软件无线电原理与技术实验报告

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1、 题目：《软件无线电原理与技术》实验报告 姓名： 学院：信息科学与技术学院 系：通信工程系 专业： 年级： 学号： FSK调制与解调 2012 年 7 月 1 日 教师： 《软件无线电原理与技术》实验报告 FSK调制与解调 一、实验目的 理解FSK调制与解调的原理与意义 掌握DDS的用法 练习和熟悉程序的编写与仿真验证 掌握FSK调制与解调的数字实现过程 二、实验原理 FSK调制原理 2FSK(二相频移键控)是用两

2、个不同频率的正弦波形来传送码元“0”和“1”。 _户8sgl+2发送4T时 (acoM卬+a)发送"0"时 (a调频法 A(t) 2FSK信号的产生方法主要有两种，一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其输出两个不同频率的码元如图1(a)所示。第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如图1(b)所示。 ⑻开美法 图12FSK调制原理框图 其中，由调频器产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的，如图2所示；而开关法产生的2FSK信号由两个独立的频率源构成，所以2FSK在相邻码元之间的相位不一定是连续的。

3、 图22FSK信号波形图 实验设计一款2-FSK调制器。 功能要求：要求当信号并行输入时，输出已调信号和输出使能信号。载波信号由DDS1块 生成，输出的使能信号out_fsk_en经IO1显示在示波器上，输出的已调信号经D/AK块I路显示在示波器上进行观察。 时序要求：当输入使能信号in_fsk_en为高电平时，信号输入2-FSK调制器；当调制模块输出使能信号out_fsk_en无高皿平时，输出已调信号。 参考设计：分为五个模块实现（拨码开关输入模块、DDS1模块、DDS2模块、FSK调制 模块、DA输入模块）。其中拨码开关输入模块实现拨码开关输入的并用转化，并产生输出

4、使能信号。DDS1模块由IP核DDSCompiler生成，产生余弦信号，设置为系统时钟40MHz输出时钟，分辨率为1HZ；输入时钟时能信号ce,输出余弦信号cosine,其他设置为默认。DDS2模块由IP核DDSCompiler生成，产生余弦信号，设置为系统时钟40MHz输出时钟，分辨率为1HZ；输入时钟时能信号ce,输出余弦信号cosine,其他设置为默认。FSK调制模块实现fsk调制，DA输入模块实现补码转偏移码以便数据输入DA模块，实现框图如图3所示。 图3 2FSK调制器实现框图 io_p2s[7 0] 括噂n elk FSK解调原理 2FSK信号的解调分为相干解调

5、和非相干解调两类。非相干解调原理框图如图4所示。 图42FSK信号的非相干解调结构框图 本实验采用相干解调法，相干解调原理框图如图5所示。 图52FSK信号的相干解调结构框图 实验设计一款2-FSK调制/解调器： 功能要求：当信号输入时，输出解调信号以及输出使能信号。实验中的输入信号可用拨码开关输入，载波信号由DDS模块生成，输出的使能信号out_defsk_en经IO1显示在示波器上，输出的解调信号经IO2显示在示波器上。 时序要求：当输入使能信号in_fsk_en为高电平时，信号输入2-FSK调制器，当输出使能信号out_defsk_en为高电平时，输出解调信

6、号。 参考设计：分为五个模块实现（拨码开关输入模块、DDS1模块、DDS2模块、FSK调制 模块、FSK解调模块），其中拨码开关输入模块实现拨码开关输入的并用转化，并产生输出使能信号。DDS1模块由IP核DDSCompiler生成，产生余弦信号，设置为系统时钟40MHz输出时钟，分辨率为1HZ；输入时钟时能信号ce,输出余弦信号cosine,其他设置为默认。DDS2模块由IP核DDSCompiler生成，产生余弦信号，设置为系统时钟40MHz输出时钟，分辨率为1HZ；输入时钟时能信号ce,输出余弦信号cosine,其他设置为默认。FSK调制模块实现fsk调制。FSK解调模块实现fsk的相干

7、解调，其中包括两路带通滤波器模块、两路相乘模块和两路低通滤波器模块六个子模块，实现框图如图6所示。 码关入块 拨开输模 out fsk en out d2s ce cLk — S1生波埃 加产载模 S2生波块 DD产载模 cdsmeA [5 uj rst clh cLk ] Dirt def sfc isn out.defsk 图62FSK调制/解调器实现框图 三、实验内容 FSK调制与解调的Matlab仿真 FSK调制与解调的FPGA代码的设计 FSK调制与解调功能的仿真 FSK调制与解调的测试 四、实验步骤 FSK调制与解调的Matl

8、ab仿真 ⑴启动Matlab,新建Mt件，根据FSKS制与解调原理编写matlab代码，实现2-FSKM制与解调。 (2)运行编写的M文件，得到输入信号、调制后的信号和解调后的信号波形，记录下来。 FSK调制与解调功能的仿真及测试 FSK调制功能的仿真及测试 (1)创建ISE工程FSK并设置设备参数。 (2)根据参考设计编写拨码开关输入模块和FSK调制模块的FPGA代码，并加入工程。 ⑶使用IP核产生DDS1模块和DDS2模块。注意输入输出和参数的设置。 DDS Compiler v2. 1 OutputFrequencies Range：0..40.0HHz

