基于DSP的调制解调及过程设计.doc

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1、摘 要软件无线电的核心思想是对天线感应的射频模拟信号尽可能地直接数字化，将其变为适合于数字信号处理器（DSP）或计算机处理的数据流，然后由软件来完成各种各样的功能，使其具有更好的可扩展性和应用环境适应性。本论文首先简要介绍了课题的研究意义及软件无线电的研究现状和发展趋势，并对课题研究的可行性进行了分析。其次又对CCS开发环境及软件无线电实验平台作了简要介绍。紧接着进一步的探讨了关于实现基于DSP的调制解调过程中的一些关键技术，包括了天线技术、射频转换技术、A/D/A技术、高速数字信号处理技术、同步技术。然后又着重分析并分别介绍了一种基于TMSC6713芯片的BPSK、QPSK的调制解调过程的方

2、案设计。该方案在发送端采用相位选择的调制方法来产生BPSK/QPSK调制信号，在接收端采用相干解调的方法来对接收到的BPSK/QPSK调制信号进行相干解调；由于BPSK/QPSK调制解调过程中存在一些问题，所以又介绍了BPSK/QPSK的调制解调的改进算法。最后又针对方案设计存在的不足进行了阐述，并对未来还作了相关的展望。关键词：调制；解调；软件无线电；DSPABSTRACTThe idea of software radio is the radio frequency on the antenna inductive analog signal to digital, turn it in

3、to a suitable for digital signal processor (DSP) or computer processing of data streams, and then by the software to complete a variety of functions, so it has better expansibility and adaptability of environmental.This paper first briefly introduces the research status and development trend of the

4、research significance and the research of software radio, and the feasibility of the research are analyzed. Secondly, the CCS development environment and the software radio experimental platform is briefly introduced. Then a further discussion about some key technologies to realize the modulation an

5、d demodulation process based on DSP, including the antenna, RF conversion technology, A/D/A technology, high speed digital signal processing technology, synchronization technology. Then analyzes and introduces the design of a modulation and demodulation process of TMSC6713 chip BPSK, QPSK based sche

6、me. The scheme adopts the modulation method of phase selection in the transmitter to generate the BPSK/QPSK signal at the receiving end, coherent demodulation method used for coherent demodulation of BPSK/QPSK signals received; there are some problems of BPSK/QPSK modulation and demodulation process

7、, and introduces the improved algorithm of BPSK/QPSK modulation and demodulation of the. Finally according to the deficiency of design are described, and the future has also made the relevant expectation.Keywords：Modulation; demodulation; software radio; DSP目 录1 绪 论11.1 本课题的研究意义11.2 软件无线电的研究现状和发展趋势1

8、1.3 本课题研究的可行性分析21.4 课题的主要研究工作及内容安排31.4.1 课题的主要研究工作31.4.2 内容安排32 设计平台搭建42.1 软件无线电硬件开发平台介绍42.1.1 软件无线电硬件开发平台实物图42.1.2 软件无线电硬件开发平台的连接52.1.3 软件无线电开发平台结构框图及信号流程62.2 软件无线电软件开发平台介绍62.2.1 CCS开发环境62.2.2 CCS的两种工作模式82.2.3 CCS的相关文件类型82.3 系统连接93 软件无线电体系结构及相关技术103.1 软件无线电系统的体系结构103.2 软件无线电的关键技术103.2.1 智能天线技术103.2

9、.2 射频（RF）转换技术103.2.3 A/D/A技术103.2.4 高速数字信号处理技术103.2.5 同步技术144 BPSK的调制解调过程设计184.1 BPSK的调制过程设计184.2 BPSK的解调过程设计204.3 BPSK调制解调过程中出现的问题及算法改进215 QPSK的调制解调过程设计225.1 QPSK的调制过程设计225.1.1 直接序列扩频码（PN序列）的产生225.1.2 I路和Q路的正交序列的扩展245.1.3 QPSK的调制原理245.2 QPSK的解调过程设计285.2.1 I路和 Q路导频 PN序列正交相位解扩285.2.2 QPSK的解调原理295.3 Q

