zynqad9361開(kāi)發(fā)板-yunsdr-matlab教學(xué)實(shí)驗(yàn)simulink指南

修訂記201645關(guān)于威視銳科技威視銳科技是專注于軟件定義無(wú)線通信（SDR）系統(tǒng)仿真、驗(yàn)證和測(cè)威視銳與微軟聯(lián)合開(kāi)發(fā)的Sora軟件無(wú)線電經(jīng)成為世界上知名大學(xué)和最大的可編程器件（FPGA）公司XILINX的全球合作伙伴，威視銳科技提供基于XILINX了全球第一款基于ZYNQSoC的低成本開(kāi)源SoC模塊SNOWLeo，性價(jià)比遠(yuǎn)高于國(guó)外同類產(chǎn)多年以來(lái)，威視銳科技堅(jiān)持“InnovationforResearch”的發(fā)展理念，與國(guó)內(nèi)眾修訂記 1環(huán)境配 數(shù)據(jù)交互模塊介 單音信號(hào)收發(fā)測(cè) QPSK發(fā)送端模型搭 信源模 調(diào)制模 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模 數(shù)據(jù)發(fā)送模 QPSK接收端模型搭 數(shù)據(jù)接收模 有效幀模 自動(dòng)增益控制AGC模 粗頻偏估計(jì)與補(bǔ)償模 剩余頻偏估計(jì)與補(bǔ)償模 定時(shí)位同步模 幀同步模 解譯碼模 圖 下的C++編譯器安 圖2編譯器的選 圖3自定義數(shù)據(jù)交互模 圖4支持復(fù)數(shù)的數(shù)據(jù)交互模 圖5發(fā)送模塊的網(wǎng)絡(luò)配 圖6發(fā)送模塊的9361配 圖7接收模塊的9361配 圖8單音信號(hào)收發(fā)頂層模塊設(shè) 圖9單音信號(hào)實(shí)時(shí)收發(fā)效果 圖10單音信號(hào)的SINEWAVE模塊配 圖11單音信號(hào)的GAIN模塊配 圖12單音信號(hào)的幀信號(hào)模塊轉(zhuǎn) 圖13單音信號(hào)的TX_AD9361模塊配 圖14單音信號(hào)的RX_AD9361模塊配 圖15單音信號(hào)的TIMESCOPE模塊配 圖 圖17QPSK發(fā)送端頂層模型結(jié) 圖18QPSK信源模 圖19QPSK信源的 圖20QPSK的二進(jìn)制隨機(jī)序列模塊設(shè) 圖21QPSK信源加擾模塊屬性設(shè) 圖22QPSK調(diào)制模塊屬性設(shè) 圖23QPSK的基帶成形濾波模塊設(shè) 圖24QPSK已調(diào)信號(hào)的頻 圖25QPSK數(shù)據(jù)發(fā)送模塊配 圖26QPSK接收端頂層模型結(jié) 圖27QPSK接收模塊參數(shù)配 圖28QPSK粗幀到達(dá)檢測(cè)模 圖29QPSK幀信號(hào)觸發(fā)波 圖30AGC和FILTER模 圖31粗頻偏估計(jì)補(bǔ)償子系 圖32Periodogram模塊屬性設(shè) 圖33信號(hào)屬性探測(cè)模塊PROBE設(shè) 圖34頻偏估計(jì)的PLL結(jié) 圖35PLL的環(huán)路濾波器參數(shù)設(shè) 圖36QPSK的定時(shí)恢復(fù)模 圖37GARDNER算法原理框 圖38TimingRecovery的環(huán)路濾波器設(shè) 圖39ModifiedBuffer模塊的屬性設(shè) 圖40ModifiedBuffer子系 圖41DELAYLINE模塊屬性設(shè) 圖42幀同步子系統(tǒng)模 圖43互相關(guān)運(yùn)算子系 圖44PI/4相位模糊糾正子系 圖45幀同步中BUFFER模塊屬性設(shè) 圖46相位模糊糾正子系統(tǒng)中SELECOR模塊設(shè) 圖47模糊相位補(bǔ)償子系 圖48解擾子系 圖49去訓(xùn)練序列模塊屬性設(shè) 圖50選擇ASCII譯碼模塊屬性設(shè) 圖51QPSK實(shí)時(shí)接收運(yùn)行效果 環(huán)境配置由于我們提供的硬件交互模塊使用S函數(shù)的C++模板進(jìn)行編寫，使用visualstudio進(jìn)行編譯，并且用到了POSIXpthread庫(kù)，因此在使用YunSDR進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，有必要對(duì)PC環(huán)境進(jìn)行配置。由于對(duì)的版本比較敏感，建議使用2015b及以上64位版需要安裝visualstudio2013，由于對(duì)visualstudio的支持問(wèn)題，只推薦安裝vs2013版本；注意：和visualstudio必須安裝在同一下面。一般兩者都安裝在軟件默認(rèn)路徑需要配置visualstudio的環(huán)境以支持pthread找到visualstudio2013C:\ProgramFiles(x86)\VisualStudio由于我們只使用了VC++編譯器，故進(jìn)入VC在VC 下找到include文件夾，進(jìn)入，將Pre-built.2\include下的三個(gè).h文件文件配置靜態(tài)進(jìn)入C:\ProgramFiles(x86)\VisualStudio將Pre-built.2\lib下的兩個(gè)文件夾x64和x86到配置動(dòng)態(tài)進(jìn)入將Pre-built.2\dll\x64下的兩個(gè)dll文件到此進(jìn)入C:\Windows\SysWOW64將Pre-built.2\dll\x86下的五個(gè)dll文件到此環(huán)境配置完畢之后，打開(kāi)的CommandWindowmex-setup命令，顯示圖 表明可以找到C++編譯器，配置成功。