通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書電子科技大學(xué)通信學(xué)院李玉柏崔琳莉武暢楊煉通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)I目錄第一部分通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)總體介紹1第二部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹3第三部分通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)11實(shí)驗(yàn)一軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺基本通信實(shí)驗(yàn)11實(shí)驗(yàn)二脈沖成型實(shí)驗(yàn)21實(shí)驗(yàn)三數(shù)字上下變頻30實(shí)驗(yàn)四基帶載波調(diào)制技術(shù)實(shí)驗(yàn)40實(shí)驗(yàn)五基帶載波解調(diào)技術(shù)實(shí)驗(yàn)54實(shí)驗(yàn)六無線信道性能測試實(shí)驗(yàn)67實(shí)驗(yàn)七無線收發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)78實(shí)驗(yàn)八小型軟件無線電系統(tǒng)SSFSDR綜合實(shí)驗(yàn)88附錄A信號發(fā)生器使用說明107附錄B射頻GUI使用說明125通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)1第一部分通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)總體介紹一、通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)的任務(wù)通過本課程的實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生能夠基于可編程的、可設(shè)計的、模塊化的軟件無線電硬件平臺，通過FPGA設(shè)計、DSP程序設(shè)計來完成各項(xiàng)通信功能，如脈沖成型、上下變頻、調(diào)制解調(diào)等等；深入理解通信系統(tǒng)中各組成模塊的實(shí)現(xiàn)原理，融匯貫通學(xué)生在通信專業(yè)的主要知識體系；同時通過本課程實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，了解實(shí)際硬件系統(tǒng)與理論的聯(lián)系與區(qū)別，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。二、通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)簡介通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)包含7個基礎(chǔ)型、綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及1個創(chuàng)新設(shè)計型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。單套實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括PC機(jī)、軟件無線電實(shí)驗(yàn)箱、基帶信號發(fā)生器、DSP仿真器、FPGA仿真器等硬件平臺，以及CCS、ISE等軟件仿真平臺。同時需要信號發(fā)生器、示波器等測試儀器。三、信號與系統(tǒng)課程適用的專業(yè)通信、電子信息類等專業(yè)。四、通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)涉及的核心知識點(diǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及通信信源編解碼、信號成型濾波與均衡、數(shù)字載波調(diào)制和解調(diào)、無線信道中通信性能分析、信道編碼算法、無線收發(fā)、信道噪聲特性分析、點(diǎn)對點(diǎn)通信、多徑干擾分析等。同時實(shí)驗(yàn)涉及基于DSP的分析設(shè)計方法和基于FPGA的分析設(shè)計方法。五、信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)與難點(diǎn)對軟件無線電通信中各重點(diǎn)模塊的理解和設(shè)計，如波束形成、數(shù)字濾波器、上/下變頻、軟件無線電中的數(shù)字載波調(diào)制、軟件無線電中的信號處理算法、無線信道中通信性能分析、軟件無線電中的信道編碼算法、射頻及模擬前端等。六、考核方式實(shí)驗(yàn)報告。七、總學(xué)時40學(xué)時。八、教材名稱及教材性質(zhì)通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)2陳祝明，軟件無線電技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社九、參考資料楊小牛，樓才義等。軟件無線電原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2001年1月通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)3第二部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹通信信號處理實(shí)驗(yàn)是基于可編程的、可設(shè)計的、模塊化軟件無線電硬件平臺，通過FPGA設(shè)計、DSP程序設(shè)計來完成各項(xiàng)通信功能。實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括PC機(jī)、軟件無線電實(shí)驗(yàn)箱、基帶信號發(fā)生器、DSP仿真器、FPGA仿真器等硬件平臺，以及CCS、ISE等軟件仿真平臺。同時需要信號發(fā)生器、示波器等測試儀器。其中軟件無線電試驗(yàn)箱是整個實(shí)驗(yàn)的基本平臺。21軟件無線電實(shí)驗(yàn)箱軟件無線電試驗(yàn)箱主要著重軟件無線電系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的演示和開發(fā)。主要包括內(nèi)容有波束形成、數(shù)字濾波器、上/下變頻、軟件無線電中的數(shù)字載波調(diào)制、軟件無線電中的信號處理算法、無線信道中通信性能分析、軟件無線電中的信道編碼算法、射頻及模擬前端等。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺如圖21所示。圖21軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺系統(tǒng)特點(diǎn)軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字系統(tǒng)。系統(tǒng)的架構(gòu)合理，結(jié)構(gòu)簡潔，整體上采用ARMDSPFPGARF的構(gòu)架，可以實(shí)現(xiàn)任何典型的無線通信方式。同時實(shí)驗(yàn)平臺配有功能強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)基帶信號發(fā)生器，用來產(chǎn)生各種調(diào)制信號，模擬各種無線信道對信號的影響，使學(xué)生可以直觀地體驗(yàn)到無線信道對不同調(diào)制方式的影響。通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)4實(shí)驗(yàn)平臺硬件是開放的，可以進(jìn)行二次開發(fā)和創(chuàng)新開發(fā)。可以對平臺中的ARM、DSP、FPGA進(jìn)行編程形成新的應(yīng)用和研究系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖22和圖23所示。