系统设计实践与创新2

1、 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地址：上海市华山路1954号 邮政编码：200030 上海交通大学 电子信息与电气工程学院地 址：东川路800号邮 编：200240技术文件完成时间：2017.5.21系统设计实践与创新2设计报告项目名称：数字调制解调通信实验系统设计小组编号：56设计小组名单：汤顺堃（组长）、丁恒哲、周鹭姓名班级学号具体负责的工作联系方式汤顺堃F14030035140309058电路设计与焊接，电路调试，报告撰恒哲F14030035140309057电路调试，代码调试，报告撰鹭F14030045140309074电路焊

2、接，报告撰海交通大学 电子信息与电气工程学院 摘 要：本设计报告告主要介介绍了数数字调制制解调通通信实验验系统的的实验过过程，该该系统由由发送机机电路、信信道电路路、接收收机电路路三个部部分组成成。3阶M序列经经DDSS调制后后作为发发送机信信号，经经过信道道电路，通通过包络络检波的的非相干干解调的的方法解解调出原原始信号号，同时时将解调调信号作作为FPPGA的的输入，用用于提取取位同步步时钟信信号。本本报告详详细阐述述了整个个系统的的设计思思路、设设计过程程、实验验结果以以及小组组的学习习心得。关键词：调调制解调调，带通通滤波器器，包络络检波，数数字锁相相环，位位同

3、步提提取ABSTRRACTTThis dessignn reeporrt mmainnly inttrodducees tthe expperiimenntall prroceess of diggitaal mmoduulattionn annd ddemoodullatiion commmunnicaatioon eexpeerimmentt syysteem. Thee syysteem cconssistts oof ttrannsmiitteer ccirccuitt, cchannnell ciircuuit andd reeceiiverr ciircuuit. Thhe tth

4、irrd oordeer MM seequeencee iss moodullateed bby tthe DDSS ass thhe ttrannsmiitteer ssignnal, annd tthe chaanneel ssignnal is demmoduulatted by thee unncouupleed ddemoodullatiion metthodd. TThe demmoduulatted siggnall iss ussed as thee innputt off thhe FFPGAA foor eextrracttingg thhe bbit synnchrron

5、oous cloock siggnall. TThiss reeporrt ddetaailss thhe ddesiign of thee enntirre ssysttem, deesiggn pproccesss, eexpeerimmenttal ressultts aand thee grroupps leaarniing expperiiencce.KEYWOORDSS：moddulaatedd-deemoddulaatedd, bbandd-paass fillterr, eenveeloppe ddeteectiion, diigittal phaase locckedd lo

6、oop, Syyn-BBitCClk目录TOC o 1-31. 概述述 PAGEREF _Toc483235153 h 61.1 编编写说明明 PAGEREF _Toc483235154 h 61.2 名名词定义义 PAGEREF _Toc483235155 h 61.3 硬硬件开发发环境 PAGEREF _Toc483235156 h 71.4 软软件开发发环境 PAGEREF _Toc483235157 h 71.5 缩缩略语 PAGEREF _Toc483235158 h 82. 系统统总述 PAGEREF _Toc483235159 h 92.1 系系统组成成1 PAGEREF _To

7、c483235160 h 92.2 系系统的主主要功能能 PAGEREF _Toc483235161 h 92.2.11 发送机机模块1 PAGEREF _Toc483235162 h 102.2.22 信道模模块11 PAGEREF _Toc483235163 h 102.2.33 接收机机模块1 PAGEREF _Toc483235164 h 113. 发送送机电路路设计 PAGEREF _Toc483235165 h 123.1 主主要功能能和设计计指标 PAGEREF _Toc483235166 h 123.1.11 主要功功能 PAGEREF _Toc483235167 h 123.

8、1.22 设计指指标11 PAGEREF _Toc483235168 h 123.2 DDDS简简介22 PAGEREF _Toc483235169 h 123.3 设设计实现现 PAGEREF _Toc483235170 h 133.3.11 M序列列的产生生 PAGEREF _Toc483235171 h 133.3.22 差分编编码的产产生 PAGEREF _Toc483235172 h 143.3.33 信号的的调制 PAGEREF _Toc483235173 h 153.3.44 测试的的结果 PAGEREF _Toc483235174 h 164. 信道道电路的的设计 PAGERE

9、F _Toc483235175 h 194.1 主主要功能能和设计计指标 PAGEREF _Toc483235176 h 194.1.11 主要功功能 PAGEREF _Toc483235177 h 194.1.22 设计指指标11 PAGEREF _Toc483235178 h 194.2 设设计基本本原理 PAGEREF _Toc483235179 h 204.3 主主要电路路和参数数设计 PAGEREF _Toc483235180 h 214.3.11 输入阻阻抗匹配配及输出出阻抗匹匹配电路路 PAGEREF _Toc483235181 h 214.3.22 BPPFC的的电路及及参数

10、PAGEREF _Toc483235182 h 214.4 测测试结果果 PAGEREF _Toc483235183 h 224.5 问问题及解解决方案案 PAGEREF _Toc483235184 h 225. 接收收机电路路的设计计 PAGEREF _Toc483235185 h 235.1 22ASKK的接收收机电路路设计 PAGEREF _Toc483235186 h 235.1.11 主要功功能和设设计指标标 PAGEREF _Toc483235187 h 235.1.22 接收机机电路框框图 PAGEREF _Toc483235188 h 245.1.33 主要电电路及参参数设计计

