（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）dmr端機(jī)基帶傳輸技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

摘要 摘要 專用無(wú)線通信系統(tǒng)在當(dāng)今發(fā)展迅速 由于其具備特有的調(diào)度功能 組呼功能 和快速呼叫的特性 因此在通信領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用 隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā) 展 專用無(wú)線通信系統(tǒng)正逐步經(jīng)歷由模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)變 d m r d i g i t a lm o b i l er a d i o 是國(guó)際e t s i 組織提出的最新專用數(shù)字通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 它所用的調(diào)制方式為4 f s k 本文主要研究d m r 基帶傳輸技術(shù)的d s p 算法實(shí)現(xiàn) 文中首先介紹了與d m r 基帶傳輸相關(guān)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)定 以及內(nèi)插抽取 數(shù)字濾波技術(shù) 頻率調(diào)制解調(diào)技術(shù) 給出d m r 端機(jī)基帶傳輸?shù)乃惴▽?shí)現(xiàn)方案 發(fā)端著重脈沖成形 濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 4 f s k 基帶四電平調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生 接收端著重4 f s k 基帶解 調(diào)信號(hào)的抽樣和判決 對(duì)于判決 文中使用自適應(yīng)門限算法 此外 在 t m s 3 2 0 v c 5 5 1 0 上 本文設(shè)計(jì)基帶處理的單工傳輸和雙工實(shí)時(shí)傳輸?shù)膁 s p 程序 最后 基于前面論述的基帶傳輸算法和基帶處理方案 在d m r 端機(jī)基帶板硬件平 臺(tái)和基帶板加射頻板硬件平臺(tái)上 分別實(shí)現(xiàn)了基帶傳輸和無(wú)線傳輸?shù)膯?雙工語(yǔ) 音傳輸及誤碼性能測(cè)試 關(guān)鍵詞 d m r4 f s kd s p 基帶傳輸 a b s t r a c t a b s t r a c t t n m k e dr a d i os y s t e mi sg r o w i n gr a p i d l yt o d a y d u et oi t su n i q u es c h e d u l i n ga n dg r o u p c a l l 魄f u n c t i o n a n dc h a r a c t e r i s t i co fq u i c kc a l l i th a sp l a y e dat r e m e n d o u sr o l ei ns p e c i a l c o m m u n i c a t i o nf i e l d d u r i n gt h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t r u n k i n gs y s t e mi st r a n s f e r r i n gf r o ma n a l o gt od i g i t a ls y s t e m d m r d i g i t a lm o b i l e r a d i o i st h el a t e s td i g i t a lt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e ms t a n d a r dp r o p o s e db yt h e i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o ne t s i t h em o d u l a t i o nm e t h o do fw h i c hi s4 f s k t h ep a p e rm a i n l ys t u d i e sd s pa l g o r i t h mi m p l e m e n t a t i o no fd m rb a s e b a n d t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y t h ep a p e ro u t l i n e st h ep h y s i c a la n dt h ed a t al i n kl a y e rp r o t o c o l i n t e r p o l a t i o n a n d e x t r a c t i o n d i g i t a lf i l t e r i n gt e c h n o l o g y f r e q u e n c y d e m o d u l a t i o n t e c h n o l o g y w h i c ha r er e l a t e d t od m rb a s e b a n dt r a n s m i s s i o n i t g i v e st h ed s p a l g o r i t h mi m p l e m e n t a t i o n m a i n l yi n c l u d i n gp u l s es h a p i n gf i l t e rd e s i g n t h eo r i g i n a t i o n o f4 f s kb a s e b a n df o u rl e v e lm o d u l a t e ds i g n a li nt r a n s m i t t e r s a m p l i n ga n dj u d g m e n to f 4 f s kb a s e b a n dd e m o d u l a t e ds i g n a li nr e c e i v e r f o rj u d g m e n t t h ep a p e rp r o p o s e sa n a l g o r i t h mf o ra d a p t i v et h r e s h o l d i na d d i t i o n t h ep a p e rg i v e ss i m p l e xa n dd u p l e x r e a l t i m ed s pp r o g r a mo nt m s 3 2 0 v c 5510 f i n a l l y o nt h eh a r d w a r ep l a t f o r mo f b a s e b a n dc i r c u i tb o a r da n db a s e b a n dp l u sr fc i r c u i tb o a r d r e s p e c t i v e l ya c h i e v e d b a s e b a n dt r a n s m i s s i o na n dw i r e l e s st r a n s m i s s i o no fs i m p l e xa n dd u p l e xv o i c e t r a n s m i s s i o na n de r r o rp e r f o r m a n c et e s t i n g k e y w o r d d m r4 f s k d s pb a s e b a n dt r a n s m i s s i o n 西安電子科技大學(xué) 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性 或創(chuàng)新性 聲明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究 