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随机信号分析实验报告通信工程学院*随机信号实验报告一、摘要本实验基于Quartusii软件模拟与仿真2DPSK调制器的原理与效果。本次实验给定的码元时钟为2.44kHz,一个时钟周期需要四个完整的载波波形。数字载波信号由12为二进制序列输出，取值自行计算。二、实验特点与原理2DPSK通信系统的方框图如3.5-1所示：突发晦声图3.5-12DPSK通信系统的方框图利用载波相位传送数字信息的方法称为相对调制2DPSK,也就是利用前后码元的相对变化传送数字信息。实现相对调相最常用的方法是：首先对数字基带信号进行差分编码，即由绝对码变为相对码（差分码），然后进行绝对调相。所谓2DPSK就是信息码元为二进制的差分相移键控，简称为二相相对调相。图3.5-2给出2DPSK调制器的方框图及典型的波形。(相对码)-jnm绝对码相对码1O1IOOls(t)JIp»图3.5-22DPSK通信系统的方框图及典型的波形如图为2DPSK调制器原理框图如图：基带信号为一个周期为15的m序列，码元速率为2.44KHz时钟信号:时钟信号dk2为2.44KHz。由实验板提供20MHZ经分频得到。（3）载波：本调制器产生2DPSK已调制信号，设计电路时可以这样来考虑：给定的载波为正弦波，f=2.44KHz*4*32=（由于有32个采样点，所以时钟信号产生32个脉冲，才能产生一个正弦周期）。“0”码输出f,“1”码输出相位相差冗的K正弦波可以这样产生，载波f一个周期为32个采样点，将载波f一个周期等分为32份，这样有32个取样值。因一个周期为360度，所以各个样值之间的间隔为360/32度。要取得这样样值的方法：设S（X）=Sin仅），令x=0,得到第一个值,x=36032得到第二个值等等，共取得32个样值，然后将这些值归一化（乘一个大整数并取整）。设计2DPSK时,将f的正弦样值0相位和相位存在同一个ROM中，根据基带信号和数据地址线组成的新地址就可以正确的读取了。（4）时钟信号:时钟信号CIkl为2.44*4*32=312.32KHz。在M序列的Ibit内显示4个完整正弦波。由实验板提供20MHz经分频得到。测试：最终将二进制码转换为正弦波输出，在示波器上观察输入输出信号。实现此系统可分为3步完成：（1）电路设计或程序设计(2)QUartUSii软件仿真(3)在FPGA实验板中下载并用示波器观察2DPSK调制信号。三、实验的设计与实现本实验基于Altera公司的Quartusii模拟仿真软件实现计算机模拟仿真并应用实际电路测试。1 .软件的熟悉通过对QUartUSii软件的熟悉和简单的操作了解该软件的基本操作技巧和使用规范。(1) M序列生成器首先通过软件建立一个BlockDiagram/Schematic文件，插入74175集成电路以及相应的逻辑门(OR,XOR,AND,OFF,INPUT；OUTPUT)组合合成周期为15bit的M序列发生器。建立波形文件新建VectorWaveformFile文件，设置仿真结束时间(ENDTIME)为Ims,给波形文件分配输入输出节点(InSertinsertnodeorbus),选择C1.K以及MJ3UT-作为输入和输出。给输入节点CIOCk信号，点击左边烬，本次小实验选用5MHZ时钟信号。点击右上角蓝色箭头目开始仿真，此时为时序仿真，仿真波形为15bit的周期序列。仿真图像为：TimeBar16.775ns<»|PointecW.86USInterval：68.84USStartEnd:,r,b.51us67.79us69.07us70.35us71.63us72.91us74.19Bn-Valueat,1-,1,-Name16.78nsCkA0UUUUU1.nr1.nr1.r1.ruUUu1.r1.rUU1.rmnJIr1.r1.nJmrmrUInJInjW1.m。Utl*oJ1.TUIlI1.JII1.TU(2)正弦波输出电路建立新的BlockDiagram/Schematic文件，并插入IPm.counter计数器以及lpm_rom存储器。设置器件配置文件，设置三位地址总线计数器以及三位地址线8字节存储器。并建立ROM数据文件文件预定义ROM单元中的值(127,217,254,217,127,37,0,37),按照如下电路连接。建立波形文件建立波形文件输入一个时钟为5MHZ的时钟信号，插入输出信号SIN7.0信号,并选用analogwaveform,设置SteP形式以及合适高度。显示波形为下图2.正式实验内容-2DPSK调制器的设计与实现(1)产生2.44KHz的M序列时钟信号分频器的设计与实现由实验板提供20MHZ时钟，由IPm-counter做分频器，产生码元速率为2.44KHZ的信号作为m序列的输入。