10、PSK调制解调过程中出现的问题及算法改进316 总结与展望336.1 设计收获及体会336.2 设计中存在的缺陷与不足336.3 下一步的工作及展望33参考文献35附录36翻译部分48英文原文48中文译文55致 谢62中国矿业大学徐海学院2014届本科生毕业设计（论文）1 绪 论1.1 本课题的研究意义软件无线电技术是自从20世纪90年代初出现以来，它就成为一种非常新颖的通信技术理念在通信行业内受到极大的重视和关注，它是被称之为继模拟到数字、从固定到移动通信之后的通信行业的第三次技术革命。它最初起源于军事通信，是为了解决多军联合作战时通信互通互联问题而提出来的。经过近几年的迅速发展，软件无线电

11、已经从军事领域的阶段逐步发展成为移动通信发展的基石，特别是第3、4代移动通信系统。软件无线电就是以硬件系统作为基本平台来实现无线电通信的，在这个硬件平台上可以把很多的无线电的通信功能以及其它通信业务运行从长久的依靠固定线路特性的方式中解放出来，而这将会使得对不同通信系统的新产品开发更加多地转移到与之相对应的软件开发与设计上来。因此，在未来对通信系统的改进与升级会很方便且代价较小；并且对不同的频段，不同制式的通信系统可以互联、兼容。然而对于数字调制解调技术的研究也是现代通信的一个比较重要的内容，在数字通信的研究中，大多数的信道具有带通特性因而不能够直接的传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传

12、输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。所以在通信系统的发送端通常需要有调制过程，在接收端则需要有解调过程。调制解调技术在数字通信的过程中占据着非常重要的地位，它的好坏将决定通信系统性能的优劣，是软件无线电技术的关键所在。所以研究基于DSP的调制/解调是非常有必要和有意义的。1.2 软件无线电的研究现状和发展趋势 目前对于软件无线电的研究尚处于刚起步的阶段，各个研究机构还是相对比较独立，交流沟通较少。兹待研究与解决的问题还很多，从不一样的点去看待同一个问题，得出的结论也是各不一样的。随着研究的进一步的深入，出现的一些问题也会逐渐明朗，但是软件无线电的定义以及基本的体

13、系结构的规范问题则应该是尽快研究论证的。而传统的通信系统的体系结构在一定程度上影响当前的软件无线电的研究。但是目前软件无线电与传统的在结构方面又有许多的异同，只是一味的将以前的通信系统用相对比较新的方法来实现还有很多的不足。这其中硬件的发展水平将会是限制其发展最重要的因素。而在软件无线电的某些应用方面，在将系统的结构和性能要求方面做一些适当的降低后，是可以达到的。从当前的发展趋势来看，满足要求的产品在未来的某个时候是可以实现的。也正是由于处在这样的一个阶段，导致了不同的研究机构、不同的应用采用了不同折衷方案的各自不同的体系结构，而他们又都称之为软件无线电。可见，对于软件无线电技术的研究才刚起步

14、，目前还有很多的问题兹待解决，但它能给通信产业带来根本性的变革，同时还会带来巨大经济效益和社会效益，是值得我们去努力的解决这些问题的。 目前国外在软件无线电技术研究及应用方面已走在世界的前列，如美国在其军用无线电通信方面已着手将对软件无线电技术的研究成果进行开发及应用。一种被称为speakeasy的系统是美国国防部为其陆海空三军设立的一种共享通信系统，其多频段、多方式工作的无线电台计划是该系统的主要组成部分。军事上成功，使得软件无线电技术迅速在民用上推广。目前美国正在研究基于软件无线电的第三代移动通信系统的多频带多模式手机与基站，同时他们还看到了将计算机技术与软件无线电技术相融合，为其第三代的

