通信原理gmsk實驗報告

1、北#&隧大e通信原理實驗報告實驗題目：GMSK調(diào)制器指導(dǎo)老師：韓玉芬學(xué)院：信息與通信工程 班級：2009211123 班內(nèi)序號：18 姓名：曹流 學(xué)號：09212285日期：2012-5-17“GMSK調(diào)制器”系統(tǒng)實驗一、實驗內(nèi)容算出Gauss濾波器矩形脈沖相應(yīng)g(t)；利用對g(t)的積分、求和函數(shù)算出相位。(t)；設(shè)計出f(t)的余弦和正弦表，固化在ROM中；對ROM表中的每一個樣值進行l(wèi)Obit量化，按照地址邏輯存放數(shù)據(jù)文件; 由bn取出sin和cos的離散值,利用計算機繪圖程序得到基帶波形輸出; 對EPROM進行編程下載，在示波器上觀察眼圖。二、實驗原理2.1 GMSK調(diào)制器工

2、作原理及相位路徑的計算調(diào)制前高斯濾波的最小頻移鍵控簡稱GMSK,基本的工作原理是將基帶信號先經(jīng)過高斯濾波器成形，再進行最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制(圖1)。由于成形后的 高斯脈沖包絡(luò)無陡峭邊沿，亦無拐點，因此頻譜特性優(yōu)于MSK信號的頻譜特性。 GMSK調(diào)制原理方框圖如圖所示。9GMSK調(diào)制原理方框圖高斯低通濾波器的傳輸函數(shù)為H(/) = exp(-«72)式中，”是與高斯濾波器的3dB帶寬紇有關(guān)的一個常數(shù)。由3dB帶寬定義有即所以，(練)=；e不(一2/氏)=2-1aBh = i|ln2 «0,5887由此可見，改變練將隨之改變。濾波器的沖激響應(yīng)為exp a由式看出，力不是時

3、限的，但它隨按指數(shù)規(guī)律迅速下降，所以可近似認 為它的寬度是有限的。由于它的非時限性，相鄰脈沖會產(chǎn)生重疊。如果輸入為雙極性不歸零矩形脈沖序列5(r)：=±1/I,0<|r|<式中，b(t) = Th11 20,其他其中，7；為碼元間隔。高斯預(yù)調(diào)制濾波器的輸出為) = s(t) * h(t) = Z alg(t-nTh)n式中，g。)為高斯預(yù)調(diào)制濾波器的脈沖響應(yīng)：1 rTi+71,/21 fT/Tb32ym (7TC X(r) = /?(/)*/(7) = I h(t)dT = exp - dr T*”Tbaa )當取不同值時，高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng)g(t)如下圖所示。GM

4、SK是角度調(diào)制信號，已調(diào)信號寫作:5（/）=月cos（2沈-W。）奴')=L 2>花卜一叫，一日卜7在具體計算。(t)時，取g(t)的截斷長度為5T,就可以達到足夠精度。 用對g(t)的積分和求和函數(shù)實現(xiàn)，具體計算如下：。二 0(kT)+ 。2 仃0(kT)=pi* Z加。"-"-r/2"+L*pi/2n人-2 <n-2)7 0 (t)= pi* £加z-2 ir為便于用MATLAB實現(xiàn)，可改變積分限。2.2數(shù)字信號處理方法實現(xiàn)GMSK調(diào)制器本實驗電路原理圖如下所示。GM S KD ACL p FRo M余弦表在上圖中，虛框內(nèi)表示地址

5、邏輯，功能是取出所需要的采樣量化點。ROM表 中存放的是1024個點的余弦值和正弦值。DAC是模數(shù)轉(zhuǎn)換，即將1024個數(shù)據(jù)進 行量化，乂計算機繪圖程序?qū)崿F(xiàn)。LPF是低通濾波器，可抑制高頻分量，減少副 主瓣對功率譜的影響。三、系統(tǒng)設(shè)計此次實驗思路清晰，即是算出相位0 (t)后，將cos*)和sin")離散化， 制成表并固化在ROM中。由隨機數(shù)據(jù)bn形成ROM表的地址，根據(jù)地址取出ROM 中相應(yīng)的基帶信號離散值，再利用MATLAB編程得到基帶波形的輸出，即可觀察 到仿真眼圖。將高低位編程分別下載到EPROM上，可在示波器上觀察到相同眼圖。3.1總體設(shè)計1 .原理模塊框圖模塊工作原理說明：

