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通信工程实验报告.docx

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通信工程实验报告.docx

通信工程实验报告

通

信

工

程

实

验

报

告

 

班级：

通信2012-04班

学号：

20122211

姓名：

刘涛

 

实验一：

FPGA实验_BDPSK调制解调器设计

一、实验目的

⒈学习BDPSK原理的硬件实现方法。

⒉学习用VerilogHDL硬件描述语言建模时序逻辑电路的能力。

2、实验报告要求

由于在BPSK解调中，相干载波恢复可能出现相位模糊，所以在实际应用中经常采用BDPSK（二进制差分相移键控）方式。

BDPSK方式不需要在解调端恢复相干参考信号，非相干接收机容易制造而且成本低，因此在无线通信系统中被广泛使用。

在BDPSK系统中，输入的二进制序列先进行差分编码，然后再用BPSK调制器调制。

⒈BDPSK调制系统的结构图。

（MicrosoftVisio中截图）

⒉BDPSK调制器模块的VerilogHDL代码及注释。

⒊功能仿真和时序仿真结果的波形。

（ModelSim中截图）

⒋（选做）开发板验证后的波形。

（示波器上拍照）

三、实验结果

1、调制器和解调器的外引脚图和内部结构图

 

图1.1调制器的外部引脚

 

图1.2调制器的内部结构

图1.3解调器的外部引脚

 

图1.4解调器的内部结构

 

2、调制器模块和解调器模块的VerilogHDL代码及注释

（1）差分编码

modulechafen（reset_n,clk,a,b）;

inputreset_n;

inputclk;

inputa;

outputb;

regc;

assignb=a^c;

always@（posedgeclkornegedgereset_n）

if（!

reset_n）

c<=0;

else

begin

c<=b;

end

Endmodule

（2）控制器

moduleController（

clk,

reset_n,

data,

address,

clk_DA,

blank_DA_n,

sync_DA_n

）;

inputclk;

inputreset_n;

inputdata;

output[4:

0]address;

outputclk_DA;//数模转换器控制信号

outputblank_DA_n;//数模转换器控制信号

outputsync_DA_n;//数模转换器控制信号

reg[4:

0]address_data;

regc;

always@（posedgeclkornegedgereset_n）

begin

if（!

reset_n）

c<=1'bz;

else

c<=data;

end

always@（posedgeclkornegedgereset_n）

begin

if（!

reset_n）

address_data<=5'b00000;

elseif（c==data）

address_data<=address_data+5'b00001;

else

begin

case（data）

1'b0:

address_data<=5'b00000;

1'b1:

address_data<=5'b10000;

default:

address_data<=5'bzzzzz;

endcase

end

end

assignaddress=address_data;

assignclk_DA=clk;

assignblank_DA_n=1'b1;

assignsync_DA_n=1'b1;

Endmodule

（3）查找表

moduleLookUpTable（

clk,

reset_n,

address,

dataout,

）;

inputclk;

inputreset_n;

input[4:

0]address;

output[7:

0]dataout;

reg[7:

0]LUT[0:

31];

always@（posedgeclkornegedgereset_n）

begin

if（!

reset_n）

begin

//用C编程计算出的查找表采样值填在这里

LUT[0]<=8'h7f;//0°

LUT[1]<=8'h97;

LUT[2]<=8'haf;

LUT[3]<=8'hc5;

LUT[4]<=8'hd9;

LUT[5]<=8'he8;

LUT[6]<=8'hf4;

LUT[7]<=8'hfc;

LUT[8]<=8'hfe;

LUT[9]<=8'hfc;

LUT[10]<=8'hf5;

LUT[11]<=8'hea;

LUT[12]<=8'hda;

LUT[13]<=8'hc7;

LUT[14]<=8'hb2;

LUT[15]<=8'h9a;

LUT[16]<=8'h81;//180°

LUT[17]<=8'h69;

LUT[18]<=8'h51;

LUT[19]<=8'h3b;

LUT[20]<=8'h27;

LUT[21]<=8'h17;

LUT[22]<=8'hb;

LUT[23]<=8'h3;

LUT[24]<=8'h0;

LUT[25]<=8'h1;

LUT[26]<=8'h8;

LUT[27]<=8'h13;

LUT[28]<=8'h22;

LUT[29]<=8'h35;

LUT[30]<=8'h4a;

LUT[31]<=8'h62;

end

end

assigndataout=LUT[address];

endmodule

 

⒊功能仿真和时序仿真结果的波形

 

图1.5功能仿真

 