15、移动通信系统提供较好的用户界面。在民用领域，软件无线电技术已成功的实现其在GPS、卫星通信、800MHz商用蜂窝移动通信等方面的实际应用。现阶段，我国对于软件无线电技术也很重视，而我国提出的SCDMA是一种同步的直接扩频CDMA(码分多址)技术，它是结合了软件无线电、全质量话音压缩编码以及智能天线等通信领域的新技术。如今软件无线电在通信系统中，特别是在第三代移动通信系统、宽待无线接入中的应用越来越成为研究的热点。1.3 本课题研究的可行性分析经过大学四年对通信原理、移动通信、数字通信、通信电子电路、现代通信系统等专业课程的学习和掌握，我已具备了一定的专业基础知识，最重要的是大学期间上现代通信系

16、统实验课，在实验室所做过的调制/解调实验，更加强了我对理论知识的巩固和实践能力的培养，这对本次设计意义重大。在文献资料方面，我从网上下载了许多有关软件无线电和调制/解调方面的电子书和相关的论文，再加上CCS软件，可在上面进行BPSK/QPSK的调制/解调的仿真操作。 另外矿大实验室为我后期做相关实验提供了良好的实验平台。1.4 课题的主要研究工作及内容安排1.4.1 课题的主要研究工作学习掌握软件无线电基本原理、DSP工作原理、相移键控下几种调制方式的基本原理和性质等，通过实验平台完成软件无线电BPSK和QPSK调制解调的过程设计。1.4.2 内容安排1 绪论。介绍了本课题的研究意义，又介绍了

17、软件无线电的现状以及未来的发展趋势，并对课题研究的可行性作了简要的介绍。2 设计平台概述。主要介绍了软件无线电硬件开发平台以及软件平台CCS的连接以及使用，并对软/硬件的工作原理作了简要描述。3 软件无线电体系结构及相关技术。简要介绍了软件无线电系统的一般体系结构框图，并对软件无线电中的相关技术（智能天线技术、射频转换技术、模数/数模转换技术、高速数字信号处理技术以及同步技术）作了简短描述。4 BPSK的调制解调过程设计。具体介绍了BPSK调制解调的原理及整个调制解调过程的设计，并在实验平台上实现了BPSK调制解调的过程。随后针对BPSK调制解调过程中出现的一些问题作了相应的算法改进。5 QP

18、SK的调制解调过程设计。具体介绍了QPSK调制解调的原理及整个调制解调过程的设计，并在实验平台上实现了QPSK调制解调的过程。随后针对QPSK调制解调过程中出现的一些问题作了相应的算法改进。6总结与展望。主要介绍了对本课题设计的体会，又简要介绍了课题研究存在的缺陷与不足，最后对课题研作了展望。2 设计平台搭建2.1 软件无线电硬件开发平台介绍2.1.1 软件无线电硬件开发平台实物图图2.1 软件无线电发射机图2.2 软件无线电接收机2.1.2 软件无线电硬件开发平台的连接图2.3 收发信机连接图按照图2.3所示，将收发信机连接好。然后用电脑通过仿真器连接到发送端DSP板卡上，发送端DSP板卡通

19、过TECHV插槽扩展DAC板卡。将P8、P1口的信号分别接入到发射机的I、Q信号输入端。用传输屏蔽线将ADC板卡上的AD1口、AD2口分别和接收机的I、Q信号输出口相连接，然后给收发信机和本振信号源接通电源。将“9_BPSK/11_QPSK”烧写到发送端DSP板卡上的FLASH中，使发送端可以脱离电脑自举运行。接下来用电脑通过仿真器连接到接收端DSP 板卡上，加载“10_DeBPSK/ 12_DeQPSK”程序。可通过单片机板改变发送的数字信源；通过CCS内部的图形输出窗口观察相应的BPSK/QPSK信号，也可使用示波器的两个通道分别接DAC板卡上的P1、P8口，即分别接同相和正交分量，在示波

