第六讲：软件数字调制解调实现

1、第六讲第六讲软件数字调制解调实现软件数字调制解调实现 崔琳莉崔琳莉主要内容主要内容n数字调制的具体实现数字调制的具体实现n数字解调的具体实现数字解调的具体实现n基于基于FPGA的基带信号调制实验与调制信的基带信号调制实验与调制信号的波形及频谱观察；号的波形及频谱观察；n基于基于DSP的基带信号解调实验；的基带信号解调实验；一、基带载波一、基带载波调制技术调制技术实验实验n项目需用仪器设备：项目需用仪器设备：计算机、软件无线电实验箱、示波器、计算机、软件无线电实验箱、示波器、FPGA仿真器、仿真器、5V电源电源 n所需主要元器件及耗材：所需主要元器件及耗材： 连接线、计算机串口连接线连接线、计算

2、机串口连接线实验原理实验原理1、基带线性载波调制技术原理、基带线性载波调制技术原理n数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅度键控数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅度键控（ASK），频移键控（），频移键控（FSK）和相移键控（）和相移键控（PSK） n它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数如振幅、它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数如振幅、频率和相位，得到数字带通信号。频率和相位，得到数字带通信号。 n数字调制技术可以大致分为线性和非线性的。数字调制技术可以大致分为线性和非线性的。 n在线性调制技术中，传输信号的幅度随调制数字信号的在线性调制技术中，传输信号的幅度随调制数字信号

3、的变化而线性变化。变化而线性变化。 n线性调制技术带宽效率较高，所以非常适用于有限频带线性调制技术带宽效率较高，所以非常适用于有限频带内要求容纳越来越多用户的无线通信系统。内要求容纳越来越多用户的无线通信系统。 1 1、基带线性载波调制技术原理、基带线性载波调制技术原理n在线性调制方案中，传输信号在线性调制方案中，传输信号s(t)可以表示为可以表示为: tfjcetmAts2Re tftmtftmAcIcR2sin2cos其中，其中，A是信号幅度，是信号幅度，fc是载波频率是载波频率;是通常为复数形式的已调信是通常为复数形式的已调信号的复包络。号的复包络。 tjmtmtmIR1 1、基带线性载

4、波调制技术原理、基带线性载波调制技术原理1） 二进制相移键控（二进制相移键控（BPSK） n在二进制相移键控中，幅度恒定的载波信号随两个在二进制相移键控中，幅度恒定的载波信号随两个代表二进制代表二进制1 1或或0的信号的改变而在两个不同的相位的信号的改变而在两个不同的相位间跳变。通常这两个相位差间跳变。通常这两个相位差180180。 n如果正弦载波的幅度为如果正弦载波的幅度为Ac，每比特能量每比特能量 ，则传输的则传输的BPSKBPSK信号可以表示为：信号可以表示为： 02cos2tfTEtmtScbbBPSKbcbTAE221 BPSK信号等效于抑制载波双边带调幅波形，其中信号等效于抑制载波

5、双边带调幅波形，其中 相当于载波，数据信号相当于载波，数据信号m(t)相当于调制波形。相当于调制波形。 tfc2cos1 1、基带线性载波调制技术原理、基带线性载波调制技术原理2）四相相移键控（四相相移键控（QPSK） n四相相移键控是在一个调制符号中传输两个比特，四相相移键控是在一个调制符号中传输两个比特，因此其带宽效率比因此其带宽效率比BPSKBPSK的带宽效率高两倍。的带宽效率高两倍。 n载波的相位为四个间隔相等的值，比如载波的相位为四个间隔相等的值，比如0,0,/2/2, , 和和3 3/2/2 ，每一个相位只对应于唯一的一对消息比特。，每一个相位只对应于唯一的一对消息比特。 其中，其

