通信工程實(shí)驗(yàn)報(bào)告

通信工程實(shí)驗(yàn)報(bào)告 班級(jí)：通信2012-04班 學(xué)號(hào)： 姓名： 劉濤 實(shí)驗(yàn)一：FPGA實(shí)驗(yàn)_BDPSK調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)BDPSK 原理的硬件實(shí)現(xiàn)方法。 學(xué)習(xí)用VerilogHDL 硬件描述語言建模時(shí)序邏輯電路的能力。2、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求由于在 BPSK 解調(diào)中，相干載波恢復(fù)可能出現(xiàn)相位模糊，所以在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常采用 BDPSK（二進(jìn)制差分相移鍵控）方式。BDPSK 方式不需要在解調(diào)端恢復(fù)相干參考信號(hào)， 非相干接收機(jī)容易制造而且成本低，因此在無線通信系統(tǒng)中被廣泛使用。在 BDPSK 系統(tǒng) 中，輸入的二進(jìn)制序列先進(jìn)行差分編碼，然后再用 BPSK 調(diào)制器調(diào)制。 BDPSK 調(diào)制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。（Microsoft Visio 中截圖） BDPSK 調(diào)制器模塊的VerilogHDL 代碼及注釋。 功能仿真和時(shí)序仿真結(jié)果的波形。（ModelSim 中截圖） （選做）開發(fā)板驗(yàn)證后的波形。（示波器上拍照）三、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 調(diào)制器和解調(diào)器的外引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖1.1 調(diào)制器的外部引腳圖1.2 調(diào)制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.3 解調(diào)器的外部引腳圖1.4 解調(diào)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、調(diào)制器模塊和解調(diào)器模塊的 VerilogHDL 代碼及注釋（1）差分編碼module chafen( reset_n,clk,a,b );input reset_n;input clk;input a;output b;reg c;assign b = a c ;always ( posedge clk or negedge reset_n )if(!reset_n)c = 0 ;elsebeginc = b;endEndmodule（2） 控制器module Controller(clk,reset_n,data,address,clk_DA,blank_DA_n,sync_DA_n);input clk ;input reset_n ;input data ;output 4 : 0 address ;output clk_DA ; /數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制信號(hào)output blank_DA_n ; /數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制信號(hào)output sync_DA_n ; /數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制信號(hào)reg 4 : 0 address_data;reg c ;always ( posedge clk or negedge reset_n )beginif(!reset_n) c=1bz;else c=data;endalways ( posedge clk or negedge reset_n )beginif(!reset_n) address_data=5b00000;else if(c=data) address_data=address_data+5b00001;elsebegincase(data)1b0:address_data=5b00000;1b1:address_data=5b10000;default:address_data=5bzzzzz;endcaseendendassign address = address_data;assign clk_DA = clk;assign blank_DA_n = 1b1;assign sync_DA_n = 1b1;Endmodule（3） 查找表module LookUpTable( clk,reset_n,address,dataout,);input clk;input reset_n;input 4 : 0 address;output 7 : 0 dataout;reg 7 : 0 LUT 0 : 31 ;always ( posedge clk or negedge reset_n )beginif( !reset_n )begin /用C編程計(jì)算出的查找表采樣值填在這里 LUT 0 = 8h7f;/0 LUT 1 = 8h97; LUT 2 = 8haf; LUT 3 = 8hc5; LUT 4 = 8hd9; LUT 5 = 8he8; LUT 6 = 8hf4; LUT 7 = 8hfc; LUT 8 = 8hfe; LUT 9 = 8hfc; LUT 10 = 8hf5; LUT 11 = 8hea; LUT 12 = 8hda; LUT 13 = 8hc7; LUT 14 = 8hb2; LUT 15 = 8h9a; LUT 16 = 8h81;/180 LUT 17 = 8h69; LUT 18 = 8h51; LUT 19 = 8h3b; LUT 20 = 8h27; LUT 21 = 8h17; LUT 22 = 8hb ; LUT 23 = 8h3 ; LUT 24 = 8h0 ; LUT 25 = 8h1 ; LUT 26 = 8h8 ; LUT 27 = 8h13; LUT 28 = 8h22; LUT 29 = 8h35; LUT 30 = 8h4a; LUT 31 = 8h62;endendassign dataout = LUT address ;endmodule 功能仿真和時(shí)序仿真結(jié)果的波形圖1.5 功能仿真圖1.6 時(shí)序仿真 實(shí)驗(yàn)二 MATLAB實(shí)驗(yàn)_OFDM誤碼率仿真（AWGN）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 掌握OFDM 的基本原理。