基于DSP的調(diào)制解調(diào)原理及過程設(shè)計中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院信息鄒柯答辯PPT

1、基于DSP的調(diào)制解調(diào)及過程設(shè)計答辯者：鄒柯學(xué) 號：22100804班 級：信息10-1 指導(dǎo)教師：徐若鋒 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求： 學(xué)習(xí)掌握軟件無線電基本原理、DSP工作原理、相移鍵控下幾種調(diào)制方式的基本原理和性質(zhì)等，通過實驗平臺完成軟件無線電BPSK和QPSK調(diào)制解調(diào)的過程設(shè)計。22目 錄第1部分 設(shè)計平臺搭建第2部分 BPSK調(diào)制解調(diào)過程設(shè)計第3部分 QPSK調(diào)制解調(diào)過程設(shè)計33圖2-2 軟件無線電發(fā)射機圖2-3 軟件無線電接收機1.1.1 軟件無線電硬件開發(fā)平臺實物圖1.1 軟件無線電硬件開發(fā)平臺介紹第1部分 設(shè)計平臺搭建441.1.2 軟件無線電硬件開發(fā)平臺的連接按照圖2-4所示，將收

2、發(fā)信機連接好。然后用電腦通過仿真器連接到發(fā)送端DSP板卡上，發(fā)送端DSP板卡通過TECHV插槽擴展DAC板卡。將P8、P1口的信號分別接入到發(fā)射機的I、Q信號輸入端。用傳輸屏蔽線將ADC板卡上的AD1口、AD2口分別和接收機的I、Q信號輸出口相連接，然后給收發(fā) 信機和本振信號源接通電源。將“9_BPSK/11_QPSK”燒寫到發(fā)送端DSP板卡上的FLASH中，使發(fā)送端可以脫離電腦自舉運行。接下來用電腦通過仿真器連接到接收端 DSP 板卡上，加載“10_DeBPSK/ 12_DeQPSK”程序?？赏ㄟ^單片機板改變發(fā)送的數(shù)字信源；通過CCS內(nèi)部的圖形輸出窗口觀察相應(yīng)的BPSK/QPSK信號，也可使

3、用示波器的兩個通道分別接DAC板卡上的P1、P8口，即分別接同相和正交分量，在示波器上將兩個通道相加觀察輸出波形。551.1.3 軟件無線電開發(fā)平臺結(jié)構(gòu)框圖及信號流程發(fā)射端：圖2-5 發(fā)射終端結(jié)構(gòu)框圖接收端：圖2-6接收終端結(jié)構(gòu)框圖發(fā)送信號流程： 將要發(fā)送出去的二進制數(shù)據(jù)由TMSC6713 DSP生成通道所需要的基帶I路和Q路信號；D/A變換器AD9765將生成的基帶I路和Q路的信號轉(zhuǎn)換為模擬的I路和Q路的信號，各通道的模擬I/Q信號再通過零中頻I/Q 調(diào)制器MAX2721上變頻到2.4GHz的射頻信號，然后經(jīng)過功率放大器MAX2242放大后送到天線陣列進行輻射，形成一個下行的波束。接收信號流

4、程： 從天線陣列接收到的射頻信號在經(jīng)過MAX2644低噪聲放大器放大后進入MAX2701零中頻I/Q解調(diào)器進行I/Q的相關(guān)解調(diào)，然后將解調(diào)出來的基帶I路和Q路的信號送入AD9238模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后將該數(shù)字信號送入TMSC6713DSP進行處理。66 DSP芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域1.1.4 DSP介紹77 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu) DSP芯片的特征處理能力強：可同時執(zhí)行8條指令，運算能力可達(dá)1G FLOPS；指令周期3.3ns、2400MIPS、1800MFLOPS，2個浮點運算單元，2個浮點/定點運算單元，4個浮點/定點乘法器。 RAM：4KB程序、4KB數(shù)據(jù)、256KB通用 總存儲器空

