0、W8。而二个基站用户业务信道之间没有约束，可以不同，也可以相同，但为了后面某些步骤操作方便，本实验要求设置得相同，即Wi=WK及Wj=WL。
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各基站用户的信码D1~D4可以任意设置，但为了后面实验观察方便，建议设置得各不相同，例如D1=D10…D16=0000001，D2=0000011，D3=0000111，D4=0001111。
（3）BS1“输出幅度”调到最大，BS2的调到0。
（4）MS接收地址码设置：接收基站地址码为BS1，接收信道地址码为Wr=Wi，即接收BS1用户1业务信道的信码D1。
（5）示波器设置为：外触发，上升沿触发，外触发信号接自BS1的帧同步FS；两个测量通道都设置为：直流耦合，2V/DIV。
2、示波器CH1观测BS1的PN码同步信号PNS，CH2观测BS1的PN码即0时间偏置的5阶M序列PN1，记录在表6-1中。然后CH2观测BS2的PN码，即滞后PN1为4个码片周期的同一5阶M序列PN2，亦记录在表6-1中。
表6-1 基站BS1/BS2的地址码PN1/PN2
PNS波形 PN码 码片序号 PN1 PN2 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 31 32 1 2 3、打开BS1信道PIL、SYch、D1ss及D2ss，用示波器测量各个信道扩频基带信号PIL、SYss、D1ss及D2ss的幅度，比较是否相等。然后按表4-2测量并记录各信道扩频基带信号线性叠加后的总信号Dss，验证是否为各信道信号的线性叠加（经过线性叠加电路后，各个信道扩频基带信号的幅度衰减了一半，由输入4Vp-p(CMOS电平0～4V）衰减为2Vp-p双极性（+/-二种极性），以防叠加后总信号幅度太大而超过叠加电路运放线性动态范围)，叠加后信号是否为多电平、双极性。
表6-2 基站BS1的扩频基带信号Dss 各信道的通/断 序号 1 2 3 4 PIL √ √ √ √ SYss × √ √ √ D1ss × × √ √ D2ss × × × √ 总扩频基带信号Dss 电平数 是否双极性 信号幅度（VP-P） 注：√接通，×断开。
4、保持PIL、SYss、D1ss、D2ss同时打开的状态，用示波器二个通道同时测量Dss及其在中频BPSK调制后的信号BPSK1，观测BPSK1是否在Dss极性翻转时发
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生调相（相位跳变）；BPSK1的包络是否与Dss一样。然后用示波器二个通道同时测量BPSK1及其中频载波fIF1，比较BPSK1是否相对fIF1发生了0/π调相。了解BPSK1为包络起复、0/π调相的BPSK调制信号。了解基站下行多信道扩频基带信号的BPSK调制过程。
5、用示波器二个通道同时测量BPSK1及上变频后BPSK信号TX1，粗测二者频率，了解上变频过程。由于BPSK1的中频载波与信码Dss（对应于BPSK1的包络）及信码的帧同步信号FS产生于同一晶体振荡器，它们是同步的，所以BPSK1可看到载波相对包络不滑动的稳定同步波形。而上变频后的TX1的载波携带了来自另一个独立振荡器—本振信号fLC的相位，其包络与载波就不同步了，但仍然是包络起复、0/π调相的BPSK调制信号。
6、用示波器二个通道同时测量发端射频信号TX1及收端射频前端输出的中频信号fIF-RX。粗测fIF-RX的频率是否已下变频为中频455KHz，了解MS接收机射频前端的下变频功能。比较二个信号包络波形是否一样，是否为线性关系。然后调节BS1“输出幅度”电位器，反复减小/增大TX1的幅度，观测fIF-RX幅度跟随变化的情况是否与图2-8一致，了解MS接收机射频前端的AGC特性。
7、按实验七介绍的方法，对比观测PN码捕获电路的Ri及Ec信号，调整Ec使PN码达到同步，LED同步指示灯亮。用示波器二个通道同时测量发端PN1及收端PN(0)，观测收端PN码是否已达到同步。反复按下/释放“开环”按键，观测PN码捕获/跟踪同步过程。
有另外二种情况会使收端反复进入PN码捕状态，无法达到PN码同步，应予以排除：
（1）如果同步信道SYch没打开，当PN码刚由捕获进入跟踪后，检测不到同步信道，则又会重新开始PN码捕获。因此，在PN码捕获状态下发端必须打开同步信道SYch。只有实现PN码同步后才可视需要关断同步信道。