6、中， Ts为符号持续时间，等于两个比特周期。为符号持续时间，等于两个比特周期。 212cos2itfTEtScssQPSK4 , 3 , 2 , 1,0iTts1 1、基带线性载波调制技术原理、基带线性载波调制技术原理3）差分）差分PSK n差分差分PSK是相移键控的非相干形式，它不需要在接是相移键控的非相干形式，它不需要在接收机端有相干参考信号。非相干接收容易制造而且收机端有相干参考信号。非相干接收容易制造而且便宜，因此在无线通信系统中广泛使用。便宜，因此在无线通信系统中广泛使用。 n在在DBPSK或者或者DQPSK系统中，输入的二进制序列系统中，输入的二进制序列差分编码，然后再用差分编码，

7、然后再用BPSK或者或者QPSK调制器调制。调制器调制。n差分编码后的序列差分编码后的序列dk是通过对是通过对mk与与dk-1进行模进行模2运运算，由输入的二进制序列算，由输入的二进制序列dk产生的。产生的。 1 1、基带线性载波调制技术原理、基带线性载波调制技术原理3）差分）差分PSK n其效果相当于，如果输入的二进制符号其效果相当于，如果输入的二进制符号mk为为1，则，则符号符号dk与其前一个符号保持不变，而如果与其前一个符号保持不变，而如果mk为为0，则则dk就改变一次。就改变一次。 km1kdkd1001011011011000110110001 差分编码过程的图解差分编码过程的图解

8、2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术 n许多实际的移动无线通信系统都使用非线性调制方许多实际的移动无线通信系统都使用非线性调制方法，这时不管调制信号如何改变，载波的幅度是恒法，这时不管调制信号如何改变，载波的幅度是恒定的。定的。n恒包络调制具有可以满足多种应用环境的优点恒包络调制具有可以满足多种应用环境的优点n其中：可以使用功率效率高的其中：可以使用功率效率高的C类放大器，而不会类放大器，而不会使发送信号占有的频谱增大；带外辐射低，可达使发送信号占有的频谱增大；带外辐射低，可达-60dB至至-70dB；n可用限幅器可用限幅器-鉴频器检测，从而简化接收机的设计，鉴频器检

9、测，从而简化接收机的设计，并能很好地抵抗随机噪声和由并能很好地抵抗随机噪声和由Rayleigh衰落引起的衰落引起的信号波动。信号波动。2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术1）频移键控（频移键控（FSK）n在频移键控调制系统中，幅度恒定不变的载波信号在频移键控调制系统中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着可能的信息状态而切换的频率随着可能的信息状态而切换 。n以以2FSK为例，信息状态由二进制为例，信息状态由二进制1和和0表示，分别表示，分别对应某个载波频率。对应某个载波频率。 n根据频率变化影响发射波形的方式，根据频率变化影响发射波形的方式，FSK信号在相信号在相邻的比

10、特之间，通常呈现连续的相位。邻的比特之间，通常呈现连续的相位。 2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术1）频移键控（频移键控（FSK）n通常，通常，2FSK信号的表达式为：信号的表达式为： （二进制的（二进制的1）（二进制的（二进制的0 0） fttfTEtScbbFSK22cos2bTt 0 2cos 22bFSKcbEStf tftTbTt 0其中其中代表信号载波的恒定偏移代表信号载波的恒定偏移 f22 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术1）频移键控（）频移键控（FSK）n更常用的产生更常用的产生FSK信号的方法是，使用信号波形对信号的方法是

11、，使用信号波形对单一载波振荡器进行频率调制。单一载波振荡器进行频率调制。n这种调制方法类似于生成模拟这种调制方法类似于生成模拟FM信号，只是调制信号，只是调制信号信号m(t)为二进制波形。为二进制波形。 n因此，因此，2FSK可表示为：可表示为： ttfTEtScbbFSK2cos2 dmktfTEfcbb22cos22 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术2）最小频移键控（最小频移键控（MSK） n相移键控和正交幅度键控信号在码元交替处发生相相移键控和正交幅度键控信号在码元交替处发生相位突变，这意味着已调信号的功率谱的高频含量较位突变，这意味着已调信号的功率谱的高频含量

