2024年4月4日发(作者：)
通信工程实验报告
班级：___通信1班____
学号： ________
姓名： 华亿超市
实验一 FPGA 实验 BDPSK 调制解调器设计
一、实验目的
⒈ 掌握BDPSK 的调制和解调原理。
⒉ 掌握倍频和分频的概念以及原理。
⒊ 用VerilogHDL 硬件描述语言建模时序逻辑电路，实现BDPSK 基带调制解调
系统。
二、实验报告要求
⒈ 调制器和解调器的外引脚图和内部结构图。（Microsoft Visio 中截图）
⒉ 调制器模块和解调器模块的VerilogHDL 代码及注释。
⒊ 功能仿真和时序仿真结果的波形。（ModelSim 中截图）
⒋ （选做）开发板验证后的波形。（示波器上拍照）
三、 实验结果
1、 BDPSK 调制系统的结构图。
2、 BDPSK 调制器模块的VerilogHDL 代码及注释。
分频器：
module fre_div(clk,cp0);//分频器
input clk;
output reg cp0;
parameter N=32;
integer i=0;
initial
begin
cp0<=0;
end
always@(posedge clk)
begin
if(i else begin i=0;cp0=~cp0;end end endmodule 随机码序列产生器（m序列）： module PN_Seq(clk,reset_n,dataout); input clk; input reset_n; output dataout; reg [ 7 : 1 ] c; always @( posedge clk or negedge reset_n ) begin if (!reset_n) c <= 7'b1001110; else begin c[7]<=c[6]; c[6]<=c[5]; c[5]<=c[4]; c[4]<=c[3]; c[3]<=c[2]; c[2]<=c[1]; c[1]<= c[2]^c[3]^c[4]^c[7]; end end assign dataout = c[7]; endmodule 差分编码器： module dif(clk,reset_n,in,out); input clk; input reset_n; input in; output out; reg [1:0] o; always @(posedge clk or negedge reset_n) begin if(!reset_n) o <= 1; else begin o <= in^o; end end assign out = o; endmodule 控制器： module Controller(clk,reset_n,s,address,cp); input clk; input reset_n; input cp; input s; //相对码 output [ 4 : 0 ] address; reg [ 4 : 0 ] address_data; reg [ 4 : 0 ] count; reg sign ; always @(posedge cp) begin if(s==0) count<= 5'b10000; else if(s==1) count<=5'b00000; sign<= 1; end always @(posedge clk or negedge reset_n) begin if(!reset_n) address_data<=5'b00000; else begin if(sign==1) begin address_data<=count; sign<=0; end address_data<=address_data+1'b1; if(address_data==32) address_data<=5'b00000; end end assign address = address_data; endmodule 正弦波形查找表： module LookUpTable(clk,reset_n,address,dataout);//正弦载波采样表 input clk; input reset_n; input [ 4 : 0 ] address; output [ 7 : 0 ] dataout; reg [ 7 : 0 ] LUT [ 0 : 31 ]; always @( posedge clk or negedge reset_n ) begin if( !reset_n ) begin LUT[ 0 ] <=128 ; //用C编程计算出的查找表采样值填在这里 LUT[ 1 ] <=152 ; LUT[ 2 ] <=176 ; LUT[ 3 ] <=198 ; LUT[ 4 ] <=218 ; LUT[ 5 ] <=234 ; LUT[ 6 ] <=245 ; LUT[ 7 ] <=253 ; LUT[ 8 ] <=255 ; LUT[ 9 ] <=253 ; LUT[ 10 ] <=245 ; LUT[ 11 ] <=234 ; LUT[ 12 ] <=218 ; LUT[ 13 ] <=198 ; LUT[ 14 ] <=176 ; LUT[ 15 ] <=152 ; LUT[ 16 ] <=128 ; LUT[ 17 ] <=103 ; LUT[ 18 ] <=79 ; LUT[ 19 ] <=57 ; LUT[ 20 ] <=37 ; LUT[ 21 ] <=22 ; LUT[ 22 ] <=10 ; LUT[ 23 ] <=2 ; LUT[ 24 ] <=0 ; LUT[ 25 ] <=2 ; LUT[ 26 ] <=10 ; LUT[ 27 ] <=22 ; LUT[ 28 ] <=37 ; LUT[ 29 ] <=57 ; LUT[ 30 ] <=79 ; LUT[ 31 ] <=103 ; end end assign dataout = LUT[ address ]; endmodule 3、 功能仿真和时序仿真结果的波形 功能仿真： 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OFDM 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： %16QAM的调制函数 function [complex_qam_data]=qam16(bitdata) %modulation of 16QAM,modulate bitdata to 16QAM complex signal X1=reshape(bitdata,4,length(bitdata)/4)'; d=1;%min distance of symble for i=1:length(bitdata)/4; for j=1:4 X1(i,j)=X1(i,j)*(2^(4-j)); end source(i,1)=1+sum(X1(i,:));%convert to the number 1 to 16 end mapping=[-3*d 3*d; -d 3*d; d 3*d; 3*d 3*d; -3*d d; -d d; d d; 3*d d; -3*d -d; -d -d; d -d; 3*d -d; -3*d -3*d; -d -3*d; d -3*d; 3*d -3*d]; for i=1:length(bitdata)/4 qam_data(i,:)=mapping(source(i),:);%data mapping end complex_qam_data=complex(qam_data(:,1),qam_data(:,2)); %16QAM的解调函数。 