6、虛框內(nèi)表示地址邏輯，功能是取出所需要的采樣量化點。ROM表中存放的是 1024個點的余弦值和正弦值。DAC是模數(shù)轉(zhuǎn)換，即將1024個數(shù)據(jù)進行量化，乂 計算機繪圖程序?qū)崿F(xiàn)。LPF是低通濾波器，可抑制高頻分量，減少副主瓣對功率 譜的影響。2 .地址邏輯模塊地址邏輯模塊實現(xiàn)如下：上面箭頭表示時鐘輸入，下面箭頭表示隨機序列an經(jīng)預(yù)編碼后形成的 bn),對它進行五位移存，通過L 一個四象限計數(shù)器，再經(jīng)一個模為8的計數(shù)器。 故一共抽出2的10次方即1024個點。在Mat lab中用三個嵌套的for循環(huán)實現(xiàn)。正、余弦表表示將1024個點取cos和sin值，寫入該表。可建立一個1*1024 的矩陣來顯示。仿真

7、時，只需取出1024個點的正、余弦值量化后，寫入正、余 弦表。在下載前，還需要根據(jù)芯片容量對其進行擴容，分為高低位，擴展后分別是 1*8192的矩陣。3-1.軟件部分系統(tǒng)軟件流程圖如下所示。具體編程時，我分了三個模塊：g(t), F(t)和抽樣量化。程序更加簡潔，修 改比較方便。每一模塊幾乎獨立完成自己的功能，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的觀點看，程序有 很好的封裝性。3.1.1 g(t)函數(shù)的產(chǎn)生：Mat lab源代碼如下：T = 1/270833;t=-2.5*T:0.01*T:2.5*T;gfun=inline('(erfc(sqrt(2/log(2)*pi*0.3/(l/270833)*(t-(

8、l/270833)/2)-erfc (sqrt(2/log(2)*pi*0.3/(l/270833)*(t+(l/270833)/2)/(4*(l/270833),；t,)； gt 二 gfun(t);plot(t,gt);title('BT=0.3 截短長度為 5T 的 g(t)1)；xlabel時間t/s ' ) , ylabel ('矩形脈沖響應(yīng)g (t),)figure;m=quad(gfun,-2.5*T,2.5*T);圖形如下BTR.3的截短長度為5T的g(t)-1-0.500.511.52時間t/s耐52 0 8 6 4 di 431.2 GMSK信號相位

9、路徑的計算:Mat lab源代碼如下：phas=zeros(1, 1024);bn=-l -1 -1 -1 -1;- 1 -1 -1 -1 1;- 1 -1 -1 1 -1;- 1 -1 -1 1 1;- 1 -1 1 -1 T;- 1 -1 1 -1 1;- 1-111 -1;- 1-111 1;- 1 1 -1 -1 -1;- 1 1 -1 -1 1;- 11-11 -1;- 11-11 1;- 111-1 -1;- 111-1 1;- 1111 -1;1 T -1 -1 T;1 -1 -1 -1 1;1-1-11 -1;1-1-11 1;1-11-1 -1;1-11-1 1;1-111

10、-1;1-1111;11-1-1 -1;11-1-1 1;11-11 -1;11-111;111-1 -1;111-11;1111-1;1 1 1 1 11;gfuncl=inline(, (erfc(sqrt (2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(t*(-2)*1/2 70833-1/270833)-erfc(sqrt(2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(t- (-2)*1/2708 33)/(4*1/270833)gfunc2=inline(erfc(sqrt(2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(t-(-1)*1/2 708

11、33-1/270833)-erfc(sqrt(2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(t-(-1)*1/2708 33) )/(4*1/270833)gfunc3=inline(, (erfc(sqrt(2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(t-0*l/2708 33-1/270833) )-erfc (sqrt (2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(50*1/270833)/ (4*1/270833)gfunc4=inline(J (erfc(sqrt(2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(t-l*l/2708

12、33-1/270833)-erfc(sqrt (2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(51*1/270833)/ (4*1/270833)','/);gfunc5=inline C (erfc(sqrt(2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(t-2*l/2708 33-1/270833)-erfc(sqrt (2/log(2)*pi*0. 3/(1/270833)*(52*1/270833)/ (4*1/270833)取bn=1 1 -1 -1 1, L=0,繪出° (t)圖像如下Figure 1每十個點畫一條相位路徑，在外層加

