软件无线电技术实验报告_实验五

电 子 科 技 大 学

实 验 报 告

学生姓名：李志 学 号：2011019070023 指导教师：沈莹 邮箱：634897551@

一、实验室名称：通信信号处理及传输实验室

二、实验项目名称： 基带载波解调技术实验

三、实验原理：

1、基带线性载波解调技术原理

数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅度键控（ASK ），频移键控（FSK ）和相移键控（PSK ）。它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数如振幅、频率和相位，得到数字带通信号。在接收端运用相干或非相干解调方式，进行解调，还原出原数字基带信号。

解调的最终目的是消除频差项，判决出正确的码元数据。如果能跟踪相位的

变化，并且得出正确的相位估计值0

ˆφ为： 0002ˆφπφ+≈n f （5.1）

那么消除由于0f 的存在而引入的调相可以通过坐标旋转而获得，即：

()()()φφˆsin ˆcos n Q n I n I -='

（5.2） ()()()φφˆsin ˆcos n I n Q n Q +=' （5.3）

其中，()n I '、()n Q '是()n I 和()n Q 经过旋转φ

ˆ角而得到的数据输出。 解调器的工作原理就是用估计出的相位φˆ对接收数据进行坐标旋转变换，消

除()002cos φπ+n f 和()002sin φπ+n f 两个因子，提取出传输的数据，从而完成解调

过程。旋转变化运算中，相位估计φ

ˆ与解调器性能有很大关系，它的跟踪性能直接关系到解调器性能的优劣。通常设解调器都采用锁相环，以实现性能较好的相干解调。

（1）二进制相移键控（BPSK ）

对于BPSK 调制方式，如果没有信道引入的多径损耗，接收的BPSK 信号可表示为：

()()()ch c b

b BPSK t f T E t m t S ϕϕπ++=02cos 2 ()()ϕπ+=t f T E t m

c b b 2cos 2

（5.4） 其中ch ϕ对应于信道中时间延迟造成的相移。BPSK 使用相关，或者叫同步的解调方法，这要求在接收机端获知载波的相位和频率信息。如果和BPSK 信号同时传输一个低幅值的载波导频信号，可以用Costas 环或者平放环从接收到的BPSK 信号中，恢复同步载波的相位和频率。

接收信号与本地载波相乘后，通过低通滤波器提取出与发送信息有关的低频信号，并抑制载波和信道相位对接收信号相位信息的影响。再根据低通滤波器后输出信号的相位来判断发送信息是1或者0，从而实现数据解调。

（2）四相相移键控（QPSK ）

就如同QPSK 调制方式可以等效看成是同相和正交两路分别进行BPSK 一样， QPSK 的相干解调可以看成是与BPSK 解调方法原理相同，在抑制掉载波相位和信道相位的影响后，同相与正交两路分别进行与BPSK 解调。

在完成QPSK 解调后，对解调信号的同相和正交解调码元进行组合从而得到最后的解调信息。

（3）差分PSK

差分PSK 是相移键控的非相干形式，它不需要在接收机端有相干参考信号，性能会有3dB 的下降。

DPSK 接收机包括一个比特延迟单元和一个为了从重组解调输出的二进制序

列差分编码的逻辑电路，从调制的差分编码信号恢复出原始信号。

2、基带恒包络线性载波解调技术

（1）频移键控（FSK）

以2FSK的相干解调为例，其接收机由两个乘法器，分别与本地信号相乘。输出的相干值进行比较，取值较大的支路对应的本地频率即为当前解调信号的调制频率，再根据该频率对应的码元信息进行解调。该接收机的构成如下：

（2）最小频移键控（MSK）

MSK接收机接收到的信号分别与同相和正交载波分量相乘，乘法器的输出经两个比特的周期积分后，在每两比特结束时送入判别器。根据积分器输出电平的大小，阀值检测器决定信号是0或1。再根据输出数据流的先后顺序组合得到解调信号。

由于MSK信号调制指数较小，采用一般鉴频器方式进行解调误码率性能不太好，在对误码率有较高要求时大多采用相干解调方式。

（3）高斯最小频移键控（GMSK）

GMSK的解调可以使用正交相干检测器，或者使用简单的非相干检测器，如标准FM鉴别器。载波恢复有时由De Buda方法实现：两路不连续频率分量之和经过倍频后再除以4。该方法类似于Costas环路，并且等效于带有倍频器的锁相环。这种接收机可以很容易的利用数字逻辑实现。两个D边沿触发器作为积分解调器，或者非门作为基带乘法器。正交相干载波由两个D边沿触发器生成，压控振荡器的中心频率设定为载波中心频率的4倍。

3．基带载波解调技术实验结构

基带载波解调技术实验系统主要包括三部分：PC机、基带信号发生器、示波器以及软件无线电实验平台。

（1）PC机：基带信号发生器用户图形界面（GUI）

根据测试的不同需求，设置所需信号的信号发生器用户图形界面（GUI）。如图2所示。在该界面可以选择不同的调制方式、模拟多种无线信道环境以及改变发送数据的编码方式等等。

（2）基带信号发生器（BSG）

这里的基带信号发生器是一款基于包传输格式的基带信号发生器。它的主要特点是：能够产生FSK、MPSK、BPSK、DBPSK、MSK、GMSK等多种调制方式的基带发送信号；并能够模拟多种具体实现产生的系统影响和实际信道影响模型，来帮助构建真实的无线通信网络环境。从而使不可控制且又存在系统和信道影响的复杂通讯环境，能够根据实际测试需要人为加以控制。

基带信号发生器I/Q两路发射信号端口采用的是标准BNC接口。（详细的使用说明请参考附录）

（3）示波器

将基带信号发生器产生信号送入示波器中，来观察各种调制方式的基带信号。

（4）软件无线电实验平台

软件无线电实验平台调用DSP程序，对上述基带信号发生器产生的信号进行解调，并基于ARM界面显示出解调后的数据。

测试系统工作流程如下：

A.将BSG的网口与PC机的网口通过以太网线连接好。

B.将BSG的I/Q两路发射信号端与软件无线电解调系统通过所配的屏蔽线连接。

C.运行基带信号发生器用户图形界面GUI。

D.通过BSG GUI对BSG硬件进行网络设备配置，确保BSG硬件能与PC机正常通

信（具体方法参见基带信号发生器用户图形界面（GUI）使用简介）。

E.根据测试需求，在GUI上设置所需测试环境信号的参数。

F.发送信号，BSG根据GUI上设置的参数产生响应的I/Q两路发射信号，在GUI

上可以观察到统计的发射数据帧情况以及PPDU的内容。

G.用示波器观察BSG发送的基带调制信号。

H.在软件无线电解调系统的液晶屏上观察接收到的数据。