12、较大，这种信号通过频带受限信道，因高频分量被滤大，这种信号通过频带受限信道，因高频分量被滤除和非线性，使信号的包络产生起伏，从而影响信除和非线性，使信号的包络产生起伏，从而影响信号的解调质量。号的解调质量。nMSK(Minimum Frequency Shift Keying)是二进制是二进制连续相位连续相位FSK的一种特殊形式。的一种特殊形式。 2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术2）最小频移键控（最小频移键控（MSK） n最小频移键控最小频移键控( (MSK)MSK)是一种特殊的连续相位的频移是一种特殊的连续相位的频移键控键控( (CPFSK)CPFSK)，其最大

13、频移为比特率的其最大频移为比特率的1/41/4。 n换句话说，换句话说，MSK是调制系数为是调制系数为0.5的连续相位的的连续相位的FSK。 nFSK信号的调制系数类似于信号的调制系数类似于FM调制系数，定义为调制系数，定义为: :其中其中 是最大射频频移，是是最大射频频移，是 比特率。比特率。 bFSKRFk/2FbR2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术2）最小频移键控（）最小频移键控（MSK） n调制系数调制系数0.5对应着能够容纳两路正交对应着能够容纳两路正交FSK信号的最信号的最小频带小频带n最小频移键控的由来就是指这种调制方法的频率间最小频移键控的由来就是指

14、这种调制方法的频率间隔隔(带宽带宽)是可以进行正交检测的最小带宽。是可以进行正交检测的最小带宽。 n如果如果 :则两路则两路FSK信号信号vH(t)和和vL(t)是正交的是正交的 TLHtvtv002 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术2）最小频移键控（）最小频移键控（MSK） nMSK信号也可以看成是一类特殊形式的信号也可以看成是一类特殊形式的OQPSK。 n在在MSK中，中，OQPSK的基带矩形脉冲被半正弦脉冲取代。的基带矩形脉冲被半正弦脉冲取代。 n如果如果用半正弦脉冲代替矩形脉冲，调制信号即为用半正弦脉冲代替矩形脉冲，调制信号即为MSK信号，信号，N比特流的表达

15、式为比特流的表达式为 102cos2NicbIMSKtfiTtptmtS 102cos2NicbbQtfTiTtptm otherTtTttpbb0202sin其中其中 mI(t)和和mQ(t)分别是双极性数据流的分别是双极性数据流的奇比特奇比特和和偶比特偶比特 2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术2）最小频移键控（）最小频移键控（MSK） MSK信号具有以下特点：信号具有以下特点： 1)已调信号的振幅是恒定的；已调信号的振幅是恒定的； 2)信号的频率偏移严格地等于相应的调制指数为信号的频率偏移严格地等于相应的调制指数为0.5； 3)以载波相位为基准的信号相位在一个码

16、元期间内准确地线性以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内准确地线性变化变化/2/2； 4)在一个码元期间内，信号应包括上载波周期的整数倍；在一个码元期间内，信号应包括上载波周期的整数倍；5)5)在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说信号的波形没在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说信号的波形没有突跳。有突跳。 2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术3）高斯最小频移键控（高斯最小频移键控（GMSK） n在数字移运通信中进行高速率数据传输时，为了满在数字移运通信中进行高速率数据传输时，为了满足邻道带外辐射功率低于足邻道带外辐射功率低于-80-60dB的指标，要求的指

17、标，要求信号要有更加紧凑的功率谱信号要有更加紧凑的功率谱。nMSK信号仍不能满足这样的要求。高斯最小频移信号仍不能满足这样的要求。高斯最小频移键控键控 (GMSK)就是针对上述要求提出来的。就是针对上述要求提出来的。 nGMSK调制方式能满足移动通信环境下对邻道干扰调制方式能满足移动通信环境下对邻道干扰的严格要求，并且被确定为欧洲新一代移动通信的的严格要求，并且被确定为欧洲新一代移动通信的标准调制方式。标准调制方式。 2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术3）高斯最小频移键控（高斯最小频移键控（GMSK） nGMSK的基本原理是让基带信号先经过高斯滤波器的基本原理是让基