20、器上将两个通道相加观察输出波形。2.1.3 软件无线电开发平台结构框图及信号流程发射端：图2.4 发射终端结构框图发送信号流程：将要发送出去的二进制数据由TMSC6713 DSP生成通道所需要的基带I路和Q路信号；D/A变换器AD9765将生成的基带I路和Q路的信号转换为模拟的I路和Q路的信号，各通道的模拟I/Q信号再通过零中频I/Q 调制器MAX2721上变频到2.4GHz的射频信号，然后经过功率放大器MAX2242放大后送到天线阵列进行辐射，形成一个下行的波束。接收端：图2.5 接收终端结构框图接收信号流程：从天线阵列接收到的射频信号在经过MAX2644低噪声放大器放大后进入MAX2701

21、零中频I/Q解调器进行I/Q的相关解调，然后将解调出来的基带I路和Q路的信号送入AD9238模数转换器转换为数字信号，最后将该数字信号送入TMSC6713DSP进行处理。2.2 软件无线电软件开发平台介绍2.2.1 CCS开发环境CCS软件是基于TMSC67xx系列DSP的一种集成开发环境，它采取了良好的图形接口界面，为用户提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具，从而完成编辑、编译、链接、调试和数据分析等的工作。CCS开发环境如图2.6所示。图2.6 CCS开发环境使用CCS开发应用程序的一般步骤:打开或者新建一个工程文件，在这个工程文件中包含了目标文件、链接命令文件、包含文件、库文件以

22、及源程序。编辑各类文件，可以使用CCS提供的集成编辑环境，对头文件、链接命令文件和源程序进行编辑。选择View-Graph-Time/Frequency打开图形属性窗口（Graph Property Dialog），在弹出的图形属性对话框中，用户可按照实验相关的要求进行修改Graph Title 、Display Type、 Start Address、Acquisition Buffer Size等的参数。点击OK，将出现一个图形窗口。选择View-Memory打开内存窗口（Memory Window），在内存窗口中用户可以观察到从用户指定的地址开始的存储单元中的存储内容。 用户可以通过选项

23、对内存窗口的显示进行格式化，也可以编辑被选择的存储单元的内容。选择编译程序（Project/Rebuild All），编译通过没有错误之后，用户才可进行下一步的工作；若编译出现错误，将会在输出窗口（Output Window）中显示错误信息我们针对这些错误信息进行修改、调试，直到调试编译运行没有错误为止。编译成功后，将会在工程文件的debug文件夹中生成 *.out 文件。选择File-Load Program，然后点击Open加载刚刚生成的*.out文件。单击Run运行程序，我们可以在图形窗口看到输出的波形，在内存窗口观察到由指定地址开始的存储单元中的内容。2.2.2 CCS的两种工作模式软

24、件仿真模式： 在这种模式下可以脱离DSP芯片，在电脑上进行模拟DSP的指令集和工作机制，它主要用在前期的算法的实现和程序的编译调试。硬件在线编程模式：可以实时运行在DSP芯片上,与硬件开发平台相结合的在线编程和调试应用程序。它利用CCS软件，用户可以在这样的一个开发环境下来实现工程项目的创建、源程序的编辑、编译、调试以及对数据进行相关分析等工作。2.2.3 CCS的相关文件类型 *.pjt-CCS使用的工程文件；*.c -C语言程序的源代码文件；*.asm-DSP汇编语言程序的源代码文件；*.h -C语言程序和DSPBIOS API中的头文件；*.lib-库文件；*.cmd-链接命令(指定内存

25、)文件；*.obj-由源文件编译或汇编后所生成的目标文件；*.out-完成编译、汇编、链接后形成的可执行文件，可在CCS监控下调试和执行；*.cdb-CCS的配置数据库文件，当保存相应的配置文件时,将会产生一个头文件(*cfg.h54)、链接器命令文件(*cfg.cmd)以及汇编语言源文件(*cfg.s54)； *.dat-输入输出数据文件。2.3 系统连接图2.7 系统连接框图如图2.7所示，将仿真器、开发板和计算机连接好。在确认硬件安装正确，接口连接紧密，各实验部件及电源连接正常后,开启电源，此时开发板上的 LED 指示灯四亮一灭，仿真器上的POWER灯变亮(红色)。开启计算机，运行CCS