9、 OutputChannelFrequency IPSymbol ⑷编写测试文件设定输入信号，通过ISE调用Modelsim仿真。注意，进行ModelSim仿真时,请用本实验文件夹中的SRC文件夹中的工程进行仿真。 (5)Modelsim被调用开启后，选中需要观察的信号，在Transcript中先后运行指令restart 和runo (6)观察各信号波形，填写Modelsim的仿真结果。 输入的信号： 01110101(从左到右为高位到低位，输出信

10、号低位先出，高位后出) 观察调制后的信号波形及输出使能信号： (7)根据参考设计编写DA输入模块的FPGA代码，并加入工程。 (8)将约束文件加入工程，并结合实验箱的管脚编写约束文件。 ⑼综合、实现、硬件编程后，给实验箱上电，将生成的bit流文件下载到实验平台上。 (10)拨动拨码开关SW9设置输入信号，拨动拨档开关SW1和KEY1控制输入使能信号和复位信号，示波器的一支表笔接在IO1上观察输出使能信号，另一支表笔接在DA模块I路输出上观察已调信号。观察示波器上输出使能信号和调制后的波形，并记录下来。 FSK解调功能的仿真及测试 ⑴创建ISE工程DEFSK并设置设备参数。

11、 (2)根据参考设计编写拨码开关输入模块、FSK调制模块和FSK解调模块的FPGA代码，并加入工程。 (3)使用IP核产生DDS1模块和DDS2模块。注意输入输出和参数的设置 v2. 1 ㈣(交搀DDSCompiler CLK —> CE—> SCLR ―> WE —> REGJB ELECT ―> .ADDR[0:0] - 口 AT启淤5 :0] ■»RDY 子RFD »CH.ANNEL[0:0] »SINE[5:0] *COSINE[5:0] Output Frequenci es Range ： 0. .

12、 40. 0 MHz Chajmel Output Frequency (■Hi) 1 5.5 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 T 0 8 0 9 0 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 0 vlO 0 Width * Ruigc； 2.. 64 ,■1 Data Type " Si gned 6 Ruige： 2.. 64 (4)使用IP核产生FSK解调模块中的子模块两路相乘模块。注意输

13、入输出和参数设置 便Multiplier C&mporiftntNam电：CARRIEKMUL MultiplierType ParallelMui11plier OConstant-Co#fficisntMultiplier InputOptions FortA DataType:Signed (5)使用IP核产生FSK解调模块中的子模块两路带通滤波模块。注意输入输出和参数的设置。其中需要添加coe文件，我们借助FDAtool设计滤波器并导出coe文件。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Frequency (MHz) FileEditAn

14、alysisTargetsViewWindowHelp 国田口与口分QQXQK臼团旧矣吟田厂因塌。国回应 r-CurrentFillerInformation「MagnitudeResponse(dB) Structure:Direct-FormFIR Order:25 Stable:Yes Source:Designed StoreFilter... FilterManager… CSpecifyorder:j G>Minimumorder _Options DensityFactor:20 一FilterOrder _FrequencySpecif

15、ications DesignFilterI MagnitudeSpecifications Units:dBv DesigningFilter...Done FileEditAnalysisTargetsViewWindowHelp 口¥口昌IA您QQXDB2臼国前岩古田厂因端❶四日H -Ci>rentFilterInformation _MagnitudeResponse(dB) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Frequency (MHz) Structur

16、e:Direct-FormFR Order25 Stable:Yes Source:Designed(quantized) ( StoreFilter I I FilterManager I _ResponseType Lowpass V Highpass V QBandpass FilterOrder OSpedfyorder:j QMinimumorder OBandstop ODifferentiatorv -DesignMethod 0HRButterworth ®firEquiripplev rOp

17、tions DensityFactor:20 DesigningFilter..Done 产[R Ci4ttiplnkl#hl-vi C士zr・d「一 Elh-k第p—>■ Wil■ 小一1-w Ihim 『U1』H匚dMh 匚■"”[■上・1l-'加' “iw-r, lE-IHBlifllK-BfclffM"IIVl 占iIk・ ■ill*b»/n. .理r『•<?

