zynqad9361開發(fā)板-yunsdr-matlab教學實驗simulink指南

修訂記201645關于威視銳科技威視銳科技是專注于軟件定義無線通信（SDR）系統(tǒng)仿真、驗證和測威視銳與微軟聯(lián)合開發(fā)的Sora軟件無線電經(jīng)成為世界上知名大學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的低成本開源SoC模塊SNOWLeo，性價比遠高于國外同類產(chǎn)多年以來，威視銳科技堅持“InnovationforResearch”的發(fā)展理念，與國內(nèi)眾修訂記 1環(huán)境配 數(shù)據(jù)交互模塊介 單音信號收發(fā)測 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 自動增益控制AGC模 粗頻偏估計與補償模 剩余頻偏估計與補償模 定時位同步模 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支持復數(shù)的數(shù)據(jù)交互模 圖5發(fā)送模塊的網(wǎng)絡配 圖6發(fā)送模塊的9361配 圖7接收模塊的9361配 圖8單音信號收發(fā)頂層模塊設 圖9單音信號實時收發(fā)效果 圖10單音信號的SINEWAVE模塊配 圖11單音信號的GAIN模塊配 圖12單音信號的幀信號模塊轉(zhuǎn) 圖13單音信號的TX_AD9361模塊配 圖14單音信號的RX_AD9361模塊配 圖15單音信號的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的二進制隨機序列模塊設 圖21QPSK信源加擾模塊屬性設 圖22QPSK調(diào)制模塊屬性設 圖23QPSK的基帶成形濾波模塊設 圖24QPSK已調(diào)信號的頻 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粗幀到達檢測模 圖29QPSK幀信號觸發(fā)波 圖30AGC和FILTER模 圖31粗頻偏估計補償子系 圖32Periodogram模塊屬性設 圖33信號屬性探測模塊PROBE設 圖34頻偏估計的PLL結(jié) 圖35PLL的環(huán)路濾波器參數(shù)設 圖36QPSK的定時恢復模 圖37GARDNER算法原理框 圖38TimingRecovery的環(huán)路濾波器設 圖39ModifiedBuffer模塊的屬性設 圖40ModifiedBuffer子系 圖41DELAYLINE模塊屬性設 圖42幀同步子系統(tǒng)模 圖43互相關運算子系 圖44PI/4相位模糊糾正子系 圖45幀同步中BUFFER模塊屬性設 圖46相位模糊糾正子系統(tǒng)中SELECOR模塊設 圖47模糊相位補償子系 圖48解擾子系 圖49去訓練序列模塊屬性設 圖50選擇ASCII譯碼模塊屬性設 圖51QPSK實時接收運行效果 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++模板進行編寫，使用visualstudio進行編譯，并且用到了POSIXpthread庫，因此在使用YunSDR進行開發(fā)時，有必要對PC環(huán)境進行配置。由于對的版本比較敏感，建議使用2015b及以上64位版需要安裝visualstudio2013，由于對visualstudio的支持問題，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，故進入VC在VC 下找到include文件夾，進入，將Pre-built.2\include下的三個.h文件文件配置靜態(tài)進入C:\ProgramFiles(x86)\VisualStudio將Pre-built.2\lib下的兩個文件夾x64和x86到配置動態(tài)進入將Pre-built.2\dll\x64下的兩個dll文件到此進入C:\Windows\SysWOW64將Pre-built.2\dll\x86下的五個dll文件到此環(huán)境配置完畢之后，打開的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，其對應的mex文件為YunSDR_transmitter.mexw64和YunSDR_receiver.mexw64，您所進行的任何基于YunSDR的項目的文件下面都必須包含此兩個mex文件，以使模塊能夠找到對應的S函數(shù)來執(zhí)行。圖32048。發(fā)送和接收模塊都有兩個端口，分別為發(fā)送和接收信號的IQ路（上和下），您也可以在端口前加入復數(shù)分解和合成模塊來支圖4使用系統(tǒng)的封裝技術，可以在模塊上層對YunSDR的各種參數(shù)進行配置。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9361的69361模式選擇等。用戶可方便的進行配置。需要的是，由于為實時收發(fā)數(shù)據(jù)，5~10MHz79361模塊，都會使得YunSDR的各個參數(shù)配置完畢并可正常工作。單音信號收發(fā)測試我們提供一個單音信號的收發(fā)實例，目的是測試收發(fā)模塊的功能正常，并會實時接收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，表示正弦波一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)為32bits，OutputcomplexityComplex，Samplesperframe2048bits；FrameConversiontx_ad9361Stx_ad9361模塊：設置發(fā)送信號的射頻頻點為2140MHz，帶寬20MHz，采樣率為5MHz,發(fā)送衰30000mdB（此值為單臺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 在運行例程之前，最好確認一下求解器的相關設置，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信號的信源模塊，主要包括兩部分：訓練序列和隨機二進制序列。兩者通過MatrixConcatenate256bitsTrainingSequence模塊中，將13bits的BarkerCode兩次組成26bits的訓練序列。我們使用兩段相同的序列組成訓練序列的目的是產(chǎn)生13個精確已知的QPSK調(diào)制符號，以便在接收端進行各種同步和譯0的概率設置為0.5，Sampletime1，輸出信號為幀信號。圖20QPSK在將隨機序列進行QPSK調(diào)制之前，我們需要對數(shù)據(jù)進行加擾處理。因為在實際的數(shù)字通信過程中，信息流在經(jīng)過編碼處理（本實驗進行了ASCII編碼）后，可能會出現(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，多項式的系數(shù)設置為[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進制隨機序列。Payload進行了加擾處理。調(diào)制模塊調(diào)制模塊選 中的QPSKModulatorBaseband模塊，屬性設置如下22QPSK數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊要包括數(shù)據(jù)長度匹配、基帶成形濾波和插值、16bits量化等。組合為一幀再發(fā)送，實驗使用MatrixConcatenatebuffer512bits。為了使信號成為頻域帶限信號，我們使用RaisedCosineTransmitFilter模塊對數(shù)據(jù)進行基帶成形濾波。圖23QPSK過采樣率為4，增益為1。我們可以看一下它的頻響特性如圖23。過frame轉(zhuǎn)換之后，直接送入tx_ad9361模塊進行發(fā)送即可。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