图1.6时序仿真

实验二MATLAB实验_OFDM误码率仿真（AWGN）

一、实验目的：

1、掌握OFDM的基本原理。

2、掌握用Matlab搭建OFDM系统的基本方法

3、用MATLAB进行OFDM系统在AWGN信道下误码率分析。

二、实验内容

（1）发送部分

①对产生的0、1比特流进行16QAM调制，映射到星座图上，即将数据变为复平面内的数据；

②将变换后的数据进行串并转换进行IFFT变换后在进行并串转换。

为了避免多径造传播成的ISI干扰，要对每一个OFDM符号加循环前缀（CP）。

为了避免码间干扰，CP中的信号与对应OFDM符号尾部宽度为Tg的部分相同，Tg为人为设定。

本实验中为OFDM符号长度的1/4。

③加保护间隔。

为了最大限度的消除码间干扰，该保护间隔一般大于多径信道的最大时延，这样一个符号的多径干扰就不会对下一个符号造成干扰。

将产生的OFDM符号组成一个

串行序列，即组帧。

（2）信道部分：

AWGN信道

（3）接收部分：

①解帧，将接收的序列分解为一个个独立的OFDM符号。

②去掉保护间隔，将加在每个符号前的保护间隔去掉。

③将去掉保护间隔的OFDM符号进行串并转换，为下一步快速傅里叶变换做准备。

④将并行的信号进行快速傅里叶变换得到对应的时域信号。

⑤进行并串转换，再进行QAM解调，解调之前要进行均衡处理。

解调之后得到之前生成的0、1比特流。

设计仿真方案，得到在数据传输过程中不同信噪比的BER性能结论，要求得到的BER

曲线较为平滑。

四、实验报告要求

所有程序完整的源代码（.m文件）以及注释。

仿真结果。

对于所有的图形结果（包括波形与仿真曲线等），将图形保存成.tif或者.emf的格式并插入word文档。

三、实验结果

1、所有程序完整的源代码（.m文件）以及注释

clearall;

closeall;

fprintf（'OFDM基带系统\n\n'）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%参数设置%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

carrier_count=256;%FFT数目

number_symbol=1500;%OFDM符号数目（）

Guard_count=carrier_count/4;%循环前缀

Pilot_interval=15;%导频间隔

Pilot_count=ceil（number_symbol/Pilot_interval）;%每一行导频的个数

modulation_mode=16;%16QAM

SNR=-2:

35;

k=log2（modulation_mode）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%主程序循环%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

fornumber_snr=1:

length（SNR）

fprintf（'\n\n\n仿真信噪比',SNR（number_snr））;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%产生发送的随机序列%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Source_Bits=randi（[01],1,k*（carrier_count*number_symbol））;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%16QAM调制%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

QAM_16_IQ=[-3-131];

QAM_input_I=QAM_16_IQ（Source_Bits（1:

4:

end）*2+Source_Bits（2:

4:

end）+1）;%00:

-301:

-111:

110:

3

QAM_input_Q=QAM_16_IQ（Source_Bits（3:

4:

end）*2+Source_Bits（4:

4:

end）+1）;%00:

-301:

-111:

110:

3

Modulated_Sequence_Tx1=QAM_input_I+1i*QAM_input_Q;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%串并变换%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Modulated_Sequence_Tx=reshape（Modulated_Sequence_Tx1,carrier_count,number_symbol）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%产生已知的导频序列%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Pilot_symbols=（round（rand（carrier_count,Pilot_count））*2-1）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%导频符号的插入%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

forkk=1:

Pilot_count

Modulated_Sequence_Tx_insert（:

（kk-1）*（Pilot_interval+1）+1）=Pilot_symbols（:

kk）;

Modulated_Sequence_Tx_insert（:

（kk-1）*（Pilot_interval+1）+2:

（kk-1）*（Pilot_interval+1）+16）=Modulated_Sequence_Tx（:

（kk-1）*Pilot_interval+1:

（kk-1）*Pilot_interval+15）;

end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%IFFT变换%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Time_signal_Tx1=ifft（Modulated_Sequence_Tx_insert）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%加循环前缀%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Time_signal_Tx_cp1（1:

Guard_count,:

）=Time_signal_Tx1（carrier_count-Guard_count+1:

carrier_count,:

）;

Time_signal_Tx_cp1（Guard_count+1:

Guard_count+carrier_count,:

）=Time_signal_Tx1（1:

carrier_count,:

）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%并串变换%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Time_signal_Tx_cp=reshape（Time_signal_Tx_cp1,1,（Guard_count+carrier_count）*（number_symbol+Pilot_count））;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%高斯信道和瑞利信道%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Time_signal_Tx_cp_channel1=awgn（Time_signal_Tx_cp,SNR（number_snr）,'measured'）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%串并变换%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Time_signal_Tx_cp_channel=reshape（Time_signal_Tx_cp_channel1,carrier_count+Guard_count,number_symbol+Pilot_count）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%信号接收去循环前缀%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Time_signal_Rx_channel（1:

carrier_count,:

）=Time_signal_Tx_cp_channel（Guard_count+1:

carrier_count+Guard_count,:

）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%FFT变换%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

frequence_signal_Rx_channel1=fft（Time_signal_Rx_channel）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%获取导频符号处的序列信道估计%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

forkk=1:

Pilot_count

Pilot_symbols_channel（:

kk）=frequence_signal_Rx_channel1（:

（kk-1）*（Pilot_interval+1）+1）;

frequence_signal_Rx_channel（:

（kk-1）*Pilot_interval+1:

（kk-1）*Pilot_interval+15）=frequence_signal_Rx_channel1（:

（kk-1）*（Pilot_interval+1）+2:

（kk-1）*（Pilot_interval+1）+16）;

end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%并串变换%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

frequence_signal_Rx_channel_desert=reshape（frequence_signal_Rx_channel,1,（carrier_count）*number_symbol）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%16QAM解调%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

QAM_input_I=real（frequence_signal_Rx_channel_desert）;

QAM_input_Q=imag（frequence_signal_Rx_channel_desert）;

fora=1:

（carrier_count*number_symbol）

ifQAM_input_I（a）<=-2

receive_Bits（a*k-3）=0;%,a*k-1,a*k

receive_Bits（a*k-2）=0;

elseif（QAM_input_I（a）>-2）&&（QAM_input_I（a）<=0）

receive_Bits（a*k-3）=0;

receive_Bits（a*k-2）=1;

elseif（QAM_input_I（a）>0）&&（QAM_input_I（a）<=2）

receive_Bits（a*k-3）=1;

receive_Bits（a*k-2）=1;

elsereceive_Bits（a*k-3）=1;

receive_Bits（a*k-2）=0;

end

end

fora=1:

（carrier_count*number_symbol）

ifQAM_input_Q（a）<=-2%&QAM_input_Q（a）<=-2

receive_Bits（a*k-1）=0;%,a*k-1,a*k

receive_Bits（a*k）=0;

elseif（QAM_input_Q（a）>-2）&&（QAM_input_Q（a）<=0）

receive_Bits（a*k-1）=0;

receive_Bits（a*k）=1;

elseif（QAM_input_Q（a）>0）&&（QAM_input_Q（a）<=2）

receive_Bits（a*k-1）=1;

receive_Bits（a*k）=1;

elsereceive_Bits（a*k-1）=1;

receive_Bits（a*k）=0;

end

end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%误码率计算%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

[Num,Rat]=biterr（Source_Bits,receive_Bits）;

biterr_total（number_snr）=Rat;

fprintf（'\n\n误码率为%f\n\n',biterr_total（number_snr））;

end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%画图%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

figure

semilogy（SNR,biterr_total,'bp-','LineWidth',2）;

axis（[-23510^-50.9]）

xlabel（'SNR'）;

ylabel（'BER'）;

title（'OFDM基带系统（高斯信道）'）;

2、仿真结果

图2.1仿真结果

 

实验三、MATLAB实验_OFDM误码率仿真（衰落）

一、实验目的：

1、了解瑞利信道产生的原因及其特征。

2、用MATLAB进行OFDM系统在瑞利信道下误码率分析。

二、实验报告要求

1.所有程序完整的源代码（.m文件）以及注释。

2.仿真结果。

对于所有的图形结果（包括波形与仿真曲线等），将图形保存成.tif或者.emf

的格式并插入word文档。

三、实验结果

1、所有程序完整的源代码（.m文件）以及注释

clearall;

closeall;

fprintf（'OFDM基带系统\n\n'）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%参数设置%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

carrier_count=256;%FFT数目

number_symbol=1500;%OFDM符号数目（）

Guard_count=carrier_count/4;%循环前缀

Pilot_interval=15;%导频间隔

Pilot_count=ceil（number_symbol/Pilot_interval）;%每一行导频的个数

modulation_mode=16;%16QAM

SNR=-2:

35;

k=log2（modulation_mode）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%主程序循环%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

fornumber_snr=1:

length（SNR）

fprintf（'\n\n\n仿真信噪比',SNR（number_snr））;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%产生发送的随机序列%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Source_Bits=randi（[01],1,k*（carrier_count*number_symbol））;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%16QAM调制%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

QAM_16_IQ=[-3-131];

QAM_input_I=QAM_16_IQ（Source_Bits（1:

4:

end）*2+Source_Bits（2:

4:

end）+1）;%00:

-301:

-111:

110:

3

QAM_input_Q=QAM_16_IQ（Source_Bits（3:

4:

end）*2+Source_Bits（4:

4:

end）+1）;%00:

-301:

-111:

110:

3

Modulated_Sequence_Tx1=QAM_input_I+1i*QAM_input_Q;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%串并变换%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Modulated_Sequence_Tx=reshape（Modulated_Sequence_Tx1,carrier_count,number_symbol）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%产生已知的导频序列%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Pilot_symbols=（round（rand（carrier_count,Pilot_count））*2-1）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%导频符号的插入%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

forkk=1:

Pilot_countModulated_Sequence_Tx_insert（:

（kk-1）*（Pilot_interval+1）+1）=Pilot_symbols（:

kk）;Modulated_Sequence_

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