2、 掌握用Matlab 搭建OFDM 系統(tǒng)的基本方法3、 用MATLAB 進(jìn)行OFDM 系統(tǒng)在AWGN 信道下誤碼率分析。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1） 發(fā)送部分 對(duì)產(chǎn)生的 0 、1 比特流進(jìn)行 16QAM 調(diào)制 ，映射到星座圖上 ，即將數(shù)據(jù)變?yōu)閺?fù)平面內(nèi)的數(shù)據(jù)； 將變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換進(jìn)行 IFFT 變換后在進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換。為了避免多徑造傳播成 的 IS I 干擾，要對(duì)每一 個(gè) OFD M 符號(hào)加循環(huán)前綴（ CP ）。為 了避免碼間干擾，CP 中的信號(hào)與對(duì)應(yīng) OFDM 符號(hào)尾部寬度為 Tg 的部分相同，Tg 為人為設(shè)定。本實(shí)驗(yàn)中為 OFDM 符號(hào)長度的 1/4 。 加保護(hù)間隔。為了最大限度的消除碼間干擾，該保護(hù)間隔一般大于多徑信道的最大時(shí)延， 這樣一個(gè)符號(hào)的多徑干擾就不會(huì)對(duì)下一個(gè)符號(hào)造成干擾。將產(chǎn)生的 OFDM 符號(hào)組成一個(gè)串行序列，即組幀。（2）信道部分：AWGN 信道（3） 接收部分： 解幀，將接收的序列分解為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的 OFDM 符號(hào)。 去掉保護(hù)間隔，將加在每個(gè)符號(hào)前的保護(hù)間隔去掉。 將去掉保護(hù)間隔的 OFDM 符號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換 ， 為下一步快速傅里葉變換做準(zhǔn)備。 將并行的信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換得到對(duì)應(yīng)的時(shí)域信號(hào)。 進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行 QAM 解調(diào)，解調(diào)之前要進(jìn)行均衡處理。解調(diào)之后得到之前生 成的 0 、 1 比特流。設(shè)計(jì)仿真方案，得到在數(shù)據(jù)傳輸過程中不同信噪比的 BER 性能結(jié)論，要求得到的 BER曲線較為平滑。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求所有程序完整的源代碼（.m 文件）以及注釋。仿真結(jié)果。對(duì)于所有的圖形結(jié)果（包括波形與仿真曲線等），將圖形保存成.tif 或者.emf 的格式并插入 word 文檔。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、所有程序完整的源代碼（.m文件）以及注釋clear all;close all;fprintf(OFDM基帶系統(tǒng)nn); %參數(shù)設(shè)置% carrier_count=256; %FFT數(shù)目number_symbol=1500; %OFDM符號(hào)數(shù)目()Guard_count=carrier_count/4; %循環(huán)前綴Pilot_interval=15; %導(dǎo)頻間隔Pilot_count=ceil(number_symbol/Pilot_interval); %每一行導(dǎo)頻的個(gè)數(shù)modulation_mode=16; %16QAMSNR=-2:35;k=log2(modulation_mode);%主程序循環(huán)% for number_snr=1:length(SNR) fprintf(nnn仿真信噪比,SNR(number_snr); %產(chǎn)生發(fā)送的隨機(jī)序列% Source_Bits=randi(0 1,1,k*(carrier_count*number_symbol); %16QAM調(diào)制% QAM_16_IQ = -3 -1 3 1; QAM_input_I = QAM_16_IQ(Source_Bits(1:4:end)*2+Source_Bits(2:4:end)+1);%00:-3 01:-1 11:1 10:3 QAM_input_Q = QAM_16_IQ(Source_Bits(3:4:end)*2+Source_Bits(4:4:end)+1);%00:-3 01:-1 11:1 10:3 Modulated_Sequence_Tx1 = QAM_input_I + 1i * QAM_input_Q; %串并變換% Modulated_Sequence_Tx=reshape(Modulated_Sequence_Tx1,carrier_count,number_symbol); %產(chǎn)生已知的導(dǎo)頻序列% Pilot_symbols=(round(rand(carrier_count,Pilot_count)*2-1); %導(dǎo)頻符號(hào)的插入% for kk=1:Pilot_count Modulated_Sequence_Tx_insert(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+1)=Pilot_symbols(:,kk); Modulated_Sequence_Tx_insert(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+2:(kk-1)*(Pilot_interval+1)+16)=Modulated_Sequence_Tx(:,(kk-1)*Pilot_interval+1:(kk-1)*Pilot_interval+15);end %IFFT變換% Time_signal_Tx1=ifft(Modulated_Sequence_Tx_insert); %加循環(huán)前綴% Time_signal_Tx_cp1(1:Guard_count,:)=Time_signal_Tx1(carrier_count-Guard_count+1:carrier_count,:);Time_signal_Tx_cp1(Guard_count+1:Guard_count+carrier_count,:)=Time_signal_Tx1(1:carrier_count,:); %并串變換% Time_signal_Tx_cp=reshape(Time_signal_Tx_cp1,1,(Guard_count+carrier_count)*(number_symbol+Pilot_count); %高斯信道和瑞利信道% Time_signal_Tx_cp_channel1=awgn(Time_signal_Tx_cp,SNR(number_snr),measured); %串并變換% Time_signal_Tx_cp_channel=reshape(Time_signal_Tx_cp_channel1,carrier_count+Guard_count,number_symbol+Pilot_count); %信號(hào)接收 去循環(huán)前綴% Time_signal_Rx_channel(1:carrier_count,:)=Time_signal_Tx_cp_channel(Guard_count+1:carrier_count+Guard_count,:); %FFT變換%frequence_signal_Rx_channel1=fft(Time_signal_Rx_channel);%獲取導(dǎo)頻符號(hào)處的序列 信道估計(jì)%for kk=1:Pilot_count Pilot_symbols_channel(:,kk)=frequence_signal_Rx_channel1(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+1); frequence_signal_Rx_channel(:,(kk-1)*Pilot_interval+1:(kk-1)*Pilot_interval+15)=frequence_signal_Rx_channel1(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+2:(kk-1)*(Pilot_interval+1)+16);end%并串變換%frequence_signal_Rx_channel_desert=reshape(frequence_signal_Rx_channel,1,(carrier_count)*number_symbol);%16QAM解調(diào)%QAM_input_I = real(frequence_signal_Rx_channel_desert);QAM_input_Q = imag(frequence_signal_Rx_channel_desert); for a=1:(carrier_count*number_symbol) if QAM_input_I(a) -2) & (QAM_input_I(a) 0) & (QAM_input_I(a) = 2) receive_Bits(a*k-3) = 1; receive_Bits(a*k-2) = 1; else receive_Bits(a*k-3) = 1; receive_Bits(a*k-2) = 0; end end for a=1:(carrier_count*number_symbol) if QAM_input_Q(a) = -2 % & QAM_input_Q(a) -2) & (QAM_input_Q(a) 0) & (QAM_input_Q(a) = 2) receive_Bits(a*k-1) = 1; receive_Bits(a*k) = 1; else receive_Bits(a*k-1) = 1; receive_Bits(a*k) = 0; end end%誤碼率計(jì)算% Num,Rat=biterr(Source_Bits,receive_Bits); biterr_total(number_snr)=Rat; fprintf(nn誤碼率為%fnn, biterr_total(number_snr);end%畫圖%figuresemilogy(SNR, biterr_total,bp-,LineWidth,2);axis(-2 35 10-5 0.9)xlabel(SNR);ylabel(BER);title(OFDM基帶系統(tǒng)（高斯信道）);2、 仿真結(jié)果圖2.1 仿真結(jié)果實(shí)驗(yàn)三、MATLAB實(shí)驗(yàn)_OFDM誤碼率仿真（衰落）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 了解瑞利信道產(chǎn)生的原因及其特征。2、 用MATLAB 進(jìn)行OFDM 系統(tǒng)在瑞利信道下誤碼率分析。二、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 所有程序完整的源代碼（.m 文件）以及注釋。2. 仿真結(jié)果。對(duì)于所有的圖形結(jié)果（包括波形與仿真曲線等），將圖形保存成.tif 或者.emf的格式并插入word 文檔。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 所有程序完整的源代碼（.m文件）以及注釋clear all;close all;fprintf(OFDM基帶系統(tǒng)nn);%參數(shù)設(shè)置%carrier_count=256; %FFT數(shù)目number_symbol=1500; %OFDM符號(hào)數(shù)目()Guard_count=carrier_count/4; %循環(huán)前綴Pilot_interval=15; %導(dǎo)頻間隔Pilot_count=ceil(number_symbol/Pilot_interval); %每一行導(dǎo)頻的個(gè)數(shù)modulation_mode=16; %16QAMSNR=-2:35;k=log2(modulation_mode);%主程序循環(huán)%for number_snr=1:length(SNR) fprintf(nnn仿真信噪比,SNR(number_snr);%產(chǎn)生發(fā)送的隨機(jī)序列% Source_Bits=randi(0 1,1,k*(carrier_count*number_symbol);%16QAM調(diào)制% QAM_16_IQ = -3 -1 3 1; QAM_input_I = QAM_16_IQ(Source_Bits(1:4:end)*2+Source_Bits(2:4:end)+1);%00:-3 