成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外 論文中不 包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果 也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或 其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做 的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝意 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處 本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任 本人簽名 4 監(jiān)一 西安電子科技大學(xué) 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué) 本人保證畢 業(yè)離校后 發(fā)表論文或使用論文工作成果時(shí)署名單位仍然為西安電子科技大學(xué) 學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件 允許查閱和借閱論文 學(xué)?？梢怨颊撐牡娜?部或部分內(nèi)容 可以允許采用影印 縮印或其它復(fù)制手段保存論文 保密的論文 在解密后遵守此規(guī)定 本學(xué)位論文屬于保密 在一年解密后適用本授權(quán)書(shū) 本人簽名 蘭亡塹 導(dǎo)師簽名 第一章緒論 第一章緒論 1 1 專用無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展概述 專用無(wú)線通信系統(tǒng) 1 1 主要應(yīng)用于集團(tuán)調(diào)度指揮通信 通常用于群組呼叫 緊急 呼叫 發(fā)起或接收與公網(wǎng)之間的呼叫等多種呼叫功能 同時(shí)可以為用戶提供可靠 的通信信道 快速建立通話 優(yōu)先等級(jí)劃分 動(dòng)態(tài)重組能力等功能 由于具備特 有的調(diào)度功能 組呼功能和快速呼叫的特性 因此在通信領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用 其主要應(yīng)用對(duì)象包括 1 對(duì)指揮調(diào)度功能要求較高的特殊部門和企業(yè) 主要包括政府部i j 如軍隊(duì) 公安部門 國(guó)家安全部門和緊急事件服務(wù)部門 鐵道 水利 電力 民航等單位 2 普通行業(yè)用戶 如出租 物流 物業(yè)管理和工廠制造業(yè)等 早期的專用無(wú)線通信主要是由點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線電對(duì)講機(jī)完成 上世紀(jì)八十年代發(fā) 展成為單頻道 單基地臺(tái)的模擬系統(tǒng) 引入多頻道共享技術(shù)之后 發(fā)展成為第一 代模擬專用無(wú)線通信系統(tǒng) 隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展 專用無(wú)線通信系統(tǒng)已經(jīng)向第二代的數(shù)字技術(shù)發(fā)展 數(shù) 字專用無(wú)線通信在信令 多址方式 話音編碼 調(diào)制解調(diào)和信道控制等各個(gè)關(guān)鍵 技術(shù)環(huán)節(jié)全面采用數(shù)字化處理 同時(shí)基于數(shù)字系統(tǒng)的特點(diǎn)結(jié)合同步技術(shù) 檢錯(cuò)糾 錯(cuò)技術(shù)以及分集技術(shù)等 使數(shù)字專用無(wú)線通信具有抗干擾能力強(qiáng) 高質(zhì)量遠(yuǎn)距離 傳輸 高保密度 高可靠性和高度靈活的業(yè)務(wù)適應(yīng)能力和外設(shè)接口的連接能力等 特殊性能 而且整個(gè)數(shù)字專用無(wú)線通信系統(tǒng)的容量更大 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)更方便 與蜂 窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的公眾網(wǎng)相比較 數(shù)字無(wú)線專用移動(dòng)通信系統(tǒng)的專用網(wǎng)更強(qiáng)調(diào)組 呼 廣播呼叫 緊急呼叫 強(qiáng)插強(qiáng)拆和不同的呼叫優(yōu)先級(jí)別等調(diào)度指揮功能 更 強(qiáng)調(diào)縮短呼叫的建立時(shí)間 尤其是在緊急情況下 希望一按即通 小于o 5 s 否則 會(huì)造成相當(dāng)嚴(yán)重的后果 調(diào)度指揮要求簡(jiǎn)明扼要 一般通話時(shí)間為幾十秒 隨著 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展 人們盡力求同存異 使開(kāi)發(fā)的專業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng)能盡可能 滿足多個(gè)不同專業(yè)部門的需求 數(shù)字專用無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)就是在這種背景下發(fā) 展起來(lái)的 目前市場(chǎng)上較為成功的數(shù)字專用無(wú)線系統(tǒng)有歐洲的t e t r a 和摩托羅拉的 i d e n t e t r a 是基于傳統(tǒng)大區(qū)制調(diào)度通信系統(tǒng)的數(shù)字化而形成的一個(gè)專用移動(dòng)通 信無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn) 它大量借鑒了g s m 的概念 采用t d m a 多址方式和類似的邏輯 信道 與傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)相比 在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中增加了h l r v l r 增強(qiáng)了移動(dòng)性管理 而i d e n 基于t d m a 多址方式的調(diào)度通信 蜂窩雙工電話組合系統(tǒng) 在傳統(tǒng)大區(qū)制 調(diào)度通信基礎(chǔ)上 大量吸收數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的特點(diǎn) 采用小區(qū)復(fù)用蜂窩結(jié)構(gòu) 2 d m r 端機(jī)基帶傳輸技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) 提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力 從這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以看出 數(shù)字專用無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向是在傳統(tǒng)專 用移動(dòng)通信的調(diào)度功能之外 還提供了類似公用移動(dòng)電話系統(tǒng)的雙工通話和短信 服務(wù) s m s 可以多基地臺(tái)覆蓋范圍漫游 甚至具有越區(qū)切換等功能 除此之外 高速數(shù)據(jù)通信能力的強(qiáng)化 與口網(wǎng)絡(luò)的整合等 也是數(shù)字專用無(wú)線通信系統(tǒng)非常 重要的發(fā)展方向 1 2d m r 通信協(xié)議介紹 在數(shù)字專用無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展的催化作用下 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) e