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1、基于DSP的调制解调及过程设计,答辩者：邹柯 学 号：22100804 班 级：信息10-1,指导教师：徐若锋,2,2014/6/18,毕业设计主要内容和要求：,学习掌握软件无线电基本原理、DSP工作原理、相移键控下几种调制方式的基本原理和性质等，通过实验平台完成软件无线电BPSK和QPSK调制解调的过程设计。,3,2014/6/18,目 录,第1部分 设计平台搭建,第2部分 BPSK调制解调过程设计,第3部分 QPSK调制解调过程设计,4,2014/6/18,图2-2 软件无线电发射机,图2-3 软件无线电接收机,1.1.1 软件无线电硬件开发平台实物图,1.1 软件无线电硬件开发平台介绍,
2、第1部分 设计平台搭建,5,2014/6/18,1.1.2 软件无线电硬件开发平台的连接,按照图2-4所示，将收发信机连接好。,然后用电脑通过仿真器连接到发送端DSP板卡上，发送端DSP板卡通过TECHV插槽扩展DAC板卡。,将P8、P1口的信号分别接入到发射机的I、Q信号输入端。,用传输屏蔽线将ADC板卡上的AD1口、AD2口分别和接收机的I、Q信号输出口相连接，然后给收发 信机和本振信号源接通电源。将“9_BPSK/11_QPSK”烧写到发送端DSP板卡上的FLASH中，使发送端可以脱离电脑自举运行。,接下来用电脑通过仿真器连接到接收端 DSP 板卡上，加载“10_DeBPSK/ 12_D
3、eQPSK”程序。可通过单片机板改变发送的数字信源；通过CCS内部的图形输出窗口观察相应的BPSK/QPSK信号，也可使用示波器的两个通道分别接DAC板卡上的P1、P8口，即分别接同相和正交分量，在示波器上将两个通道相加观察输出波形。,6,2014/6/18,1.1.3 软件无线电开发平台结构框图及信号流程,发射端：,图2-5 发射终端结构框图,接收端：,图2-6接收终端结构框图,发送信号流程：将要发送出去的二进制数据由TMSC6713 DSP生成通道所需要的基带I路和Q路信号；D/A变换器AD9765将生成的基带I路和Q路的信号转换为模拟的I路和Q路的信号，各通道的模拟I/Q信号再通过零中频
4、I/Q 调制器MAX2721上变频到2.4GHz的射频信号，然后经过功率放大器MAX2242放大后送到天线阵列进行辐射，形成一个下行的波束。,接收信号流程：从天线阵列接收到的射频信号在经过MAX2644低噪声放大器放大后进入MAX2701零中频I/Q解调器进行I/Q的相关解调，然后将解调出来的基带I路和Q路的信号送入AD9238模数转换器转换为数字信号，最后将该数字信号送入TMSC6713DSP进行处理。,7,2014/6/18,DSP芯片的主要应用领域,1.1.4 DSP介绍,8,2014/6/18,DSP芯片的基本结构,DSP芯片的特征,处理能力强：可同时执行8条指令，运算能力可达1G F
5、LOPS；指令周期3.3ns、2400MIPS、1800MFLOPS，2个浮点运算单元，2个浮点/定点运算单元，4个浮点/定点乘法器。 RAM：4KB程序、4KB数据、256KB通用 总存储器空间达到512M 功耗低：内核1.4V，外围3.3V 16ch的增强型DMA 2个McASP、2个McBSP、2个32bit定时器及PLL,DSP系统的构成,9,2014/6/18,1.2 软件无线电软件开发平台介绍,1.2.1 CCS开发环境,使用CCS开发应用程序的一般步骤,打开或者新建一个工程文件，在这个工程文件中包含了目标文件、链接命令文件、包含文件、库文件以及源程序。,编辑各类文件，可以使用CC
6、S提供的集成编辑环境，对头文件、链接命令文件和源程序进行编辑。,选择View-Graph-Time/Frequency打开图形属性窗口（Graph Property Dialog），在弹出的图形属性对话框中，用户可按照实验相关的要求进行修改Graph Title 、Display Type、 Start Address、Acquisition Buffer Size等的参数。点击OK，将出现一个图形窗口。,选择View-Memory打开内存窗口（Memory Window），在内存窗口中用户可以观察到从用户指定的地址开始的存储单元中的存储内容。 用户可以通过选项对内存窗口的显示进行格式化，也可
7、以编辑被选择的存储单元的内容。,选择编译程序（Project/Rebuild All），编译通过没有错误之后，用户才可进行下一步的工作；若编译出现错误，将会在输出窗口（Output Window）中显示错误信息我们针对这些错误信息进行修改、调试，直到调试编译运行没有错误为止。编译成功后，将会在工程文件的debug文件夹中生成 *.out 文件。,选择File-Load Program，然后点击Open加载刚刚生成的*.out文件。,单击Run运行程序，我们可以在图形窗口看到输出的波形，在内存窗口观察到由指定地址开始的存储单元中的内容。,10,2014/6/18,1.2.2 CCS的相关文件类型
8、,*.pjt-CCS使用的工程文件； *.c -C语言程序的源代码文件； *.asm-DSP汇编语言程序的源代码文件； *.h -C语言程序和DSPBIOS API中的头文件； *.1ib-库文件； *.cmd-链接命令(指定内存)文件； *.obj-由源文件编译或汇编后所生成的目标文件； *.out-完成编译、汇编、链接后形成的可执行文件，可在CCS监控下调试和执行； *.cdb-CCS的配置数据库文件，当保存相应的配置文件时,将会产生一个头文件(*cfg.h54)、链接器命令文件(*cfg.cmd)以及汇编语言源文件(*cfg.s54)； *.dat-输入输出数据文件。,11,2014/6