然后單擊mex-setupC++，顯示如下2表示我們選擇C++編譯器以使交叉編譯我們的模塊數(shù)據(jù)交互模塊介紹我們提供已經(jīng)編譯好的YunSDR硬件與進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊，分別為tx_ad9361rx_ad9361，其對(duì)應(yīng)的mex文件為YunSDR_transmitter.mexw64和YunSDR_receiver.mexw64，您所進(jìn)行的任何基于YunSDR的項(xiàng)目的文件下面都必須包含此兩個(gè)mex文件，以使模塊能夠找到對(duì)應(yīng)的S函數(shù)來(lái)執(zhí)行。圖32048。發(fā)送和接收模塊都有兩個(gè)端口，分別為發(fā)送和接收信號(hào)的IQ路（上和下），您也可以在端口前加入復(fù)數(shù)分解和合成模塊來(lái)支圖4使用系統(tǒng)的封裝技術(shù)，可以在模塊上層對(duì)YunSDR的各種參數(shù)進(jìn)行配置。圖5EthernetAD9361，Ethernet一欄顯示了數(shù)據(jù)傳輸所用的IP地址和協(xié)議所使用的端，此部分不可修改；AD9361一欄中，用戶可對(duì)9361的69361模式選擇等。用戶可方便的進(jìn)行配置。需要的是，由于為實(shí)時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，5~10MHz79361模塊，都會(huì)使得YunSDR的各個(gè)參數(shù)配置完畢并可正常工作。單音信號(hào)收發(fā)測(cè)試我們提供一個(gè)單音信號(hào)的收發(fā)實(shí)例，目的是測(cè)試收發(fā)模塊的功能正常，并會(huì)實(shí)時(shí)接收YunSDR的數(shù)據(jù)并送給TimeScope顯示。文件：YunSDR_transmitter.mexw64、模塊：tx_ad9361rx_ad9361SineWaveGainFrame Real-ImagtoComplex、TimeScope圖8圖911Gain圖12圖13tx_ad9361模塊配圖14單音信rx_ad9361模塊配SineWave模塊：Frequency100Hz，Sampletime1/3200，表示正弦波一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)為32bits，OutputcomplexityComplex，Samplesperframe2048bits；FrameConversiontx_ad9361Stx_ad9361模塊：設(shè)置發(fā)送信號(hào)的射頻頻點(diǎn)為2140MHz，帶寬20MHz，采樣率為5MHz,發(fā)送衰30000mdB（此值為單臺(tái)YunSDRSMA直連），數(shù)據(jù)發(fā)送通道為1通道，參0內(nèi)部參考（y310系列內(nèi)部外部都可以，y210clock），fdd um為圖 在運(yùn)行例程之前，最好確認(rèn)一下求解器的相關(guān)設(shè)置，求解器的類型選擇Variable-step，求解器為discrete(nocontinuousstates)QPSK發(fā)送端模型搭建圖17QPSK發(fā)送端頂層模型結(jié)信源模塊18QPSK上圖是QPSK信號(hào)的信源模塊，主要包括兩部分：訓(xùn)練序列和隨機(jī)二進(jìn)制序列。兩者通過(guò)MatrixConcatenate256bitsTrainingSequence模塊中，將13bits的BarkerCode兩次組成26bits的訓(xùn)練序列。我們使用兩段相同的序列組成訓(xùn)練序列的目的是產(chǎn)生13個(gè)精確已知的QPSK調(diào)制符號(hào)，以便在接收端進(jìn)行各種同步和譯0的概率設(shè)置為0.5，Sampletime1，輸出信號(hào)為幀信號(hào)。圖20QPSK在將隨機(jī)序列進(jìn)行QPSK調(diào)制之前，我們需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾處理。因?yàn)樵趯?shí)際的數(shù)字通信過(guò)程中，信息流在經(jīng)過(guò)編碼處理（本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了ASCII編碼）后，可能會(huì)出現(xiàn)有序。直接提供加擾模塊Scrambler和解擾模塊Descrambling。圖21QPSK信源加擾模存器，多項(xiàng)式的系數(shù)設(shè)置為[11101]，輸出序列值的范圍(Calculationbase)0~2-1，其Cold兩次組成，后230bits為payload，前105bits為“oworld###”的ASCII碼，125bits2進(jìn)制隨機(jī)序列。Payload進(jìn)行了加擾處理。調(diào)制模塊調(diào)制模塊選 中的QPSKModulatorBaseband模塊，屬性設(shè)置如下22QPSK數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊要包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度匹配、基帶成形濾波和插值、16bits量化等。組合為一幀再發(fā)送，實(shí)驗(yàn)使用MatrixConcatenatebuffer512bits。為了使信號(hào)成為頻域帶限信號(hào)，我們使用RaisedCosineTransmitFilter模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基帶成形濾波。圖23QPSK過(guò)采樣率為4，增益為1。我們可以看一下它的頻響特性如圖23。過(guò)frame轉(zhuǎn)換之后，直接送入tx_ad9361模塊進(jìn)行發(fā)送即可。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