function [demodu_bit_symble]=demoduqam16(Rx_serial_complex_symbols) %将得到的串行16QAM数据解调成二进制比特流 complex_symbols=reshape(Rx_serial_complex_symbols,length(Rx_serial_complex_symb ols),1); d=1; mapping=[-3*d 3*d; -d 3*d; d 3*d; 3*d 3*d; -3*d d; -d d; d d; 3*d d; -3*d -d; -d -d; d -d; 3*d -d; -3*d -3*d; -d -3*d; d -3*d; 3*d -3*d]; complex_mapping=complex(mapping(:,1),mapping(:,2)); for i=1:length(Rx_serial_complex_symbols); for j=1:16; metrics(j)=abs(complex_symbols(i,1)-complex_mapping(j,1)); end [min_metric decode_symble(i)]= min(metrics) ; %将离某星座点最近的值赋给 decode_symble(i) end decode_bit_symble=de2bi((decode_symble-1)','left-msb'); demodu_bit_symble=reshape(decode_bit_symble',1,length(Rx_serial_complex_symbols )*4); %加窗函数 function [rcosw]=rcoswindow(beta, Ts) %定义升余弦窗，其中beta为滚降系数，Ts为包含循环前缀的OFDM符号的长度,Ts为正偶 数 t=0:(1+beta)*Ts; rcosw=zeros(1,(1+beta)*Ts); for i=1:beta*Ts; rcosw(i)=0.5+0.5*cos(pi+ t(i)*pi/(beta*Ts)); end rcosw(beta*Ts+1:Ts)=1; for j=Ts+1:(1+beta)*Ts+1; rcosw(j-1)=0.5+0.5*cos((t(j)-Ts)*pi/(beta*Ts)); end rcosw=rcosw';%变换为列向量 %OFDM主程序 clear all; close all; carrier_count=200;%子载波数 symbols_per_carrier=12;%每子载波含符号数 bits_per_symbol=4;%每符号含比特数,16QAM调制 IFFT_bin_length=512;%FFT点数 PrefixRatio=1/4;%保护间隔与OFDM数据的比例 1/6~1/4 GI=PrefixRatio*IFFT_bin_length ;%每一个OFDM符号添加的循环前缀长度为 1/4*IFFT_bin_length 即保护间隔长度为128 beta=1/32;%窗函数滚降系数 GIP=beta*(IFFT_bin_length+GI);%循环后缀的长度20 SNR=15; %信噪比dB %================================================== %================信号产生=================================== baseband_out_length = carrier_count * symbols_per_carrier * bits_per_symbol;%所 输入的比特数目 carriers = (1:carrier_count) + (floor(IFFT_bin_length/4) - floor(carrier_count/2));%共轭对称子载波映射 复数数据对应的IFFT点坐标 conjugate_carriers = IFFT_bin_length - carriers + 2;%共轭对称子载波映射 共轭复 数对应的IFFT点坐标 baseband_out=round(rand(1,baseband_out_length));%输出待调制的二进制比特流 %==============16QAM调制==================================== complex_carrier_matrix=qam16(baseband_out);%列向量 complex_carrier_matrix=reshape(complex_carrier_matrix',carrier_count,symbols_pe r_carrier)';%symbols_per_carrier*carrier_count 矩阵 figure(1); plot(complex_carrier_matrix,'*r');%16QAM调制后星座图 title('16QAM调制后星座图') axis([-4, 4, -4, 4]); grid on %=================IFFT=========================== IFFT_modulation=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length);%添0组成 IFFT_bin_length IFFT 运算 IFFT_modulation(:,carriers ) = complex_carrier_matrix ;%未添加导频信号 ，子载波 映射在此处 IFFT_modulation(:,conjugate_carriers ) = conj(complex_carrier_matrix);%共轭复数 映射 %================================================================= signal_after_IFFT=ifft(IFFT_modulation,IFFT_bin_length,2);%OFDM调制 即IFFT变换 time_wave_matrix =signal_after_IFFT;%时域波形矩阵，行为每载波所含符号数，列ITTF 点数，N个子载波映射在其内，每一行即为一个OFDM符号 %=====================添加循环前缀与后缀============ XX=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length+GI+GIP); for k=1:symbols_per_carrier; for i=1:IFFT_bin_length; XX(k,i+GI)=signal_after_IFFT(k,i); end for i=1:GI; XX(k,i)=signal_after_IFFT(k,i+IFFT_bin_length-GI);%添加循环前缀 end for j=1:GIP; XX(k,IFFT_bin_length+GI+j)=signal_after_IFFT(k,j);%添加循环后缀 end end time_wave_matrix_cp=XX;%添加了循环前缀与后缀的时域信号矩阵,此时一个OFDM符号长 度为IFFT_bin_length+GI+GIP=660 %==============OFDM符号加窗================================ windowed_time_wave_matrix_cp=zeros(1,IFFT_bin_length+GI+GIP); for i = 1:symbols_per_carrier windowed_time_wave_matrix_cp(i,:) = real(time_wave_matrix_cp(i,:)).*rcoswindow(beta,IFFT_bin_length+GI)';%加窗 升 余弦窗 end %========================生成发送信号，并串变换===================== windowed_Tx_data=zeros(1,symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP); windowed_Tx_data(1:IFFT_bin_length+GI+GIP)=windowed_time_wave_matrix_cp(1,:); for i = 1:symbols_per_carrier-1 ; windowed_Tx_data((IFFT_bin_length+GI)*i+1:(IFFT_bin_length+GI)*(i+1)+GIP)=windo wed_time_wave_matrix_cp(i+1,:);%并串转换，循环后缀与循环前缀相叠加 end %======================================================= Tx_data=reshape(windowed_time_wave_matrix_cp',(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_l ength+GI+GIP),1)';%加窗后 循环前缀与后缀不叠加 的串行信号 %================================================================= temp_time1 = (symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP);%加窗后 循环前缀与后 缀不叠加 发送总位数 figure (2) subplot(2,1,1); plot(0:temp_time1-1,Tx_data );%循环前缀与后缀不叠加 发送的信号波形 grid on ylabel('Amplitude (volts)') xlabel('Time (samples)') title('循环前后缀不叠加的OFDM Time Signal') temp_time2 =symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP; subplot(2,1,2); plot(0:temp_time2-1,windowed_Tx_data);%循环后缀与循环前缀相叠加 发送信号波形 grid on ylabel('Amplitude (volts)') xlabel('Time (samples)') title('循环前后缀叠加的OFDM Time Signal') %===============加窗的发送信号频谱================================= symbols_per_average = ceil(symbols_per_carrier/5);%符号数的1/5，10行 avg_temp_time = (IFFT_bin_length+GI+GIP)*symbols_per_average;%点数，10行数据， 10个符号 averages = floor(temp_time1/avg_temp_time); average_fft(1:avg_temp_time) = 0;%分成5段 for a = 0:(averages-1) subset_ofdm = Tx_data(((a*avg_temp_time)+1):((a+1)*avg_temp_time));%利用循环前 缀后缀未叠加的串行加窗信号计算频谱 subset_ofdm_f = abs(fft(subset_ofdm));%分段求频谱 average_fft = average_fft + (subset_ofdm_f/averages);%总共的数据分为5段，分段 进行FFT，平均相加 end average_fft_log = 20*log10(average_fft); figure (3) subplot(2,1,2) plot((0:(avg_temp_time-1))/avg_temp_time, average_fft_log)%归一化 0/avg_temp_time : (avg_temp_time-1)/avg_temp_time hold on plot(0:1/IFFT_bin_length:1, -35, 'rd') grid on axis([0 0.5 -40 max(average_fft_log)]) ylabel('Magnitude (dB)') xlabel('Normalized Frequency (0.5 = fs/2)') title('加窗的发送信号频谱') %====================添加噪声================================= Tx_signal_power = var(windowed_Tx_data);%发送信号功率 linear_SNR=10^(SNR/10);%线性信噪比 noise_sigma=Tx_signal_power/linear_SNR; noise_scale_factor = sqrt(noise_sigma);%标准差sigma