26、软件。若仿真器上的TARGET灯变亮(绿色)，并且CCS正常启动，说明系统连接正常，可以进行相关的实验。若TARGET灯为红色，可选择 Debug/Connect，CCS 将会链接到目标板上。CCS正常启动后，加载相关的程序进行相关的实验操作。3 软件无线电体系结构及相关技术3.1 软件无线电系统的体系结构软件无线电系统由三大部分组成：射频处理部分，中频基带处理部分以及控制管理和支持部分。射频处理部分包括所有射频模拟器件，中频基带处理部分完成所有的数字化处理，而控制管理和支持部分完成整个系统的运行维护、提高服务质量以及新业务的开发等任务。软件无线电系统的一般体系结构如图3.1所示。图3.1 软

27、件无线电系统的一般体系结构框图3.2 软件无线电的关键技术3.2.1 智能天线技术软件无线电的天线要求具有多个频段的接入能力，它既有多倍频程的频段又有统一的形式和低损耗以提供可用的业务频段。每个频段上有一个天线或多个天线，构成波束形成电路以降低干扰。3.2.2 射频（RF）转换技术RF转换主要完成包括信号预放大、功率的产生、射频信号转换成中频信号等。在绝大部分的无线电频段，RF转换是对模拟信号进行转换的。为了避免将处理器时钟调谐引入系统中的模拟RF/IF电路，需对其处理器进行屏蔽。3.2.3 A/D/A技术在实际的软件无线电通信系统的应用中，一般都要求达到尽可能的以数字化的形式来处理无线信号，

28、而这样就必然要把A/D转换器尽可能地向天线靠近，因此也就对A/D转换器的性能提出了很高的要求。 3.2.4 高速数字信号处理技术 DSP概述数字信号处理（Digital Signal Processing）：对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等数字化处理的过程。数字信号处理器（Digital Signal Processor）：即DSP芯片，它是一种适应于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。 DSP芯片的主要应用领域图3.2 DSP芯片的应用领域DSP芯片主要特点在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法程序和数据空间分开，可以同时访问

29、指令和数据 片内具有快速 RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持 快速的中断处理和硬件I/O支持具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器可以并行执行多个操作 支持流水线操作，使取指、译码和执行操作可以重叠执行DSP的分类按数据格式可分为： 定点DSP芯片：TMS320C2XX、TMS320C54X、TMS320C62X、 TMS320C64X等 浮点DSP芯片：TMS320C3X、 TMS320C4X、 TMS320C67X等按用途可分为： 通用DSP芯片：适合普通的DSP应用，如TI公司的一系列DSP芯片属于通用型DSP芯片。 专用DSP芯片：为

30、特定的DSP运算而设计的，更适合特殊的运算，如数字滤波、卷积和FFT，如Motorola公司的DSP56200，Zoran公司的ZR34881，Inmos公司的IMSA100等就属于专用型DSP芯片。按基础特性可分为： 静态DSP芯片：如果在某时钟频率范围内的任何时钟频率上，DSP芯片都能正常工作，除计算速度有变化外，没有性能的下降。日本OKI 电气公司的DSP芯片、TI公司的TMS320C2XX系列芯片属于这一类。 一致性DSP芯片：如果有两种或两种以上的DSP芯片，它们的指令集和相应的机器代码机管脚结构相互兼容。美国TI公司的TMS320C54X就属于这一类。 DSP系统的构成图3.3 D