t s i 于2 0 0 4 年提出新型數(shù)字專用無(wú)線通信系統(tǒng)d m r d i g i t a lm o b i l er a d i o d m r 協(xié)議文檔 描述了一個(gè)可升級(jí)的數(shù)字無(wú)線移動(dòng)系統(tǒng)的空中接口 覆蓋以下三個(gè)階段的產(chǎn)品 2 階段1 d m r 設(shè)備具有一個(gè)整體的天線 以直通為工作模式 無(wú)個(gè)體業(yè)務(wù)鑒權(quán) 階段2 在直通或基站轉(zhuǎn)發(fā)模式中 需個(gè)體業(yè)務(wù)鑒權(quán)的d m r 系統(tǒng)操作 階段3 第三階段的設(shè)備是指可自動(dòng)管理通信的d m r 專用無(wú)線通信系統(tǒng) 從整體結(jié)構(gòu)上來(lái)講 d m r 協(xié)議遵從一般的分層結(jié)構(gòu) 如圖1 1 所示為d m r 標(biāo)準(zhǔn)所定義的三層結(jié)構(gòu)模型 呼 u 檸制信息二簫 o r a r d 攙 士巴 一j l i r j1 只j c p 坩百月緞鞔何 鋪數(shù)據(jù) k 備 一數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù) r 第三層 呼叫控制層 i 數(shù)據(jù)鏈路層第二層 i l 物理層 第一層 圖1 1d m r 協(xié)議棧 協(xié)議棧的第一層即物理層 它支持在物理媒介上傳輸比特流所需要的全部功 能f 3 j 其中包含 調(diào)制和解調(diào) 發(fā)送和接收的轉(zhuǎn)換 射頻特性 比特和符號(hào)的定 義 頻率和符號(hào)的同步 突發(fā)的形成等 協(xié)議棧的第二層即數(shù)據(jù)鏈路層 它接受物理層的服務(wù) 并向第三層提供服務(wù) 其中包含 信道編碼 f e c c r c 交織 去交織和比特排序 確認(rèn)和重傳機(jī)制 媒質(zhì)接入控制和信道管理 幀 超幀的形成和幀同步 突發(fā)和參數(shù)定義 鏈路尋 第一章緒論 址 源 目的地 話音應(yīng)用 編解碼數(shù)據(jù) 與物理層的接口 數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù) 與呼 叫控制層進(jìn)行信令與用戶數(shù)據(jù)的交換等 協(xié)議棧的第三層即呼叫控制層 d m r 空中接口第三層只適用于控制面 負(fù)責(zé) 呼叫控制 提供d m r 支持的服務(wù) 支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù) 呼叫控制層是公共設(shè)施和服務(wù) 的實(shí)體 它得到第二層的支持 d m r 空中接口呼叫控制層的具體功能包含 基站 激活 去激活 呼叫建立 呼叫保持 呼叫中止 單呼和群呼的發(fā)送與接收 目的 尋址 支持固定業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)呼叫控制 通知信令等 d m r 與t e t r a 系統(tǒng)和i d e n 系統(tǒng)相比具有技術(shù)簡(jiǎn)單 成本較低的優(yōu)點(diǎn) 并 且支持從模擬到數(shù)字的過(guò)渡 d m r 的發(fā)展無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外都處于起步階 段 由于還沒(méi)有完全成型 現(xiàn)在進(jìn)行跟蹤就可以與國(guó)際上其它的研究機(jī)構(gòu)在技術(shù) 上保持同步 有巨大的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值 1 3 論文結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容 本文所有研究基于d m r 協(xié)議階段一端到端直通模式 重點(diǎn)研究端機(jī)基帶傳輸 技術(shù) 主要內(nèi)容可分為以下幾個(gè)部分 第一章介紹了專用無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展概況以及發(fā)展方向 并簡(jiǎn)要介紹了d m r 協(xié)議結(jié)構(gòu) 最后對(duì)本文的章節(jié)安排做了介紹 第二章首先介紹了與d m r 端機(jī)基帶傳輸技術(shù)相關(guān)的協(xié)議規(guī)定 包括d m r 幀結(jié) 構(gòu) d m r 同步與定時(shí)以及d 腿差錯(cuò)控制技術(shù) 在此基礎(chǔ)上 介紹了與d m r 基 帶傳輸緊密相關(guān)的理論 包括內(nèi)插抽取理論 數(shù)字濾波技術(shù) 頻率調(diào)制與解調(diào)技 術(shù) 第三章做d m r 基帶傳輸技術(shù)的算法仿真研究 給出在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中的算法 首 先給出了d m r 基帶傳輸系統(tǒng)發(fā)送端的算法研究與實(shí)現(xiàn) 包括基帶成形濾波器設(shè) 計(jì) 卷積法與波形存儲(chǔ)法產(chǎn)生四電平調(diào)制信號(hào)的c c s 仿真研究 然后 給出d m r 基帶傳輸系統(tǒng)接收端的算法實(shí)現(xiàn) 最后 將d m r 基帶信號(hào) 設(shè)計(jì)采用4 f s k 數(shù)字 正交調(diào)制解調(diào)的模型 給出m a t l a b 仿真研究 第四章首先對(duì)d m r 端機(jī)基帶處理平臺(tái)作相關(guān)介紹 然后 主要對(duì)d s p 與語(yǔ) 音芯片a m b e d s p 與主控制器m c u 之間的數(shù)據(jù)傳輸和中斷處理方式給出介紹 最后在t m s 3 2 0 v c 5 5 1 0 上編寫(xiě)d m r 基帶傳輸?shù)腸 語(yǔ)言程序 包括單工通信和雙 工實(shí)時(shí)通信的實(shí)現(xiàn) 第五章在硬件平臺(tái)上 給出d m r 端機(jī)的系列測(cè)試方法和結(jié)果 包括基帶板對(duì) 接測(cè)試 以及基帶板加射頻板的無(wú)線傳輸測(cè)試 結(jié)束語(yǔ)對(duì)本文工作進(jìn)行了總結(jié) 并提出了研究的不足以及將來(lái)的研究方向 第二章d m r 基帶傳輸技術(shù)基礎(chǔ) 第二章d m r 基帶傳輸技術(shù)基礎(chǔ) 與傳統(tǒng)模擬對(duì)講機(jī)不同 d m r 端機(jī)是將信號(hào)數(shù)字化 并以數(shù)字編碼形式傳播 也就是說(shuō) d m r 對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的處理 調(diào)制均為數(shù)字處理 本章首先介紹與基帶傳 輸處理相關(guān)的d m r 協(xié)議規(guī)定 然后 對(duì)d m r 基帶傳輸相關(guān)的采樣率轉(zhuǎn)換 濾波 處理 調(diào)制解調(diào)等原理進(jìn)行闡述 2 1d m r 協(xié)議相關(guān)介紹 d m r 端機(jī)基帶傳輸處理傾向于物理層處理 同時(shí)也涉及了數(shù)據(jù)鏈路層中的差 錯(cuò)控制技術(shù) 以下分別介紹 2 1 1d m r 幀結(jié)構(gòu) d 嘞議采用一種雙時(shí)隙的t d m a 結(jié)構(gòu) 其時(shí)隙結(jié)構(gòu)如圖2 1 所示 一個(gè)t d m a 幀長(zhǎng)為6 0 m s 包含兩個(gè)時(shí)隙 一個(gè)時(shí)隙傳輸一個(gè)突發(fā) 每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)3 0 m s 一般來(lái) 說(shuō) 兩個(gè)不同的呼叫占用兩個(gè)不同的時(shí)隙 保護(hù)問(wèn)麗 同步 1 囂圖 工 