11、 PAGEREF _Toc483235189 h 245.2 位位同步提提取 PAGEREF _Toc483235190 h 265.2.11 数字锁锁相环位位同步时时钟的恢恢复原理理4 PAGEREF _Toc483235191 h 265.2.22 程序编编写 PAGEREF _Toc483235192 h 285.3 眼眼图 PAGEREF _Toc483235193 h 285.3.11 眼图观观测 PAGEREF _Toc483235194 h 285.3.22 测试结结果 PAGEREF _Toc483235195 h 296. 任意意波波形形的定制制5 PAGEREF _Toc4

12、83235196 h 306.1 技技术背景景 PAGEREF _Toc483235197 h 306.2 实实验要求求 PAGEREF _Toc483235198 h 306.3 波波形制作作过程 PAGEREF _Toc483235199 h 307. 致谢谢 PAGEREF _Toc483235200 h 348. 参考考文献 PAGEREF _Toc483235201 h 359. 附录录A 测试试和分析析 PAGEREF _Toc483235202 h 369.1 测测试的项项目和方方法 PAGEREF _Toc483235203 h 369.2 测测试资源源 PAGEREF _To

13、c483235204 h 399.3 测测试的结结果和分分析 PAGEREF _Toc483235205 h 3910. 附附录B课程学学习心得得和意见见建议 PAGEREF _Toc483235206 h 4011. 附附录C各模块块与全系系统实物物图 PAGEREF _Toc483235207 h 4212. 附附录D程序清清单 PAGEREF _Toc483235208 h 4412.1 MSPP4300G25553程程序 PAGEREF _Toc483235209 h 4412.2 FPGGA位同同步提取取程序 PAGEREF _Toc483235210 h 51“目录”是是自动生生成

14、的，选选中并按按鼠标右右键，选选择“更更新域”即即可自动动根据最最新情况况更新目目次名称称和页码码信息第26页共10页信息产业部电信科学技术第一研究所概述编写说明本报告为220166-20017学学年第二二学期上上海交通通大学电电子信息息与电气气工程学学院系系统设计计实践与与创新2课课程设计计第566组的报报告。本本报告阐阐述了数数字调制制解调通通信实验验系统的的硬件和和软件设设计，开开发环境境，调制制过程及及功能指指标。具具体包括括了3阶M序列的的产生，信信号的调调制，传传输信道道的设计计，解调调恢复基基带信号号，位同同步时钟钟的还原原以及自自行编写写波形文文件。本报告旨在在全面记记录实验验

15、小组的的设计思思路和操操作过程程，总结结经验与与心得，供指导老师在检查评分时参考，亦可作为与同学交流沟通的书面材料。本报告适合合电子相相关专业业人士以以及有一一定理论论基础的的业余电电子设计计爱好者者阅读，以以及未来来修读本本课程的的同学参参考。名词定义M序列：即即De Bruujinn序列，又又叫做伪伪随机序序列、伪伪噪声（RN）码或伪随机码。由n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列，是目前广泛应用的一种伪随机序列。ASK：振振幅键控控，利用用数字信信号控制制载波的的通断。FSK：移移频键控控，利用用数字信信号控制制载波的的频率。PSK：移移相键控控，利用用数字信信号控制制载波的的相位。无源

16、带通滤滤波器：由电阻阻、电容容、电感感等无源源元件构构成的电电路，允允许下截截止频率率到上截截止频率率间的信信号以较较小的衰衰减通过过，而对对其他频频率的信信号有抑抑制作用用。Q值：滤波波器的品品质因数数，Q值越大大，曲线线越尖锐锐，通频频带越窄窄，电路路的选择择性越好好。包络检波器器：利用用检波二二极管非非线性提提取信号号的包络络。阻抗匹配：信号传传输过程程中负载载阻抗和和信源阻阻抗之间间的特定定配合关关系。眼图：示波波器屏幕幕上所显显示的数数字通信信符号，有有许多波波形部分分重叠而而成，其其形状类类似“眼眼睛”的的图形。从从“眼图图”上可可以观察察出码间间串扰和和噪声的的影响，从从而估计计

17、系统优优劣程度度。锁相环：是是一种利利用反馈馈控制原原理实现现的频率率及相位位的同步步技术，其其作用是是将电路路输出的的时钟与与其外部部的参考考时钟保保持同步步。当参参考时钟钟的频率率或相位位发生改改变时，锁锁相环会会检测到到这种变变化，并并且通过过其内部部的反馈馈系统来来调节输输出频率率，直到到二者重重新同步步。位同步：所所谓同步步，就是是要求通通信的收收发方在在时间基基准上保保持一致致，包括括在开始始时间、位位边界、重重复频率率等上的的一致。位位同步的的目的是是使每个个码元得得到最佳佳的解调调和判决决信道：通信信的通道道，是信信号传输输的媒介介。DDS：直直接数字字式频率率合成器器。硬件开