5、間達(dá)到512M 功耗低：內(nèi)核1.4V，外圍3.3V 16ch的增強型DMA 2個McASP、2個McBSP、2個32bit定時器及PLLDSP系統(tǒng)的構(gòu)成881.2 軟件無線電軟件開發(fā)平臺介紹1.2.1 CCS開發(fā)環(huán)境使用CCS開發(fā)應(yīng)用程序的一般步驟打開或者新建一個工程文件，在這個工程文件中包含了目標(biāo)文件、鏈接命令文件、包含文件、庫文件以及源程序。編輯各類文件，可以使用CCS提供的集成編輯環(huán)境，對頭文件、鏈接命令文件和源程序進行編輯。選擇View-Graph-Time/Frequency打開圖形屬性窗口（Graph Property Dialog），在彈出的圖形屬性對話框中，用戶可按照實驗相關(guān)的

6、要求進行修改Graph Title 、Display Type、 Start Address、Acquisition Buffer Size等的參數(shù)。點擊OK，將出現(xiàn)一個圖形窗口。選擇View-Memory打開內(nèi)存窗口（Memory Window），在內(nèi)存窗口中用戶可以觀察到從用戶指定的地址開始的存儲單元中的存儲內(nèi)容。 用戶可以通過選項對內(nèi)存窗口的顯示進行格式化，也可以編輯被選擇的存儲單元的內(nèi)容。選擇編譯程序（Project/Rebuild All），編譯通過沒有錯誤之后，用戶才可進行下一步的工作；若編譯出現(xiàn)錯誤，將會在輸出窗口（Output Window）中顯示錯誤信息我們針對這些錯誤信息進

7、行修改、調(diào)試，直到調(diào)試編譯運行沒有錯誤為止。編譯成功后，將會在工程文件的debug文件夾中生成 *.out 文件。選擇File-Load Program，然后點擊Open加載剛剛生成的*.out文件。單擊Run運行程序，我們可以在圖形窗口看到輸出的波形，在內(nèi)存窗口觀察到由指定地址開始的存儲單元中的內(nèi)容。991.2.2 CCS的相關(guān)文件類型 *.pjt-CCS使用的工程文件；*.c -C語言程序的源代碼文件；*.asm-DSP匯編語言程序的源代碼文件；*.h -C語言程序和DSPBIOS API中的頭文件；*.1ib-庫文件；*.cmd-鏈接命令(指定內(nèi)存)文件；*.obj-由源文件編譯或匯編后

8、所生成的目標(biāo)文件；*.out-完成編譯、匯編、鏈接后形成的可執(zhí)行文件，可在CCS監(jiān)控下調(diào)試和執(zhí)行；*.cdb-CCS的配置數(shù)據(jù)庫文件，當(dāng)保存相應(yīng)的配置文件時,將會產(chǎn)生一個頭文件(*cfg.h54)、鏈接器命令文件(*cfg.cmd)以及匯編語言源文件(*cfg.s54)； *.dat-輸入輸出數(shù)據(jù)文件。1010圖2-7 系統(tǒng)連接框圖1.3 系統(tǒng)連接如圖2-7所示，將仿真器、開發(fā)板和計算機連接好。在確認(rèn)硬件安裝正確，接口連接緊密，各實驗部件及電源連接正常后,開啟電源，此時 開發(fā)板上的 LED 指示燈四亮一滅，仿真器上的POWER燈變亮(紅色)。開啟計算機，運行CCS軟件。 若仿真器上的TARGE

9、T燈變亮(綠色)，并且CCS正常啟動，說明系統(tǒng)連接正常，可以進行相關(guān)的實驗。 若TARGET燈為紅色，可選擇 Debug/Connect，CCS 將會鏈接到目標(biāo)板上。CCS正常啟動后，加載相關(guān)的程序進行相關(guān)的實驗操作。1111第2部分 BPSK的調(diào)制解調(diào)過程設(shè)計2.1 BPSK調(diào)制過程 絕對相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。二進制相移鍵控中，通常用相位0和來分別表示“0”或“1”。 圖1 BPSK調(diào)制器框圖圖2 BPSK調(diào)制信號產(chǎn)生的流程圖1212圖3 BPSK調(diào)制輸出波形設(shè)輸入的二進制序列為：00010011.000111113132.2 BPSK解調(diào)過程圖5