24QPSKtx_ad936125QPSKQPSK接收端模型搭建時恢復、采樣同步、幀同步等基本重要的同步問題。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模塊的各個參數(shù)配置如下27QPSK有效幀模28QPSK模塊的值設置為1/4096，削減信號幅度，以利于解調(diào)。29QPSK自動增益控制AGC模的幅度必須是穩(wěn)定的。AGC模塊能夠保證進入粗頻偏估計模塊的信號的幅度為AGC模塊放在接收匹配濾波器RaisedCosineReceiverFilter4倍過采樣的數(shù)據(jù)的幅度能夠被精確測量出來，以此來提高頻偏估計的精度。AGC模塊的子系10個QPSK符號周期更新一次信號補償增益，因此可以使得輸出信號的幅度變得更粗頻偏估計與補償模塊

30AGCFilter圖31M-PSK信號。我們知道，一個QPSK已調(diào)信號可ej(n2ftn0,1,2,3，該子系統(tǒng)首先將信號進行4倍升值，變?yōu)镕indFrequencyOffset33信號屬性探測模塊Probe剩余頻偏估計與補償模相環(huán)PLL，下圖是其子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。直接數(shù)字頻率合成器對來自于環(huán)路濾波器的信號進行相位校正，然后送入ComplesPhase34PLL定時位同步模塊

35PLL同步，定時位恢復模塊為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)的輸入信號為2倍過采樣信號，插值濾波器主要從采樣序列中恢復出最佳采樣值，是整個內(nèi)插位同步系統(tǒng)的關鍵。假設采樣周期為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Y(kTi，TiTk，TiTs，k是一個小的整數(shù)給NCO控制器，NCOenclock（決定內(nèi)插基點的位置）和分數(shù)間隔k（具體的插值位置和內(nèi)插基點之間的時間間隔），反饋回插值濾36QPSK37GardnerTimingRecoveryModifiedBuffer模塊，該模塊接收來自定時恢128128個序列將送入后續(xù)的譯碼模塊進行最終的譯碼需要的是，ModifiedBuffer及其子系統(tǒng)中的DelayLine模塊的buffer大小設置要256bitsQPSK調(diào)制之后的數(shù)據(jù)長度為128symbols，因此，相關模塊的屬性設置參見下圖所示。38TimingRecovery40ModifiedBuffer幀同步模塊

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