區(qū)n 工 區(qū) 皿 1 212l212l2l21 語(yǔ)音超幀 2l2l2 l 2l 21212 臀圖圖囹囹圖圖圖圖囹囹圖圖囹 aub 心 d e f t d m a 突 r t d m a 幀 3 0 m s 6 0 m s時(shí)間 圖2 1d l v i r 時(shí)隙結(jié)構(gòu)圖 d m r 協(xié)議中所列的突發(fā)結(jié)構(gòu)和信道包括語(yǔ)音突發(fā) 一般的數(shù)據(jù)突發(fā)和公共廣 播信道 這些突發(fā)包括用戶數(shù)據(jù)和嵌入?yún)f(xié)議數(shù)據(jù)單元的信令 突發(fā)結(jié)構(gòu)包含兩個(gè) 1 0 8 比特的有效負(fù)荷域和一個(gè)4 8 比特同步或信令域 如圖2 2 所示 每一個(gè)突發(fā)總長(zhǎng) 度為3 0 m s 其中2 7 5 m s 用于2 6 4 比特內(nèi)容 在進(jìn)行語(yǔ)音傳輸時(shí) 可以利用2 1 6 比特 業(yè)務(wù)承載6 0 m s 的壓縮語(yǔ)音信息 余下的2 5 m s 是保護(hù)時(shí)間 6 d m r 端機(jī)基帶傳輸技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) i 一一 劍 盟 一 i j 些生 p 坐q 竺些一 i載荷 同步或 載荷 l 嵌入式信令 圖2 2 一般突發(fā)結(jié)構(gòu) 語(yǔ)音幀的一般格式如圖2 3 所示 具體分為兩種形式 承載同步信令的語(yǔ)音幀 格式和承載嵌入式信令的語(yǔ)音幀格式 每幀承載的語(yǔ)音信息為2 1 6 b i t 分別在幀的 兩邊 4 8 b i t 同步碼和嵌入式信令均填充在幀格式的中間 圖2 3 語(yǔ)音幀的一般格式 用于數(shù)據(jù)和控制信息的有效負(fù)載減少為兩個(gè)9 8 的有效負(fù)載 留下2 0 比特用 于附加數(shù)據(jù)類型域定義 數(shù)據(jù)和控制幀的一般格式如圖2 4 所示 其中的1 9 6 比特 信息可以是各種信令 對(duì)于不同的信令 協(xié)議規(guī)定了不同的編碼方式 各種信令 的含義是根據(jù)2 0 比特的時(shí)隙類型來(lái)定義區(qū)分的 而同步碼以及嵌入式信令填充在 數(shù)據(jù)幀中的位置與在語(yǔ)音幀中的位置相同 均在幀格式的中間 圖2 4 數(shù)據(jù)幀的一般格式 d m r 語(yǔ)音使用3 6 0 m s 的超幀來(lái)傳輸 一個(gè)超幀包含6 個(gè)突發(fā) 用符號(hào)a f 來(lái)表 示 數(shù)據(jù)和控制信息沒(méi)有超幀結(jié)構(gòu) 這些突發(fā)在需要時(shí)可含有一個(gè)同步模式或者 承載嵌入信令 對(duì)于數(shù)據(jù)和控制消息 嵌入?yún)^(qū)域僅僅是數(shù)據(jù)同步模式或者反向信 道信令 對(duì)于話音呼叫 語(yǔ)音同步模式將出現(xiàn)在每個(gè)語(yǔ)音超幀的第一個(gè)突發(fā) 除 了標(biāo)記超幀邊界外 周期的插入同步信號(hào)可以允許接收方在傳輸開(kāi)始之后按同步 模式調(diào)整好的時(shí)隙定時(shí)獲得話音信息 每次語(yǔ)音開(kāi)始之前 也就是突發(fā)a 之前會(huì)有 第二章d m r 基帶傳輸技術(shù)基礎(chǔ) 7 一個(gè)語(yǔ)音幀頭 l ch e a d e r 區(qū)別傳輸信息的類別并標(biāo)志語(yǔ)音的開(kāi)始 在語(yǔ)音信息 傳輸過(guò)程中 完整的t d m a 超幀不斷重復(fù) 若發(fā)送結(jié)束時(shí)語(yǔ)音長(zhǎng)度不能滿足超幀 結(jié)構(gòu) 將會(huì)延長(zhǎng)語(yǔ)音長(zhǎng)度組成完整的超幀進(jìn)行傳輸后通知結(jié)束 突發(fā)a 包含語(yǔ)音同 步模式標(biāo)注超幀的開(kāi)始 突發(fā)b f 以承載信令取代了同步模式 語(yǔ)音超幀結(jié)構(gòu)如圖2 5 所示 圈圈圈圈田田圈圈圈 i 廣 i 吾音超幘3 6 0 m s 時(shí)間 圖2 5 語(yǔ)音超幀結(jié)構(gòu) 2 1 2d m r 的同步與定時(shí) d m r 的同步包括位同步和幀同步 在數(shù)字通信中 信息流是用若干碼元組 成一個(gè)幀 在接收這些數(shù)字信息時(shí) 必須知道這些幀的起止時(shí)刻 否則接收端無(wú) 法正確恢復(fù)信息 為了使接收端能正確分離各路信號(hào) 在發(fā)送端必須提供每幀的 起止標(biāo)記 在接收端檢測(cè)并獲取這一標(biāo)志的過(guò)程 稱為幀同步 接收時(shí)還需要知 道每個(gè)碼元的起止時(shí)刻 以便在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻進(jìn)行取樣判決 這就要求接收端必須 提供一個(gè)位定時(shí)脈沖序列 該序列的重復(fù)頻率與碼元速率相同 相位與最佳取樣 判決時(shí)刻一致 提取這種定時(shí)脈沖序列的過(guò)程即稱為位同步 實(shí)現(xiàn)幀同步 通常采用的方法是起止式同步法和插入特殊同步碼組的同步法 d m r 系統(tǒng)采用連貫式插入法進(jìn)行幀同步 又稱集中插入法 它是指在每一信息群 中集中插入作為幀同步碼組的特殊碼組 該碼組應(yīng)在信息碼中很少出現(xiàn) 即使偶 爾出現(xiàn) 也不可能依照幀的規(guī)律周期出現(xiàn) 接收端按幀的周期連續(xù)數(shù)次檢測(cè)該特 殊碼組 這樣便可獲得幀同步信息 連貫插入法的關(guān)鍵是尋找實(shí)現(xiàn)幀同步的特殊 碼組 對(duì)幀同步碼的要求包括 具有尖銳單峰特性的自相關(guān)函數(shù) 漏同步概率小 便于與信息碼區(qū)別 假同步概率小 碼長(zhǎng)適當(dāng) 以保證傳輸效率 d m r 系統(tǒng)對(duì)采用的幀同步碼組有嚴(yán)格的規(guī)定 幀同步碼組插入在幀的中心位 置 并且對(duì)于輸入輸出語(yǔ)音 數(shù)據(jù)或控制信息 由不同的幀同步碼組來(lái)區(qū)分 具 體幀同步碼組如表2 1 所示 3 根據(jù)d m r 協(xié)議規(guī)定的映射規(guī)則將語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的同 步碼進(jìn)行映射 得到的2 4 個(gè)符號(hào)均為 3 或 3 并且語(yǔ)音同步碼與數(shù)據(jù)同步碼的極 性相反 因此幀同步相關(guān)器為語(yǔ)音模式提供一個(gè)正的結(jié)果 為數(shù)據(jù)模式提供相等 但為負(fù)的結(jié)果 通過(guò)識(shí)別相關(guān)器的輸出極性即可判斷出傳輸?shù)氖钦Z(yǔ)音突發(fā)還是數(shù) 據(jù)突發(fā) d m p 端機(jī)基帶傳輸技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) 表2 1 幀同步碼組模型 在d m r 的直通模式下 前向路徑定時(shí)作為反向信道定時(shí)的參考基準(zhǔn) 旦源 移動(dòng)臺(tái)停止傳輸 另一個(gè)移動(dòng)臺(tái)將發(fā)送消息異步并且建立一個(gè)新的獨(dú)立的定時(shí)參 考 圖26 給出了直通模式業(yè)務(wù)的定時(shí)框圖 例子 在這個(gè)例子中 移動(dòng)臺(tái)在前向 信道上傳輸 該信道是t d m a 物理信道中的一個(gè) i 自 自 自 自 自 e 自 自 同同司 哥 阿司 司 t jl 叫l(wèi) 三j 上jl ll 生上 自自 自日自自 m h qm h 1 日 圖26 直通模式定時(shí) 時(shí)分雙工的定時(shí)關(guān)系 1 如圖27 示 在這個(gè)例子中 移動(dòng)臺(tái)m s 在入境 i n b o u n d 信道2 上傳輸語(yǔ)音在出境 o u t b o u n d 信道2 