18、带信号先经过高斯滤波器滤波，使基带信号形成高斯脉冲之后进行滤波，使基带信号形成高斯脉冲之后进行MSK调调制。制。 n由于滤波形成的高斯脉冲包络无陡峭的边沿，亦无由于滤波形成的高斯脉冲包络无陡峭的边沿，亦无拐点，所以经调制后的已调波相位路径在拐点，所以经调制后的已调波相位路径在MSK的的基础上进一步得到平滑。基础上进一步得到平滑。 nGM5K将将MSK信号的相位路径的尖角平滑掉了，信号的相位路径的尖角平滑掉了，因此频谱特性优于因此频谱特性优于MSK和和SFSK 。 2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术3）高斯最小频移键控（高斯最小频移键控（GMSK） 采用高斯滤波器进行

19、预凋制滤波是因为高斯滤波器具采用高斯滤波器进行预凋制滤波是因为高斯滤波器具有以下特性：有以下特性：1)窄带锐截止特性，以便抑制高频分量；窄带锐截止特性，以便抑制高频分量；2)冲激响应过冲量小，以防止过大的瞬时频偏；冲激响应过冲量小，以防止过大的瞬时频偏；3)滤波器输出冲激响应曲线下的面积对应于的滤波器输出冲激响应曲线下的面积对应于的/2/2相移，相移，以使调制指数为以使调制指数为0.5高斯低通滤波器的单位冲激响高斯低通滤波器的单位冲激响应为：应为： 2exptth2 2、基带恒包络线性载波调制技术、基带恒包络线性载波调制技术3）高斯最小频移键控（）高斯最小频移键控（GMSK） n显然不是显然不

20、是h(t)时限的，但是随按指数规律时限的，但是随按指数规律t2迅速下降，迅速下降，可近似认为其宽度有限可近似认为其宽度有限 。 n傅里叶变换后可得：傅里叶变换后可得： n高斯预调制滤波器的脉冲响应高斯预调制滤波器的脉冲响应 : 22expffH 222exp1bbbbTTTTbdTtg实验内容实验内容（1）基带载波调制技术基础实验；分析并）基带载波调制技术基础实验；分析并观察观察BPSK、QPSK、DBPSK、DQPSK、FSK、MSK、GMSK调制信号的波形及频调制信号的波形及频谱；谱；（2）基于基于FPGA的基带信号调制实验。的基带信号调制实验。nFPGA基带信号调制基础实验基带信号调制基

21、础实验nFPGA基带信号调制基带信号调制扩展扩展实验实验实验内容实验内容1 1 基带载波调制技术基础实验基带载波调制技术基础实验1 1）启动软件无线电实验平台基带实验）启动软件无线电实验平台基带实验基带调制实验；基带调制实验；2 2）选择选择“1”，按，按“Enter”后，进入后，进入BPSKBPSK调制仿调制仿真实验窗；真实验窗；3 3）按照软件无线电实验平台软件界面的提示进按照软件无线电实验平台软件界面的提示进行后续操作；行后续操作；4）将示波器分别观测实验平台将示波器分别观测实验平台TXITXI和和TXQTXQ端口端口 ；通过示波器观察输出波形和频谱通过示波器观察输出波形和频谱。 实验内

22、容实验内容1 1 基带载波调制技术基础实验基带载波调制技术基础实验5 5）根据示波器上产生波形的频谱图，观察并记）根据示波器上产生波形的频谱图，观察并记录发送波形经过上变频后的频谱特征：录发送波形经过上变频后的频谱特征： 主瓣过零点带主瓣过零点带宽（宽（dB）主瓣与第一旁瓣增益主瓣与第一旁瓣增益差（差（dB）第一旁瓣带宽第一旁瓣带宽（dB） 按照以上同样的方法，观察并记录按照以上同样的方法，观察并记录QPSKQPSK、DBPSKDBPSK、DQPSKDQPSK、FSKFSK、MSKMSK、GMSKGMSK调制信号的波形及频谱；调制信号的波形及频谱；变频的波形及频谱变频的波形及频谱实验内容实验内

23、容2 2 FPGA基带信号调制实验基带信号调制实验 1）FPGA基带信号调制基础实验基带信号调制基础实验A. 从应用程序界面进入从应用程序界面进入-扩展实验扩展实验-FPGA扩展实验扩展实验-基带基带信号调制实验；信号调制实验；B. 打开打开ISE8.1-Open Project打开打开FPGA_modulate工程；工程；C. 在在modula_main.vhd中，确定中，确定Constant modulation_sel：std_logic_vector(3 downto 0)：=“0001”;D. 编译程序后下载编译程序后下载.bit文件到文件到FPGA中中 E. 从应用程序界面输入数据