31、SP系统的构成 DSP芯片的基本结构和特征图3.4 DSP芯片的基本结构（哈佛结构）早期的微处理器内部大多采用冯诺依曼结构。其片内程序空间和数据空间是合在一起的，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行的。当高速运算时，不但不能同时取指令和取操作数，而且还会造成传输通道上的瓶颈现象。而DSP内部采用的是程序空间和数据空间分开的哈佛结构。它允许同时取指令（来自程序存储器）和取操作数（来自数据存储器），而且还允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据。下面将主要介绍TMS320C67X系列芯片的一些特征处理能力强：可同时执行8条指令，其运算能力可达1G FLOPS；指令周期为3.3ns、2400MI

32、PS、1800MFLOPS，2个浮点运算单元，2个浮点/定点运算单元，4个浮点/定点乘法器 RAM：4KB程序、4KB数据、256KB通用 总存储器空间达到512M 功耗低：内核1.4V，外围3.3V 16ch的增强型DMA 2个McASP、2个McBSP、2个32bit定时器及PLL采用DSP芯片进行数字信号处理的优势表3.1 数字信号处理的实现方法实现方法速度应用场合实应性性价比PC机高级语言编程中等非嵌入式复杂算法较好PC机+高速处理硬件+专用指令快非嵌入式复杂算法中等单片机汇编语言编程慢嵌入式简单算法较好通用DSP专用指令较快嵌入式复杂算法好专用DSP硬件+专用指令快嵌入式复杂算法中等

33、由表3.1我们可以看到，虽然数字信号处理系统的核心可以采用一般通用的微处理器，也可以在个人计算机中完成。但是，基于对复杂计算效率、精确性与实时性的需求，逐渐有更多的系统采用专用的数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP）来承担计算任务。DSP处理器专用于数字信号处理，拥有极佳的运算性能，使用DSP系统实现语音压缩算法，不但可以满足语音压缩算法在运算量方面的要求，而且相对于专用集成电路设计来说，DSP系统更是具有开发时间短、成本低的优势。用它实现音频编码在灵活性，可升级性以及性价比上比专用芯片都具备一定的优势。目前，C5X系列DSP芯片已应用于音频领域的合成、识

34、别和编码。3.2.5 同步技术 由于QPSK信号是抑制载波的双边带调制信号，信号中没有载波分量，所以在接收端解调时首先要恢复与发送端载波同频同相的相干载波，而相干载波的获取就称之为载波同步。在数字通信中，还需要知道码元的起止时刻以及帧的开始与结束，故还需要位同步与帧同步。载波同步载波同步的方法可以分为两类：第一种是发送有用信号的同时发送导频信号，第二种是直接从接收到的信号中来提取。第一种在实际中比较少用，下面将介绍第二种方法直接法载波同步。这种方法是设法从接收的信号中提取同步载波。有些信号，虽然它们本身可能不直接含有载波分量，但可以通过一些非线性的变换后，将使得谐波分量具有载波，因此可以从它们

35、之中将载波分量提取出来。现在一般使用costas环来进行载波的提取与同步。下面主要介绍正交锁相环（costas环）法如图3.5所示，来进行载波的提取与同步。图3.5 costas环原理框图costas环主要由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器组成。压控振荡器（VCO）可以提供两路互为正交的载波分量，它们分别与输入的接收信号在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相；然后经过低通滤波器滤波之后使得输出将会含有调制信号；最后再将两路输出的信号进行相乘之后，再经环路滤波器得到仅与相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡器进行调整。作为抽样判决的位定时信号也是由锁相环来实现同步的。设输入的经过A/D采样数字化的Q

36、PSK信号为：则由VCO输出的两路互为正交的本地载波信号分别为：、，信号分别与、相乘后得： （3.1） （3.2）式（3.1）和式（3.2）中省去了系数，为调制信息的相位。经低通滤波器后滤除了高频成分及噪声信号后得到I、Q两路基带信号分别为：，位同步在接收端将基带信号中的码元定时提取出来的过程叫位同步。位同步是实现取样判决正确的重要因素；而所要提取的位同步信息就是频率等于码速率的定时脉冲，相位可以按照判决时信号的波形所决定，它可能会在码元的中间，也可能会在码元的终止时刻或其他的任意时刻。要实现位同步其方法有插入外同步法和自同步法。下面将主要来介绍自同步法来实现位同步，该方法是在发送端不需要发送