18、发环环境实验过程中中，用到到的硬件件开发工工具见表表1：表1 硬件件开发工工具与运运行环境境开发工具运行环境直流稳压电电源220V交交流电N93200B频谱谱仪220V交交流电MD040034混混合域示示波器220V交交流电MSP4330开发发板卡与与FPGGA开发发板卡电脑USBB接口供供电Agileent 344405AA多用电电表220V交交流电Agileent 335521AA 信号号发生器器220V交交流电电烙铁220V交交流电镊子、剪刀刀、斜口口钳、螺螺丝刀软件开发环环境实验过程中中，用到到的软件件开发工工具见表表2：表2 软件件开发工工具与运运行环境境软件名称运行环境Filtee

19、r SSoluutioonWindoow 10Adeptt DiigillenttWindoow 110Code Commposser Stuudioo v55Windoow 110Xilinnx IISE DessignnSuiite 14.6Windoow 110Agileent BennchLLinkk Waavefformm Buuildder ProoWindoow 110缩略语M3：3阶阶M序列2ASK：二进制制振幅键键控2FSK：二进制制移频键键控2PSK：二进制制移相键键控DDS：直直接数字字合成技技术BPFC：无源带带通滤波波器Demodd：包络检检波器Syn-BBitCCl

20、k：位同步步提取系统总述系统组成1该系统是一一个数字字调制解解调实验验系统，如如图2-1所示示。接收机电路接收机电路信道电路发送机电路图2-1 系统组组成框图图1系统由发送送机电路路、信道道电路、接接收机电电路三部部分组成成。发送送机电路路具有一一定的信信道编码码和信号号调制功功能，通通过对原原始信息息编码并并调制到到载波上上，生成成适宜通通过信道道传输的的波形信信号。信信道电路路模拟具具有一定定带通特特征的数数字调制制传输信信道，为为测试发发送机、接接收机各各项性能能提供与与现实信信道相似似的工作作条件。接接收机电电路可对对经信道道传输的的信号进进行接收收解调等等处理，还还原出原原始信息息。

21、系统的主要要功能本系统按照照功能大大致可以以分为三三个模块块：发送送模块，信信道模块块和接收收模块。发发送模块块包括MM序列的的发生，信信道编码码以及信信号调制制；信道道模块模模仿现实实电路的的带通特特性；接接收模块块实现对对信号的的解调、解解码以及及位同步步，从而而实现码码元恢复复。发送机模块块1发送机电路路内部逻逻辑框图图如图22-2-1。其其中，mm序列发发生器（模模块代称称M）用于于生成作作为原始始信息的的符号序序列，经经二进制制差分编编码（模模块代称称Codd，可选选做）生生成可以以克服传传输信道道相位不不确定性性（极性性模糊）的的差分编编码码流，再再经调制制（模块块代称MMod，为

22、为可选做做模块），形形成适于于信道传传输的已已调制波波形，馈馈入信道道（电路路）。数字调制方方式可以以为2AASK、2FSSK和2PSSK。当当调制方方式为AASK或或FSKK时，差差分编码码模块在在技术上上不是必必需的。图2-2-1 发发送机电电路内部部组成框框图11信道模块1信道电路的的逻辑框框图如图图2-22-2，模模仿现实实信道的的通带特特性。图2-2-2 信信道电路路组成框框图11接收机模块块1接收机接收收经信道道传输的的信号，为为从接收收信号中中正确还还原出原原始信息息，选择择如图22-2-3所示示的电路路方案。接收信号先先经解调调（模块块代称DDemood）还还原为基基带信号号，

23、然后后直接经经取样判判决（模模块代称称Sammpliing）和和差分译译码（模模块代称称Deccod）还还原原始始信息。位位同步恢恢复（模模块代称称BittSynn1）实实现技术术建议采采用数字字锁相位位同步提提取方案案，为取取样及之之后的各各模块提提供符号号位同步步时钟。图2-2-3 接接收机电电路方案案内部组组成框图图发送机电路路设计主要功能和和设计指指标主要功能利用MSPP4300产生3阶M序列，并并进行差差分编码码，然后后利用DDDS硬硬件电路路实现AASK、FSKK、PSKK三种数数字调制制方式。设计指标1产生数据率率为0.5Kbbps，数数据率误误差不大大于0.1%的的3阶M序列。

24、2ASK、2PSSK载波波频率取取1000KHzz；2FSSK频率率取955KHzz和1055KHzz。调制信号基基带波形形取矩形形波；已已调信号号幅度可可自行决决定，峰峰峰值不不超过22V，直直流分量量为零。电路输出阻阻抗500。DDS简介介2直接数字频频率合成成器（DDireect Diggitaal FFreqquenncy Synntheesiss简称DDDS或DDFFS）以以有别于于其它频频率合成成方法的的优越性性能和特特点成为为现代频频率合成成技术中中的佼佼佼者。具具体体现现在相对对带宽、频频率转换换时间短短、频率率分辨率率高、输输出相位位连续、可可产生宽宽带正交交信号及及其他多多

25、种调制制信号、可可编程和和全数字字化、控控制灵活活方便等等方面，并并具有极极高的性性价比。 DDS的基基本原理理是利用用采样定定量，通通过查表表法产生生波形。DDS的结构有很多种，其基本的电路原理可用图3-2-1来表示。图3-2-1 DDDS原原理22只要在DDDS内部部加上相相应控制制如调频频控制FFM、调调相控制制PM和调调幅控制制AM，即即可以方方便灵活活地实现现调频、调调相和调调幅功能能，产生生FSKK、PSKK、ASKK和MSKK等信号号。另外外，只要要在DDDS的波波形存储储器存放放不同波波形数据据，就可可以实现现各种波波形输出出，如三三角波、锯锯齿波和和矩形波波甚至是是任意的的波