圖22軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)RF70M26GXCHAINRF70M26GTXCHAINSWITCHANTEAFPGAMODULEXILNX/LTRALPFLOWPASFILTERLPFLOWPASFILTERDACONVERTOADCONVERTOGAINDPOWERCOTRLMCUEXTNSIOBARDDSPYSTEMMODULETM320C6713ARM9SYSTEMMODULEETHERNTUBARTLCD圖23軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)硬件平臺射頻模塊OURSSDR0701BP射頻子系統(tǒng)采用流行的直接變頻技術(shù)，形成零中、低中頻通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)5通信系統(tǒng)。零中頻和低中頻通信系統(tǒng)是現(xiàn)在主流的數(shù)字通信和移動通信的射頻架構(gòu)。具備可以調(diào)節(jié)的發(fā)射功率，可以調(diào)節(jié)的接受增益，方便形成AGC環(huán)路。RFMODULE頻段800950MHZ標(biāo)配發(fā)射功率10DBM工作方式半雙工接收靈明度0ADC_I0通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)17ADC_Q0IQ_SEL_INTREBUILDALL，編譯完成后選擇FILELOADPROGRAM找到ARM_DSP_HPIOUT選擇打開，通過JTAG下載DSP程序；E運(yùn)行DSP程序DEBUGRUN；F在界面數(shù)據(jù)輸入框內(nèi)輸入020個數(shù)據(jù)，按ENTER，此時在ARM端接收界面會顯示經(jīng)過DSP處理的數(shù)據(jù)；輸入數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)注DSP端程序在輸出BUFFER的數(shù)據(jù)格式必須為第一個INT為數(shù)據(jù)長度，并且數(shù)據(jù)長度不能大于40（否則數(shù)據(jù)在ARM端不能全部顯示）。（2）DSP與ARM的通信實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)A打開主程序文件MAINC；B修改原程序中PMOVEDDATAPDATA為PMOVEDDATAPDATA1；通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)19C在CCS中編譯運(yùn)行程序，重新在數(shù)據(jù)輸入界面輸入數(shù)據(jù)按ENTER；D在ARM端應(yīng)用程序界面的右邊數(shù)據(jù)顯示欄觀察結(jié)果，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（左邊數(shù)據(jù)加1）輸入數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)（3）DSP與ARM的通信擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)通過修改SETHINT在程序中的位置來修改DSP端何時發(fā)送HPI中斷給HOST端。內(nèi)容實(shí)現(xiàn)10000個循環(huán)延時后發(fā)送中斷。修改代碼如下修改完成后在CCS中編譯運(yùn)行程序，在ARM應(yīng)用程序界面中重新輸入數(shù)據(jù)按ENTER。觀察ARM應(yīng)用程序右邊數(shù)據(jù)接收窗口，記錄觀察結(jié)果（數(shù)據(jù)更新速率應(yīng)當(dāng)降低）輸入數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)2FPGA控制AD、DA實(shí)驗(yàn)（1）FPGA控制AD、DA過程演示實(shí)驗(yàn)A編譯AD_DA_LOOP工程，編譯完后將BIT文件下載到FPGA中；通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)20B連接信號發(fā)生器到平臺的RXI，對信號發(fā)生器進(jìn)行設(shè)置產(chǎn)生500KHZ的正弦信號，然后發(fā)送；C在ARM端應(yīng)用程序界面進(jìn)入擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)FPGA擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)FPGA控制AD/DA實(shí)驗(yàn)，按ENTER然后用示波器觀測平臺的TXI、TXQ發(fā)出的波形。（2）改變DA控制程序，使DA的I路輸出單頻正弦波。六、分析和思考簡述DSP的MCBSP工作原理。七、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件）計算機(jī)、軟件無線電實(shí)驗(yàn)箱、信號發(fā)生器、示波器、DSP仿真器、FPGA仿真器、5V電源八、所需主要元器件及耗材連接線、計算機(jī)串口連接線九、學(xué)時數(shù)4通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)21實(shí)驗(yàn)二脈沖成型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)名稱脈沖成型實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解脈沖成形工作原理，加深對奈奎斯特準(zhǔn)則的理解。2研究幾種常用脈沖成形（半正弦、滾降系數(shù)05和08的升余弦滾降）中的信號波形與頻譜，了解基帶信號的連續(xù)發(fā)送波形。3學(xué)會觀察信號頻譜，分析不同脈沖成形濾波后發(fā)送信號的頻譜效率。4能夠基于ISE編寫并調(diào)試FPGA脈沖成型程序。三、實(shí)驗(yàn)原理1、脈沖成型的理論基礎(chǔ)在現(xiàn)代無線通信中，由于基帶信號的頻譜范圍都比較寬，為了有效利用信道，在信號傳輸之前，都要對信號進(jìn)行頻譜壓縮，使其在消除碼間干擾和達(dá)到最佳檢測的前提下，大大提高頻帶的利用率。奈奎斯特是第一個解決既能克服符號間干擾又保持小的傳輸帶寬問題的人。他發(fā)現(xiàn)只要把通信系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)、信道和接收機(jī)的整個響應(yīng)設(shè)計成在接收端的每個抽樣時刻只對當(dāng)前的符號有響應(yīng)，而對其他符號的響應(yīng)全等于零，那么符號間干擾ISI的影響就能完全被抵消，即消除符號間干擾的奈奎斯特NYQUIST第L準(zhǔn)則。如圖1所示。0TSTT2T2TTHT圖1無碼間串?dāng)_示意圖通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)22在理論上，NYQUIST第L準(zhǔn)則成功地解決了成形濾波器的設(shè)計問題，但是它只給出了一個抽象的理論準(zhǔn)則，而對于如何具體設(shè)計成形濾波器并沒有一個明確的答案。由于數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，基帶信號的頻譜成形可通過數(shù)字方法進(jìn)行。利用數(shù)字式處理來實(shí)現(xiàn)頻譜波形成形濾波的情況越來越廣泛。數(shù)字濾波具有精度高、可靠性高、靈活性強(qiáng)、便于大規(guī)模集成、可以得到很高的性能指標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)有限沖激響應(yīng)FLR濾波器或無限沖激響應(yīng)濾波IIR濾波器。FIR濾波器可做到嚴(yán)格的線性相位，設(shè)計方法既有從時域出發(fā)考慮的加窗法，從頻域出發(fā)考慮的頻率采樣法、等波紋最佳一致逼近法，也有綜合考慮頻域和時域要求的最優(yōu)化設(shè)計方法（線性規(guī)劃法。