18、 才Jp lAfHMh&tiTn~* 事 』■IMI ffIWaIM 1・.MMIvi■LTj^iW!J.Hi-i b，■uA Ehl|MJkXLfHiIIh SfMNuuii±m« Zerjiria. Mim旭。"1Ina «Im«hbH t ，哺*Imi^miivd-nii7*^a»J0B 制吊3,llawe。* i«l，■ihaaflbL FIRCo«uiler

19、 (6)使用IP核产生FSK解调模块中的子模块两路低通滤波模块。注意输入输出和参数的设置。其中需要添加coe文件，我们借助FDAtool设计滤波器并导出coe文件。 ⑺编写测试文件设定输入信号,通过ISE调用Modelsim仿真。注意，进行ModelSim仿真时,请用本实验文件夹中的SRC文件夹中的工程进行仿真。 (8)Modelsim被调用开启后，选中需要观察的信号，在Transcript中先后运行指令restart 和runo (9)观察各信号波形，填写Modelsim的仿真结果。 输

20、入的信号： 01110101(从左到右为高位到低位，输出信号低位先出，高位后出)观察解调后的信号波形： (10)将约束文件加入工程，并结合实验箱的管脚编写约束文件。 (11)综合、实现、硬件编程后，给实验箱上电，将生成的bit流文件下载到实验平台上。 (12)拨动拨码开关SW9设置输入信号，拨动拨卞3开关SW1和KEY1控制输入使能信号和复位信号，示波器的一支表笔接在IO1上观察输出使能信号，另一支表笔接在IO2上观察解调后的信号波形。观察示波器上的信号波形，并记录下来。 五、实验结果与分析 1、Matlab仿真代码如下： Fc=10;??%载频 Fs=40;??%系统采样频率

21、 Fd=1;??%码速率 N=Fs/Fd; df=10; numSymb=25;%行仿真的信息代码个数 M=2;????%进制数 SNRpBit=60;%W噪比 SNR=SNRpBit/log2(M); seed=[1234554321]; numPlot=25; %生25个二进制随机码 x=randsrc(numSymb,1,[0:M-1]);%产生25个二进制随机码 figure(1) stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx'); title('二进制随机序列’) xlabel('Time'

22、;); ylabel('Amplitude'); 涮制 y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df); numModPlot=numPlot*Fs; t=[0:numModPlot-1]./Fs; figure(2) plot(t,y(1:length(t)),'b-'); axis([min(t)max(t)]); title('调制后的信号') xlabel('Time'); ylabel('Amplitude'); %在已调信号中加入高斯白噪声 rand

23、n('state',seed(2)); y=awgn(y,SNR-10*log10-10*log10(N),'measured',[],'dB');%在已调信号中加入高斯白噪 figure(3)plot(t,y(1:length(t)),'b-');%画出经过信道的实际信号 axis([min(t)max(t)]); title('加入高斯白噪声后的已调信号') xlabel('Time'); ylabel('Amplitude'); %相干解调 figure(4)

24、 z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk/eye',M,df); title('相干解调后的信号的眼图') 哪输出波形的相干M元频移键控解调 figure(5) stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx'); holdon; stem([0:numPlot-1],z1(1:numPlot),'ro'); holdoff; axis([0numPlot]); title('相干解调后的信号原序列比较') legend('原输入二进制随机序列'

25、;,'相干解调后的信号') xlabel('Time'); ylabel('Amplitude'); %非相干解调 figure(6) z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk/eye/noncoh',M,df); title('非相干解调后的信号的眼图') 哪输出波形的非相干M元频移键控解调 figure(7) stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx'); holdon; stem([0:numPlot-1],z2(1:numPlot

26、),'ro'); holdoff; axis([0numPlot]); title('非相干解调后的信号') legend('原输入二进制随机序列','非相干解调后的信号') xlabel('Time'); ylabel('Amplitude'); %误码率统计 [errorSymratioSym]=symerr(x,z1); figure(8) simbasebandex([0:1:5]); title('相干解调后误码率统计') [errorSymrati

27、oSym]=symerr(x,z2);???? figure(9) simbasebandex([0:1:5]); title('非相干解调后误码率统计’) 班除高斯白噪声 Delay=3;R=;PropD=0;??%滞后3s [yf,tf]=rcosine(Fd,Fs,'fir',R,Delay);????%升余弦函数 [yo2,to2]=rcosflt(y,Fd,Fs,filter',yf); 啕口入高斯白噪声后的已调信号和经过开余弦滤波器后的已调信号t=[0:numModPlot-1]./Fs; figure(10) plot(t,y(

28、1:length(t)),'r-'); holdon; plot(to2,yo2,'b-'); holdoff; axis([030]); xlabel('Time'); ylabel('Amplitude'); legend('加入高斯白噪声后的已调信号','经过开余弦滤波器后的已调信号')title('升余弦滤波前后波形比较') eyediagram(yo2,N);%眼图title('加入高斯白噪声后的已调信号的眼图') 得到的输入波形如下：

29、 解调信号波形如下: 解调信号波形与原始信号相同。 2、在示波器上，输入信号和调制后的信号波形如下: CBTFiCifS" carriefb 3、在示波器上，输入信号和解调后的信号波形如下: 调制后的波形 01110101（从左到右是高位到低位） ■I2L 4、观察 0 FPG顺现的内部结构以及布局布线、信号框图如下: ch 碗 out:jjSs cc»na|S:0t co»nDi3:OF EJP&W%«* elk叫tjtejtn GjWCjtfl rU 输入信号 解调后的波形 01011011（从左到右是高位到低位） ■ ■ ■ （从左到右是高位到低位） □修峥;口。I0ul_da_i3ditiiiaQ| elk.ouri_da_wT