24、，按确认发送，用示波器观察从应用程序界面输入数据，按确认发送，用示波器观察平台平台TXI、TXQ输出信号波形。输出信号波形。 实验内容实验内容2 2 FPGA基带信号调制实验基带信号调制实验 2）FPGA基带信号调制基带信号调制扩展扩展实验一实验一A. 在在modula_main.vhd中找到如下语句：中找到如下语句：Constant modulation_sel：std_logic_vector(3 downto 0)：=“0001”;为为Constant modulation_sel：std_logic_vector(3 downto 0)：=“0010”;n重新编译工程，然后下载重新编译

25、工程，然后下载.bit文件到文件到FPGA，重新重新在在ARM端输入数据，按端输入数据，按ENTER发送数据。发送数据。 n编译程序后下载编译程序后下载.bit文件到文件到FPGA中中实验内容实验内容2 2 FPGA基带信号调制实验基带信号调制实验 2）FPGA基带信号调制基带信号调制扩展扩展实验一实验一n从应用程序界面输入数据，按确认发送，用示波从应用程序界面输入数据，按确认发送，用示波器观察平台器观察平台TXI、TXQ输出信号波形。输出信号波形。根据波形根据波形可判断此时的调制方式。可判断此时的调制方式。n按照同样的方法，分别将按照同样的方法，分别将std_logic_vector 设为设

26、为“0100”、 “1000”，重复以上的步骤。重复以上的步骤。实验内容实验内容2 2 FPGA基带信号调制实验基带信号调制实验 2）FPGA基带信号调制基带信号调制扩展扩展实验二实验二B.打开打开fsk_modulation.vhd文件，分析基于文件，分析基于FPGA的的FSK调整程序。调整程序。n解释变量解释变量chip_cnt的作用。的作用。n如果要改变如果要改变FSK调制中的载波频率，应当如何改调制中的载波频率，应当如何改动程序。动程序。C.试将试将FSK中的载波频率分别改为中的载波频率分别改为1MHz和和500KHz。 思考题思考题 理解数字通信中波特率、比特率、频道带理解数字通信中

27、波特率、比特率、频道带宽的关系。宽的关系。二、基带载波二、基带载波解调技术解调技术实验实验n项目需用仪器设备：项目需用仪器设备：计算机、软件无线电实验箱、基带信号发生器、计算机、软件无线电实验箱、基带信号发生器、示波器、示波器、DSP仿真器、仿真器、5V电源电源 n所需主要元器件及耗材：所需主要元器件及耗材： 连接线、计算机串口连接线连接线、计算机串口连接线实验原理实验原理1、基带线性载波解调技术原理、基带线性载波解调技术原理n数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅度数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅度键控（键控（ASK），频移键控（），频移键控（FSK）和相移键控）和相移键控（PSK

28、）。）。 n它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数如振幅、频率和相位，得到数字带通信号。如振幅、频率和相位，得到数字带通信号。 n在接收端运用相干或非相干解调方式，进行解调，在接收端运用相干或非相干解调方式，进行解调，还原为原数字基带信号。还原为原数字基带信号。 1 1、基带线性载波解调技术原理、基带线性载波解调技术原理n解调的最终目的是消除频差项，判决出正确的码元数据。解调的最终目的是消除频差项，判决出正确的码元数据。 n如果能跟踪相位的变化，并且得出正确的相位估计值如果能跟踪相位的变化，并且得出正确的相位估计值 为：为： 00002nf那么消除