在實(shí)際應(yīng)用中，升余弦濾波器是運(yùn)用較廣泛的成形濾波器，因?yàn)樗腥缦碌膬?yōu)點(diǎn)1）滿足NYQUIST第1準(zhǔn)則；2）可以消除理想低通濾波器設(shè)計上的困難，有一平滑的過渡帶；3）通過引入滾降系數(shù)改變傳輸信號的成形波形，可以減小抽樣定時脈沖誤差所帶來的影響，即降低碼間干擾。升余弦濾波器的傳遞函數(shù)為（21）SSSSRCTFFTFFH2/10/21CO12/0其中，是滾降因子，取值范圍0到1。當(dāng)時，升余弦滾降濾波器對應(yīng)0于具有最小帶寬的矩形濾波器。這種濾波器的沖激響應(yīng)可由對其傳遞函數(shù)做傅里葉變換得到（22）2/41COS/SINSSRCTTTTTH通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)23001P/2T3/2T/T2/T10806420051PT100512323T/TAB0051HH圖2升余弦濾波器的頻域傳遞函數(shù)及時域沖激響應(yīng)圖2是升余弦濾波器的頻域傳遞函數(shù)及時域沖激響應(yīng)，其中（A）是頻域傳遞函數(shù)，（B）是時域沖激響應(yīng)。HHT升余弦滾降傳遞函數(shù)可以通過在發(fā)射機(jī)端和接收機(jī)端使用同樣的濾波器來實(shí)現(xiàn)，同時在平坦衰落信道中為實(shí)現(xiàn)最佳性能提供了匹配濾波。為實(shí)現(xiàn)濾波器的響應(yīng)，脈沖成形濾波器可以用在基帶數(shù)據(jù)上，也可以使用在發(fā)射機(jī)的輸出端。圖3就是將輸入隨機(jī)序列1，1通過05升余弦濾波器后的脈沖成型波形。051015202530354045501050051余余余余010203040506021012余余余余05余余余余余余余余余余圖3滾降系數(shù)05的升余弦脈沖成型波形通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)24不使用奈奎斯特技術(shù)來實(shí)現(xiàn)脈沖成形是有可能的，其中一項(xiàng)就是MSK調(diào)制方式的應(yīng)用，與OQPSK調(diào)制方式結(jié)合的效率較高的半正弦脈沖調(diào)制。通過截短的傳遞函數(shù)來抑制相鄰符號間的干擾。由于使用更短的截短傳遞函數(shù)，半正弦脈沖成形后的信號頻譜相對升余弦滾降成形的信號頻譜來說，主瓣較寬，旁瓣較高，頻譜效率較低。2、VHDL實(shí)現(xiàn)脈沖成型在程序中，我們首先產(chǎn)生升余弦濾波器系數(shù)，再將輸入數(shù)據(jù)濾波輸出，即可得到我們期望的滾將系數(shù)（05或08）的升余弦信號成型波形。因此，這里重點(diǎn)就是如何生成各種滾降系數(shù)的升余弦濾波器系數(shù)。（1）利用MATLAB生成升余弦滾降濾波器系數(shù)在MATLAB中，可以利用函數(shù)RCOSINE得到升余弦濾波器系數(shù)，格式如下NUM,DENRCOSINEFD,FS,TYPE_FLAG,R,DELAY其中，F(xiàn)D表示數(shù)字信號頻率；FS表示濾波器采樣頻率，且FS/FD必須是一個正整數(shù)。TYPE_FLAG表示設(shè)計的濾波器的類型，可以是IIR、SQRT、或者它們的組合IIR/SQRT，也可以是常規(guī)類型NORMAL。R表示滾降系數(shù)，取值范圍是0,1。DELAY表示濾波器延遲，必須為一個正整數(shù)，DELAY/FD可以得到以秒為單位的濾波器延遲。我們以產(chǎn)生08滾降系數(shù)的升余弦濾波器為例，F(xiàn)D1；FS8；TYPE_FLAG取“FIR”，即可得到49個濾波器系數(shù)00000000120003600064000850008800068000320000000000000580018500361005300060000460000000085202108036960546507202086710965410000096540867107202054650369602108008520000000460006000053000361001850005800000000000003200068000880008500064000360001200000（2）將升余弦濾波器系數(shù)轉(zhuǎn)換為VHDL數(shù)組取濾波器對應(yīng)的單位沖激響應(yīng)正負(fù)兩個第二零點(diǎn)之間的33個樣本（941，包括左右兩個0），然后進(jìn)行幅值放大（如這里調(diào)整為原始系數(shù)100）并取為整數(shù)，通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)25最后再轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，就得到一個包含33個10BIT的向量的數(shù)組，由此來近似FIR形式的升余弦滾降濾波器。CONSTANTRCOSINE_EIGHTYPS_ARRAY32DOWNTO0“0000000000“,“1111111111“,“1111111111“,“1111111110“,“1111111100“,“1111111010“,“1111111001“,“1111111011“,“0000000000“,“0000001000“,“0000010101“,“0000100100“,“0000110110“,“0001001000“,“0001010110“,“0001100000“,“0001100100“,“0001100000“,“0001010110“,“0001001000“,“0000110110“,“0000100100“,“0000010101“,“0000001000“,“0000000000“,“1111111011“,“1111111001“,“1111111010“,“1111111100“,“1111111110“,“1111111111“,“1111111111“,“0000000000“注這里的二進(jìn)制數(shù)為補(bǔ)碼表示。（3）將信號濾波輸出，即得到脈沖成型信號脈沖成形的過程，其實(shí)就是輸入數(shù)據(jù)DIN和升余弦滾將濾波器的時域響應(yīng)進(jìn)行卷積的過程。在源代碼中，合法的輸入DIN（長度為2BIT）一共有三種通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)2600、01、11，分別對應(yīng)的是0、1和1。對于每一次的輸入DIN，在經(jīng)過和濾波器系數(shù)FILTER_COEF（長度為10BIT）卷積后，都會得到一個對應(yīng)的輸出FILTER_DOUT（長度為10BIT）。利用卷積等效于錯位相乘再累加的原理，我們對于每一次的輸入，都調(diào)用函數(shù)SIGNED_MUL來得到DIN和濾波器系數(shù)（PS_ARRAY）分別相乘的結(jié)果，分別存儲在33個變量R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,RA,RB,RC,RD,RE,RF,R10,R11,R12,R13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R1A,R1B,R1C,R1D,R1E,R1F,R20中，為接下來將要進(jìn)行的累加操作做好準(zhǔn)備。