上偵聽(tīng)語(yǔ)音 m m m mm m m 囂圈 e 王工1 丑 習(xí) 匹 廠l 2 1 廣l 一廣l 乙 l l l j l l i i 1 if i f 忡虹 il l 一 j l l l 一l 一 圖27 t d d 語(yǔ)音定時(shí) 2 13d m r 差錯(cuò)控制技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù) 的基本思想是在發(fā)送端將被傳輸?shù)男畔⑸细缴弦恍┍O(jiān)督碼 元 這些多余的碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相互關(guān)聯(lián) 約束1 接收端按 照既定的規(guī)則校驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系 一旦傳輸發(fā)生差錯(cuò) 則信息 第二章d m r 基帶傳輸技術(shù)基礎(chǔ) 9 碼元與監(jiān)督碼元的關(guān)系就受到破壞 從而接收端就可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤乃至糾正錯(cuò)誤 d m r 系統(tǒng)中涉及的差錯(cuò)控制編碼理論 包含校驗(yàn)編碼 f e c 前向糾錯(cuò)編碼和 交織理論 d m r 協(xié)議規(guī)定不同的信令對(duì)應(yīng)不同的校驗(yàn)編碼方式 其主要形式有兩 種 為c r c 校驗(yàn)碼和r s 碼 5 1 d m r 協(xié)議中規(guī)定的f e c 碼的種類主要有漢明碼 h a m m i n g r s 碼 g o l a y 碼 多塊拓?fù)浯a b l o c kp r o d u c tt u r b oc o d e b p t c 和可 變長(zhǎng)度多塊拓?fù)浯a v a r i a b l el e n g t hb p t c 等 塊生成t u r b o 碼即b p t c b l o c kp r o d u c tt u r b oc o d e b p t c 碼作為一種能同時(shí) 糾正隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤的乘積碼 可用圖2 8 所示的矩形陣列來(lái)表示 d m r 系 統(tǒng)規(guī)定在b p t c 1 9 6 9 6 碼中 信息位是由9 6 比特添加過(guò)校驗(yàn)位的信令和3 比特保 留位 置為o 構(gòu)成 q 采用h a m m i n g 1 5 1 1 3 碼 c 2 為h a m m i n g 1 3 9 3 碼 所以 c t c 的最小距離有 d 8 盔 曲 島面 式 2 1 它可以糾正 比面 1 2 個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤 在b p t c 1 9 6 9 6 碼中 即對(duì)每一信息塊可 以糾正4 個(gè)錯(cuò)誤 r 1 卜與 廠 信息位 q 監(jiān)督位 堂 z 牮督位 按列餓 j 圖2 8b p t c 碼的碼陣列 d m r 協(xié)議中還規(guī)定了三種可變長(zhǎng)度b p t c 分別用于嵌入式信令 反向信道 信令和公共廣播信令 用于嵌入式信令的可變長(zhǎng)度b p t c 碼包含對(duì)行的h a m m i n g 1 6 1 1 4 編碼和對(duì) 列的簡(jiǎn)單奇偶校驗(yàn)編碼 用于反向信道信令的可變長(zhǎng)度b p t c 碼是嵌入式信令編碼的一個(gè)特例 其編 碼方式與用于嵌入式信令的b p t c 編碼方式相同 也是包含對(duì)行的 h a m m i n g 1 6 1 1 4 編碼和對(duì)列的簡(jiǎn)單奇偶校驗(yàn)編碼 只是采用了不同的交織技術(shù) 用于公共廣播信令的可變長(zhǎng)度b p t c 碼包含對(duì)行的h a m m i n g 1 7 1 2 3 編碼和 對(duì)列的簡(jiǎn)單奇偶校驗(yàn)編碼 針對(duì)突發(fā)差錯(cuò)信道的交織器對(duì)噪聲隨機(jī)化非常有效 但進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn) 交 織前的碼字經(jīng)交織后不再是碼字 這種非碼字符號(hào)直接送入信道傳輸顯然對(duì)差錯(cuò) 控制不利 例如常用的 行 進(jìn) 列 出交織 行 順序的 蝴分組碼換成 列 順序后 就不是碼字了 若將交織塊的行和列都加以編碼 則碼字經(jīng)行 列交織后仍是碼 1 0 d m r 端機(jī)基帶傳輸技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) 字 糾錯(cuò)能力一定得以提高 這就導(dǎo)致了乘積碼的產(chǎn)生 乘積碼是既能糾正隨機(jī) 錯(cuò)誤 又能糾正突發(fā)錯(cuò)誤的碼類 特別適合用于信道干擾很復(fù)雜的 組合信道所 使用差錯(cuò)控制系統(tǒng)中 2 2 多速率數(shù)字信號(hào)處理概述 一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng) 通常不會(huì)是從輸入到輸出都是單一采樣率 為滿足 處理速度要求以及濾波器的可實(shí)現(xiàn)性 需采用多速率處理技術(shù) d m r 基帶傳輸系 統(tǒng)中采用的多速率處理技術(shù)包括整數(shù)倍內(nèi)插和抽取 2 2 1 整數(shù)倍內(nèi)插 內(nèi)插理論是軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)中數(shù)字上變頻技術(shù)的理論基礎(chǔ) 內(nèi)插是在保持 信號(hào)頻譜不變的情況下提高信號(hào)采樣率 內(nèi)插方法很多 一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法就是 在每個(gè)有效的輸入采樣之間插入 i 1 個(gè)零值 使原信號(hào)采樣率增加i 倍 i 被稱為 內(nèi)插因子或內(nèi)插率 設(shè)有序列x n i 倍內(nèi)插后得到序列y m 少 0 x 聊7 d m 聊二 0 圭 2 2 1 村n j j j 式 2 2 y ij2 氏iz zj 一7 i 7 對(duì)y m 進(jìn)行z 變換 可推導(dǎo)出 z y 聊 z 一 r m i z 村 x m z 一村 彳 z 2 式 2 3 將z e j 代入式 2 2 得到內(nèi)插前后信號(hào)的頻譜關(guān)系為 p 胂 x e j 耐 式 2 4 由上式2 4 可見(jiàn) 內(nèi)插后的信號(hào)頻譜為原始序列譜經(jīng)i 倍壓縮后得到的譜 在 職擴(kuò) 中不僅含有艄的基帶分量 而且還有其頻率大于萬(wàn) 的高頻成分 因此 只要對(duì)內(nèi)插的信號(hào)進(jìn)行去鏡像濾波 低通濾波器的帶寬為r c 1 就能恢復(fù)出原始 譜 經(jīng)濾波后 原來(lái)插入的零值點(diǎn)就變?yōu)閤 n 的準(zhǔn)確內(nèi)插值 由此可見(jiàn) 內(nèi)插可以 大大提高時(shí)域分辨率 這也是在調(diào)制器中經(jīng)常引入內(nèi)插模塊的原因 即通過(guò)提高 時(shí)域分辨率來(lái)提高信號(hào)的采樣速率 完整的i 倍內(nèi)插器結(jié)構(gòu)如圖2 9 所示 2 2 2 整數(shù)倍抽取 圖2 9i 倍內(nèi)插器結(jié)構(gòu) 抽取理論是軟件無(wú)線電接收機(jī)中數(shù)字下變頻技術(shù)的理論基礎(chǔ) 整數(shù)倍抽取 就是當(dāng)信號(hào)a i d 采樣后的數(shù)據(jù)流速率很高時(shí) 為降低速率以便處理和計(jì)算 將原 第二章d m r 基帶傳輸技術(shù)基礎(chǔ) 始采樣序列x n 每隔 d 1 個(gè)數(shù)據(jù)取一個(gè) 以形成一個(gè)新序列y m 正整數(shù)d 稱為抽 取因子 