26、形。当当DDSS的波形形存储器器分别存存放正弦弦和余弦弦函数表表时，既既可得到到正交的的两路输输出 本系统采用用的DDDS为ADII公司生生产的AAD98850。 AD98550是AD公司司采用先先进的DDDS技技术19996年年推出的的高集成成度DDDS频率率合成器器，它内内部包括括可编程程DDSS系统、高高性能DDAC及及高速比比较器，能能实现全全数字编编程控制制的频率率合成器器和时钟钟发生器器。接上上精密时时钟源，AD9850可产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。此正弦波可直接用作频率信号源或转换成方波用作时钟输出。图3-2-2为AD998500的引脚脚图，在在其说

27、明明书中有有完整的的管脚定定义。图3-2-2 AAD98850管管脚图2设计实现M序列的产产生M 序列（即即De Bruuijnn 序列）又又叫做伪伪随机序序列、伪伪噪声(PN)码或伪伪随机码码，是一一种可以以预先确确定并重重复产生生和复制制，又具具有随机机统计特特性的二二进制序序列。M 序列是是最长线线性移位位寄存器器序列的的简称，是是由带线线性反馈馈的移位位移存器器产生的的周期最最长的一一种序列列。它的的周期TT 和移移位寄存存器的阶阶数n之间的的关系是是 。M序列具具有均衡衡性，即即在M序列的的一个周周期中，0 和1 的数目基本相等，且1 比0 多一个。在本次实验验中我们们小组选选取特征

28、征多项式式来产生生 3 阶 M 序列。图图 3-33-1 是一般般线性反反馈 器产生生M序列的的原理方方框图。图3-3-2 MM序列发发生原理理图33基于MSPP4300 内部部的计时时器，可可以得到到1mss 一次次中断，让让时钟翻翻转一次次，也即即得到周周期T=2mss的位同同步脉冲冲。利用用3 位移移位寄存存器按特特征多项项式进行行运算移移位和反反馈，即即可输出出数据率率为0.5Kbbps 的M序列。再再设置每每7 位输输出一个个脉冲作作为周期期同步信信号。差分编码的的产生上述M序列列在实际际信道传传输后若若进行解解调，会会出现相相位模糊糊的情况况，恢复复出来的的数字信信号可能能会完全全

29、01倒置置。为了了避免这这种情况况发生，在在M序列产产生后进进行差分分编码。假假设初始始为0，设序序列的第第k个码值是是ak,那么第第k个差分码码值为 dk=akkdk-11上面得到的的m序列的的差分码码为：（0）0101100 将差分编码码后的信信号传输输后需进进行信道道解码。解解码时： ak=dkkdk-11恢复出来的的码元不不存在相相位翻转转的问题题，能够够提高整整个系统统的性能能。信号的调制制对MSP4430产产生的33阶M序列，按按键、写写入不同同的控制制字分别别进行22ASKK、2FSSK、2PSSK的调调制，主主要的流流程图如如3-33-3所所示：图3-3-3 信信号调制制的框图

30、图实验过程中中，使用用到的单单片机管管脚定义义见表3：表3 单片片机管脚脚定义管脚号端口管脚号端口P1.4M序列P1.7DDS DDATAAP1.6位同步信号号P2.0DDS WW_CLLKP1.5周期同步信信号P2.1DDS FFQ_UUDGNDDDS GGNDP2.2DDS RRESEET测试的结果果2ASK的的调制波波形，如如图3-3-44-1所所示：图3-3-4-11 2AASK的的调制波波形混合域示波波器观测测2ASSK通过一定操操作，可可观察到到时域-频域-解调波波形如图图3-33-4-2所示：图3-3-4-22 时域-频域-解调波波形同时时观测2ASK的的频谱观观测通过一定操操作

31、，可可观察到到2ASSK的频频谱如图图3-33-4-3所示：图3-3-4-33 2AASK的的频谱观观测2FSK的的频谱观观测通过一定操操作，可可观察到到2FSSK的频频谱如图图3-33-4-4所示：图3-3-4-44 2FFSK的的频谱观观测2PSK的的频谱观观测通过一定操操作，可可观察到到2PSSK的频频谱如图图3-33-4-5所示：图3-3-4-55 2PPSK的的频谱观观测信道电路的的设计主要功能和和设计指指标主要功能利用带通滤滤波器特特性，模模拟真实实信道中中的带宽宽限制。设计指标1指定使用图图4-11所示无无源RLLC串联联谐振网网络，其其中和分别表表示前级级电路的的输出阻阻抗和后

32、后级电路路的输入入阻抗，取取值均为为50。图4-1 无源RLLC串联联谐振网网络中心（谐振振）频率率1000KHzz，相对对误差的的绝对值值不得大大于100%（合合格），有载品质因数大于4.5小于5。设计基本原原理RLC串联联谐振电电路如图图4-22所示，电电路输入入阻抗：图4-2 串联谐谐振电路路电路中输入入电压Us的频率率会引起起电抗的的改变，从从而引起起输入阻阻抗的改改变，当当输入电电压Us的角角频率 使得 时，电电路处于于谐振状状态，此此时有得出谐振角角频率和和谐振频频率：品质因素QQ：，Q越大，电电路的通通频带越越窄，对对信号频频率的选选择性越越好。主要电路和和参数设设计输入阻抗匹匹

