软件无线电技术实验报告-实验五

PAGEPAGE1电子科技大学实验报告学生姓名：李志学号：2011019070023指导教师：沈莹邮箱：634897551@一、实验室名称：通信信号处理及传输实验室二、实验项目名称：基带载波解调技术实验三、实验原理：1、基带线性载波解调技术原理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（FSK）和相移键控（PSK）。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。在接收端运用相干或非相干解调方式，进行解调，还原出原数字基带信号。解调的最终目的是消除频差项，判决出正确的码元数据。如果能跟踪相位的变化，并且得出正确的相位估计值为： （5.1）那么消除由于的存在而引入的调相可以通过坐标旋转而获得，即： （5.2） （5.3）其中，、是和经过旋转角而得到的数据输出。解调器的工作原理就是用估计出的相位对接收数据进行坐标旋转变换，消除和两个因子，提取出传输的数据，从而完成解调过程。旋转变化运算中，相位估计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。（1）二进制相移键控（BPSK） 对于BPSK调制方式，如果没有信道引入的多径损耗，接收的BPSK信号可表示为： （5.4）其中对应于信道中时间延迟造成的相移。BPSK使用相关，或者叫同步的解调方法，这要求在接收机端获知载波的相位和频率信息。如果和BPSK信号同时传输一个低幅值的载波导频信号，可以用Costas环或者平放环从接收到的BPSK信号中，恢复同步载波的相位和频率。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1或者0，从而实现数据解调。（2）四相相移键控（QPSK）就如同QPSK调制方式可以等效看成是同相和正交两路分别进行BPSK一样，QPSK的相干解调可以看成是与BPSK解调方法原理相同，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BPSK解调。在完成QPSK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最后的解调信息。（3）差分PSK差分PSK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3dB的下降。DPSK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，从调制的差分编码信号恢复出原始信号。2、基带恒包络线性载波解调技术（1）频移键控（FSK）以2FSK的相干解调为例，其接收机由两个乘法器，分别与本地信号相乘。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信息进行解调。该接收机的构成如下：（2）最小频移键控（MSK）MSK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，在每两比特结束时送入判别器。根据积分器输出电平的大小，阀值检测器决定信号是0或1。再根据输出数据流的先后顺序组合得到解调信号。由于MSK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用相干解调方式。（3）高斯最小频移键控（GMSK）GMSK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FM鉴别器。载波恢复有时由DeBuda方法实现：两路不连续频率分量之和经过倍频后再除以4。该方法类似于Costas环路，并且等效于带有倍频器的锁相环。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D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4倍。3．基带载波解调技术实验结构基带载波解调技术实验系统主要包括三部分：PC机、基带信号发生器、示波器以及软件无线电实验平台。（1）PC机：基带信号发生器用户图形界面（GUI）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（GUI）。如图2所示。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式等等。（2）基带信号发生器（BSG）这里的基带信号发生器是一款基于包传输格式的基带信号发生器。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；并能够模拟多种具体实现产生的系统影响和实际信道影响模型，来帮助构建真实的无线通信网络环境。从而使不可控制且又存在系统和信道影响的复杂通讯环境，能够根据实际测试需要人为加以控制。基带信号发生器I/Q两路发射信号端口采用的是标准BNC接口。（详细的使用说明请参考附录）（3）示波器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。（4）软件无线电实验平台 软件无线电实验平台调用DSP程序，对上述基带信号发生器产生的信号进行解调，并基于ARM界面显示出解调后的数据。测试系统工作流程如下：将BSG的网口与PC机的网口通过以太网线连接好。将BSG的I/Q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。运行基带信号发生器用户图形界面GUI。通过BSGGUI对BSG硬件进行网络设备配置，确保BSG硬件能与PC机正常通信（具体方法参见基带信号发生器用户图形界面（GUI）使用简介）。根据测试需求，在GUI上设置所需测试环境信号的参数。发送信号，BSG根据GUI上设置的参数产生响应的I/Q两路发射信号，在GUI上可以观察到统计的发射数据帧情况以及PPDU的内容。用示波器观察BSG发送的基带调制信号。在软件无线电解调系统的液晶屏上观察接收到的数据。实验目的：分析二进制相移键控(BPSK)、四进制相移键控(QPSK)解调技术的原理；熟悉BPSK、QPSK接收机的结构；分别观察BPSK、QPSK解调数据的结果；熟悉数据发送与解调之间的关系。分析差分二进制相移键控(DBPSK)、差分四进制相移键控(DQPSK)解调技术的原理；熟悉DBPSK、DQPSK接收机的结构；分别观察DBPSK、DQPSK解调数据结果；熟悉数据发送与解调之间的关系。分析频移键控(FSK)、最小频移键控(MSK)、高斯最小频移键控(GMSK)解调技术的原理；分别观察MSK的解调结果。