13、h （h為一個較大的數(shù)即可）次的for 循環(huán)，用hold on使之重迭畫圖，可以得到如下所示的相位路徑。ye*、，弓® B 2 E 回31. 3眼圖的仿真：眼圖設(shè)計流程設(shè)置取樣點數(shù)（每比特8個抽樣點），每樣值量化電平數(shù)Q=10程序說明：1）開辟空間存入ROM表及偽隨機序列；2）根據(jù)所用的ROM表確定抽樣頻率fs=8fb（fb=27O.833KHz）,即一個碼元時間內(nèi) 有8個抽樣值，每樣值的量化電平是10,并設(shè)初始相位是0,即起始地址是0000000000：3)確定讀取信號的數(shù)目為10*times；4) III bk2bk】bk.bk+Lbk+25個碼元及象限L形成地址邏輯獲得ROM表

14、中的7位地 址；5)再取三位地址碼，順序取出i=0,123,4,5,6,7個抽樣量化值，由10位地址邏 輯找到ROM中基帶波形的位置，將其轉(zhuǎn)換成實際值，存入一個數(shù)據(jù)文件用 于功率譜仿真,共有l(wèi)*times*n個值(n=8)；6)根據(jù)產(chǎn)生眼圖的原理，將每次掃描結(jié)果疊加而成，刪除程序中清屏幕命令， 即可看到眼圖；7)改變ROM表，相應(yīng)改變每比特抽樣個數(shù)n及量化電平。1、量化前畫眼圖intgl=zeros(1, 5);intgl (D=quadCgfuncl, (1-5)*T, 0);intgl (2)=quad(gfunc2, (2-5)*T, 0);intgl (3)=Quad(gfunc3,

15、(3-5) *T, 0);intgl (4)=quad(gfunc4, (4-5)*T,0);intgl (5)=Quad(gfunc5, (5-5) *T, 0);intg2=zeros(5, 8);眼圖圖像如下:2、量化后畫眼圖%eye2for i=0:7intg2(1,i+1)=quad(gfunclz 0,i*T/8); end for i=0:7intg2(2,i + 1)=quad(gfunc2z 0,i*T/8); end for i=0:7intg2(3,i+1)=quad(gfunc3,0,i*T/8); end for i=0:7intg2(4,i+1)=quad(gfun

16、c4,0,i*T/8); end for i=0:7intg2(5,i + 1)=quad(gfunc5z 0,i*T/8); end for L=0:3for n=0:31j iaodu=L*pi/2+pi*sum(bn(n+1, :) .*intgl);for i=0:7phas(i+8*n+256*L+l)=pi*sum(bn(n+1, :) .* (intg2(:,i + 1) 1)+ji aodu;endendend量化后仿真眼圖結(jié)果如下：riQ0 t: o 比較量化前和量化后畫出的眼圖，幾乎沒有區(qū)別，可以判斷量化是合理的。16設(shè)計流程如下。3.1.4抽樣量化編碼制作正弦、余弦函數(shù)表

17、,輸入抽樣點數(shù)（抽8個比特）,量化電平數(shù)Q=10, BT=0.3,狀態(tài)組合數(shù)b32,L4程序說明：1)編寫GMSK預(yù)調(diào)制濾波器的矩型脈沖響應(yīng)g(t)子程序；2)計算。(t)；3)計算 cos。(t)和 sin。(t)；4) ROM表中的每一個樣值進行10b量化，按照地址邏輯存放數(shù)據(jù)文件。 源程序如下：%制作正余弦函數(shù)表%人為設(shè)定bn(l*5),L(0.3),8bit抽樣,然后均勻量化，lObit編碼%SIN COS都是(1024*10) matrixfunction COS, SIN=sincos ()bnm=zeros (32, 5) ; %生產(chǎn)32個bn序列for ul=0:31,b=de

18、c2base (ul, 2, 5);for u2=l:5, bnm(ul+1, u2)=bin2dec(b(u2)*2*1;endendsi=zeros (128, 8);%分別存sin cos ft的實際值co=zeros(128, 8);ft=zeros(1, 8);for i=0:31,for L=0:3,bn=bnm(i+l,：);ft=Ft (bn, L) ;%bn, L產(chǎn)生所有的Ftfor j=l:8,co(i*4+L+l, j)=cos (ft (j);si(i*4+L+l, j)=sin(ft(j);end%NN=2"10;%p, c=lloyds (co, NN);

