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:姓名：实验一：FPGA实验_BDPSK调制解调器设计一、实验目的1. 学习BDPSK原理的硬件实现方法。2. 学习用VerilogHDL硬件描述语言建模时序逻辑电路的能力。二、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。1. BDPSK调制系统的结构图。（Microsoft Visio中截图）2. BDPSK调制器模块的VerilogHDL代码及注释。3. 功能仿真和时序仿真结果的波形（ModelSim中截图）4. （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 CLKdsncui-datain调制器addressaddresselk DA-LCK1blank DA reset_nblank DA nsync_DA_nDA ndatain花回n图1.1调制器的外部引脚reset ndataoutl樓分编码LCK控制器r*t_n.ddrubl ?iriK 口4 门匚 IkJM査找表dataut调制器C1Kreset_n图1.2调制器的内部结构dataindatain解CLKCLKdataoutdataoml同reset nreset_ n器图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module chafen( reset_n,clk,a,b );input reset_n;input clk;input a;output b;reg c;assign b = a 人 c ;always ( posedge clk or negedge reset_n ) if(!reset_n)c = 0 ;elsebeginc = b;endEndmodule(2) 控制器module Controller(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;reg always ( posedge clk or negedge reset_n ) begin if(!reset_n)c=1bz;else c=data;endalways ( posedge clk or negedge reset_n ) beginif(!reset_n) address_data=5b00000;else if(c=data) address_data=address_data+5b00001;else begin case(data) 1b0:address_data=5b00000; 1b1:address_data=5b10000; default:address_data=5bzzzzz; endcaseendendassign address= address_data;assign clk_DA= clk;assign blank_DA_n = 1b1; assign sync_DA_n = 1b1;Endmodule(3) 查找表 module LookUpTable( clk, reset_n, address,dataout,);inputclk;inputreset_n;input 4 : 0 address;output 7 : 0 dataout;reg 7 : 0 LUT 0 : 31 ;always ( posedge clk or negedge reset_n ) beginif( !reset_n )begin/用 C 编程计算出的查找表采样值填在这里LUT 0 = 8h7f;/0LUT 1 = 8h97;LUT 2 = 8haf;LUT 3 = 8hc5;LUT 4 = 8hd9;LUT 5 = 8he8;LUT 6 = 8hf4;LUT 7 = 8hfc;LUT 8 = 8hfe;LUT 9 = 8hfc;LUT 10 = 8hf5;LUT 11 = 8hea;LUT 12 = 8hda;LUT 13 = 8hc7;LUT 14 = 8hb2;LUT 15 = 8h9a;LUT 16 = 8h81;/180LUT 17 = 8h69;LUT 18 = 8h51;LUT 19 = 8h3b;LUT 20 = 8h27;LUT 21 = 8h17;LUT 22 = 8hb ;LUT 23 = 8h3 ;LUT 24 = 8h0 ;LUT 25 = 8h1 ;LUT 26 = 8h8 ;LUT 27 = 8h13;LUT 28 = 8h22;LUT 29 = 8h35;LUT 30 = 8h4a;LUT 31 = 8h62;endendassign dataout = LUT address ;endmodule3.功能仿真和时序仿真结果的波形图1.5功能仿真MzddSmMl:.F iTuUEr Add Win!- T砂 L杯礦 UfKkiw tR1p|TlP & g 番 | 卑 0 日 jj 电聾kiajiMia曙臼峙|事聲亀*倉A|： I丄.丨.| :6Ml IM阳耐*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0FDM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 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； 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 IS I 干扰，要对每一 个 OFD M 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。 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： 解帧,将接收的序列分解为一个个独立的 OFDM 符号。 去掉保护间隔,将加在每个符号前的保护间隔去掉。 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。 将并行的信号进行快速傅里叶变换得到对应的时域信号。 