掌握如何用DSP来实现BPSK、QPSK、FSK、MSK解调实验内容：（1）基带载波解调技术基础实验；分析并观察BPSK、QPSK、DBPSK、DQPSK、MSK调制波形及解调结果； （2）基于DSP的信号调制实验；基于CCS编程实现QPSK调制信号的解调。实验器材（设备、元器件）：计算机、软件无线电实验箱、示波器、DSP仿真器、FPGA仿真器、＋5V电源实验步骤及实验数据结果分析：本实验由基带信号发生器产生各种调制信号，并送入到软件无线电实验平台，使用DSP实现对各种调制信号的解调。1. 基带载波调制技术解调实验通过实验平台的菜单窗口提示，利用键盘选择菜单内容，逐级进入该实验操作界面，在实验平台观察解调数据结果。具体步骤如下：检查实验平台左上方和右下方的PowerSwitch是否处于关闭（OFF）状态；检查实验平台的电源线是否连接正确，若连接正确，实验平台右下方的PowerReady指示灯会亮起；将实验平台左上方的PowerSwitch置为开启（ON）状态，实验系统进入启动状态，观察实验平台中部的显示屏直至进入“高级软件无线电教学系统”；按下“确认（回车）”键进入系统实验列表；选择“2”按Enter键，进入基带实验列表；选择“2”按Enter键，屏幕显示“进入实验中，请稍候”提示框，直至进入基带解调实验列表；将信号发生器接上电源，并开启；将信号发生器的I和Q路端口分别与实验系统底部的RXI和RXQ连接；启动终端计算机，打开信号发生器软件；（1）BPSK解调实验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（网络配置请参考《信号发生器使用手册》），观察窗口右下端，当显示“Open”时表示网络已连接通，如图4所示。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“20”字节，数据产生模式选择“RandomData”，发送时间间隔输入“1000”，数据包传输模式“Auto”，如图5所示；选择“1”按Enter键进入BPSK解调实验，实验平台显示BPSK实验链接提示，利用“下翻键”查看提示内容，按照软件无线电实验平台界面的提示进行后续操作；提示内容最后页按Enter键，屏幕显示“进入实验中，请稍候”提示框，直至界面出现解调数据显示框，在该窗口观察解调后的数据。（2）QPSK解调实验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（网络配置请参考《信号发生器使用手册》），观察窗口右下端，当显示“Open”时表示网络已连接通，如图4所示。在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择“QPSK”，数据长度选择“20”字节，数据产生模式选择“RandomData”，发送时间间隔输入“1000”，数据包传输模式“Auto”。点击信号发生器软件的发送按钮，在右侧的观测栏可以看到数据包数的递增，表示信号已在发送。选择“2”按Enter键进入QPSK解调实验，实验平台显示QPSK实验链接提示，利用“下翻键”查看提示内容，按照软件无线电实验平台界面的提示进行后续操作；提示内容最后页按Enter键，屏幕显示“进入实验中，请稍候”提示框，直至界面出现解调数据显示框，在该窗口观察解调后的数据。（3）DBPSK解调实验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（网络配置请参考《信号发生器使用手册》），观察窗口右下端，当显示“Open”时表示网络已连接通，如图4所示。在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择“DBPSK”，数据长度选择“20”字节，数据产生模式选择“RandomData”，发送时间间隔输入“1000”，数据包传输模式“Auto”。点击信号发生器软件的发送按钮，在右侧的观测栏可以看到数据包数的递增，表示信号已在发送。选择“3”按Enter键进入DBPSK解调实验，实验平台显示DBPSK实验链接提示，利用“下翻键”查看提示内容，按照软件无线电实验平台界面的提示进行后续操作；提示内容最后页按Enter键，屏幕显示“进入实验中，请稍候”提示框，直至界面出现解调数据显示框，在该窗口观察解调后的数据。（4）DQPSK解调实验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（网络配置请参考《信号发生器使用手册》），观察窗口右下端，当显示“Open”时表示网络已连接通，如图4所示。在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择“DQPSK”，数据长度选择“20”字节，数据产生模式选择“RandomData”，发送时间间隔输入“1000”，数据包传输模式“Auto”。点击信号发生器软件的发送按钮，在右侧的观测栏可以看到数据包数的递增，表示信号已在发送。选择“4”按Enter键进入DQPSK解调实验，实验平台显示DQPSK实验链接提示，利用“下翻键”查看提示内容，按照软件无线电实验平台界面的提示进行后续操作；提示内容最后页按Enter键，屏幕显示“进入实验中，请稍候”提示框，直至界面出现解调数据显示框，在该窗口观察解调后的数据。（5）MSK解调实验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（网络配置请参考《信号发生器使用手册》），观察窗口右下端，当显示“Open”时表示网络已连接通，如图4所示。在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择“MSK”，数据长度选择“20”字节，数据产生模式选择“RandomData”，发送时间间隔输入“1000”，数据包传输模式“Auto”。点击信号发生器软件的发送按钮，在右侧的观测栏可以看到数据包数的递增，表示信号已在发送。选择“6”按Enter键进入MSK解调实验，实验平台显示MSK实验链接提示，利用“下翻键”查看提示内容，按照软件无线电实验平台界面的提示进行后续操作；提示内容最后页按Enter键，屏幕显示“进入实验中，请稍候”提示框，直至界面出现解调数据显示框，在该窗口观察解调后的数据。2．基于DSP的信号解调实验（1）信号解调DSP基础实验A．扩展实验->DSP扩展实验->基本信号解调实验；B．打开CCS，将DSPDEMODULATE文件夹下DSPDeMODULATE.pjt工程文件载入；C．编译仿真，将main.out下载到DSP中，运行；D．在ARM端的WINCE界面输入数据，按确认发送数据；E．在ARM端的解调数据显示窗口会显示解调后的数据，对比原