y 沏 x m d 式 2 5 假設(shè)一個(gè)新的信號(hào)i 當(dāng)行 咄雌d 時(shí) z 以 x 玎 當(dāng)n 為其它值時(shí) 文鰳 0 下面對(duì)式 2 4 兩邊進(jìn)行離散傅里葉變換 推導(dǎo)過(guò)程如下 y z y m z 一 x m d z 枷 壹b 雖 卦冊(cè) 盼等護(hù) 擁 土羅z ip 了 2 r 1l d 篙lj 將z e 扣代入式 2 6 可得抽取前后信號(hào)的頻譜關(guān)系 m 吩去耕華l 靜7 由式 2 7 看出 抽取后序列的頻譜為抽取前原序列的頻譜經(jīng)頻移和d 倍展寬后 的d 個(gè)頻譜疊加和 顯然 抽取后的頻譜會(huì)發(fā)生混疊現(xiàn)象 使得無(wú)法從坎擴(kuò) 中恢 復(fù)出原信號(hào)的頻譜分量 但是如果事先對(duì)瑚礦 進(jìn)行抗混疊濾波處理 低通濾波器的 帶寬為萬(wàn) d 使得撒擴(kuò) 中只含有小于萬(wàn) d 的頻譜分量 經(jīng)過(guò)d 倍抽取后 信號(hào) 的頻譜就不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的混疊現(xiàn)象 完整的d 倍抽取器結(jié)構(gòu)如圖2 1 0 所示 一坍h 1 ld 卜 2 3d l v l r 基帶傳輸中的數(shù)字濾波技術(shù) 數(shù)字濾波是數(shù)字信號(hào)處理的基本方法 數(shù)字濾波與模擬濾波相比有很多優(yōu)點(diǎn) 它除了可避免模擬濾波器固有的電壓漂移 溫度漂移和噪聲等問(wèn)題外 還能滿足 濾波器對(duì)幅度和相位的嚴(yán)格要求 數(shù)字濾波器通常是以有限精度算法實(shí)現(xiàn)線性時(shí) 不變離散系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)信號(hào)的濾波處理 它具有精確度高 穩(wěn)定性好 靈活性大 等優(yōu)點(diǎn) 隨著各種高速數(shù)字處理器的發(fā)展 特別是在d s p 系統(tǒng)中 數(shù)字濾波器的 應(yīng)用日益廣泛 本節(jié)中 我們討論與d m r 基帶傳輸緊密相關(guān)的脈沖成形濾波技術(shù) 和有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng) f r o 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 2 3 1 基帶脈沖成形數(shù)字濾波技術(shù) 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的模型 6 1 如下圖2 1 1 所示 在數(shù)字基帶信號(hào)送入調(diào)制器前 波形是矩形脈沖 由于矩形脈沖上升沿和下降沿是突變的 高頻成分比較豐富 1 2 d m r 端機(jī)基帶傳輸技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) 占用頻帶寬 通過(guò)帶限信道時(shí) 每個(gè)符號(hào)的脈沖將擴(kuò)展到相鄰符號(hào)的碼元內(nèi) s 造 成碼間串?dāng)_ i s i 導(dǎo)致接收機(jī)檢測(cè)誤碼概率增大 常用的減少碼間串?dāng)_的方法是增 加信道帶寬 但是 無(wú)線通信系統(tǒng)要求在減少碼間串?dāng)_條件下 占用帶寬小 并 盡可能減小調(diào)制帶外輻射 提高頻帶利用率 因此需要設(shè)計(jì)脈沖成形濾波器 產(chǎn) 生既減小碼間串?dāng)_又不會(huì)占用過(guò)多額外帶寬的更適合于信道傳輸?shù)牟ㄐ?發(fā)送傳輸 接收濾 z f 圖2 1 1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型 根據(jù)奈奎斯特第一準(zhǔn)則f 7 只要把通信系統(tǒng) 包括發(fā)送濾波器 信道和接收濾波 器 的整個(gè)響應(yīng)設(shè)計(jì)為在接收機(jī)端的每個(gè)抽樣時(shí)刻只對(duì)當(dāng)前符號(hào)有響應(yīng) 而對(duì)其他 符號(hào)的響應(yīng)全等于零 那么碼間串?dāng)_ i s i 的影響就能完全抵消 也就是說(shuō) 一個(gè)信 號(hào)礎(chǔ) 沒(méi)有碼間串?dāng)_的充分必要條件為 x n t 肛2 式 2 8 x 3 飯孵 式 2 8 它的傅里葉變換x f 滿足 羔x f 罟 丁 式 2 9 式中1 廠r 是符號(hào)率 一般來(lái)說(shuō) 很多濾波器都滿足上述條件 在無(wú)線通信中最常用的滿足該條件 的脈沖成形濾波器是升余弦滾降濾波器 d m r 協(xié)議規(guī)定的成形濾波器為下式f 3 其中a 為滾降系數(shù) 0 a 1 z c f l o l 州 百1 a 1 1 c o s 掣 害啪i 等 式 2 1 0 o 掄等 在設(shè)計(jì)過(guò)程中 可認(rèn)為傳輸信道是理想的 即圖2 1 1 中 c 廠 1 此時(shí)系統(tǒng) 頻譜特性表達(dá)式為 n f g r 廠 g 詹 廠 式 2 1 1 實(shí)際通信系統(tǒng)中 升余弦滾降濾波器可以通過(guò)在發(fā)射機(jī)端和接收機(jī)端使用同 樣的平方根升余弦滾降濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn) 即q 力 g r 廠 這樣在平坦衰落信道中 為實(shí)現(xiàn)最佳性能提供了匹配濾波 8 平方根升余弦滾降濾波器頻率響應(yīng)如下 第二章d m r 基帶傳輸技術(shù)基礎(chǔ) o 悱等 等 悱等 式 2 也 掄等 由式 2 3 可以得到平方根升余弦滾降濾波器時(shí)域表達(dá)式 砸 c o sk 1 川 f 篡萬(wàn)c o s k 1 訓(xùn) 式 2 1 3 該濾波器響應(yīng)屬于頻域有限 時(shí)域無(wú)限 在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中不可能實(shí)現(xiàn) 因此 采用f i r 濾波器的設(shè)計(jì)方法 對(duì)辦 f 進(jìn)行對(duì)稱截?cái)?抽樣平移 得到相應(yīng)逼近的 f 取數(shù)字濾波器 2 3 2f i r 濾波器設(shè)計(jì) 低通有限沖激響應(yīng)濾波器 低通f i r 濾波器 有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 9 因?yàn)閒 i r 系統(tǒng) 只有零點(diǎn) 因此 系統(tǒng)總是穩(wěn)定的 而且容易實(shí)現(xiàn)線性相位和允許實(shí)現(xiàn)多通道濾 波器 目前關(guān)于f i r 濾波器的設(shè)計(jì)方法主要有三種 即窗函數(shù)法 頻率取樣法和 切比雪夫等波紋逼近的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 其中窗函數(shù)設(shè)計(jì)法簡(jiǎn)單 直接便于理解 本文對(duì)窗函數(shù)設(shè)計(jì)法 1 0 1 的基本思想進(jìn)行闡述 f i r 濾波器的設(shè)計(jì)問(wèn)題 就是要使所設(shè)計(jì)的f i r 濾波器的頻率響應(yīng)h e j a 去 逼近所要求的理想的濾波器響應(yīng)日d p 歸 由上節(jié)知 d m r 要設(shè)計(jì)的成形濾波器 h 以 為無(wú)限長(zhǎng) 所以要用有限長(zhǎng)的h n 來(lái)逼近 最有效的方法是用一個(gè)有限長(zhǎng)度 的窗口函數(shù)序列 0 來(lái)截取 擰 即 辦 玎 c o n h d 糟 式 2 1 4 因此 實(shí)際設(shè)計(jì)出的f i r 濾波器的頻率特性是理想低通濾波器的幅度頻率特 性和窗函數(shù)的幅度頻率特性的復(fù)卷積 加窗函數(shù)后 對(duì)濾波器的理想特性的影響 