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clear all;close all;fprintf（OFDM 基带系统nn）;%FFT 数目%OFDM 符号数目()%循环前缀%导频间隔%参数设置% carrier_count=256;number_symbol=1500;Guard_count=carrier_count/4;Pilot_interval=15;Pilot_count=ceil(number_symbol/Pilot_interval); %每一行导频的个数%16QAMmodulation_mode=16;SNR=-2:35;k=log2(modulation_mode); %主程序循环%for number_snr=1:length(SNR)fprintf nnn 仿真信噪比 ,SNR(number_snr);%产生发送的随机序列%Source_Bits=randi(0 1,1,k*(carrier_count*number_symbol);%16QAM 调制%QAM_16_IQ = -3 -1 3 1;QAM_input_I =QAM_16_IQ(Source_Bits(1:4:end)*2+Source_Bits(2:4:end)+1); %00:-3 01:-1 11:1 10:3QAM_input_Q =QAM_16_IQ(Source_Bits(3:4:end)*2+Source_Bits(4:4:end)+1); %00:-3 01:-1 11:1 10:3Modulated_Sequence_Tx1 = QAM_input_I + 1i * QAM_input_Q;%串并变换%Modulated_Sequence_Tx=reshape(Modulated_Sequence_Tx1,carrier_count,nu mber_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%for kk=1:Pilot_countModulated_Sequence_Tx_insert(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+1)=Pilot_sym bols(:,kk);Modulated_Sequence_Tx_insert(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+2:(kk-1)*(Pi lot_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-Gua rd_count+1:carrier_count,:);Time_signal_Tx_cp1(Guard_count+1:Guard_count+carrier_count,:)=Time_si gnal_Tx1(1:carrier_count,:);%并串变换%Time_signal_Tx_cp=reshape(Time_signal_Tx_cp1,1,(Guard_count+carrier_c ount)*(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), me asured);%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(G uard_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%for kk=1:Pilot_countPilot_symbols_channel(:,kk)=frequence_signal_Rx_channel1(:,(kk-1)*(Pi lot_interval+1)+1);frequence_signal_Rx_channel(:,(kk-1)*Pilot_interval+1:(kk-1)*Pilot_in terval+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_channe l,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);for a=1:(carrier_count*number_symbol)if QAM_input_I(a) -2) &(QAM_input_I(a)0)&(QAM_input_I(a)= 2)receive_Bits(a*k-3)=1;receive_Bits(a*k-2)=1;else receive_Bits(a*k-3)=1;receive_Bits(a*k-2) = 0;endendfor a=1:(carrier_count*number_symbol)if QAM_input_Q(a) = -2 % & QAM_input_Q(a) -2) & (QAM_input_Q(a) 0) & (QAM_input_Q(a) = 2) receive_Bits(a*k-1) = 1;receive_Bits(a*k) = 1;else receive_Bits(a*k-1) = 1;receive_Bits(a*k) = 0;endend%误码率计算%Num,Rat=biterr(Source_Bits,receive_Bits); biterr_total(number_snr)=Rat;fpri nt f(nn 误码率为 %fnn , bit err _tot al(number_snr); end %画图% figure semilogy(SNR, biterr_total,bp-,LineWidth,2); axis(-2 35 10A-5 0.9)xlabel(SNR);ylabel(BER);title(OFDM 基带系统(高斯信道) ) ;2、仿真结果16QAM调制后星座图循环前后缀不叠加的OFDM Time Signal)stlov(edutilpm1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000Time (samples)循环前后缀叠加的OFDM Time Signal1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000Time (samples)50500-)stlov(edutilpm加窗的发送信号频谱)Bd(edutinga-20-30-40 00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5Normalized Frequency (0.5 = fs/2)输出待调制的二进制比特流XY坐标接收信号的星座图极坐标下的接收信号的星座图270Figure 1nX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clear all;close all;fprintf（OFDM 基带系统nn）;%参数设置%carrier_count=256;number_symbol=1500;Guard_count=carrier_count/4;%FFT 数目%OFDM 符号数目（）%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;%16QAMSNR=-2:35; k=log2(modulation_mode); %主程序循环% for number_snr=1:length(SNR)fprintf nnn 仿真信噪比 ,SNR(number_snr); %产生发送的随机序列%Source_Bits=randi(0 1,1,k*(carrier_count*number_symbol); %16QAM 调制%QAM_16_IQ = -3 -1 3 1;QAM_input_I =QAM_16_IQ(Source_Bits(1:4:end)*2+Source_Bits(2:4:end)+1); %00:-3 01:-1 11:1 10:3QAM_input_Q =QAM_16_IQ(Source_Bits(3:4:end)*2+Source_Bits(4:4:end)+1); %00:-3 01:-1 11:1 10:3Modulated_Sequence_Tx1 = QAM_input_I + 1i * QAM_input_Q; %串并变换% Modulated_Sequence_Tx=reshape(Modulated_Sequence_Tx1,carrier_count,nu mber_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% for kk=1:Pilot_count Modulated_Sequence_Tx_insert(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+1)=Pilot_sym bols(:,kk);Modulated_Sequence_Tx_insert(:,(kk-1)*(Pilot_interval+1)+2:(kk-1)*(Pi lot_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-Gua rd_count+1:carrier_count,:);Time_signal_Tx_cp1(Guard_count+1:Guard_count+carrier_count,:)=Time_si gnal_Tx1(1:carrier_count,:);%并串变换% Time_signal_Tx_cp2=reshape(Time_signal_Tx_cp1,1,(Guard_count+carrier_ count)*(number_symbol+Pilot_count);%高斯信道和瑞利信道% raysign=raylrnd(1,1,(number_symbol+Pilot_count)*(Guard_count+carrier_ count);Time_signal_Tx_cp=Time_signal_Tx_cp2.*raysign;Time_signal_Tx_cp_channel2=awgn(Time_signal_Tx_cp,SNR(number_snr), me asured);Time_signal_Tx_cp_channel1=real(Time_signal_Tx_cp_channel2)./raysign+ 1i*(imag(Time_signal_Tx_cp_channel2)./raysign);%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(G uard_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%for kk=1:Pilot_countPilot_symbols_channel(:,kk)=frequence_signal_Rx_channel1(:,(kk-1)*(Pi lot_interval+1)+1);frequence_signal_Rx_channel(:,(kk-1)*Pilot_interval+1:(kk-1)*Pilot_in terval+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_channe l,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);for a=1:(carrier_count*number_symbol)if QAM_input_I(a) -2) &(QAM_input_I(a)0)&(QAM_input_I(a)= 2)receive_Bits(a*k-3)=1;receive_Bits(a*k-2)=1;else receive_Bits(a*k-3)=1;receive_Bits(a*k-2) = 0; endendfor a=1:(carrier_count*number_symbol)if QAM_input_Q(a) = -2 % & QAM_input_Q(a) -2) &(QAM_input_Q(a)0) &(QAM_input_Q(a)= 2)receive_Bits(a*k-1)= 1;receive_Bits(a*k) =1;else receive_Bits(a*k-1)= 1;receive_Bits(a*k) =0;endend %误码率计算%Num,Rat=biterr(Source_Bits,receive_Bits); biterr_total(number_snr)=Rat;fpri nt f(nn 误码率为 %fnn , bit err _tot al(number_snr); end%画图%figuresemilogy(SNR, biterr_total,bp-,LineWidth,2); axis(-2 35 10A-5 0.9)xlabel(SNR);ylabel(BER);title(OFDM 基带系统(高斯信道) ) ;2、仿真结果16 QAM调制后星座團希环刖后缀不轻加的OFDM Time Signal10002000300040005000 GOOD 70003000Time (satnples)循环前后缀螯加的OFDM Time SignalOO 6- (03OJprH=d10002000300040005000600070008000Time (samples)O 5- 02n-dE= 0 ) - (y0 ) +0 %BPSK 判决 x=x,xtemp %每次增加一列end%从x求A的估计afor k=1:txa(k :t x:end) = (x(k :t x:end)+1)/2 %BPSK 解调end% 比较 A 和 a 计算错值率 temp_ber errbit,temp_ber=biterr(A,a);berz=berz,temp_ber;endfigure semilogy(SNR, berz,bp-,LineWidth,2);axis(-5 35 10A-5 0.9)xlabel(SNR);ylabel(BER); title(ZF 均衡检测(瑞利信道) ;(2)MMSE 检测clear all;close all;fprintf(MMSE 均衡检测nn);% 发端初始化%发射天线数tx,接收天线数rx,发射矩阵长度L (帧长) tx=2;rx=2;L=10000;Modulation=BPSK;SNR=-5:5:40;B=30000;Ts=1/24300;% 建立 EbN0 与 SNR 之间的换算关系 %SNR=EbN0-10*log10(Ts*B);% 信源 AA=randint(tx*L,1);% 经过 BPSK 调制的 V-Blast 发射矩阵 XX=zeros(tx,L);for k=1:txX(k,:) = (-1).