19、%index, quant, distor=quantiz (co, p, c);%想試一下quantiz函數(shù)量化，結(jié)果因不熟、時間有限而作罷。以后隨著學(xué)習(xí)的深 入再練習(xí)endendsi=floor(si+l)*512);%° N-l, +1之間的 10進制數(shù)量化為lObit,故0, 2*2c8 co=floor (co+1)*512);SIN二zeros(1024, 10); %10bit的sin值COS=zeros(1024, 10) ; %10bit的cos值，ROY中存的內(nèi)容cs=zeros(1, 10);cc=zeros(1, 10);for tl=l:128,for t2

20、=l:8,cs=dec2bin(si (tl, t2), 10); %每一個的lObit量化值cc=dec2bin(co(tl, t2), 10);for t3=l:10,SIN(tl-l)*8+t2, t3)=bin2dec (cs (1, t3); %量化值存入合適位置C0S(tl-l)*8+t2, t3)=bin2dec(cc(1, t3);endendend3.1. 4 bin文件的生成Mat lab代碼%bin文件生成cosn, sinn=sincos();tl_cos=zeros(1024*8, 10);tl_sin=zeros(1024*8, 10);for i=l:1024tl

21、_cos(8*(i-l)+l, ：)=cosn(i,：);tl_sin(8*(i-l)+l, :)=sinn(i,:);endtotal二 tl_cos (:, 1:2);total二 tl_cos (:, 3:10);s_h=tl_cos(:, 1:2);s_l二 tl_cos (:,3:10);trl=zeros(1024*8, 1);tr2=zeros(1024*8, 1);tr3=zeros(1024*8, 1);for i=l:1024*8summ=0;sum=O;su=0;%for j=1:2%summ=summ+total_h(i, j)*2A (2-j)+s_h();summ=

22、summ+total_h(i, l)*2+total_h(i, 2)+s_h(i, l)*2"7+s_h(i, 2)*2 6;%cos sin cos sin高2位%endtri (i)=summ;%cos sin高2位for j=l:8sum=sum+s_l(i, j)*2A(8-j);%sin 低8位su=su+total_l (i, j)*2«8-j) ;%cos低8位endtr2(i,:)=sum;%sin低8位tr3 (i,：)二su;%cos低8位 endf id=fopen(，cs_h' , ' w');fwrite (fid, tri

23、);fid=fopen(，sin_l' , ' w');fwrite (fid, tr2);fid=fopen(，cos_l' , ' w');fwrite (fid, tr3);OOOOOOOOh: OODOOOLOh: 00000020b: 00000030b: 00000040h: OODOOOSOh： 00DOOO6OH： 00000070b： 0000008011： 00000090b: OODOOOaOh: OOOOOObOh: OOOOOOcOh: OOOOOOdOh: OODOOOeOh: ooDOOoron： OOOOOlOOh

24、: OOOOOlLOh: 00000120b: ODD00130h: OOOOOHOh: OOOOOlSOh:26953c003G9526FFD91 2 - 5 6 7 &b 。4 一OO 00 00 00 00 00 00 OS 00 00 00 00 00 00 00 ; HOO 00 00 OO 0 0 OO OO OO61 00C3 OOFF 00C3 OO6A OOD90026953BDO3C 0 OO OO OO OO 00 0000 00 00 00 00 0000 0000 00 00 00 00 0000 0000 0000 00 000000000000000000

25、0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 00 DD 00 00 00 00 00 00 DD DO 00 00 00 00 00 00 00 0000 0000 00 00 000 0000 0000 00 00 00 0000 0000 0000 0056 E3 9C 9c E3 56 09 F6 A9 IC63 63 IC A909 56 E3 9A 9c E300000000000000000000000

26、000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 00 00 00 a a00 00 oa oa 00 00 00 a a 00 oa oa oa 00 0000 00 00 00 00 0000 0000 00 00 00 00 0000 0000 0000 00 0000000000000000000000000000000000000000000000 ; &00 ; ?00 ; <00 ;,00 ； <00

27、 ； ?00 ； 600 ；00 ; ?00 ； j00 ; ?00 ;00 ; ?00 ； J00 ； ?00 ；00 ； 600 ; ?00 ;00 ;,00 ; <24OOOOOOOOh:的OO0000000000000000000000OO00oaooooion：00OO000000000000OO00000000OO000000002Oh:00OO000000000000OO00oa0000OO000000003Oh:01DO0000000000000100000000OO00aoooo4on：02OO0000DO00OD00100aDO00OO00oaoooosoh：01OO