33、配及输输出阻抗抗匹配电电路为了满足44.1.2中输输入与输输出阻抗抗匹配，且且均为550 ，可在在带通滤滤波器的的前端设设计一个个电压跟跟随器，在在带通滤滤波器的的后端，设设计一个个电压比比较器，电电路图如如图4-3-11-1、4-33-1-2所示示：图4-3-1-11 输入入阻抗匹匹配 图图4-33-1-2输出出阻抗匹匹配电路路BPFC的的电路及及参数通过Fillterr sooluttionn设计对对应的滤滤波器，RLC电路如图4-3-2所示：图4-3-2 中中心频率率1000k的带带通滤波波器鉴于实验室室提供的的电感、电电容的值值有限，最最终选取取C=225300nF，L=11mH，理理

34、论计算算可知：中心频频率为1100.06kkHz。测试结果经过N93320BB频谱分分析仪跟跟踪信号号发生器器分析结结果，如如图4-4可见见带通滤滤波器中中心频率率为988.2661kHHz，带带宽200.2337kHHz，品品质因数数Q=44.866。图4-4 带通滤滤波器频频谱特性性问题及解决决方案对于阻抗匹匹配电路路，使用用NE555322时，会会出现自自激的情情况，进进而影响响后续的的信号解解调。解决方案：可在反反馈间并并联一个个小电容容，进而而减少自自激。接收机电路路的设计计2ASK的的接收机机电路设设计主要功能和和设计指指标主要功能将经过信道道的调制制信号进进行放大大，进行行包络检

35、检波，然然后进行行合理的的阈值比比较，解解调出数数字信号号。将解调出的的数字信信号通过过后继保保护电路路进入FFPGAA，恢复复位同步步信号。设计指标1电路输入阻阻抗500。原则上不限限定技术术方案，允允许自选选最有利利的方案案。可输出供检检验的符符号位同同步恢复复信号（检检测点II，见图图4和5），应应能与检检测点BB信号保保持相同同的频率率和动态态稳定的的相位差差。相对于点BB的发送端端位时钟钟，点I的波形形在示波波器上可可视的相相位抖动动100%个符号宽宽度。接收机电路路框图接收机的电电路框图图如图55-1-2所示示：图5-1-2 接接收机的的电路框框图对于2ASSK调制制信号，可可以利

36、用用非相干干解调的的方式解解调。为为了后面面的码元元恢复，可可先通过过放大器器放大22ASKK信号，这这样为阈阈值的选选取提供供了方便便，同时时也降低低了误码码率。对于解调出出的数字字信号，为为了恢复复其位同同步时钟钟信号，可可通过FFPGAA实现，但但FPGGA的输输入电压压范围00-3.3V，故故增加了了后级板板卡输入入保护电电路，防防止FPPGA因因电压过过高烧毁毁。主要电路及及参数设设计前级放大电电路由前面的分分析可知知，前置置放大电电路将调调制信号号放大以以降低误误码率，以以便对其其进行包包络检波波，但考考虑到放放大的最最大电压压为电源源电压，故故限定最最终的放放大倍数数为5，通过过

37、Mulltissim设设计电路路如图55-1-3-11所示，其其中运放放3号口与与6号口分分别为前前级放大大的输入入与输出出。图5-1-3-11 前级级放大电电路图包络检波电电路包络检波器器利用二二极管非非线性性性质，配配合电容容与电阻阻以提取取包络。电电容与电电阻取值值应当根根据调制制信号的的频率而而改变，过过小的放放电时间间会导致致无法提提取包络络，过大大的放电电时间会会导致惰惰性失真真，使得得包络不不正确，经经过反复复尝试，最最终选取取如下参参数：RR=1000K，C=1nFF。具体电路图图如5-1-33-2所所示：图5-1-3-22 包络检检波电路路图比较器电路路及后继继保护电电路通过

38、对图55-1-3-22的观察察，信号号在高电电平时，由由于电容容充放电电的原因因，会出出现许多多毛刺，所所以需要要在检波波电路后后接入一一个电压压比较器器，以高高低电平平中点作作为门限电压压Vth进行比比较，若若信号的的电压大大于Vth则判判断码元元为“11”，否否则判断断为“0比较器电路路如图55-1-3-33-1所所示，其其中3号口与与6号口分分别为比比较器的的输入与与输出。在实际操作的时候我们将R2用一个10K的电位器代替，在反复实验后确定门限电压为0.478V。图5-1-3-33-1 比较器器电路图图为了进一步步恢复解解调信号号的位同同步时钟钟信号，应应设计后后级板卡卡保护电电路，如如

39、图5-1-33-3-2所示示，以防防止电压压过高使使得FPPGA烧烧毁。图5-1-3-33-2 后级级板卡输输入保护护电路图图位同步提取取数字锁相环环位同步步时钟的的恢复原原理44从接收码流流中“提提取”有有用信息息，帮助助校准接接收机自自身本地地产生的的位时钟钟信号，工工作原理理中用到到“数字字锁相环环”概念念，故全全称“数数字锁相相法位同同步提取取”。数字锁相法法位同步步恢复是是工程实实践中应应用较广广泛的一一种码元元同步技技术。它它易于用用数字电电路实现现，可靠靠性高。数字锁相法法位同步步工作原原理如图图5-22-1所所示。图5-2-1 数数字锁相相法位同同步工作作原理图图假定码元速速率