29、由于那么消除由于f0的存在而引入的调相可以通过坐标旋转而的存在而引入的调相可以通过坐标旋转而获得，即获得，即 sincosnQnInI sincosnInQnQ nI nQ其中，其中， 、 是是 I(n)和和 Q(n) 经过旋转角经过旋转角 而得到的数据输出而得到的数据输出 、1 1、基带线性载波解调技术原理、基带线性载波解调技术原理n解调器的工作原理就是用估计出的相位解调器的工作原理就是用估计出的相位 。 n对接收数据进行坐标旋转变换，消除对接收数据进行坐标旋转变换，消除 和和 两个因子，提取出传输的数据，两个因子，提取出传输的数据，从而完成解调过程。从而完成解调过程。n旋转变化运算中，相位

30、估计旋转变化运算中，相位估计 与解调器性能有很与解调器性能有很大关系，它的跟踪性能直接关系到解调器性能的优大关系，它的跟踪性能直接关系到解调器性能的优劣。通常设解调器都采用锁相环，以实现性能较好劣。通常设解调器都采用锁相环，以实现性能较好的相干解调。的相干解调。 002cosnf002sinnf1 1、基带线性载波解调技术原理、基带线性载波解调技术原理1）二进制相移键控（）二进制相移键控（BPSK） n对于对于BPSK调制方式，如果没有信道引入的多径调制方式，如果没有信道引入的多径损耗，接收的损耗，接收的BPSK信号可表示为信号可表示为： chcbbBPSKtfTEtmtS02cos2 tfT

31、Etmcbb2cos2其中其中 对应于信道中时间延迟造成的相移对应于信道中时间延迟造成的相移 ch1 1、基带线性载波解调技术原理、基带线性载波解调技术原理1）二进制相移键控（）二进制相移键控（BPSK） nBPSK相干接收框图相干接收框图： 接收信号与本地载波相乘后，通过低通滤波器提取出与发送接收信号与本地载波相乘后，通过低通滤波器提取出与发送信息有关的低频信号，并抑制载波和信道相位对接收信号相信息有关的低频信号，并抑制载波和信道相位对接收信号相位信息的影响。位信息的影响。再根据低通滤波器后输出信号的相位来判断发送信息是再根据低通滤波器后输出信号的相位来判断发送信息是1或或者者0，从而实现数

32、据解调，从而实现数据解调 1 1、基带线性载波解调技术原理、基带线性载波解调技术原理2）四相相移键控（）四相相移键控（QPSK）n就如同就如同QPSK调制方式可以等效看成是同相和正调制方式可以等效看成是同相和正交两路分别进行交两路分别进行BPSK一样，一样， QPSK的相干解调的相干解调可以看成是与可以看成是与BPSK解调方法原理相同解调方法原理相同n在抑制掉载波相位和信道相位的影响后，同相与在抑制掉载波相位和信道相位的影响后，同相与正交两路分别进行与正交两路分别进行与BPSK解调。解调。n在完成在完成QPSK解调后，对解调信号的同相和正交解调后，对解调信号的同相和正交解调码元进行组合从而得到

33、最后的解调信息。解调码元进行组合从而得到最后的解调信息。 1 1、基带线性载波解调技术原理、基带线性载波解调技术原理3）差分）差分PSKn差分差分PSK是相移键控的非相干形式，它不需要在接是相移键控的非相干形式，它不需要在接收机端有相干参考信号，性能会有收机端有相干参考信号，性能会有3dB的下降的下降。差分相干接收系统框图差分相干接收系统框图 DPSK接收机包括一个比特延迟单元和一个为了从重组解调接收机包括一个比特延迟单元和一个为了从重组解调输出的二进制序列差分编码的逻辑电路，从调制的差分编码输出的二进制序列差分编码的逻辑电路，从调制的差分编码信号恢复出原始信号。信号恢复出原始信号。2 2、基

34、带恒包络线性载波解调技术、基带恒包络线性载波解调技术 1）频移键控（）频移键控（FSK）n以以2FSK的相干解调为例，其接收机由两个乘法器，分别与的相干解调为例，其接收机由两个乘法器，分别与本地信号相干。本地信号相干。n输出的相干值进行比较，取值较大的支路对应的本地频率输出的相干值进行比较，取值较大的支路对应的本地频率即为当前解调信号的调制频率，再根据该频率对应的码元即为当前解调信号的调制频率，再根据该频率对应的码元信息进行解调。信息进行解调。 2FSK相干接收系统框图相干接收系统框图 2 2、基带恒包络线性载波解调技术、基带恒包络线性载波解调技术 2）最小频移键控（）最小频移键控（MSK）n