設(shè)置33個中間變量H0,H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7,H8,H9,HA,HB,HC,HD,HE,HF,H10,H11,H12,H13,H14,H15,H16,H17,H18,H19,H1A,H1B,H1C,H1D,H1E,H1F,H20，進(jìn)行賦值相疊累加H0OFSTD_LOGIC_VECTOR9DOWNTO0TYPEUC_SMACHINEISUC_IDLE,UC_TRANSMITCONSTANTMODULATION_SIGNALUC_ARRAY0TO15FREQUENCY1MHZSIGNALUC_STUC_SMACHINESIGNALUC_FLAGSTD_LOGICSIGNALCHIP_CNTSTD_LOGIC_VECTOR4DOWNTO0SIGNALCHIP_CNTSTD_LOGIC_VECTOR4DOWNTO0SIGNALUC_WAVESTD_LOGIC_VECTOR19DOWNTO0SIGNALV_ORIGIN,V_MODUSTD_LOGIC_VECTOR9DOWNTO0SIGNALUC_TMPSTD_LOGIC_VECTOR9DOWNTO0BEGINV_ORIGIN0通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)35UC_WAVE0UC_TMPIFUC_EN1THENUC_ST0UC_TMPIFSAMPLE_EN1THENCHIP_CNT擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)FPGA擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)上下變頻實(shí)驗(yàn)；（1）數(shù)字上變頻A、選擇“2”進(jìn)入數(shù)字上變頻實(shí)驗(yàn)；通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)37B、在按“確認(rèn)（回車）”后，進(jìn)入數(shù)字上變頻實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)窗口；C、將能產(chǎn)生正弦信號的函數(shù)信號發(fā)生器與實(shí)驗(yàn)平臺的RXI端口連接，正弦單頻信號的幅度不要超過2V，信號頻率設(shè)為1MHZ；D、按照軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺軟件界面的提示進(jìn)行后續(xù)操作；E、將示波器分別觀測實(shí)驗(yàn)平臺TXI和TXQ端口，通過示波器觀察輸出波形和頻譜。根據(jù)示波器上產(chǎn)生波形的頻譜圖，觀察并記錄發(fā)送波形經(jīng)過上變頻后的頻譜特征譜線個數(shù)譜線分別所處頻段（KHZ）原始單頻信號上變頻后信號（2）數(shù)字下變頻A、選擇“3”進(jìn)入數(shù)字下變頻實(shí)驗(yàn)；B、在按“確認(rèn)（回車）”后，進(jìn)入數(shù)字下變頻實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)窗口；C、將能產(chǎn)生正弦信號的函數(shù)信號發(fā)生器與實(shí)驗(yàn)平臺的RXI端口連接，正弦單頻信號的幅度不要超過2V，信號頻率設(shè)為1MHZ；D、按照軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺軟件界面的提示進(jìn)行后續(xù)操作；E、將示波器分別觀測實(shí)驗(yàn)平臺TXI和TXQ端口，通過示波器觀察輸出波形和頻譜。根據(jù)示波器上產(chǎn)生波形的頻譜圖，觀察并記錄發(fā)送波形經(jīng)過上變頻后的頻譜特征譜線個數(shù)譜線分別所處頻段（KHZ）原始單頻信號上變頻后信號通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)382數(shù)字上/下變頻擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)A、在ISE中編譯UC_DC工程，然后通過JTAG仿真口將比特文件下載到FPGA中；B、用信號發(fā)生器發(fā)送600KHZ正弦波到平臺的RXI端口；C、在ARM控制端的顯示界面中按ENTER；D、用示波器觀測平臺的TXI、TXQ端口，查看變頻前后的波形和頻譜。E、改變數(shù)字調(diào)制信號頻率，將代碼中固化的1MHZ的正弦信號換為2MHZ，并采取相同的幅度放大。（提示511SIN2PIFN/FS511SIN2PIN/8，其中N的取值是從0到7，將8個樣本值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。具體的樣本請學(xué)生自行完成。六、分析和思考通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)39自行編寫下變頻的FPGA程序。七、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件）計算機(jī)、軟件無線電實(shí)驗(yàn)箱、信號發(fā)生器、示波器、DSP仿真器、FPGA仿真器、5V電源八、所需主要元器件及耗材連接線、計算機(jī)串口連接線九、學(xué)時數(shù)4學(xué)時通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)40實(shí)驗(yàn)四基帶載波調(diào)制技術(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)名稱基帶載波調(diào)制技術(shù)實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究相移鍵控的線性載波調(diào)制技術(shù)原理；分析二進(jìn)制相移鍵控BPSK、四進(jìn)制相移鍵控QPSK技術(shù)的原理；分別觀察BPSK、QPSK調(diào)制信號的波形及頻譜，比較BPSK和QPSK兩種線性調(diào)制技術(shù)間的功率效率和數(shù)據(jù)帶寬比。2研究差分相移鍵控的線性載波調(diào)制技術(shù)原理；分析差分二進(jìn)制相移鍵控DBPSK、差分四進(jìn)制相移鍵控DQPSK技術(shù)的原理；分別觀察DBPSK、DQPSK調(diào)制信號的波形及頻譜，比較DBPSK和DQPSK兩種線性調(diào)制技術(shù)間的功率效率和數(shù)據(jù)帶寬比。3研究恒包絡(luò)線性載波調(diào)制技術(shù)原理；熟悉頻移鍵控FSK、最小頻移鍵控MSK、高斯最小頻移鍵控GMSK技術(shù)的原理；分別觀察FSK、MSK、GMSK調(diào)制信號波形及頻譜。4掌握如何用FPGA來實(shí)現(xiàn)BPSK、QPSK、FSK、MSK調(diào)制三、實(shí)驗(yàn)原理1、基帶線性載波調(diào)制技術(shù)原理數(shù)字信號載波調(diào)制有三種基本的調(diào)制方式幅度鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。它們分別是用數(shù)字基帶信號控制高頻載波的參數(shù)如振幅、頻率和相位，得到數(shù)字帶通信號。在接收端運(yùn)用相干或非相干解調(diào)方式，進(jìn)行解調(diào)，還原為原數(shù)字基帶信號。數(shù)字調(diào)制技術(shù)可以大致分為線性和非線性的。在線性調(diào)制技術(shù)中，傳輸信號的幅度隨調(diào)制數(shù)字信號的變化而線性變化。線性調(diào)制技術(shù)帶寬效率較高，TSTM所以非常適用于有限頻帶內(nèi)要求容納越來越多用戶的無線通信系統(tǒng)。在線性調(diào)制方案中，傳輸信號可以表示為TS通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)41TFJCEMATS2R（41）TFTTFTCIC2SINOS其中，是信號幅度，是載波頻率，是通常為復(fù)數(shù)形CFTJMTTIR式的已調(diào)信號的復(fù)包絡(luò)。可見，載波幅度隨調(diào)制信號呈線性變化。線性調(diào)制方案一般來說都不是恒包絡(luò)。有些非線性調(diào)制的載波，即可能是線性包絡(luò)也可能是恒包絡(luò)，這取決于基帶波形是否經(jīng)過脈沖成形處理。線性調(diào)制方案有很好的頻譜效率，但傳輸中必須使用功率效率低的RF放大器。用功率效率高的非線性放大器會導(dǎo)致已濾除的邊瓣再生，造成嚴(yán)重的相鄰信道干擾，使線性調(diào)制得到的頻譜效率全部丟失。最普遍的線性調(diào)制技術(shù)包括脈沖成形BPSK、QPSK和OQPSK。（1）、二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）在二進(jìn)制相移鍵控中，幅度恒定的載波信號隨兩個代表二進(jìn)制1或0的信號和的改變而在兩個不同的相位間跳變。通常這兩個相位差180。