37、导频信号，而是直接的从接收到的数字信号中提取出位同步信号。可通过滤波法，延迟相干法等方法来实现。 滤波法对于不归零的二进制序列，无论是双极性的还是单极性的， 当P(0)=P(1)=1/2时，都没有线谱，因而不能够直接滤出的位同步信号。但是，如果通过对该信号进行一定的变换，例如:变成归零的单极性脉冲，其谱中含有的分量，然后用窄带滤波器取出该分量，再经移相调整后就可形成位定时脉冲。该方法的原理框图如下图3.6所示。它主要是先形成含有位同步信息的信号，再通过滤波器滤除不需要的信号，就可以实现了将位同步信息取出来。 图3.6 滤波法原理图 延迟相干法该方法的迟延时间小于接收码长T。接收的信号和延迟信号

38、进行相乘之后，可得到脉冲宽度为的一组归零码，这样就可以得到位同步信号的频率分量。该方法的原理框图如下图3.7所示。 图3.7 延迟相干法原理框图帧同步在数字通信中，一般需要把若干个码元组成帧，以帧为单位进行传输。而帧同步的主要功能是在位同步的基础上识别出这些数字信息帧的“开头”和“结尾”的时刻，使接收设备的帧定时与接收到的信号中的帧定时处于同步状态。帧同步是利用在数字信息流中插入特殊的码组作为每帧的头尾标记。使接收端产生和发送端相一致的码组，然后和接收到的信号进行相关性运算，当相关值最大的时候，就认为找到了帧的起始位置。因此，帧同步的关键是寻找实现同步的特殊码组。现在比较经常使用的帧同步码组是

39、巴克码。巴克码是非周期有限长的一种序列。一个n位长的码组为，其中的取值为+1或1，若它的局部相关函数为： 则称该种码组为巴克码。现在已经找到的全部巴克码组如表3.2所示。其中、号表示为的取值为+1、 -1，它们分别与二进制码中的“1”或“0”相对应。表3.2 巴克码组n巴克码组2(11)3（110）4(1110)(1101)5(11101)7(1110010)11(11100010010)13(1111100110101)4 BPSK的调制解调过程设计4.1 BPSK的调制过程设计绝对相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。二进制相移键控中，通常用相位0和来分别表示“

40、0”或“1”。BPSK信号的一般表达式为：这里为信源给出的二进制符号0、1，即：为持续时间为T的矩形脉冲，如果其幅度为1，则 BPSK 信号可进一步表示为：同相流以+1或-1对正弦函数进行幅度调制，产生一个 BPSK波形。我们采用的是用正弦波作为载波，用相位0 和 分别表示 1 和 0，其波形图如图4.1所示。 图4.1 相位波形图在完成I路和 Q路导频 PN序列正交相位扩展后，我们得到的同相序列I为：10010011.00101101.00010011.00011111.00010111.00001011.10100100.11111011.10000111.01001100.0001011

41、0.01111001.为了方便观察我们只取同相序列I的部分序列00010011.0001111共15位，序列的每一位和上面的两个波形图之一相对应后得到单独的波形，最后再把各个单独的波形图相连接，得到调制之后的总的波形图。BPSK调制器框图如图4.2所示。图4.2 BPSK调制器框图BPSK调制信号产生的程序流程图如图4.3所示。图4.3 BPSK调制信号产生的流程图用CCS软件仿真后得到的BPSK调制信号输出波形如图4.4所示。图4.4 BPSK调制信号输出波形4.2 BPSK的解调过程设计由于BPSK信号的功率谱中无载波分量，所以BPSK信号的解调不能采用分路滤波、包络检测的方法，通常都是采