35、MSK接收机接收到的信号分别与同相和正交载波分量相接收机接收到的信号分别与同相和正交载波分量相乘，乘法器的输出经两个比特的周期积分后，在每两比特乘，乘法器的输出经两个比特的周期积分后，在每两比特结束时送入判别器。结束时送入判别器。n根据积分器输出电平的大小，阀值检测器决定信号是根据积分器输出电平的大小，阀值检测器决定信号是0或或1。再根据输出数据流的先后顺序组合得到解调信号。再根据输出数据流的先后顺序组合得到解调信号。n由于由于MSK信号调制指数较小，采用一般鉴频器方式进行信号调制指数较小，采用一般鉴频器方式进行解调误码率性能不太好，在对误码率有较高要求时大多采解调误码率性能不太好，在对误码率

36、有较高要求时大多采用相干解调方式用相干解调方式。2 2、基带恒包络线性载波解调技术、基带恒包络线性载波解调技术 3）高斯最小频移键控（）高斯最小频移键控（GMSK）nGMSK的解调可以使用正交相干检测器，或者使用简单的非的解调可以使用正交相干检测器，或者使用简单的非相干检测器，如标准相干检测器，如标准FM鉴别器。鉴别器。n载波恢复有时由载波恢复有时由De Buda方法实现：两路不连续频率分量之方法实现：两路不连续频率分量之和经过倍频后再除以和经过倍频后再除以4。该方法类似于。该方法类似于Costas环路，并且等效环路，并且等效于带有倍频器的锁相环。于带有倍频器的锁相环。n这种接收机可以很容易的

37、利用数字逻辑实现。两个这种接收机可以很容易的利用数字逻辑实现。两个D边沿触边沿触发器作为积分解调器，或者非门作为基带乘法器。正交相干发器作为积分解调器，或者非门作为基带乘法器。正交相干载波由两个载波由两个D边沿触发器生成，压控振荡器的中心频率设定边沿触发器生成，压控振荡器的中心频率设定为载波中心频率的为载波中心频率的4倍倍。3 3、基带载波解调技术实验结构基带载波解调技术实验结构 n基带载波解调技术实验系统主要包括三部分：基带载波解调技术实验系统主要包括三部分：PCPC机、基带信号发生器、示波器以及软件无线电实机、基带信号发生器、示波器以及软件无线电实验平台。验平台。 3 3、基带载波解调技术

38、实验结构基带载波解调技术实验结构 1 1）PCPC机：基带信号发生器用户图形界面机：基带信号发生器用户图形界面（GUIGUI）n根据测试的不同需求，设置所需信号的信号根据测试的不同需求，设置所需信号的信号发生器用户图形界面（发生器用户图形界面（GUIGUI） n在该界面可以选择不同的调制方式、模拟多在该界面可以选择不同的调制方式、模拟多种无线信道环境以及改变发送数据的编码方种无线信道环境以及改变发送数据的编码方式等等。式等等。 3 3、基带载波解调技术实验结构基带载波解调技术实验结构 基带信号发生器基带信号发生器用户图形界面用户图形界面 3 3、基带载波解调技术实验结构基带载波解调技术实验结构

39、 2）基带信号发生器）基带信号发生器 （BSG） n基带信号发生器是一款基于包传输格式的信号发生器。基带信号发生器是一款基于包传输格式的信号发生器。n它的主要特点是：能够产生它的主要特点是：能够产生FSK、MPSK、BPSK、DBPSK、MSK、GMSK等多种调制方式的基带发送信号；等多种调制方式的基带发送信号；n能够设置多种信道特性参数，模拟多种具体实现产生的系能够设置多种信道特性参数，模拟多种具体实现产生的系统影响和实际信道影响模型，来构建真实的无线通信网络统影响和实际信道影响模型，来构建真实的无线通信网络环境环境。n基带信号发生器基带信号发生器I/QI/Q两路发射信号端口采用的是标准两路