40、为ffb。S4和S5的频率率取Nffb；S0是接收收到的基基带码流流信号，假假定基带带传输码码型为NNRZ码码，则它它在前后后码元相相异时波波形会出出现跳变变沿，前前后码元元相同时时不会出出现跳变变沿。显显然，跳跳变沿指指示了码码元分隔隔点的位位置。通过“码元元边沿检检测”，检检测到跳跳变沿并并输出一一个正脉脉冲，形形成信号号S1。该脉脉冲的宽宽度W至少应应不小于于1/(Nfb)，也就就是S4的一个个周期长长度，以以保证“添添”、“扣扣”机制制有效。S9是接收收机本地地产生的的位同步步信号，与与S1进行“相相位比较较”，检检验S9的相位位是否恰恰当地与与S0的相位位对准。过过于超前前则S2出现

41、高高电平，过过于滞后后则S3出现高高电平；大多是是时候处处于低电电平状态态。S4通过“扣扣门”形形成S6。当S2处于低低电平时时，维持持开通状状态，即即S4=S6；当S9相位过过于超前前时，扣扣门会扣扣除一个个或若干干个S4脉冲，不不输出给给S6。同样的，SS5通过“添添门”形形成S7.S3低电平平时，添添门保持持关断；当S9相位过过于滞后后时，添添门开通通，使SS5的一个个或若干干个脉冲冲输出给给S7。S6和S77通过“或或”逻辑辑合成信信号S8。再通通过N次“分分频器”，每每经历NN/2个个输入脉脉冲，使使输出信信号S9状态翻翻转一次次。再与与S1比较相相位，由由此形成成闭合工工作环路路。

42、程序编写基于上面的的思想，编编写VHHDL 程序，进进而提取取出本地地位同步步信号。VHDL 程序编写中，需要反复实验出恰当的参数，包括S4 和S5 的分频参数，以及S6 和S7 取或后的分频参数、以及为了优化位同步提取的均值滤波参数，以上参数需要结合示波器，进行观察调试，进而完美的扣除、添加，进而实现位同步的提取，观察效果如图5-2-2所示：图5-2-2 位位同步提提取效果果图眼图眼图是指利利用实验验的方法法估计和和改善（通通过调整整）传输输系统性性能时在在示波器器上观察察到的一一种图形形。眼图观测眼图观测模模式二示示波器调调节方法法： 1.用边边沿触发发要测试试的信号号：按下下示波器器的T

43、rriggger按按钮，将将输入的的同步时时钟信道道作为触触发信号号来触发发要测试试的信号号。2.选择触触发类型型为上升升或者下下降。3.调节TTrigggerr旋钮，将将触发阈阈值电平平调整到到合适的的位置。4.将Diispllay界界面的余余晖调整整为观测测眼图。测试结果实验中，眼眼图的观观测共有有两种情情况：使用眼图观观测模式式二观测测ASKK眼图，如如图5-3-22-1所所示：图5-3-2-11 ASSK眼图图（眼图图观测模模式二）使用眼图观观测模式式二观测测FSKK眼图，如如图5-3-22-2所所示：图5-3-2-22 FSSK眼图图（眼图图观测模模式二）任意波波形形的定制制5技术背

44、景实验室一般般都装备备有波形形信号发发生器设设备。此此类设备备的低端端品种通通常称为为“函数信信号发生生器”，顾名名思义，可可以被用用来输出出各种数数学函数数信号，比比如正弦弦函数波波形、锯锯齿波形形、方波波等等。任意波形信信号发生生器可视视为普通通函数信信号发生生器的升升级版设设备。这这类设备备主要是是采用高高速DACC技术，把把存储器器中预先先编制好好的波形形采样值值序列连连续转换换成模拟拟电平输输出，在在转换时时可以改改变一些些设定，使使输出信信号的幅幅度发生生增减，时可以改变一些设定，使输出信号的幅度发生增减，或转换频率发生改变，以得到用户所需的信号样式。任意波形信号发生器除了具备发生

45、各种常用函数信号波形之外，还可以让用户自行编制想要的波形；通常，仪表生产厂商会配套提供用于编制波形的计算机程序软件。实验要求使用实验室室装备的的Agiilennt公司司335521AA函数/任意波波形发生生器，图图6-2所示示，生成成所需波波形信号号。图6-2 Aggileent 335521AA函数和和任意波波形发生器器波形制作过过程本次实验中中，需要要生成载载波频率率1000kHzz，调制制信号为为波特率率5000Bauud的三三阶m序列（1111000100为一个个周期）的的2ASSK调制制波形。为为保证生生成波形形的质量量，设定定每载波波周期采采用2000个采采样点。由由于每比比特包含

46、含2000个载波波周期，相相应有440K个个采样点点。波形形的制备备过程如如下：步骤1：打打开软件件会自动动弹出sstarrt帮助助窗口，选选择“NewwWavvefoorm”产生一一个新波波形。设设定波形形的具体体参数如如下：波形发生器器硬件型型号（3335000-SSeriies）；波形持续时时间duurattionn=144ms，即即7个符号号 ；采样率saampllingg grratee=200M SSa/ss，即2000Saa/cyycleeX 1100kk cyyclees/ss=200M SSa/ss；如图6-33-1方方式设定定波形参参数，每每个比特特内包含含40KK个采样点