28、0000DO00OD00OO00oaDO00OO00OOOOOOSOh:000000OD000000000000000000OO00aoooo7on：00 00000DO00OD00 000a000OO00oaooooson：03OO0000000000000300oaDO00OO0000000090h:03OO0000000000000300000000OO00oooooaon：03 00000DO00OD00 300DO00OO00oaoooobon：02OO0000DO000000oz00oa0000OO00OOOOOOcOh:01OO0000000000000200000000OO00

29、aooooaon：OZOO0000DO00OD00 500aDO00OO00oaooooeon：03OO000000000000030000DO00OO00OOOOOOfOh:03OO00000000OO000300000000OO00OOOOOLOOh:00OO000000000000OO00DO0000OO00oaoooiioh：00OO0000DO000000OO00000000OO00oaoooi20h：00OO0000DO00OD00OO00oaDO00OO00OOOOOLODh:01OO0000000000000100000000OO00OOOOL40h：02 00000DO00O

30、D00100a000OO00oaoooisoh：01OO00000000DD00OO00oaDO00OO00Cos的低八位數(shù)據(jù)5 6 ?iq b 弓 d 一00 ; ao ； OO ; 00 ; 00 ； ao ； 00 ; 00 ； ao ： 00 ; 00 ； ao ： OO ; 00 ； 00 ； 00 ; 00 ; 00 ； ao ； 00 ; ao ; ao ；Cos的高兩位數(shù)據(jù)抽樣的1024個點，其正余弦值分別用1X1024的矩陣來表示，采用均勻量化的方式。然后根據(jù)芯片8K容量對其進行高低位擴容，具體方法是將正弦和 余弦值的高兩位擴到高位片里，將低位的1K擴為8K。2.硬件部分硬件

31、調(diào)試步驟如下：1）用編程器將量化后的碼表的二進制bin數(shù)據(jù)文件下載到ROM中，在將下載成 功的芯片插在TX2000EDA通信實驗板上，注意芯片的位置和方向；2）將TX2000EDA通信實驗板上的JTAG接口與計算機相連；3）將雙路穩(wěn)壓電源調(diào)整為±16V：4）接通電源，用示波器觀察余弦cos,低通濾波器（LPF）的輸出波形，與Matlab 仿真眼圖相比較。其中，模塊clockmgdf與模塊addrlogic邏輯電路框圖分別如下:瞪f3 d81mdit守 b，A>n0RQ觸 oddri©gic bdlM模塊 clockmgdfw§> oIOC«時

32、aq k A 0 口 m A o 、用8 8ttar8ECWHUK'- ',vw Cviwi&< » 模塊 addrlogic為把所有邏輯模塊連接在一起，寫一個vhd文件，源程序如下: LIBRARY ieee;USE ieee. std_logic_1164. all;LIBRARY work;ENTITY total ISportCLK : IN STD.LOGIC;A3 :OUTSTD.LOGICA4 :OUTSTD_LOGICA5 :OUTSTD.LOGICDATA:0U1F STD.LOGIC;A6 :OUTSTD.LOGICA7 :OUTST

33、D_LOGICA8 :OUTSTD_LOGICA9 :OUTSTD.LOGICA10 :OUTSTD.LOGIC;All :OUTSTD_LOGIC;A12 :OUTSTD.LOGIC);END total;ARCHITECTUREbdf_type OF total IScomponent addrlogicPORT(A5 : IN STD_LOGIC;DATA : IN STD_LOGIC;A6 : OUT STD_L0GIC;A7 : OUT STD.LOGIC;A8 : OUT STD.LOGIC;A9 : OUT STD.LOGIC;A10 : OUT STD_LOGIC;All :

34、OUT STD_LOGIC;A12 : OUT STD_LOGIC)；end component;component clockmgdfPORT(CLK : IN STD_LOGIC;A3 : OUT STD_LOGIC;A4 : OUT STD_LOGIC;A5 : OUT STD.LOGIC;DATA : OUT STD_LOGIC)；end component;signal SYNTHESIZED_WIRE_O : STD_LOGIC;signal SYNTHESIZED_WIRE：STD_LOGIC;BEGINA5 <= SYNTHESIZED WIRE 0;DATA <=

35、 SYNTHESIZED WIRE 1;b2v_inst : addrlogicPORT MAP(A5 => SYNTHESIZED_WIRE_O, DATA => SYNTHESIZED WIRE 1, A6 => A6, A7 => A7, A8 => A8, A9 => A9, A10 => A10, All => All, A12 => A12);b2v_instl ： clockmgdf PORT MAP(CLK => CLK, A3 => A3, A4 => A4, A5 => SYNTHESIZED WIRE 0, DATA =