40、发射信号端口采用的是标准BNCBNC接接口。口。3 3、基带载波解调技术实验结构基带载波解调技术实验结构 3）示波器）示波器n将基带信号发生器产生信号送入示波器中，将基带信号发生器产生信号送入示波器中，来观察各种调制方式的基带信号。来观察各种调制方式的基带信号。 3 3、基带载波解调技术实验结构基带载波解调技术实验结构 4）软件无线电实验平台软件无线电实验平台n软件无线电实验平台调用软件无线电实验平台调用DSP程序，对上述程序，对上述基带信号发生器产生的信号进行解调，并基基带信号发生器产生的信号进行解调，并基于于ARM界面显示出解调后的数据。界面显示出解调后的数据。 3 3、基带载波解调技术实

41、验结构基带载波解调技术实验结构 测试系统工作流程如下：测试系统工作流程如下：nA.A.将将BSG的网口与的网口与PC机的网口通过以太网线连接好。机的网口通过以太网线连接好。 nB.B.将将BSG的的I/Q两路发射信号端与软件无线电解调两路发射信号端与软件无线电解调系统通过所配的屏蔽线连接。系统通过所配的屏蔽线连接。 nC.C.将将GUI安装在安装在PC机上，并运行机上，并运行GUI。 nD.D.通过通过BSG GUI对对BSG硬件进行网络设备配置，确硬件进行网络设备配置，确保保BSG硬件能与硬件能与PC机正常通信（具体方法参见机正常通信（具体方法参见基带基带信号发生器用户图形界面（信号发生器用

42、户图形界面（GUIGUI）使用简介使用简介）。）。 3 3、基带载波解调技术实验结构基带载波解调技术实验结构 测试系统工作流程如下：测试系统工作流程如下：nE.E.根据测试需求，在根据测试需求，在GUI上设置所需测试环境信号上设置所需测试环境信号的参数。的参数。 nF F. .发送信号，发送信号，BSG根据根据GUI上设置的参数产生响应上设置的参数产生响应的的I/Q两路发射信号，两路发射信号， 在在GUI上可以观察到统计的上可以观察到统计的发射数据帧情况以及发射数据帧情况以及PPDU的内容。的内容。nG.G.用示波器观察用示波器观察BSGBSG发送的基带调制信号。发送的基带调制信号。 nH.H

43、.在软件无线电解调系统的液晶屏上观察接收到的在软件无线电解调系统的液晶屏上观察接收到的数据。数据。 4、BPSK解调的解调的DSP程序示例程序示例nDSP的的BPSK解调程序关键代码参考实验指导解调程序关键代码参考实验指导书书。实验内容实验内容（1）基带载波解调技术基础实验；分析并）基带载波解调技术基础实验；分析并观察观察BPSK、QPSK、DBPSK、DQPSK、MSK调制波形及解调结果；调制波形及解调结果；（2）基于基于DSP的信号解调实验；的信号解调实验；1）信号解调信号解调DSP基础实验基础实验2）信号解调信号解调DSP扩展实验扩展实验实验内容实验内容1 1 基带载波调制技术解调实验基

44、带载波调制技术解调实验1）启动软件无线电实验平台基带实验基带）启动软件无线电实验平台基带实验基带解调实验；解调实验；2）启动计算机；打开信号发生器软件；）启动计算机；打开信号发生器软件；3）点击计算机端信号发生器软件窗口工具栏中的网络连）点击计算机端信号发生器软件窗口工具栏中的网络连接标志接标志；观察窗口右下端，当显示；观察窗口右下端，当显示“Open”时表示网络时表示网络已连接通。已连接通。4）在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择）在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择“BPSK”，数据长度选择，数据长度选择“20”字节，数据产生模式选字节，数据产生模式选择择“Random Data”，发送时间间隔输入，发送时间间隔输入“1000”，数据，数据包传输模式包传输模式“Auto”。实验内容实验内容1 1 基带载波调制技术解调实验基带载波调制技术解调实验实验内容实验内容1 1 基带载波调制技术解调实验基带载波调制技术解调实验5）点击信号发生器软件的发送按钮，在右侧的