如图，20MHZ/2.44KHZ=2八13,也就是每输入213个clock信号,IPm-Ce)Unter输出一次。基带信源为周期15的m序列。电路图连接如下图IPmCOUnterOup unte4 > clock«12 OJ ' 8Ut !rst3展AH二翼74175（2）生成载波正弦载波信号由IPm-COUnter和lpm-rom生成。是这样产生的：载波一个周期为32个采样点，将载波一个周期等分成32份，这样有32个取样值。因一个周期为360度，所以各个采样点之间的间隔为360/32度，取得32个采样值后，将这些样值归一化，即每个采样值由12位二进制数表示。Ipm-Counter为5位地址的计数器，lpm-rom先存储32个样值。由于在m序列一个最小单元内有4个正弦载波，所以正弦波的频率应为20MHz/(2.44KHz*4*32)=26(由于有32个采样点，所以时钟信号产生32个脉冲，才能产生一个正弦周期)。所以Ipm-Counter将20MHz的信号分频为C1.K的三：Iprrycountert)upcounte>clock_q5.oCoUtinst数字SIN函数生成需要32个模拟正弦信号的采样值，本实验应用程序循环计算得到32个整数值表示数字SIN信号。公式如下：F(x)=1÷sin(翳)*dU1)n取03132个采样值数据为：SimulationReport-SimulationWaveforms对sin.mifAddr012+3÷4÷56702047244628303184349437493938405584094405539383749349431S438302446162047164812649106003451564024040156345600910126416483220471648126491060034515640400401563456009101264164843204724462830318434943749393840555640944055393837493494318428302446生成载波电路图如下:(3)调制本调制器产生2DPSK已调制信号,设计电路时可以这样来考虑:给定的载波为正弦波，“0”码输出正弦波，“1”码输出相位相差冗的正弦波。设计2DPSK时，将正弦波样本值0相位和JI相位存在同一个ROM中，将m序列的输出作为高位地址线，用来选取0相位或兀相位的样本值。如图，SimulationReport-SimuIationWaveformssin.mifAddr012*3÷4+567020472446283031843494374939384055840944055393837493494318438302446162047164812649106003451564024040156345600910126416483220471648126491060034515640400401563456009101264164848204724462830318434943749393840555640944055393837493494318428302446当m序列输出为。时，读取第一列数据，输出正弦波；当m序列输出为1时，读取第二列数据，输出相差为冗的正弦波。所以最终lpm_rom中存储64个12位的二进制数据。根据基带信号和数据地址位组成的新地址就可以正确读取它了。最终，给定的载波正弦波通过M序列，输出已调2DPSK信号。最终的仿真电路图如下:PmCOUnICPMress50|>pnjomIDfnCOijriIer?建立波形文件并仿真建立波形文件输入一个时钟为20MHZ的时钟信号，输出信号SIN11.O信号和M序列信号，并选用analogwaveform,设置step形式以及合适高度。显示最终2DPSK波形为下图,如图可知，当M序列输出为0时，输出正弦波，当M序列输出为1时，输出为反向正弦波。3.示波器观察波形:先使用USB-blaster下载线安装驱动，然后将电源、板卡和示波器连接如图：选择FPGA型号，为电路中的输入输出信号分配管脚，M序列输出的管脚为R6(数字输出)，已调信号SIN输出为DA转换管脚(F2G3),TopView-WireBondCyclone-EP1C20F324C8/AAVV勺© Q 0 © 00 Q 0G)QQV。C)Ao©©o©q©0A©© © ©,0©O A,0yAQ ©©A 少 = 八 QO0O00I,、®© © O ® 0® ® ®。66 Av 。® ACWA 0IAVA yCO0VVAXOO,0,00QQ A®®©®。Q aqv yOOo0-0iA0,QQ,0",_ _ _ _ _A© ® O ® O,0 DQ0 0 © A A e ® A 1o 。O © ® g 会©。©©©。©。©©。母学AV,OQ00000,O0VUAViAi0O*iQiO0GAG)/具体如图:j3.VlVTTl:l3.V1.Yl(defa>R*VlVnI:3.3viVTn(<H