如果正弦載M2波的幅度為，每比特能量，則傳輸?shù)腂PSK信號為CABCBTAE21（二進(jìn)制的1）（42）0OS2TFTTSCBBPKBTT或者（43）002COS2COSTFTETFTETSCBCBBPK（二進(jìn)制的0）T出于方便，經(jīng)常將和一般化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號，它呈現(xiàn)兩種可能的1M2TM脈沖波形中的一種。這樣傳輸信號可以表示為（44）02COSTFTETSCBBPK通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)42BPSK信號等效于抑制載波雙邊帶調(diào)幅波形，其中相當(dāng)于載波，數(shù)據(jù)TFC2OS信號相當(dāng)于調(diào)制波形。TM（2）、四相相移鍵控（QPSK）四相相移鍵控是在一個調(diào)制符號中傳輸兩個比特，因此其帶寬效率比BPSK的帶寬效率高兩倍。載波的相位為四個間隔相等的值，比如0、和，2/2/3每一個相位只對應(yīng)唯一的一對消息比特。這個符號狀態(tài)集的QPSK信號可定義為（45）212COSITFTETSCQPK4,1,0ITTS其中，為符號持續(xù)時間，等于兩個比特周期。SQPSK信號可以表示為二維星座圖上幅度為，相位分別0、和SE2/的信號。從QPSK信號的星座圖可以看出，星座中相鄰點(diǎn)的距離為。因2/3SE為每個符號對應(yīng)于兩個比特，所以，這樣QPSK星座中相鄰兩點(diǎn)的距離為BS2。BE相對BPSK調(diào)制方式，QPSK在相同的帶寬內(nèi)傳輸了兩倍的數(shù)據(jù)，因此在相同的能量效率情況下，QPSK提供了兩倍的頻譜效率。（3）差分PSK差分PSK是相移鍵控的非相干形式，它不需要在接收機(jī)端有相干參考信號。非相干接收容易制造而且便宜，因此在無線通信系統(tǒng)中廣泛使用。在DBPSK或者DQPSK系統(tǒng)中，輸入的二進(jìn)制序列差分編碼，然后再用BPSK或者QPSK調(diào)制器調(diào)制。差分編碼后的序列是通過對與進(jìn)行模2運(yùn)算，由輸入的二進(jìn)制序列KDKM1D產(chǎn)生的。其效果相當(dāng)于，如果輸入的二進(jìn)制符號為1，則符號與其前一KDKKD個符號保持不變，而如果為0，則就改變一次。表41給出了按照關(guān)系式KK由序列中產(chǎn)生的DPSK信號。1KKMK表41差分編碼過程的圖解通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)43KM100101101D11011000K110110001DPSK發(fā)射機(jī)包括一個比特延遲單元和一個為了從輸入二進(jìn)制序列產(chǎn)生分編碼的邏輯電路，其輸出通過一個乘法調(diào)制器得到DPSK信號。在接收機(jī)端，通過相應(yīng)的處理過程，從調(diào)制的差分編碼信號恢復(fù)出原始信號。2、基帶恒包絡(luò)線性載波調(diào)制技術(shù)許多實(shí)際的移動無線通信系統(tǒng)都使用非線性調(diào)制方法，這時不管調(diào)制信號如何改變，載波的幅度是恒定的。恒包絡(luò)調(diào)制具有可以滿足多種應(yīng)用環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，其中可以使用功率效率高的C類放大器，而不會使發(fā)送信號占有的頻譜增大；帶外輻射低，可達(dá)60DB至70DB；可用限幅器鑒頻器檢測，從而簡化接收機(jī)的設(shè)計，并能很好地抵抗隨機(jī)噪聲和由RAYLEIGH衰落引起的信號波動。恒包絡(luò)調(diào)制有很多優(yōu)點(diǎn)，但他們占用的帶寬比線性調(diào)制大。（1）、頻移鍵控（FSK）在頻移鍵控調(diào)制系統(tǒng)中，幅度恒定不變的載波信號的頻率隨著可能的信息狀態(tài)而切換，以2FSK為例，信息狀態(tài)由二進(jìn)制1和0表示，分別對應(yīng)某個載波頻率。根據(jù)頻率變化影響發(fā)射波形的方式，F(xiàn)SK信號在相鄰的比特之間，通常呈現(xiàn)連續(xù)的相位。通常，2FSK信號的表達(dá)式為（二進(jìn)制的1）（46）FTTFTETSCBFK2OS2BTT0或者（二進(jìn)制的0）（47）COS2BFSKCTFTBTT其中代表信號載波的恒定偏移。F2一種簡單的產(chǎn)生FSK信號的方法是，依照數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個獨(dú)立的振蕩器中切換。通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)44更常用的產(chǎn)生FSK信號的方法是，使用信號波形對單一載波振蕩器進(jìn)行頻率調(diào)制。這種調(diào)制方法類似于生成模擬FM信號，只是調(diào)制信號為二進(jìn)制波形。因TM此，2FSK可表示為TFTETSCBFK2OS（48）DMKTFFCB（2）、最小頻移鍵控（MSK）相移鍵控和正交幅度鍵控信號在碼元交替處發(fā)生相位突變，這意味著已調(diào)信號的功率譜的高頻含量較大，這種信號通過頻帶受限信道，因高頻分量被濾除和非線性，使信號的包絡(luò)產(chǎn)生起伏，從而影響信號的解調(diào)質(zhì)量。下面將討論的MSKMINIMUMFREQUENCYSHIFTKEYING是二進(jìn)制連續(xù)相位FSK的一種特殊形式。連續(xù)相位頻移鍵控信號具有恒包絡(luò)，頻譜旁瓣小，抗干擾性能也較強(qiáng)，因此在衛(wèi)星通信和移動通信中應(yīng)用較多。最小頻移鍵控MSK是一種特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控CPFSK，其最大頻移為比特率的1/4。換句話說，MSK是調(diào)制系數(shù)為05的連續(xù)相位的FSK。FSK信號的調(diào)制系數(shù)類似于FM調(diào)制系數(shù)，定義為，其中是最大射頻頻移，BFSKRK/2F是比特率。調(diào)制系數(shù)05對應(yīng)著能夠容納兩路正交FSK信號的最小頻帶，最小頻BR移鍵控的由來就是指這種調(diào)制方法的頻率間隔帶寬是可以進(jìn)行正交檢測的最小帶寬。如果（49）TLHTV00則兩路FSK信號和是正交的。TVHTLMSK有時稱為快速FSK，因?yàn)槠涫褂玫念l率空間僅為常規(guī)非相干FSK空間的一半。MSK是一種高效的調(diào)制方法，特別適合在移動無線通信系統(tǒng)中使用。它有很多好的特性，例如恒包絡(luò)、頻譜利用率高、誤比特率低和自同步性能。通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)45MSK信號也可以看成是一類特殊形式的OQPSK。在MSK中，OQPSK的基帶矩形脈沖被半正弦脈沖取代。這些脈沖在周期中形狀類似于STLOUIS曲線?？紤]NBT2比特流交錯的OQPSK信號。如果用半正弦脈沖代替矩形脈沖，調(diào)制信號即為MSK信號，N比特流的表達(dá)式為（410102COSNICBIMSKTFITTPMT102COS2NICBQTFTITPM）其中（411）OTHERTTTPBB022SIN其中和分別是雙極性數(shù)據(jù)流的“奇比特“和“偶比特“，以的速TMIQT2/BR率輸入解調(diào)器的同步積分環(huán)路。應(yīng)當(dāng)注意MSK信號有很多種形式。例如，一種MSK信號僅使用正的半正弦脈沖作為基本脈沖，另一種可能會使用正負(fù)交替變化的半正弦脈沖為基本脈沖信號。然而，所有的MSK信號都是相位連續(xù)的FSK信號，使用不同的技術(shù)以有效地利用頻譜。MSK信號可看作一種特殊形式的連續(xù)相位的FSK信號，MSK信號具有恒定幅值。通過選定載波頻率為四分之一比特率1/4T的整數(shù)倍，可以保證MSK信號在比特轉(zhuǎn)換處的相位連續(xù)性。MSK信號具有以下特點(diǎn)1已調(diào)信號的振幅是恒定的；2信號的頻率偏移嚴(yán)格地等于相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)為05；3以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個碼元BT4/1期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化；4在一個碼元期間內(nèi)，信號應(yīng)包括上載波周期的整2/數(shù)倍；5在碼元轉(zhuǎn)換時刻信號的相位是連續(xù)的，或者說信號的波形沒有突跳。