24QPSKtx_ad936125QPSKQPSK接收端模型搭建時(shí)恢復(fù)、采樣同步、幀同步等基本重要的同步問(wèn)題。涉及到的基本鎖相環(huán)和壓數(shù)據(jù)接收模塊

圖26QPSK接收端頂層模型結(jié)rx_ad9361模塊的各個(gè)參數(shù)配置如下27QPSK有效幀模28QPSK模塊的值設(shè)置為1/4096，削減信號(hào)幅度，以利于解調(diào)。29QPSK自動(dòng)增益控制AGC模的幅度必須是穩(wěn)定的。AGC模塊能夠保證進(jìn)入粗頻偏估計(jì)模塊的信號(hào)的幅度為AGC模塊放在接收匹配濾波器RaisedCosineReceiverFilter4倍過(guò)采樣的數(shù)據(jù)的幅度能夠被精確測(cè)量出來(lái)，以此來(lái)提高頻偏估計(jì)的精度。AGC模塊的子系10個(gè)QPSK符號(hào)周期更新一次信號(hào)補(bǔ)償增益，因此可以使得輸出信號(hào)的幅度變得更粗頻偏估計(jì)與補(bǔ)償模塊

30AGCFilter圖31M-PSK信號(hào)。我們知道，一個(gè)QPSK已調(diào)信號(hào)可ej(n2ftn0,1,2,3，該子系統(tǒng)首先將信號(hào)進(jìn)行4倍升值，變?yōu)镕indFrequencyOffset33信號(hào)屬性探測(cè)模塊Probe剩余頻偏估計(jì)與補(bǔ)償模相環(huán)PLL，下圖是其子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。直接數(shù)字頻率合成器對(duì)來(lái)自于環(huán)路濾波器的信號(hào)進(jìn)行相位校正，然后送入ComplesPhase34PLL定時(shí)位同步模塊

35PLL同步，定時(shí)位恢復(fù)模塊為TimingRecovery，其子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。其算法的原理框圖如圖37所示。TimingRecovery子系統(tǒng)的輸入信號(hào)為2倍過(guò)采樣信號(hào)，插值濾波器主要從采樣序列中恢復(fù)出最佳采樣值，是整個(gè)內(nèi)插位同步系統(tǒng)的關(guān)鍵。假設(shè)采樣周期為Ts，碼元周期為T的數(shù)字序列X(mTs)經(jīng)內(nèi)插后得到插值信號(hào)Y(kTi，TiTk，TiTs，k是一個(gè)小的整數(shù)給NCO控制器，NCOenclock（決定內(nèi)插基點(diǎn)的位置）和分?jǐn)?shù)間隔k（具體的插值位置和內(nèi)插基點(diǎn)之間的時(shí)間間隔），反饋回插值濾36QPSK37GardnerTimingRecoveryModifiedBuffer模塊，該模塊接收來(lái)自定時(shí)恢128128個(gè)序列將送入后續(xù)的譯碼模塊進(jìn)行最終的譯碼需要的是，ModifiedBuffer及其子系統(tǒng)中的DelayLine模塊的buffer大小設(shè)置要256bitsQPSK調(diào)制之后的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為128symbols，因此，相關(guān)模塊的屬性設(shè)置參見(jiàn)下圖所示。38TimingRecovery40ModifiedBuffer幀同步模塊

41DelayLine42其中，BarkerCodeSymbolGeneration模塊采用和發(fā)送端一樣的訓(xùn)練序列進(jìn)行QPSK26symbols的QPSK信號(hào)，其作用有兩個(gè)：一是和緩存了兩幀的接收數(shù)據(jù)進(jìn)完成幀同步；二是利用本地的QPSK調(diào)制符號(hào)糾正QPSK的相位模糊問(wèn)題。43圖45幀同步buffer模塊屬性設(shè)圖4