有以下幾點(diǎn) 1 使得日d 0 歸 在截止頻率的間斷點(diǎn)變成了連續(xù)的曲線 使得設(shè)計(jì)的實(shí)際濾波 器出現(xiàn)了一個(gè)過(guò)渡帶 它的寬度等于窗函數(shù)的主瓣的寬度 由此可見(jiàn) 如 果窗函數(shù)的主瓣越寬 過(guò)渡帶就越寬 2 f l j 于窗函數(shù)旁瓣的影響 使得濾波器的幅度頻率特性出現(xiàn)了波動(dòng) 旁瓣范 圍的面積越大 通帶波動(dòng)和阻帶的波動(dòng)就越大 3 增加窗函數(shù)的長(zhǎng)度n 只能相應(yīng)的減小過(guò)渡帶 不能減少主瓣和旁瓣的相 對(duì)值 即不能改變?yōu)V波器的波動(dòng)程度 實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選擇主瓣寬度窄 旁瓣幅度低且下降速率快的窗函數(shù) 為了滿 1 4 d m r 端機(jī)基帶傳輸技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) 足工程上的需要 可以通過(guò)改變窗函數(shù)的形狀來(lái)改善濾波器的頻率特性a 本文式2 1 5 2 1 6 2 1 7 2 1 8 列出了四種窗函數(shù)的表達(dá)式 表2 2 列出了四 種窗函數(shù)的基本技術(shù)指標(biāo)參數(shù) 這四種窗均滿足a 類線性相位條件 g c o n l 一聆 其中n 為濾波器長(zhǎng)度 矩形窗 0 1式 2 1 5 漢明窗 g 0 5 4 0 4 6c s 號(hào)等 式 2 1 6 漢寧窗 g 0 5 1 c o s 號(hào)三 式 2 1 7 布萊克曼窗 g 0 4 2 0 5c o s 旦 0 0 8c o s 旦 式 2 1 8 7 n 一1n 一1 表2 2 四種窗函數(shù)的基本參數(shù) 窗函數(shù)旁瓣峰值幅度 d b過(guò)渡帶寬阻帶最小衰減 d b 矩形窗 1 3 4 r e i n 2 1 漢寧窗 3 18n n 4 4 漢明窗 4 187 r n 5 3 布萊克曼窗 5 7 1 2 r c n 7 4 2 4 頻率調(diào)制 f m 與解調(diào)技術(shù) 調(diào)制與解調(diào)是現(xiàn)代通信的重要手段 調(diào)制是在發(fā)射端用一個(gè)載波來(lái)運(yùn)載基帶 信號(hào) 使載波信號(hào)的某一個(gè) 或幾個(gè) 參量隨基帶信號(hào)的變化而變化 解調(diào)是調(diào)制的 逆過(guò)程 它是在接受端從已調(diào)制的信號(hào)中恢復(fù)出基帶信號(hào) d m r 所用的調(diào)制方式 為頻率調(diào)制 以下對(duì)頻率調(diào)制解調(diào)技術(shù)進(jìn)行介紹 2 4 1 頻率調(diào)制原理 調(diào)頻為角度調(diào)制的一種 角度調(diào)制的一般表達(dá)式為 1 1 1 a c o s c o f 緲 式 2 1 9 頻率調(diào)制是利用基帶信號(hào)調(diào)制載波的頻率得到的 即瞬時(shí)頻偏隨調(diào)制信號(hào) 腳 線性變化 滿足 d i p t k 棚 r 式 2 2 0 d t 則調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式可以寫(xiě)為 即 彳c s 2 礬r 2 斌 卜c 比 式c 2 塒 第二章d m r 基帶傳輸技術(shù)基礎(chǔ) 其中 a 為載波幅度 庀為載波頻率 k 為頻偏常數(shù) r e t 為調(diào)制信號(hào) 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生有直接法和間接法兩種 以下分別介紹 2 4 2 調(diào)頻信號(hào)的直接法產(chǎn)生 直接法調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào)直接去控制一個(gè)高頻振蕩器 通常使用的是壓控 振蕩器 v c o 使輸出的瞬時(shí)頻率正比于調(diào)制信號(hào)m t 的幅度 q o o c k m t 式 2 2 2 v c o 的優(yōu)點(diǎn)是可以直接獲得大的頻偏 但由于頻率 幅度特性的非線性 頻偏 受到一定的限制 另外 調(diào)頻信號(hào)直接作用到振蕩器也容易產(chǎn)生中心頻率的漂移 在要求載波頻率穩(wěn)定度比較高 同時(shí)頻偏比較大的情況下 采用直接法調(diào)頻就難 以實(shí)現(xiàn) 本項(xiàng)目中為了保證調(diào)制器具有良好的低頻調(diào)制特性 采用兩點(diǎn)注入式寬 帶f m 調(diào)制結(jié)構(gòu) 2 4 3 調(diào)頻信號(hào)的非相干解調(diào)法 由于調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率正比于調(diào)制信號(hào)的幅度 因而調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)器必 須能產(chǎn)生正比于輸入頻率的輸出電壓 也就是當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)為 s r a c o s 0 c f k 工 所 d ri 式 2 2 3 解調(diào)器的輸出應(yīng)當(dāng)為 m f k 朋 f 式 2 2 4 最簡(jiǎn)單的解調(diào)器是具有頻率 電壓轉(zhuǎn)換特性的鑒頻器 理想鑒頻器可看成是帶 微分器的包絡(luò)檢波器 微分器輸出 o 一彳k 巧川 s i n l 吐f k l m r d vi 式 2 2 5 用包絡(luò)檢波器將其幅度變化取出 并濾去直流后輸出 m p k a k r e t 式 2 2 6 其中局稱為鑒頻器靈敏度 輸出電壓 4 輸入頻率7 圖2 1 2 調(diào)頻信號(hào)的非相干解調(diào)原理圖 1 6 d m r 端機(jī)基帶傳輸技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) 2 4 4 調(diào)頻信號(hào)的正交調(diào)制解調(diào)原理 正交調(diào)制是間接法調(diào)頻 1 2 1 的一種實(shí)現(xiàn)方式 原理可以由式 2 2 1 展開(kāi)并推得 s f 彳c 0 s 2 礬f c o s 2 斌廠扣o 出l 一彳如 2 礬f s i i l 2 斌 加 f 反i 彳c o s q 礬f c o s 一彳如 2 礬f 如 式 厶2 7 a c o s 2 r f c t i t 一as i n 2 l r f c t q q 其中 2 斌 i m t d t 可見(jiàn) 在實(shí)現(xiàn)f m 時(shí)要先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分 然后 0 對(duì)積分后的信號(hào)分別取余弦和正弦即可得到i t 與q t 下圖為正交調(diào)制實(shí)現(xiàn)的一 種框圖 i 1 1 m f 圖2 1 3 調(diào)頻信號(hào)的正交調(diào)制實(shí)現(xiàn)框圖 頻率調(diào)制的正交解調(diào)是一種相干解調(diào) 將式 2 2 7 所示的調(diào)頻信號(hào)s o 與本地 產(chǎn)生的正交載波相乘可得 s s o c o s 2 a f j 彳c s l2 n f c t 2 z d f 扣 f 辦l c s 2 礬f 式 2 2 8 會(huì) c o s 4 礬r 2 斌 0 聊c r 渺 c o s 2 悠 卜c 西 f s o s i i l 2 刀乞r a e o s 2 n f c t 2 r d m t d tl x s i l l 2 礬f 式 2 2 9 會(huì) 文4 班 掀 p 出 一s 血 2 棖 卜觸 對(duì)s o 和 f 分別進(jìn)行低通濾波后可得 第二章d m r 基帶傳輸技術(shù)基礎(chǔ) 1 7 t 詈c o