9、/18,图2-7 系统连接框图,1.3 系统连接,如图2-7所示，将仿真器、开发板和计算机连接好。 在确认硬件安装正确，接口连接紧密，各实验部件及电源连接正常后,开启电源，此时 开发板上的 LED 指示灯四亮一灭，仿真器上的POWER灯变亮(红色)。 开启计算机，运行CCS软件。若仿真器上的TARGET灯变亮(绿色)，并且CCS正常启动，说明系统连接正常，可以进行相关的实验。若TARGET灯为红色，可选择 Debug/Connect，CCS 将会链接到目标板上。 CCS正常启动后，加载相关的程序进行相关的实验操作。,12,2014/6/18,第2部分 BPSK的调制解调过程设计,2.1 BPS
10、K调制过程,绝对相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。二进制相移键控中，通常用相位0和来分别表示“0”或“1”。,图1 BPSK调制器框图,图2 BPSK调制信号产生的流程图,13,2014/6/18,图3 BPSK调制输出波形,设输入的二进制序列为：00010011.0001111,14,2014/6/18,2.2 BPSK解调过程,图5 BPSK解调过程的流程图,图4 BPSK的解调原理框图,15,2014/6/18,图6 BPSK解调输出波形,图7 BPSK调制输出波形,图6 BPSK解调输出波形,16,2014/6/18,问题：在BPSK信号的解调过程中，B
11、PSK信号以一个固定的初始相位的未调载波作为参考。在接收端进行解调时，同样也必须要有和它同频同相的同步载波。若同步载波相位发生了变化，例如：相位变为0相位或0相位变为相位，则恢复的数字信息就会发生“1”变“0”或“0”变“1”，从而造成恢复的信号出现错误。这种由于本地载波发生倒相导致接收端恢复的数据信号发生错误的现象称为“倒”现象。而这对BPSK系统误码性能影响很大，所以BPSK方式在实际中很少采用。,改进：在带通滤波后添加一级延迟装置，并将通过延迟一个码元后的信号与带通滤波后的信号相乘后送进低通滤波器，即可解决上述问题。其实现解调的原理框图如下图所示。,此改进算法是利用前后两个相邻码元之间相
12、位差来表示码元的值“0”和“1”的。例如：假设相位差“”表示符号“1”，相位差“0”表示符号“0”，同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位差才表示信息符号。所以利用此方法解调出来的信号是不依赖于某一固定的作为参考的载波相位，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则可通过鉴别这个相位差的关系就能够正确的恢复出数字信息，因此避免了BPSK中的倒现象的发生。,2.3 BPSK调制解调过程中出现的问题及算法改进,17,2014/6/18,第3部分 QPSK的调制解调过程设计,图5-1 QPSK的调制原理框图,图5-4 PN码产生流程图,3.1 QPSK调制过程,QPSK是利用载波的四个不同
13、相位来表征数字信息的，每一个载波相位代表两比特的信息。对于输入的二进制数字序列应该先进行分组。将每两个比特编为一组，采用相应的相位来表示。,18,2014/6/18,图5-10 QPSK调制流程图,19,2014/6/18,图5-12 QPSK调制信号输出波形,20,2014/6/18,3.2 QPSK解调过程,表5-3 QPSK信号解调器的判决准则,图5-13 QPSK的解调原理框图,图3.5 costas环原理框图,一般使用costas环来进行载波的提取与同步,21,2014/6/18,图5-12 QPSK调制信号输出波形,图5-16 QPSK解调输出波形,图5-12 QPSK解调信号输出
14、波形,22,2014/6/18,3.3 QPSK调制解调过程中出现的问题及算法改进,问题：下面将通过一个实例来说明经载波调制以后相位变化情况。假设给定的基带信号序列为：1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,QPSK数据码元对应的相位 变化如图5-17所示。,图5-17 QPSK相位变化图,对于QPSK的I、Q两路数据码元的相位 变换由图5-17可求得为：,由上述分析可得，QPSK调制信号的I 路和Q 路信号是同步的，当它们同时发生跳变时，相邻QPSK 符号间会发生180相移，这时信号包络瞬时通过零点。,23,2014/6/18,改进：将QPSK中并行的I，Q两路码元错开半个码元的时间，称这类QPSK为改进的QPSK。其算法改进后实现的原理框图如图5-18、5-19所示。,图5-18 改进的QPSK调制器框图,图5-19 改进的QPSK相干解调器框图,改进的QPSK数据码元对应相位变化如下图所示。,24,2014/6/18,对于改进的QPSK的I、Q两路数据码元的相位变化由图5-20可求得为：,由上述分析可得，在改进的QPSK中，仅存在小于90的相位跃变，而不存在过零点跃变。所以改进的QPSK信号的带限不会导致信号包络经过零点。,,Thank You !,