（3）、高斯最小頻移鍵控（GMSK）在數(shù)字移運(yùn)通信中進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸時，為了滿足鄰道帶外輻射功率低于8060DB的指標(biāo)，要求信號要有更加緊湊的功率譜。通過前面的介紹，從MSK信號的功率譜可以看出。MSK信號仍不能滿足這樣的要求。高斯最小頻移鍵控GMSK就是針對上述要求提出來的。GMSK調(diào)制方式能通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)46滿足移動通信環(huán)境下對鄰道干擾的嚴(yán)格要求，以其良好的生能在公共移動通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，并且被確定為歐洲新一代移動通信的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方式。為了減小已調(diào)波的主瓣寬度和鄰道的帶外輻射，在平滑調(diào)頻TFM調(diào)制方式中調(diào)制前對基帶信號進(jìn)行了相關(guān)編碼處理。如果調(diào)制前對基帶信號進(jìn)行高斯濾波處理也能達(dá)到上述目的。這就是另一種在移動通信中得到廣泛應(yīng)用的恒包絡(luò)調(diào)制方法帶高斯濾波的最小頻移鍵控，簡稱高斯最小頻移鍵控。GMSK的基本原理是讓基帶信號先經(jīng)過高斯濾波器濾波，使基帶信號形成高斯脈沖之后進(jìn)行MSK調(diào)制。由于濾波形成的高斯脈沖包絡(luò)無陡峭的邊沿，亦無拐點(diǎn)，所以經(jīng)調(diào)制后的已調(diào)波相位路徑在MSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步得到平滑。GMSK將MSK信號的相位路徑的尖角平滑掉了，因此頻譜特性優(yōu)于MSK和SFSK。采用高斯濾波器進(jìn)行預(yù)凋制濾波是因?yàn)楦咚篂V波器具有以下特性1窄帶銳截止特性，以便抑制高頻分量；2沖激響應(yīng)過沖量小，以防止過大的瞬時頻偏；3濾波器輸出沖激響應(yīng)曲線下的面積對應(yīng)于的相移，以使調(diào)制指數(shù)為05高斯低2/通濾波器的單位沖激響應(yīng)為（412）2EXPTTH顯然不是時限的，但是隨按指數(shù)規(guī)律迅速下降，可近似認(rèn)為其寬度有限。TH2T傅里葉變換后可得（413）2EXPFFH高斯預(yù)調(diào)制濾波器的脈沖響應(yīng)（414）22EXP1BTDTG3MSK調(diào)制的FPGA程序示例I_SK_SENDINGPROCESSRST,CLKBEGINIFRST1THENSK_ST_I0SK_DQ0CHIP_I0SK_TP_IIFMSK_EN1THENSK_DI0WHENSK_TRANSMITIFSAMPLE_EN1THENI_SAMPLE_CNT0Q_TP_Q20Q_TP_Q30Q_TP_Q40ELSIFCLKEVENTANDCLK1THENIFSAMPLE_EN1THENQ_TP_Q1擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)FPGA擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)基帶信號調(diào)制實(shí)驗(yàn)；B打開ISE81OPENPROJECT打開FPGA_MODULATE工程；C在MODULA_MAINVHD中，確定CONSTANTMODULATION_SELSTD_LOGIC_VECTOR3DOWNTO0“0001”D編譯程序后下載BIT文件到FPGA中E從應(yīng)用程序界面輸入數(shù)據(jù)，按確認(rèn)發(fā)送，用示波器觀察平臺TXI、TXQ輸出信號波形。（2）FPGA基帶信號調(diào)制擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)521）在MODULA_MAINVHD中找到如下語句CONSTANTMODULATION_SELSTD_LOGIC_VECTOR3DOWNTO0“0001”為CONSTANTMODULATION_SELSTD_LOGIC_VECTOR3DOWNTO0“0010”重新編譯工程，然后下載BIT文件到FPGA，重新在ARM端輸入數(shù)據(jù)，按ENTER發(fā)送數(shù)據(jù)。用示波器觀測高級軟件無線電平臺的TXI、TXQ端口，根據(jù)波形可判斷此時調(diào)制為2）修改CONSTANTMODULATION_SELSTD_LOGIC_VECTOR3DOWNTO0“0001”為CONSTANTMODULATION_SELSTD_LOGIC_VECTOR3DOWNTO0“0100”重新編譯工程，然后下載BIT文件到FPGA，重新在ARM端輸入數(shù)據(jù)，按ENTER發(fā)送數(shù)據(jù)。用示波器觀測高級軟件無線電平臺的TXI、TXQ端口，根據(jù)波形可判斷此時調(diào)制為3）修改CONSTANTMODULATION_SELSTD_LOGIC_VECTOR3DOWNTO0“0001”為CONSTANTMODULATION_SELSTD_LOGIC_VECTOR3DOWNTO0“1000”重新編譯工程，然后下載BIT文件到FPGA，重新在ARM端輸入數(shù)據(jù)，按ENTER發(fā)送數(shù)據(jù)。用示波器觀測高級軟件無線電平臺的TXI、TXQ端口，根據(jù)波形可判斷此時調(diào)制為4）打開FSK_MODULATIONVHD文件，分析基于FPGA的FSK調(diào)整程序。解釋變量CHIP_CNT的作用。如果要改變FSK調(diào)制中的載波頻率，應(yīng)當(dāng)如何改動程序。通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)535）試將FSK中的載波頻率分別改為1MHZ和500KHZ。六、分析與思考理解數(shù)字通信中波特率、比特率、頻道帶寬的關(guān)系。七、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件）計算機(jī)、軟件無線電實(shí)驗(yàn)箱、示波器、DSP仿真器、FPGA仿真器、5V電源八、所需主要元器件及耗材連接線、計算機(jī)串口連接線九、學(xué)時數(shù)4學(xué)時通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)54實(shí)驗(yàn)五基帶載波解調(diào)技術(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)名稱基帶載波解調(diào)技術(shù)實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?分析二進(jìn)制相移鍵控BPSK、四進(jìn)制相移鍵控QPSK解調(diào)技術(shù)的原理；熟悉BPSK、QPSK接收機(jī)的結(jié)構(gòu)；分別觀察BPSK、QPSK解調(diào)數(shù)據(jù)的結(jié)果；熟悉數(shù)據(jù)發(fā)送與解調(diào)之間的關(guān)系。2分析差分二進(jìn)制相移鍵控DBPSK、差分四進(jìn)制相移鍵控DQPSK解調(diào)技術(shù)的原理；熟悉DBPSK、DQPSK接收機(jī)的結(jié)構(gòu)；分別觀察DBPSK、DQPSK解調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)果；熟悉數(shù)據(jù)發(fā)送與解調(diào)之間的關(guān)系。3分析頻移鍵控FSK、最小頻移鍵控MSK、高斯最小頻移鍵控GMSK解調(diào)技術(shù)的原理；分別觀察MSK的解調(diào)結(jié)果。4掌握如何用DSP來實(shí)現(xiàn)BPSK、QPSK、FSK、MSK解調(diào)三、實(shí)驗(yàn)原理1、基帶線性載波解調(diào)技術(shù)原理數(shù)字信號載波調(diào)制有三種基本的調(diào)制方式幅度鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。