通信原理gmsk實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、北#&隧大e通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)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(jí)：2009211123 班內(nèi)序號(hào)：18 姓名：曹流 學(xué)號(hào)：09212285日期：2012-5-17“GMSK調(diào)制器”系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容算出Gauss濾波器矩形脈沖相應(yīng)g(t)；利用對(duì)g(t)的積分、求和函數(shù)算出相位。(t)；設(shè)計(jì)出f(t)的余弦和正弦表，固化在ROM中；對(duì)ROM表中的每一個(gè)樣值進(jìn)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(jì)算機(jī)繪圖程序得到基帶波形輸出; 對(duì)EPROM進(jìn)行編程下載，在示波器上觀察眼圖。二、實(shí)驗(yàn)原理2.1 GMSK調(diào)制器工

2、作原理及相位路徑的計(jì)算調(diào)制前高斯濾波的最小頻移鍵控簡(jiǎn)稱(chēng)GMSK,基本的工作原理是將基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)高斯濾波器成形，再進(jìn)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(wú)陡峭邊沿，亦無(wú)拐點(diǎn)，因此頻譜特性?xún)?yōu)于MSK信號(hào)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(gè)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(jiàn)，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(shí)

3、限的，但它隨按指數(shù)規(guī)律迅速下降，所以可近似認(rèn) 為它的寬度是有限的。由于它的非時(shí)限性，相鄰脈沖會(huì)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(dāng)取不同值時(shí)，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(hào)，已調(diào)信號(hào)寫(xiě)作:5（/）=月cos（2沈-W。）奴')=L 2>花卜一叫，一日卜7在具體計(jì)算。(t)時(shí)，取g(t)的截?cái)嚅L(zhǎng)度為5T,就可以達(dá)到足夠精度。 用對(duì)g(t)的積分和求和函數(shù)實(shí)現(xiàn)，具體計(jì)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(shí)現(xiàn)，可改變積分限。2.2數(shù)字信號(hào)處理方法實(shí)現(xiàn)GMSK調(diào)制器本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。ROM表 中存放的是1024個(gè)點(diǎn)的余弦值和正弦值。DAC是模數(shù)轉(zhuǎn)換，即將1024個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn) 行量化，乂計(jì)算機(jī)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(duì)功率譜的影響。三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)此次實(shí)驗(yàn)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(jī)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(hào)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(jì)1 .原理模塊框圖模塊工作原理說(shuō)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(diǎn)。ROM表中存放的是 1024個(gè)點(diǎn)的余弦值和正弦值。DAC是模數(shù)轉(zhuǎn)換，即將1024個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，乂 計(jì)算機(jī)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(duì)功率 譜的影響。2 .地址邏輯模塊地址邏輯模塊實(shí)現(xiàn)如下：上面箭頭表示時(shí)鐘輸入，下面箭頭表示隨機(jī)序列an經(jīng)預(yù)編碼后形成的 bn),對(duì)它進(jìn)行五位移存，通過(guò)L 一個(gè)四象限計(jì)數(shù)器，再經(jīng)一個(gè)模為8的計(jì)數(shù)器。 故一共抽出2的10次方即1024個(gè)點(diǎn)。在Mat lab中用三個(gè)嵌套的for循環(huán)實(shí)現(xiàn)。正、余弦表表示將1024個(gè)點(diǎn)取cos和sin值，寫(xiě)入該表?？山⒁粋€(gè)1*1024 的矩陣來(lái)顯示。仿真

7、時(shí)，只需取出1024個(gè)點(diǎn)的正、余弦值量化后，寫(xiě)入正、余 弦表。在下載前，還需要根據(jù)芯片容量對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容，分為高低位，擴(kuò)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(shí)，我分了三個(gè)模塊：g(t), F(t)和抽樣量化。程序更加簡(jiǎn)潔，修 改比較方便。每一模塊幾乎獨(dú)立完成自己的功能，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)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(zhǎng)度為 5T 的 g(t)1)；xlabel時(shí)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(zhǎng)度為5T的g(t)-1-0.500.511.52時(shí)間t/s耐52 0 8 6 4 di 431.2 GMSK信號(hào)相位

9、路徑的計(jì)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(gè)點(diǎn)畫(huà)一條相位路徑，在外層加

13、h （h為一個(gè)較大的數(shù)即可）次的for 循環(huán)，用hold on使之重迭畫(huà)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(jì)流程設(shè)置取樣點(diǎn)數(shù)（每比特8個(gè)抽樣點(diǎn)），每樣值量化電平數(shù)Q=10程序說(shuō)明：1）開(kāi)辟空間存入ROM表及偽隨機(jī)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(gè)碼元時(shí)間內(nèi) 有8個(gè)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(hào)的數(shù)目為10*times；4) III bk2bk】bk.bk+Lbk+25個(gè)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(gè)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(shí)際值，存入一個(gè)數(shù)據(jù)文件用 于功率譜仿真,共有l(wèi)*times*n個(gè)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(gè)數(shù)n及量化電平。1、量化前畫(huà)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(huà)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(huà)出的眼圖，幾乎沒(méi)有區(qū)別，可以判斷量化是合理的。16設(shè)計(jì)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(diǎn)數(shù)（抽8個(gè)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(shuō)明：1)編寫(xiě)GMSK預(yù)調(diào)制濾波器的矩型脈沖響應(yīng)g(t)子程序；2)計(jì)算。(t)；3)計(jì)算 cos。(t)和 sin。(t)；4) ROM表中的每一個(gè)樣值進(jìn)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(gè)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(shí)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(shí)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(jìn)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(gè)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(gè)點(diǎn)，其正余弦值分別用1X1024的矩陣來(lái)表示，采用均勻量化的方式。然后根據(jù)芯片8K容量對(duì)其進(jìn)行高低位擴(kuò)容，具體方法是將正弦和 余弦值的高兩位擴(kuò)到高位片里，將低位的1K擴(kuò)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(jìn)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(shí)驗(yàn)板上，注意芯片的位置和方向；2）將TX2000EDA通信實(shí)驗(yàn)板上的JTAG接口與計(jì)算機(jī)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(shí)

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(xiě)一個(gè)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 =