(A(k :t x:end)+1);end% 信道传输% 快衰落 Rayleigh 信道 H H=sqrt(1/2)*(randn(rx,tx,L)+i*randn(rx,tx,L);% 均值为 0 方差为 1 的高斯白噪声 n n=sqrt(1/2)*(randn(rx,L)+i*randn(rx,L);% 未叠加噪声的接收信号 RR=zeros(rx,L);for k=1:L R(:,k)=sqrt(1/tx)*H(:,:,k)*X(:,k);end% 检测 disp(MMSE) berm=; for m=SNRmsnr=10A(m/10);R_noised=R+sqrt(1/snr)*n;x=; a=zeros(tx*L,1);for t=1:L r=R_noised(:,t); HH=H(:,:,t); xtemp=zeros(tx,1); w=inv(HH*HH+(1/snr)*eye(tx)*HH % Y =eye(n)： 返回 n*n 单位矩阵 y=w*r;xtemp=(y=0)_(y0)+O %BPSK 判决 x=x,xtemp;endfor k=1:txa(k:tx:end)=(x(k:tx:end)+1)/2;enderrbit,temp_ber=biterr(A,a); berm=berm,temp_ber;endfiguresemilogy(SNR, berm,bp-,LineWidth,2);axis(_5 35 10A_5 0.9)xlabel(SNR);ylabel(BER);title( MMSE均衡检测(瑞利信道);2、仿真结果图4.1 ZF检测仿真结果图4.2 MMSE仿真结果实验五、FPGA实验_HDB3编码器设计、实验目的1. 深入理解HDB3编码原理。2. 学习用VerilogHDL硬件描述语言建模较复杂时序逻辑电路。3. 学习FPGA设计中的Testbench （测试平台）技术。4. 学习FPGA设计中仿真与综合的概念。5. 学习编写仿真测试代码与可综合代码。二、实验报告要求1、输入信号为全0码时，以下各时序仿真结果：（ModelSim中截图）加V后；补B后；最终得到的HDB3码。图5.1时序仿真结果2、改写HDB3编码器的测试文件代码，使测试文件能连续产生伪随机序列timescale 1ns/100psmodule HDB3_encoder_test;regclk;regreset_n;regdatain;wire 2 : 0dataout;HDB3 DUP ( clk, reset_n,datain, dataout);/Clockinitial beginclk = 1b0; end always begin#5 clk = clk; end/Resetinitial begin#0 reset_n = 1b0;#20 reset_n = 1b1; end/Data Input initial begindatain = 1bz;#20 datain = 1b1;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b1;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b1;#10 datain = 1b1;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b1;#10 datain = 1b1;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b0;#10 datain = 1b1;endendmodule3、思考：测试文件代码和编码器模块代码都是用 VerilogHDL 语言编写的，这两种代码在语法上有什么区别？分别举一个例子进行比较(1) 测试文件的代码，在每个module之前，需要首先定义测试文件的时间单位和精度。比 如本实验中用到的timescale lns/100ps，表示时间单位为Ins,精度为100ps，而编码 器模块的代码中并不需要这种定义。(2) 测试文件的代码，在module和endmodule之间的代码，在定义输入输入信号和输出信 号的时候，将输入信号类型定义为reg寄存器型，输出信号类型定义为wire线型，比如本实验中：regclk;regreset_n;regdatain;wire 2 : 0dataout;而编码器模块的代码，输入定义为input,输出定义为output,中间变量根据具体用法定义 为reg寄存器类型或者wire线型，比如本实验中：inputclkinputreset_ninputdatainwire 1 : 0 add_vwire 1 : 0 add_boutput 2 : 0 hdb3(3) 测试文件的每一步都要定义用多少时间来完成这一步，比如本实验中： #0 reset_n = 1b0;#20 reset_n = 1b1;而编码器模块代码中不需要定义每一步的时间，它是完全按照时钟信号来的。实验六：宽带接入实验 非拨号方式上网一、实验目的1. 了解非拨号方式上网的基本原理和组网结构。2. 学习在MA5300上配置非拨号方式上网的方法。3. 在终端计算机上以非拨号方式连通外网。二、实验报告要求1. 参考图1，简述非拨号方式上网的原理。2 简述实验成功后观测到的现象，并拍照粘贴到实验报告中。三、实验结果：1.配置路由器数据一在MA5300上建立业务VLAN把ADSL端口划入业务VLAN 配置以太网端口参数一配置ADSL端口参数一把两台PC设在同一个IP网段 里一把PC接在ADS端口上一PC自动获取IP。1、 简述非拨号方式上网的原理答：ADSL （Asymmetrie Digital Subscriber Line，非对称数字用户环路）是一种新的数 据传输方式。它因为上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用户线环路。它采用频分 复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之 间的干扰。即使边打电话边上网，也不会发生上网速率和通话质量下降的情况。通常 ADSL 在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速 度。ADSL是一种异步传输模式（ATM）。在电信服务提供商端，需要将每条开通ADSL业务的 电话线路连接在数字用户线路访问多路复用器（DSLAM）上。而在用户端，用户需要使用一 个ADSL终端（因