它們分別是用數(shù)字基帶信號控制高頻載波的參數(shù)如振幅、頻率和相位，得到數(shù)字帶通信號。在接收端運(yùn)用相干或非相干解調(diào)方式，進(jìn)行解調(diào)，還原出原數(shù)字基帶信號。解調(diào)的最終目的是消除頻差項(xiàng)，判決出正確的碼元數(shù)據(jù)。如果能跟蹤相位的變化，并且得出正確的相位估計值為0（51）02NF那么消除由于的存在而引入的調(diào)相可以通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)而獲得，即0F（52）SINCOQNI通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)55（53）SINCOINQ其中，、是和經(jīng)過旋轉(zhuǎn)角而得到的數(shù)據(jù)輸出。NII解調(diào)器的工作原理就是用估計出的相位對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，消除和兩個因子，提取出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而完成解調(diào)過程。02COSNF02SINF旋轉(zhuǎn)變化運(yùn)算中，相位估計與解調(diào)器性能有很大關(guān)系，它的跟蹤性能直接關(guān)系到解調(diào)器性能的優(yōu)劣。通常設(shè)解調(diào)器都采用鎖相環(huán)，以實(shí)現(xiàn)性能較好的相干解調(diào)。（1）二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）對于BPSK調(diào)制方式，如果沒有信道引入的多徑損耗，接收的BPSK信號可表示為CHCBBPSKTFTETM02OS（54）TFTCB其中對應(yīng)于信道中時間延遲造成的相移。BPSK使用相關(guān)，或者叫同步的CH解調(diào)方法，這要求在接收機(jī)端獲知載波的相位和頻率信息。如果和BPSK信號同時傳輸一個低幅值的載波導(dǎo)頻信號，可以用COSTAS環(huán)或者平放環(huán)從接收到的BPSK信號中，恢復(fù)同步載波的相位和頻率。圖12PSK相干接收系統(tǒng)框圖接收信號與本地載波相乘后，通過低通濾波器提取出與發(fā)送信息有關(guān)的低頻信號，并抑制載波和信道相位對接收信號相位信息的影響。再根據(jù)低通濾波器后輸出信號的相位來判斷發(fā)送信息是1或者0，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解調(diào)。（2）四相相移鍵控（QPSK）通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)56就如同QPSK調(diào)制方式可以等效看成是同相和正交兩路分別進(jìn)行BPSK一樣，QPSK的相干解調(diào)可以看成是與BPSK解調(diào)方法原理相同，在抑制掉載波相位和信道相位的影響后，同相與正交兩路分別進(jìn)行與BPSK解調(diào)。在完成QPSK解調(diào)后，對解調(diào)信號的同相和正交解調(diào)碼元進(jìn)行組合從而得到最后的解調(diào)信息。（3）差分PSK差分PSK是相移鍵控的非相干形式，它不需要在接收機(jī)端有相干參考信號，性能會有3DB的下降。圖2差分相干接收系統(tǒng)框圖DPSK接收機(jī)包括一個比特延遲單元和一個為了從重組解調(diào)輸出的二進(jìn)制序列差分編碼的邏輯電路，從調(diào)制的差分編碼信號恢復(fù)出原始信號。2、基帶恒包絡(luò)線性載波解調(diào)技術(shù)（1）頻移鍵控（FSK）以2FSK的相干解調(diào)為例，其接收機(jī)由兩個乘法器，分別與本地信號相乘。輸出的相干值進(jìn)行比較，取值較大的支路對應(yīng)的本地頻率即為當(dāng)前解調(diào)信號的調(diào)制頻率，再根據(jù)該頻率對應(yīng)的碼元信息進(jìn)行解調(diào)。該接收機(jī)的構(gòu)成如下圖32FSK相干接收系統(tǒng)框圖（2）最小頻移鍵控（MSK）通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)57MSK接收機(jī)接收到的信號分別與同相和正交載波分量相乘，乘法器的輸出經(jīng)兩個比特的周期積分后，在每兩比特結(jié)束時送入判別器。根據(jù)積分器輸出電平的大小，閥值檢測器決定信號是0或1。再根據(jù)輸出數(shù)據(jù)流的先后順序組合得到解調(diào)信號。由于MSK信號調(diào)制指數(shù)較小，采用一般鑒頻器方式進(jìn)行解調(diào)誤碼率性能不太好，在對誤碼率有較高要求時大多采用相干解調(diào)方式。（3）高斯最小頻移鍵控（GMSK）GMSK的解調(diào)可以使用正交相干檢測器，或者使用簡單的非相干檢測器，如標(biāo)準(zhǔn)FM鑒別器。載波恢復(fù)有時由DEBUDA方法實(shí)現(xiàn)兩路不連續(xù)頻率分量之和經(jīng)過倍頻后再除以4。該方法類似于COSTAS環(huán)路，并且等效于帶有倍頻器的鎖相環(huán)。這種接收機(jī)可以很容易的利用數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)。兩個D邊沿觸發(fā)器作為積分解調(diào)器，或者非門作為基帶乘法器。正交相干載波由兩個D邊沿觸發(fā)器生成，壓控振蕩器的中心頻率設(shè)定為載波中心頻率的4倍。3基帶載波解調(diào)技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)基帶載波解調(diào)技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括三部分PC機(jī)、基帶信號發(fā)生器、示波器以及軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺。圖1無線信道性能測試結(jié)構(gòu)（1）PC機(jī)基帶信號發(fā)生器用戶圖形界面（GUI）根據(jù)測試的不同需求，設(shè)置所需信號的信號發(fā)生器用戶圖形界面（GUI）。如圖2所示。在該界面可以選擇不同的調(diào)制方式、模擬多種無線信道環(huán)境以及改變發(fā)送數(shù)通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)58據(jù)的編碼方式等等。圖2基帶信號發(fā)生器用戶圖形界面（2）基帶信號發(fā)生器（BSG）這里的基帶信號發(fā)生器是一款基于包傳輸格式的基帶信號發(fā)生器。它的主要特點(diǎn)是能夠產(chǎn)生FSK、MPSK、BPSK、DBPSK、MSK、GMSK等多種調(diào)制方式的基帶發(fā)送信號；并能夠模擬多種具體實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生的系統(tǒng)影響和實(shí)際信道影響模型，來幫助構(gòu)建真實(shí)的無線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。從而使不可控制且又存在系統(tǒng)和信道影響的復(fù)雜通訊環(huán)境，能夠根據(jù)實(shí)際測試需要人為加以控制?；鶐盘柊l(fā)生器I/Q兩路發(fā)射信號端口采用的是標(biāo)準(zhǔn)BNC接口。（詳細(xì)的使用說明請參考附錄）（3）示波器將基帶信號發(fā)生器產(chǎn)生信號送入示波器中，來觀察各種調(diào)制方式的基帶信號。通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)59（4）軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺調(diào)用DSP程序，對上述基帶信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號進(jìn)行解調(diào)，并基于ARM界面顯示出解調(diào)后的數(shù)據(jù)。