10、 BPSK解調(diào)過程的流程圖圖4 BPSK的解調(diào)原理框圖1414圖6 BPSK解調(diào)輸出波形圖7 BPSK調(diào)制輸出波形圖6 BPSK解調(diào)輸出波形1515問題：在BPSK信號的解調(diào)過程中，BPSK信號以一個固定的初始相位的未調(diào)載波作為參考。在接收端進行解調(diào)時，同樣也必須要有和它同頻同相的同步載波。若同步載波相位發(fā)生了變化，例如：相位變?yōu)?相位或0相位變?yōu)橄辔?，則恢復(fù)的數(shù)字信息就會發(fā)生“1”變“0”或“0”變“1”，從而造成恢復(fù)的信號出現(xiàn)錯誤。這種由于本地載波發(fā)生倒相導(dǎo)致接收端恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號發(fā)生錯誤的現(xiàn)象稱為“倒”現(xiàn)象。而這對BPSK系統(tǒng)誤碼性能影響很大，所以BPSK方式在實際中很少采用。改進：在帶通

11、濾波后添加一級延遲裝置，并將通過延遲一個碼元后的信號與帶通濾波后的信號相乘后送進低通濾波器，即可解決上述問題。其實現(xiàn)解調(diào)的原理框圖如下圖所示。此改進算法是利用前后兩個相鄰碼元之間相位差來表示碼元的值“0”和“1”的。例如：假設(shè)相位差“”表示符號“1”，相位差“0”表示符號“0”，同一相位并不對應(yīng)相同的數(shù)字信息符號，而前后碼元相對相位差才表示信息符號。所以利用此方法解調(diào)出來的信號是不依賴于某一固定的作為參考的載波相位，只要前后碼元的相對相位關(guān)系不破壞，則可通過鑒別這個相位差的關(guān)系就能夠正確的恢復(fù)出數(shù)字信息，因此避免了BPSK中的倒現(xiàn)象的發(fā)生。2.3 BPSK調(diào)制解調(diào)過程中出現(xiàn)的問題及算法改進16

12、16第3部分 QPSK的調(diào)制解調(diào)過程設(shè)計圖5-1 QPSK的調(diào)制原理框圖圖5-4 PN碼產(chǎn)生流程圖3.1 QPSK調(diào)制過程 QPSK是利用載波的四個不同相位來表征數(shù)字信息的，每一個載波相位代表兩比特的信息。對于輸入的二進制數(shù)字序列應(yīng)該先進行分組。將每兩個比特編為一組，采用相應(yīng)的相位來表示。1717圖5-10 QPSK調(diào)制流程圖1818圖5-12 QPSK調(diào)制信號輸出波形19193.2 QPSK解調(diào)過程表5-3 QPSK信號解調(diào)器的判決準(zhǔn)則圖5-13 QPSK的解調(diào)原理框圖 圖3.5 costas環(huán)原理框圖一般使用costas環(huán)來進行載波的提取與同步2020圖5-12 QPSK調(diào)制信號輸出波形圖

13、5-16 QPSK解調(diào)輸出波形圖5-12 QPSK解調(diào)信號輸出波形21213.3 QPSK調(diào)制解調(diào)過程中出現(xiàn)的問題及算法改進問題：下面將通過一個實例來說明經(jīng)載波調(diào)制以后相位變化情況。假設(shè)給定的基帶信號序列為：1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1QPSK數(shù)據(jù)碼元對應(yīng)的相位變化如圖5-17所示。圖5-17 QPSK相位變化圖對于QPSK的I、Q兩路數(shù)據(jù)碼元的相位變換由圖5-17可求得為：由上述分析可得，QPSK調(diào)制信號的I 路和Q 路信號是同步的，當(dāng)它們同時發(fā)生跳變時，相鄰QPSK 符號間會發(fā)生180相移，這時信號包絡(luò)瞬時通過零點。2222改進：將QPSK中并行的I，Q兩路碼元錯開半個碼元的時間，稱這類QPSK為改進的QPSK。其算法改