01:-1 11:1 10:3 QAM_input_Q = QAM_16_IQ(Source_Bits(3:4:end)*2+Source_Bits(4:4:end)+1);%00:-3 01:-1 11:1 10:3 Modulated_Sequence_Tx1 = QAM_input_I + 1i * QAM_input_Q;%串并變換%Modulated_Sequence_Tx=reshape(Modulated_Sequence_Tx1,carrier_count,number_symbol); %產(chǎn)生已知的導(dǎo)頻序列% Pilot_symbols=(round(rand(carrier_count,Pilot_count)*2-1); %導(dǎo)頻符號(hào)的插入%for kk=1:Pilot_count Modulated_Sequence_Tx_insert(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+1)=Pilot_symbols(:,kk); Modulated_Sequence_Tx_insert(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+2:(kk-1)*(Pilot_interval+1)+16)=Modulated_Sequence_Tx(:,(kk-1)*Pilot_interval+1:(kk-1)*Pilot_interval+15);end%IFFT變換%Time_signal_Tx1=ifft(Modulated_Sequence_Tx_insert);%加循環(huán)前綴%Time_signal_Tx_cp1(1:Guard_count,:)=Time_signal_Tx1(carrier_count-Guard_count+1:carrier_count,:);Time_signal_Tx_cp1(Guard_count+1:Guard_count+carrier_count,:)=Time_signal_Tx1(1:carrier_count,:);%并串變換%Time_signal_Tx_cp2=reshape(Time_signal_Tx_cp1,1,(Guard_count+carrier_count)*(number_symbol+Pilot_count);%高斯信道和瑞利信道%raysign=raylrnd(1,1,(number_symbol+Pilot_count)*(Guard_count+carrier_count); Time_signal_Tx_cp=Time_signal_Tx_cp2.*raysign; Time_signal_Tx_cp_channel2=awgn(Time_signal_Tx_cp,SNR(number_snr),measured);Time_signal_Tx_cp_channel1=real(Time_signal_Tx_cp_channel2)./raysign+1i*(imag(Time_signal_Tx_cp_channel2)./raysign);%串并變換%Time_signal_Tx_cp_channel=reshape(Time_signal_Tx_cp_channel1,carrier_count+Guard_count,number_symbol+Pilot_count);%信號(hào)接收 去循環(huán)前綴%Time_signal_Rx_channel(1:carrier_count,:)=Time_signal_Tx_cp_channel(Guard_count+1:carrier_count+Guard_count,:);%FFT變換%frequence_signal_Rx_channel1=fft(Time_signal_Rx_channel);%獲取導(dǎo)頻符號(hào)處的序列 信道估計(jì)%for kk=1:Pilot_count Pilot_symbols_channel(:,kk)=frequence_signal_Rx_channel1(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+1); frequence_signal_Rx_channel(:,(kk-1)*Pilot_interval+1:(kk-1)*Pilot_interval+15)=frequence_signal_Rx_channel1(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+2:(kk-1)*(Pilot_interval+1)+16);end%并串變換% frequence_signal_Rx_channel_desert=reshape(frequence_signal_Rx_channel,1,(carrier_count)*number_symbol); %16QAM解調(diào)% QAM_input_I = real(frequence_signal_Rx_channel_desert);QAM_input_Q = imag(frequence_signal_Rx_channel_desert); for a=1:(carrier_count*number_symbol) if QAM_input_I(a) -2) & (QAM_input_I(a) 0) & (QAM_input_I(a) = 2) receive_Bits(a*k-3) = 1; receive_Bits(a*k-2) = 1; else receive_Bits(a*k-3) = 1; receive_Bits(a*k-2) = 0; end end for a=1:(carrier_count*number_symbol) if QAM_input_Q(a) = -2 % & QAM_input_Q(a) -2) & (QAM_input_Q(a) 0) & (QAM_input_Q(a) =0)-(y=0)-(y0)+0; %BPSK判決 x=x,xtemp; end for k=1:tx a(k:tx:end)=(x(k:tx:end)+1)/2; end errbit,temp_ber=biterr(A,a); berm=berm,temp_ber; end figuresemilogy(SNR, berm,bp-,LineWidth,2);axis(-5 35 10-5 0.9)xlabel(SNR);ylabel(BER);title(MMSE均衡檢測（瑞利信道）); 2、 仿真結(jié)果圖4.1 ZF檢測仿真結(jié)果圖4.2 MMSE仿真結(jié)果實(shí)驗(yàn)五、FPGA實(shí)驗(yàn)