基于DSP的調(diào)制解調(diào)原理及過(guò)程設(shè)計(jì)中國(guó)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(guò)程設(shè)計(jì)答辯者：鄒柯學(xué) 號(hào)：22100804班 級(jí)：信息10-1 指導(dǎo)教師：徐若鋒 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求： 學(xué)習(xí)掌握軟件無(wú)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(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成軟件無(wú)線電BPSK和QPSK調(diào)制解調(diào)的過(guò)程設(shè)計(jì)。22目 錄第1部分 設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建第2部分 BPSK調(diào)制解調(diào)過(guò)程設(shè)計(jì)第3部分 QPSK調(diào)制解調(diào)過(guò)程設(shè)計(jì)33圖2-2 軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)圖2-3 軟件無(wú)線電接收機(jī)1.1.1 軟件無(wú)線電硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)實(shí)物圖1.1 軟件無(wú)線電硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹第1部分 設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建441.1.2 軟件無(wú)線電硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的連接按照?qǐng)D2-4所示，將收

2、發(fā)信機(jī)連接好。然后用電腦通過(guò)仿真器連接到發(fā)送端DSP板卡上，發(fā)送端DSP板卡通過(guò)TECHV插槽擴(kuò)展DAC板卡。將P8、P1口的信號(hào)分別接入到發(fā)射機(jī)的I、Q信號(hào)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(jī)的I、Q信號(hào)輸出口相連接，然后給收發(fā) 信機(jī)和本振信號(hào)源接通電源。將“9_BPSK/11_QPSK”燒寫(xiě)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(yùn)行。接下來(lái)用電腦通過(guò)仿真器連接到接收端 DSP 板卡上，加載“10_DeBPSK/ 12_DeQPSK”程序?？赏ㄟ^(guò)單片機(jī)板改變發(fā)送的數(shù)字信源；通過(guò)CCS內(nèi)部的圖形輸出窗口觀察相應(yīng)的BPSK/QPSK信號(hào)，也可使

3、用示波器的兩個(gè)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(gè)通道相加觀察輸出波形。551.1.3 軟件無(wú)線電開(kāi)發(fā)平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖及信號(hào)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(hào)流程： 將要發(fā)送出去的二進(jìn)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(hào)；D/A變換器AD9765將生成的基帶I路和Q路的信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬的I路和Q路的信號(hào)，各通道的模擬I/Q信號(hào)再通過(guò)零中頻I/Q 調(diào)制器MAX2721上變頻到2.4GHz的射頻信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)功率放大器MAX2242放大后送到天線陣列進(jìn)行輻射，形成一個(gè)下行的波束。接收信號(hào)流

4、程： 從天線陣列接收到的射頻信號(hào)在經(jīng)過(guò)MAX2644低噪聲放大器放大后進(jìn)入MAX2701零中頻I/Q解調(diào)器進(jìn)行I/Q的相關(guān)解調(diào)，然后將解調(diào)出來(lái)的基帶I路和Q路的信號(hào)送入AD9238模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后將該數(shù)字信號(hào)送入TMSC6713DSP進(jìn)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(qiáng)：可同時(shí)執(zhí)行8條指令，運(yùn)算能力可達(dá)1G FLOPS；指令周期3.3ns、2400MIPS、1800MFLOPS，2個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算單元，2個(gè)浮點(diǎn)/定點(diǎn)運(yùn)算單元，4個(gè)浮點(diǎn)/定點(diǎn)乘法器。 RAM：4KB程序、4KB數(shù)據(jù)、256KB通用 總存儲(chǔ)器空

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

6、要求進(jìn)行修改Graph Title 、Display Type、 Start Address、Acquisition Buffer Size等的參數(shù)。點(diǎn)擊OK，將出現(xiàn)一個(gè)圖形窗口。選擇View-Memory打開(kāi)內(nèi)存窗口（Memory Window），在內(nèi)存窗口中用戶(hù)可以觀察到從用戶(hù)指定的地址開(kāi)始的存儲(chǔ)單元中的存儲(chǔ)內(nèi)容。 用戶(hù)可以通過(guò)選項(xiàng)對(duì)內(nèi)存窗口的顯示進(jìn)行格式化，也可以編輯被選擇的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。選擇編譯程序（Project/Rebuild All），編譯通過(guò)沒(méi)有錯(cuò)誤之后，用戶(hù)才可進(jìn)行下一步的工作；若編譯出現(xiàn)錯(cuò)誤，將會(huì)在輸出窗口（Output Window）中顯示錯(cuò)誤信息我們針對(duì)這些錯(cuò)誤信息進(jìn)