（2）发端未打开收端要接收的用户业务信道，收端在PN码已同步后接收不到该信道，则又会重新开始PN码捕获。故发端必须打开收端要接收的用户业务信道。
8、设置示波器CH1内同步，用CH1测量收端“载波提取”的输出fIF，CH2测量接收中频fIF_RX，对比观测中频载波fIF是否已经与fIF_RX同步。同步状态下的波形见图6-1。
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fIF t
fIF_RX
t
图6-1 收端载波同步时的波形
注：用观测fIF的测量通道内同步
9、示波器CH1测量发端BS1的帧同步FS。CH2测量收端帧同步FSr，对比观测收端是否已达到帧同步。收端已达到帧同步的另一个明显标志是“帧同步及纠错”模块中的帧同步指示灯常亮。
10、到上一步为止，收端的各种同步电路，包括PN码同步（包括PN码时间偏置系数一致）、载波同步、帧同步都已实现同步，收端PN码同步指示灯及帧同步指示灯都常亮，则接收机就可正确收到设定基站及信道的信码：
（1）直接观察收/发二端LED显示的信码Dr/D1是否完全相同，并且拨动信码设置开关改变D1时，Dr发生相同的改变，收发两端的信码总是保持一致。
（2）用双踪示波器二个通道对比测量发/收二端的信码D1xs/Drxs、D1fr/Drfr、D1/Dr，观测两两之间的信码是否一样（收端有传输延时加上Walsh码相关检测造成的一个码元的延时）。
11、发端BS1关断导频信道PIL。将收端“开环”键按一下马上释放，让收端重新开始PN码捕获。观测收端能否实现PN码同步（LED指示灯亮）及帧同步（LED指示灯亮），能否收到发端信码。然后重新打开BS1的导频信道PIL，重复上面的观测。了解导频信道PIL在PN码同步过程中的作用。
12、发端BS1关断同步信道SYch。将收端“开环”键按一下马上释放，让收端重新开始PN码捕获。观测收端能否实现PN码同步（LED指示灯亮）及帧同步（LED指示灯亮），能否收到发端信码。然后重新打开BS1的同步信道SYch，重复上面的观测。了解同步信道SYch在PN码同步过程中的作用。
13、同时打开发端BS1的PIL、SYss、D1ss、D2ss及发端BS2的PIL、SYss、D3ss、D4ss，二个基站发射信号“输出幅度”都调到最大。按步骤7.重新调整好PN码捕获电路的比较门限电圧Ec。然后按表3-14-3进行测量并作记录。观测、了解多基站、多信道、多用户同步CDMA系统运行的全过程。在收端各模块都已同步，接收到发端
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信码后，可拨动发端对应用户的信码设置拨码开关，改变其LED显示的信码，观察收端LED显示的接收信码是否发生相应改变，收发两端的信码总是保持一致。
注：由于二个基站各自都打开4个信道，基站之间的多址干扰比较大，可能会影响收端PN码同步。因此，当收端MS在接收某基站信号时，可能要将该基站发射信号幅度调到最大，同时将另一基站的调小些。
表6-3 收端MS接收基站地址码及信道地址码的设置及系统运行 接收基站地址码 BS1/BS2 BS1 BS1 BS1 BS1→BS2 BS2 BS2 BS2 BS2 BS2 BS2 BS2→BS1 BS1 BS1 BS1 BS1 BS1 BS1→BS2 BS2 BS2→BS1 接收信道地址码 Wr Wi Wi→Wj Wj WL（WL=Wj） WL WL→WK WK WK→WL WL WL→WK Wi（Wi=WK） Wi Wi→Wj Wj Wj→Wi Wi WK（WK=Wi） WK Wi（Wi=WK） PN码同步指示 LED 常亮 闪亮 常亮 闪亮 常亮 帧同步指示 LED 常亮 闪亮 常亮 闪亮 常亮 接收信号Dr LED显示 D1 不定 D2 不定 D3 MS模拟方式 BS1的MS1 BS1的MS2 MS2越区硬切换 BS2的MS2 ? ? 注：前五行是运行样板。
五、实验报告内容
1、给出表6-1、表6-2及表6-3的测量记录，说明多基站、多信道、多用户同步CDMA移动通信系统的结构、地址码的设计，工作频率的设计及系统工作原理。
2、由实验结果，说明导频信道与同步信道的作用。
3、试分析，若将同一基站不同信道的地址码误设置成一样会产生什么后果。
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