47、点，7个比特特共有2280KK个采样点。图6-3-1 波波形参数数设计步骤2：编编辑“1111”对应的波形片段。在Waveform选项卡 BasicSegment内，选择正弦信号Sine。设定参数如下：持续时间TTotaal TTimee =66ms，对对应于33个比特特；幅值Ampplittudee=1VVpp；偏移量Offfseet=00;载波周期数数Cyccless:=6600, 3个个比特共共包含6600个个载波周周期。点击OK确确认后，即即可在主主视窗创创建波形形，如图图6-33-2所所示：图6-3-2 “1111”对应应波形创创建结果果步骤3：编编辑“000”对对应的波波形片段段。

48、在WWaveeforrm选项项卡 BaasiccSeggmennt内，选选择直流流信号DDC。设设定参数数如下：持续时间TTotaal TTimee=4mms，对对应于22个比特特的持续续时间；偏移量Offfseet=00 V;点击OK，弹弹出插入入选择“InsserttOpttionn”窗口，选选择从尾尾端插入入“Insserttat thee ennd”选选项（图图11），即即可在主主视窗创创建波形形，如图6-3-3所示示：图6-3-3 “00”对对应波形形创建结结果步骤4，照照此前方方式编辑辑后续的的“1”和和“0”对对应的波波形片段段。可在在主视窗窗得到创创建完成成的波形形，如图图6-

49、33-4所所示：图6-3-4 创创建完成成的波形形步骤5: 波形创创建结果果的保存存。Aggileent信信号发生生器3335211能使用用的波形形文件为为.arrb格式式，创建建结果建建议保存存为此格格式。波波形文件件保存在在U盘内，将将U盘插入入Agiilennt信号号发生器器335521AA，仪器器就可读读取波形形。致谢首先，感谢谢袁老师师、李老老师等实实验指导导老师以以及课程程助教对对于此次次实验的的耐心指指导、悉悉心帮助助。老师师上课的的指导让让我们掌掌握了实实验的基基础知识识，课程程助教在在实验室室也不厌厌其烦的的为我们们解答疑疑惑，是是他们的的无私付付出让我我们可以以顺利的的完成

50、此此次实验验。其次，非常常感谢积积极合作作共同努努力的组组长和组组员们，是是他们的的认真刻刻苦、勤勤学善问问才完成成了系统统的设计计与实现现，同时时，也非非常感谢谢实验室室里其他他各组的的同学们们，他们们分享经经验教训训、乐于于互相探探讨，减减少了彼彼此走弯弯路的可可能，营营造了良良好的氛氛围。最后，感谢谢学校为为我们提提供了先先进的仪仪器设备备和完善善的实验验环境，让让我们能能够投入入实验、开开拓创新新、勇于于探索。再次真诚致致谢各位位的帮助助！参考文献1 上上海交通通大学电电子工程程系.系统设设计实践践与创新新2任务务课题11要求和和基本技技术指标标(20017-3-22修订发发布).ft

51、tp:/2002.1120.39.24882 上上海交通通大学电电子工程程系.系统设设计实践践与创新新2DDDS调调试心得得. ftpp:/2022.1220.339.22483 王王会华，李李宝平. m序列发发生器的的设计与与实现. 北京京电子科科技学院院学报.20007-66:155-2.4 指指导材料料：数字字锁相法法提取位位同步信信号以及及用匹配配滤波提提高抗噪噪性能.pdff. ftpp:/2022.1220.339.22485 指指导材料料：定制制和发生生任意信信号波形形 20014-5-113.ppdf. ftpp:/2022.1220.339.2248附录A 测测试和分分析测试

52、的项目目和方法法表1 第第一轮测测试基本本技术指指标（满满分555，总评评时按一一定规则则折算）检测项目检测条件检测方法评分规则供电电压直接观察。限限定使用用5V双电电源（可可仅使用用单路；允许单单片机或或FPGGA开发发板卡另另行有供供电）。不合规定则则停止评评测。已调制ASSK波形形MDO40034混混合域示示波器CCH1接接C点，并并定为触触发源；CH22轮流接接D点和A点；频频谱端口口接D点观察D点AASK波波形，并并与A点波形形比对，峰峰峰值小小于2VV，直流流分量为为零时域波形正正确得55分时域-频域域联合观观测时域-频域域同时观观测，操操作正确确得5分频谱峰值示示数，操操作正确确

53、得5分“解调”获获得基带带波形，操操作正确确得5分带通滤波器器（BPPFC）使用N93320BB频谱仪仪（带TTG）测测试幅度度频率特特性曲线线和参数数；TG输出00dBmm；频谱扫描开开始频率率50KKHz，结结束频率率1500KHzz，100-200次测量量取平均均建议RBBW取30KKHz 获得频谱曲曲线能正确操作作仪器示示出曲线线，得55分。自动测量频频谱峰值值点能正确操作作仪器，且且误差：小于等于33%，得得10分；大于3%小小于等于于5%，得得8分；大于5%小小于等于于10%，得6分；其他，得00分。自动测量33dB带带宽能正确操作作仪器，且且Q值：大于4.55小于等等于5，得5分