s 2 斌 刁 詈s 文獄 司 對(duì)i o 與q t 分別求導(dǎo)數(shù)可得 一4 斌 m s 文2 嘭卜c r 出 礬 彳嗎聊 c o s 2 斌 0 式 2 3 0 式 2 3 1 式 2 3 2 式 2 3 3 q c 啪 5 a 斌 m t s i n 2 嗎卜 衍 每s 試 2 嗎卜 出 式c 2 斟 叭啦o 彳斌 m t e o s 2 放 卜 出 號(hào)c o s 2 嗎卜c r 哆 2 3 5 刪 擊 嘩辮 下圖2 1 4 為正交解調(diào)的一種實(shí)現(xiàn)框圖 式 2 3 6 圖2 1 4 調(diào)頻信號(hào)的正交解調(diào)原理框圖 f 第三章d m r 基帶傳輸實(shí)現(xiàn)算法研究及仿真 1 9 第三章d m r 基帶傳輸實(shí)現(xiàn)算法研究及仿真 本章在第二章介紹d 脹基帶處理相關(guān)協(xié)議規(guī)定和相關(guān)理論的基礎(chǔ)上 給出基 帶傳輸算法實(shí)現(xiàn)方案 以及相關(guān)仿真研究 對(duì)發(fā)送端 主要包括基帶成形濾波器 的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 4 f s k 四電平基帶信號(hào)產(chǎn)生的卷積法與波形存儲(chǔ)法c c s 仿真 在 接收端 針對(duì)d m r 端機(jī)實(shí)際接收的數(shù)據(jù) 給出d m r 基帶接收算法實(shí)現(xiàn)方案 最 后 將d m r 基帶產(chǎn)生信號(hào)作為輸入 使用4 f s k 數(shù)字正交調(diào)制解調(diào)方式 給出 m a t l a b 仿真研究 3 1 仿真平臺(tái)及運(yùn)算基礎(chǔ)介紹 在c c s 下 配置t m s 3 2 0 c 5 5 1 0 的d e v i c es i m u l a t o r 本文很多算法和仿真是 在此環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的 有關(guān)t m s 3 2 0 v c 5 5 1 0 的詳細(xì)介紹在第四章中給出 本節(jié)首先 介紹c c s 仿真平臺(tái) 然后對(duì)d s p 定點(diǎn)運(yùn)算的基本理論進(jìn)行闡述 3 1 1c c s 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 c o d ec o m p o s e rs t u d i o c c s 是t i 公司針對(duì)t m s 3 2 0 系列d s p 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 在w m d o w s 操作系統(tǒng)下 采用圖形接口界面 提供有環(huán)境配置 源文件編輯 程序調(diào)試 跟蹤和分析等工具 c c s 具有可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu) 其主要組 件包括 1 2 1 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境c o d ec o m p o s e r 編輯器 調(diào)試器 項(xiàng)目管理器 性能分析工具 等 2 代碼生成工具 包括c 編譯器 匯編優(yōu)化器 連接器等 3 指令及軟件仿真器s i m u l a t o r 4 實(shí)時(shí)底層軟件d s p b i o s 可以增強(qiáng)對(duì)代碼的實(shí)時(shí)分析能力 5 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換工具r t d x 能在不中斷目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下 實(shí)現(xiàn)d s p 與其它應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換 6 實(shí)時(shí)分析和數(shù)據(jù)可視化工具 如 數(shù)據(jù)的圖形顯示工具 可以繪制時(shí) 頻域 波形 星座圖等 7 g e l g e n e r a le x t e n s i o nl a n g u a g e t 具 c c s 有兩種工作模式 即 軟件仿真器模式 可以脫離d s p 芯片 在p c 機(jī)上模擬d s p 的指令集和工作 機(jī)制 主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試 硬件在線編程模式 可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在d s p 芯片上 與硬件開(kāi)發(fā)板結(jié)合在線編 d m r 端機(jī)基帶傳輸技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) 程和調(diào)試應(yīng)用程序 c c s 的功能十分強(qiáng)大 它集成了代碼的編輯 編譯 鏈接和調(diào)試等諸多功能 而且支持c c 和匯編的混合編程 用戶可通其集成可視化代碼編輯界面直接編 寫(xiě)c 匯編 c m d 等文件 其基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼 查看寄存器 存 儲(chǔ)器 反匯編 變量窗口等功能 并支持c 源代碼級(jí)調(diào)試 對(duì)于c c s 的使用1 1 4 1 先應(yīng)建立工程文件 根據(jù)需要 添加源程序 c 或匯編 目標(biāo)文件 庫(kù)文件 連接命令文件和包含文件 在c c s 中集成編輯環(huán)境中 編輯 頭文件 h 文件 鏈接配置文件 c m d 文件 和源程序 c a s m 文件 等各類文件 完成整個(gè)工程的建立 然后對(duì)源文件編輯 修改后進(jìn)行匯編 連接以生成目標(biāo)文 件 o u t 文件 對(duì)源文件每作一次修改 都必須全部重新建立 生成新的目標(biāo)文件 接下來(lái) 就可用c c s 調(diào)試 先讓系統(tǒng)復(fù)位 再載入目標(biāo)文件 調(diào)試的方式多種多 樣 有單步執(zhí)行 多步執(zhí)行 斷點(diǎn)設(shè)置和探測(cè)點(diǎn)設(shè)置等 用戶可以對(duì)計(jì)算結(jié)果偷 出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 評(píng)估算法性能 3 1 2d s p 定點(diǎn)算術(shù)實(shí)現(xiàn)方法 在定點(diǎn)d s p 芯片中 采用定點(diǎn)數(shù)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算 t m s 3 2 0 v c 5 5 1 0 為1 6 位定點(diǎn) d s p 在一個(gè)1 6 位表示的有符號(hào)數(shù)中 最左邊的一位是符號(hào)位 其余1 5 位包括整 數(shù)位和小數(shù)位 用m 個(gè)比特表示整數(shù) 1 1 個(gè)比特表示小數(shù) m 竹1 1 5 可記為跏 不同q 值所對(duì)應(yīng)的最大值 最小值和量化精度分別為 2 1 2 q 一 2 1 鋤 2 因此 對(duì)定點(diǎn)數(shù)而言 數(shù)值范圍與精度是一對(duì)矛盾 一個(gè)變量要想表示比較大的 數(shù)值范圍 必須以犧牲精度為代價(jià) 而想精度提高 則數(shù)的表示范圍就相應(yīng)地減 小 采用何種q 格式來(lái)表示小數(shù)就是定標(biāo)的過(guò)程 最常用的是q 1 5 的形式 表示 1 1 的數(shù) 浮點(diǎn)數(shù)與定點(diǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系可表示為 浮點(diǎn)數(shù) x 轉(zhuǎn)換為定點(diǎn)數(shù) x 4