測試系統(tǒng)工作流程如下A將BSG的網(wǎng)口與PC機(jī)的網(wǎng)口通過以太網(wǎng)線連接好。B將BSG的I/Q兩路發(fā)射信號端與軟件無線電解調(diào)系統(tǒng)通過所配的屏蔽線連接。C運(yùn)行基帶信號發(fā)生器用戶圖形界面GUI。D通過BSGGUI對BSG硬件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置，確保BSG硬件能與PC機(jī)正常通信（具體方法參見基帶信號發(fā)生器用戶圖形界面（GUI）使用簡介）。E根據(jù)測試需求，在GUI上設(shè)置所需測試環(huán)境信號的參數(shù)。F發(fā)送信號，BSG根據(jù)GUI上設(shè)置的參數(shù)產(chǎn)生響應(yīng)的I/Q兩路發(fā)射信號，在GUI上可以觀察到統(tǒng)計的發(fā)射數(shù)據(jù)幀情況以及PPDU的內(nèi)容。G用示波器觀察BSG發(fā)送的基帶調(diào)制信號。H在軟件無線電解調(diào)系統(tǒng)的液晶屏上觀察接收到的數(shù)據(jù)。4BPSK解調(diào)的DSP程序示例DSP的BPSK解調(diào)程序關(guān)鍵代碼如下FILTERLENGTINT2SHAPEFILTERLSAMPLINGRATE1GENSHAPEFILTERFORJ0J0DECODEDATAI1通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)60ELSEDECODEDATAI0四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）基帶載波解調(diào)技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；分析并觀察BPSK、QPSK、DBPSK、DQPSK、MSK調(diào)制波形及解調(diào)結(jié)果；（2）基于DSP的信號調(diào)制實(shí)驗(yàn)；基于CCS編程實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制信號的解調(diào)。五、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)由基帶信號發(fā)生器產(chǎn)生各種調(diào)制信號，并送入到軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺，使用DSP實(shí)現(xiàn)對各種調(diào)制信號的解調(diào)。1基帶載波調(diào)制技術(shù)解調(diào)實(shí)驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)平臺的菜單窗口提示，利用鍵盤選擇菜單內(nèi)容，逐級進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)操作界面，在實(shí)驗(yàn)平臺觀察解調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)果。具體步驟如下檢查實(shí)驗(yàn)平臺左上方和右下方的POWERSWITCH是否處于關(guān)閉（OFF）狀態(tài)；檢查實(shí)驗(yàn)平臺的電源線是否連接正確，若連接正確，實(shí)驗(yàn)平臺右下方的POWERREADY指示燈會亮起；將實(shí)驗(yàn)平臺左上方的POWERSWITCH置為開啟（ON）狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)入啟動狀態(tài)，觀察實(shí)驗(yàn)平臺中部的顯示屏直至進(jìn)入“高級軟件無線電教學(xué)系統(tǒng)”；按下“確認(rèn)（回車）”鍵進(jìn)入系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)列表；選擇“2”按ENTER鍵，進(jìn)入基帶實(shí)驗(yàn)列表；選擇“2”按ENTER鍵，屏幕顯示“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)中，請稍候”提示框，直至進(jìn)入基帶解調(diào)實(shí)驗(yàn)列表；將信號發(fā)生器接上電源，并開啟；將信號發(fā)生器的I和Q路端口分別與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)底部的RXI和RXQ連接；通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)61啟動終端計算機(jī)，打開信號發(fā)生器軟件；（1）BPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)擊計算機(jī)端信號發(fā)生器軟件窗口工具欄中的網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)志（網(wǎng)絡(luò)配置請參考信號發(fā)生器使用手冊），觀察窗口右下端，當(dāng)顯示“OPEN”時表示網(wǎng)絡(luò)已連接通，如圖4所示。圖4連接狀態(tài)指示在信號發(fā)生器軟件的參數(shù)控制窗口中調(diào)制方式選擇“BPSK”，數(shù)據(jù)長度選擇“20”字節(jié)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生模式選擇“RANDOMDATA”，發(fā)送時間間隔輸入“1000”，數(shù)據(jù)包傳輸模式“AUTO”，如圖5所示；圖5參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊信號發(fā)生器軟件的發(fā)送按鈕，在右側(cè)的觀測欄可以看到數(shù)據(jù)包數(shù)的遞增，表示信號已在發(fā)送，如圖6所示；通信信號處理及傳輸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)62圖6標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器發(fā)送信息統(tǒng)計選擇“1”按ENTER鍵進(jìn)入BPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)平臺顯示BPSK實(shí)驗(yàn)鏈接提示，利用“下翻鍵”查看提示內(nèi)容，按照軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺界面的提示進(jìn)行后續(xù)操作；提示內(nèi)容最后頁按ENTER鍵，屏幕顯示“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)中，請稍候”提示框，直至界面出現(xiàn)解調(diào)數(shù)據(jù)顯示框，在該窗口觀察解調(diào)后的數(shù)據(jù)。對比發(fā)送數(shù)據(jù)和解調(diào)后的數(shù)據(jù)，觀察并記錄對比情況（2）QPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)擊計算機(jī)端信號發(fā)生器軟件窗口工具欄中的網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)志（網(wǎng)絡(luò)配置請參考信號發(fā)生器使用手冊），觀察窗口右下端，當(dāng)顯示“OPEN”時表示網(wǎng)絡(luò)已連接通，如圖4所示。在信號發(fā)生器軟件的參數(shù)控制窗口中調(diào)制方式選擇“QPSK”，數(shù)據(jù)長度選擇“20”字節(jié)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生模式選擇“RANDOMDATA”，發(fā)送時間間隔輸入“1000”，數(shù)據(jù)包傳輸模式“AUTO”。點(diǎn)擊信號發(fā)生器軟件的發(fā)送按鈕，在右側(cè)的觀測欄可以看到數(shù)據(jù)包數(shù)的遞增，表示信號已在發(fā)送。選擇“2”按ENTER鍵進(jìn)入