软件无线电原理与技术实验报告

1、题 目：软件无线电原理与技术实验报告FSK调制与解调姓 名：学 院：信息科学与技术学院系：通信工程系专 业： 年 级：学 号： 教 师：2012 年 7 月 1 日软件无线电原理与技术实验报告FSK调制与解调、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、实验原理FSK调制原理2FSK(二相频移键控)是用两个不同频率的正弦波形来传送码元“ 0”和“T+发送 T 时比0(卯+仇)发送CT时(a调频法A2FSK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(

2、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。开关法图1 2FSK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。图2 2FSK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DD模块生成，输出的使能信号out_fsk_en经101显示在示波器上，输出的已调信号经 DA莫块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_f

3、sk_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为高电平时，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串转化，并产生输 出使能信号。DDS1模块由IP核DDS Compiler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

4、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In_p2s(7 0就elkFSK解调原理2FSK信号的解调分为相干解调和非相干解调两类。非相干解调原理框图如图4所示。图4 2FSK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5 2FSK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ou

5、t_defsk_en经101显示在示 波器上，输出的解调信号经102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串转化，并产生 输出使能信号。DDS1模块由IP核DDS Compiler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

6、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。in_p2s Dllin_f3fc_en E St elk 码羌入块拨开输模out fsk ernout d2sco s ineA 5 u cLk 口lltf 号k: (5： ocecLk DDSl 产生 载波 模块elk 0：LtnEEl5；rstelk调制模块cosi

7、ntA3：o解调模块out_def sk_enout.defskelk图6 2FSK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Matlab仿真(1) 启动Matlab，新建M文件，根据FSK调制与解调原理编写matlab代码，实现2-FSK调制与解 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

8、拨码开关输入模块和 FSK调制模块的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。CLKCESCLRWEREG.SELECTADDRO:ODATA(25:0JnRDYRFDCHANNELP：O)$INE5:0JC0$INE(5DOutput FrequenciesRange： 0. .40.0 IIHzOutputChejmelFrequency (Hz)Output Fr equerLCi ezRange： 0. . 40. 0 MHzCLKCESCLR WE F：EG_S ELECT .ADDR|D:0DATA25:0 4RDYF：F

9、DCHANNELU:Li-SINE5:D-COSINE5:DChajmelOutput Frequency (1Hz)12.52030405060T08090100110120130140150160IF Symbol 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 Tran script 中先后运行指令restart 和 run。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

10、出信号低位先出，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。(9) 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(1) 创建ISE工程DEFSK并设置设备参数。(2)

11、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. 1DDS CompilerCLK 一CE 一SCLF： 一WE REG_SELECT 一ADDRD:0 -DM.A25:D -F：DYRFDCHNNEL0:0L4SINE5:0-COSINE5:DOut put FrequerLci esRange: 0. . 40. 0 MHzChaiuielOutput Frequency (Hi)15.52030405060T08090100110120130140150160(4)

12、 使用IP核产生FSK解调模块中的子模块两路相乘模块。注意输入输出和参数设置vlO 0MultiplierF11HCompontnt Him电：CARBIEEMULNultiplitr Typt：.莎 Par all el Multipli er-ant-UoEffi ci *nt Multipli erInput Op lionsFort AD&ta Typ*Widthfort BData TypeWidth :2. 642 64(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

13、。File Edit Analysis Targe ts Vi ew Window HelpD3IS 僅直妙Q K HSS4lj-bJOS0 Tr- Current Filler InformationMagnitude Response (dB)Structure: Direct-Form FIROrder:25Stable:YesSource:DesignedStore Filter.2481012141618Frequency (MHz)o o o o o2 4 6 8 - - - - mp) 2EWU 忌 wFilter Onager Designing Filter. DoneL_S

14、lore FilterJ厂Filter ManagerJFrequency (MHz)_ Response TypeO LowpassO HighpassQ BandpassO Bandstop ol Fitter OrderO Specify order:?：Q Minimum orderDifferentiator一 Design MethodORButterworthFIR EquirippleFIR EquirippleFstopl:Design FilterFpassl:Fpass2:Fstop2:l Frequency SpedficationsUnits: MHzvFile Ed

15、it Analysis Targets Vi ew Window HelpCurrent Filter InformationMagnitude Response (dB)Structure:Direct-Form FROrder:25Stable:YesSource:Designed (quantized)Designing Filter . Donefh lil* Ikrita* mvv-finH|d. I* L-i.Li* IL -ra*il Ci i hhU 卑1|.1 士-UU- C YA Hrtt4TaUti-*2WIIB.即1匚劇n电C BM1r lE+didlK-Mil-Wi

16、lblj i fk J*dlCli MlfF呻丁科Mhrr 1 U1*imi iwi i Tn-*=d0H4iw imi 也mif-Lh*b 1 31! 1 Ii JTjmhL It 9 戸 n A I U Ml utaUI ibSil K3 ZUIhM a W WH EhlpM Wat iLj MbM UiiJ LMtaLMii Z#ihdlA.lm h口IW|M IWiHirtd Jua4SI * fill MF1 *dfl LIiFLAD孑叶z *#!q t-1 5ta4AhMUhT I iM MiJ Ak|hwp IM4bFmiA* fepin I仙平tapife k* 1lri i-

17、 t Il tI *(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。 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 Tran script中先后运行指令restart和 run。(9) 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，输出信号低位先出，高位后出

18、) 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101上观察输出使能信号，另一支表笔接在102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Fd=1;? ? %码速率N=Fs/Fd;df=10;numSymb=25;进行仿真的信息代码个

19、数M=2;? ? ? %进制数SNRpBit=60;%言噪比SNR=SNRpBit/log2(M);seed=12345 54321;numPlot=25;沪生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: nu mPlot),bx);title(二进制随机序列)xlabel(Time);ylabel(Amplitude);%调制y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,fsk,M,df);numModPlot=nu mPlot*Fs;t=0: num ModPlot-1./Fs;f

20、igure(2)plot(t,y(1:le ngth(t),b-);axis(m in(t) max(t);title( 调制后的信号)xlabel(Time);ylabel(Amplitude);%在已调信号中加入咼斯白噪声randn (state,seed(2);y=awg n(y,SNR-10*log10-10*log10(N),measured,dB);%在已调信号中加入高斯白噪声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)

21、;ylabel(Amplitude);%相干解调 figure(4) z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,fsk/eye,M,df); title( 相干解调后的信号的眼图 ) 潮输出波形的相干M元频移键控解调 figure(5)stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx); hold on;stem(0:numPlot-1,z1(1:numPlot),ro);hold off;axis(0 numPlot );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 , 相干解调后的信号 ) xlabel(Time);ylabel(Amp

22、litude);%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 ) 潮输出波形的非相干M元频移键控解调 figure(7)stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx); hold on;stem(0:numPlot-1,z2(1:numPlot),ro);hold off;axis(0 numPlot );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errorSym ratioSym=symerr(x,z1); figure(8)