54、；否否则得00分。已调制FSSK/PPSK信信号频谱谱分析使用N93320BB频谱仪仪测试信信号频谱谱，接DD点；频谱谱扫描开开始频率率50KKHz，结结束频率率5000KHzz，建议RBBW取30HHz；由老师现现场指定定两种信信号之一一作为被被测观测FSKK信号能正确操作作仪器示示出频谱谱曲线，得5分。能正确操作作仪器标标定频率率峰值点点：屏幕同时示示出FSSK两个个频率点点，得10分；只能示出一一个频率率点，得得5分；观测PSKK信号能正确操作作仪器示示出频谱谱曲线，得5分。能正确操作作仪器标标定频率率峰值点点：屏幕同时示示出PSSK载波波基频和和二次谐谐波两个个频率点点，得10分；只能

55、示出一一个频率率点，得得5分；表2 任任务1A和任务务1B第二二轮测试试基本技技术指标标（满分分40，总总评时按按一定规规则折算算）检测项目检测条件检测方法评分规则对自制发送送机ASSK信号号的解调调自制发送机机电路输输出ASSK信号号，经信信道电路路，输入入接收机机电路观察H点的的解调后后波形，并并与A点波形形比对波形正确得得10分对任意波信信号源发发生的AASK信信号的解解调指定使用AAgillentt 3335211A注2任意波波形发生生器，波波形文件件由学生生制作和和准备，并并存储在在自带UU盘中示波器观测测任意波波形发生生器的输输出，必必须学生生操作以示波器CCH1观观察任意意波形发

56、发生器的的TTLL输出端端信号（波波形同步步信号），并并设为触触发源；以CHH2观察察波形输输出波形正确，得得10分。观察H点的的解调后后波形观测方式类类同前项项波形正确，得5分对自制发送送机FSK信号号的解调调观察H点的的解调后后波形，并并与A点波形形比对波形正确，得得5分对任意波信信号源发发生的FFSK信号号的解调调观察H点的的解调后后波形观测方式类类同前项项波形正确，得得5分位同步恢复复及基带带波形输输出注1眼图观测（按按“眼图图观测实实验模式式二”，即位同同步时钟钟来自接接收机恢恢复得到到的位时时钟），必须须学生操操作操作正确、波波形正常常得5分注1指指定仅测测试ASSK解调调。注2本

57、本轮教学学指定仅仅使用AAgillentt设备，暂暂不使用用Tekktroonixx设备。测试资源MDO40034混混合域示示波器、N93320BB频谱仪仪、Agiilennt 3335221A任任意波形形发生器器以及由由老师提提供的波波形文件件测试的结果果和分析析表9-3-1 第第一轮测测试结果果检测项目检测结果结果分析供电电压供电电压为为5VV双电源源（可仅仅使用单单路；允允许单片片机或FFPGAA开发板板卡另行行有供电电）正确已调制ASSK波形形时域、频域域、解调调信号正正确正确BPFC特特性测试试获得正确的的频谱曲曲线，能能够自动动测量频频谱峰值值点能够够自动测测量3ddB带宽宽，中心

58、心频率998.2261kkHz，Q值为4.86 结果符合参参数要求求，正确确FSK/PPSK信信号频谱谱分析能够得到FSK信号频域波形，同时标出两个频率点 正确表9-3-2 第第二轮测测试结果果检测项目检测结果结果分析自制发送机机电路给给出ASSK信号号的解调调点H和点AA波形比比对，波波形正确确且一致致（相似似）正确自制发送机机电路给给出FSK信号号的解调调点H和点AA波形比比对，波波形正确确且一致致（相似似）正确对任意波信信号源发发生的AASK信信号的解解调波形正确，解解调后波波形与原原波形包包络相同同。 正确对任意波信信号源发发生的FFSK信号号的解调调波形正确，解解调后波波形与原原波形

59、包包络相同同。正确眼图观测使用眼图观观测实验验模式二二观测任任意波发发生器AASK信信号的眼眼图正确附录B课程程学习心心得和意意见建议议 系统设设计实践践与创新新（2）课程程已经接接近尾声声，在这这一个学学期的短短暂确有有意义的的时间里里，我小小组的33名成员员分工明明确，通通力合作作，按照照要求循循序渐进进地完成成了发送送机电路路、信道道电路和和接收机机电路的的设计和和调试。在在此次创创新实践践的过程程中，我我们所有有小组成成员运用用工程的的方法和和流程解解决问题题，在学学习中进进步，在在进步中中学习，各各方面的的能力都都得到了了显著的的提高和和锻炼，涉涉及的各各方面知知识也有有更深入入的了

60、解解。学习习收获体体会主要要在几个个方面: 合作与与统筹的的能力：本小组组在三位位同学组组成之时时就依据据各自的的特长进进行了分分工，每每位成员员的能力力都得到到了很好好的发挥挥，时更更有知识识和能力力上的互互相的补补充。同同时，小小组成员员合理安安排自己己的时间间，把小小组的共共同利益益放在第第一位，在在成员共共同课余余时间内内组织共共同前往往实验室室完成实实验，部部分成员员课余时时间单独独对所负负责部分分进行分分析、改改进，大大家共同同努力，极极大地提提高了实实验的进进度使实实验有条条不紊地地进行下下去，没没有一点点矛盾产产生。 自学能能力：自自学能力力的提升升可以说说是本课课程给我我们带