42、用相干解调。通过与本地载波相乘，再通过低通滤波器和抽样判决器得到发送的数字信号。解调器的解调原理框图如图4.5所示。图4.5 BPSK的解调原理框图BPSK解调过程的程序流程图如图4.6所示。图4.6 BPSK解调过程的流程图解调原理：当接收端收到BPSK信号与高斯白噪声相叠加的信号，通过带通滤波器将信号带外噪声滤除后得到信号，再送入相乘器与发送端同频同相本地载波相乘，由低通滤波器取出基带信号，再经过抽样判决得到原数字基带信号。用CCS软件仿真后得到的BPSK解调输出波形如图4.7所示。图4.7 BPSK解调输出波形4.3 BPSK调制解调过程中出现的问题及算法改进问题：在BPSK信号的解调过

43、程中，BPSK信号以一个固定的初始相位的未调载波作为参考。在接收端进行解调时，同样也必须要有和它同频同相的同步载波。若同步载波相位发生了变化，例如：相位变为0相位或0相位变为相位，则恢复的数字信息就会发生“1”变“0”或“0”变“1”，从而造成恢复的信号出现错误。这种由于本地载波发生倒相导致接收端恢复的数据信号发生错误的现象称为“倒”现象。而这对BPSK系统误码性能影响很大，所以BPSK方式在实际中很少采用。改进：在带通滤波后添加一级延迟装置，并将通过延迟一个码元后的信号与带通滤波后的信号相乘后送进低通滤波器，即可解决上述问题。其实现解调的原理框图如图4.8所示。图4.8 改进的BPSK相干解

44、调原理框图此改进算法是利用前后两个相邻码元之间相位差来表示码元的值“0”和“1”的。例如：假设相位差“”表示符号“1”，相位差“0”表示符号“0”，同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位差才表示信息符号。所以利用此方法解调出来的信号是不依赖于某一固定的作为参考的载波相位，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则可通过鉴别这个相位差的关系就能够正确的恢复出数字信息，因此避免了BPSK中的倒现象的发生。5 QPSK的调制解调过程设计5.1 QPSK的调制过程设计5.1.1 直接序列扩频码（PN序列）的产生由于基带处理中进行了Walsh码的正交调制和长PN码的扩频调制，使得码速率已经达到

45、1.2288Mcps。下面将要讨论短PN码的产生原理。在同相支路（I）和正交支路（Q）引入两个正交的m序列，即I路导频 PN序列和Q路导频 PN序列，进行扩展的序列是 0 偏移的 I和 Q 导频 PN 序列。这些 PN 序列周期为 215个码片，分别基于下列 LFSR 抽头多项式。对于同相序列，多项式为： 对于正交序列，多项式为： 15 级 LFSR 基于上述两方程，分别如图5.1 和5.2 所示。图5.1 基于抽头多项式的15级LFSR图5.2 基于互补抽头多项式的15级LFSR由图5.1和图5.2我们可以得到PN码产生的程序流程图如图5.3所示。图5.3 PN码产生流程图我们将移位寄存器移

46、位1000次，其初始内容为1000000000000000，按照上述基本原理得到和的PN码片各1000位。我们在图形显示窗口同时观察和的两路输出。I路导频 PN序列（96位）：00000000.00000001.01010010.01110100.01101111.00110010.00001111.00001000.11010010.10110101.01010111.01001001.Q路导频PN序列（96位）：00000000.00000001.01010010.01110100.01101111.00110010.00001111.00001000.11010010.10110101.01010111.01001001.用CCS软件仿真后得到的导频 PN 码的波形如图5.4所示。图5.4 I路和Q路PN 码 (不归零码)5.1.2 I路和Q路的正交序列的扩展我们在得到 I 路和 Q 路的导频 PN 序列之后 ，就可以进行正交相位扩展。正交扩展序列 I 和 Q 可由下列关系式产生：即它们分别由和导频序列和DDS 流 （长码扩频之后得到的数据流）进行“异或