7、行修改、調(diào)試，直到調(diào)試編譯運(yùn)行沒(méi)有錯(cuò)誤為止。編譯成功后，將會(huì)在工程文件的debug文件夾中生成 *.out 文件。選擇File-Load Program，然后點(diǎn)擊Open加載剛剛生成的*.out文件。單擊Run運(yùn)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(kāi)始的存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容。991.2.2 CCS的相關(guān)文件類(lèi)型 *.pjt-CCS使用的工程文件；*.c -C語(yǔ)言程序的源代碼文件；*.asm-DSP匯編語(yǔ)言程序的源代碼文件；*.h -C語(yǔ)言程序和DSPBIOS API中的頭文件；*.1ib-庫(kù)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(kù)文件，當(dāng)保存相應(yīng)的配置文件時(shí),將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頭文件(*cfg.h54)、鏈接器命令文件(*cfg.cmd)以及匯編語(yǔ)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(kāi)發(fā)板和計(jì)算機(jī)連接好。在確認(rèn)硬件安裝正確，接口連接緊密，各實(shí)驗(yàn)部件及電源連接正常后,開(kāi)啟電源，此時(shí) 開(kāi)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(kāi)啟計(jì)算機(jī)，運(yùn)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(dòng)，說(shuō)明系統(tǒng)連接正常，可以進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。 若TARGET燈為紅色，可選擇 Debug/Connect，CCS 將會(huì)鏈接到目標(biāo)板上。CCS正常啟動(dòng)后，加載相關(guān)的程序進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作。1111第2部分 BPSK的調(diào)制解調(diào)過(guò)程設(shè)計(jì)2.1 BPSK調(diào)制過(guò)程 絕對(duì)相移鍵控是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。二進(jìn)制相移鍵控中，通常用相位0和來(lái)分別表示“0”或“1”。 圖1 BPSK調(diào)制器框圖圖2 BPSK調(diào)制信號(hào)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(jìn)制序列為：00010011.000111113132.2 BPSK解調(diào)過(guò)程圖5

10、 BPSK解調(diào)過(guò)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(wèn)題：在BPSK信號(hào)的解調(diào)過(guò)程中，BPSK信號(hào)以一個(gè)固定的初始相位的未調(diào)載波作為參考。在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)，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(huì)發(fā)生“1”變“0”或“0”變“1”，從而造成恢復(fù)的信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)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(hào)發(fā)生錯(cuò)誤的現(xiàn)象稱(chēng)為“倒”現(xiàn)象。而這對(duì)BPSK系統(tǒng)誤碼性能影響很大，所以BPSK方式在實(shí)際中很少采用。改進(jìn)：在帶通

11、濾波后添加一級(jí)延遲裝置，并將通過(guò)延遲一個(gè)碼元后的信號(hào)與帶通濾波后的信號(hào)相乘后送進(jìn)低通濾波器，即可解決上述問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)解調(diào)的原理框圖如下圖所示。此改進(jìn)算法是利用前后兩個(gè)相鄰碼元之間相位差來(lái)表示碼元的值“0”和“1”的。例如：假設(shè)相位差“”表示符號(hào)“1”，相位差“0”表示符號(hào)“0”，同一相位并不對(duì)應(yīng)相同的數(shù)字信息符號(hào)，而前后碼元相對(duì)相位差才表示信息符號(hào)。所以利用此方法解調(diào)出來(lái)的信號(hào)是不依賴(lài)于某一固定的作為參考的載波相位，只要前后碼元的相對(duì)相位關(guān)系不破壞，則可通過(guò)鑒別這個(gè)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(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及算法改進(jìn)16

12、16第3部分 QPSK的調(diào)制解調(diào)過(guò)程設(shè)計(jì)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(guò)程 QPSK是利用載波的四個(gè)不同相位來(lái)表征數(shù)字信息的，每一個(gè)載波相位代表兩比特的信息。對(duì)于輸入的二進(jìn)制數(shù)字序列應(yīng)該先進(jìn)行分組。將每?jī)蓚€(gè)比特編為一組，采用相應(yīng)的相位來(lái)表示。1717圖5-10 QPSK調(diào)制流程圖1818圖5-12 QPSK調(diào)制信號(hào)輸出波形19193.2 QPSK解調(diào)過(guò)程表5-3 QPSK信號(hào)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(lái)進(jìn)行載波的提取與同步2020圖5-12 QPSK調(diào)制信號(hào)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(hào)輸出波形21213.3 QPSK調(diào)制解調(diào)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及算法改進(jìn)問(wèn)題：下面將通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)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(hào)序列為：1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1QPSK數(shù)據(jù)碼元對(duì)應(yīng)的相位變化如圖5-17所示。圖5-17 QPSK相位變化圖對(duì)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(hào)的I 路和Q 路信號(hào)是同步的，當(dāng)它們同時(shí)發(fā)生跳變時(shí)，相鄰QPSK 符號(hào)間會(huì)發(fā)生180相移，這時(shí)信號(hào)包絡(luò)瞬時(shí)通過(guò)零點(diǎn)。2222改進(jìn)：將QPSK中并行的I，Q兩路碼元錯(cuò)開(kāi)半個(gè)碼元的時(shí)間，稱(chēng)這類(lèi)QPSK為改進(jìn)的QPSK。其算法改