noise=randn(1,((symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI))+GIP)*noise_scale_fac tor;%产生正态分布噪声序列 Rx_data=windowed_Tx_data +noise;%接收到的信号加噪声 %=============接收信号 串/并变换 去除前缀与后缀================== Rx_data_matrix=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length+GI+GIP); for i=1:symbols_per_carrier; Rx_data_matrix(i,:)=Rx_data(1,(i-1)*(IFFT_bin_length+GI)+1:i*(IFFT_bin_length+G I)+GIP);%串并变换 end Rx_data_complex_matrix=Rx_data_matrix(:,GI+1:IFFT_bin_length+GI);%去除循环前缀 与循环后缀，得到有用信号矩阵 %========================================================= % OFDM解码 16QAM解码 %=================FFT变换================================= Y1=fft(Rx_data_complex_matrix,IFFT_bin_length,2);%OFDM解码 即FFT变换 Rx_carriers=Y1(:,carriers);%除去IFFT/FFT变换添加的0，选出映射的子载波 Rx_phase =angle(Rx_carriers);%接收信号的相位 Rx_mag = abs(Rx_carriers);%接收信号的幅度 figure(4); polar(Rx_phase, Rx_mag,'bd');%极坐标坐标下画出接收信号的星座图 title('极坐标下的接收信号的星座图') %=========================================================== [M, N]=pol2cart(Rx_phase, Rx_mag); Rx_complex_carrier_matrix = complex(M, N); figure(5); plot(Rx_complex_carrier_matrix,'*r');%XY坐标接收信号的星座图 title('XY坐标接收信号的星座图') axis([-4, 4, -4, 4]); grid on %====================16qam解调================================= Rx_serial_complex_symbols=reshape(Rx_complex_carrier_matrix',size(Rx_complex_ca rrier_matrix, 1)*size(Rx_complex_carrier_matrix,2),1)' ; Rx_decoded_binary_symbols=demoduqam16(Rx_serial_complex_symbols); %============================================================ baseband_in = Rx_decoded_binary_symbols; figure(6); subplot(2,1,1); stem(baseband_out(1:100)); title('输出待调制的二进制比特流') subplot(2,1,2); stem(baseband_in(1:100)); title('接收解调后的二进制比特流') %================误码率计算=============================== bit_errors=find(baseband_in ~=baseband_out); bit_error_count = size(bit_errors, 2) ber=bit_error_count/baseband_out_length 4、 仿真结果 循环前后缀不叠加的OFDM Time Signal 0.5 A m p l i t u d e ( v o l t s ) 0 -0.5 0 Time (samples) 循环前后缀叠加的OFDM Time Signal 70008000 0.5 A m p l i t u d e ( v o l t s ) 0 -0.5 040005000 Time (samples) 6 加窗的发送信号频谱 20 10 0 M a g n i t u d e ( d B ) -10 -20 -30 -40 00.050.10.150.20.250.30.35 Normalized Frequency (0.5 = fs/2) 0.40.450.5 极坐标下的接收信号的星座图 90 120 4 150 2 30 6 60 180 0 210330 240 270 300 XY坐标接收信号的星座图 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -4-3-2-101234 输出待调制的二进制比特流 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 接收解调后的二进制比特流 1 0.5 0 误 码 率 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. %16QAM的调制函数 function [complex_qam_data]=qam16(bitdata) %modulation of 16QAM,modulate bitdata to 16QAM complex signal X1=reshape(bitdata,4,length(bitdata)/4)'; d=1;%min distance of symble for i=1:length(bitdata)/4; for j=1:4 X1(i,j)=X1(i,j)*(2^(4-j)); end source(i,1)=1+sum(X1(i,:));%convert to the number 1 to 16 end mapping=[-3*d 3*d; -d 3*d; d 3*d; 3*d 3*d; -3*d d; -d d; d d; 3*d d; -3*d -d; -d -d; d -d; 3*d -d; -3*d -3*d; -d -3*d; d -3*d; 3*d -3*d]; for i=1:length(bitdata)/4 qam_data(i,:)=mapping(source(i),:);%data mapping end complex_qam_data=complex(qam_data(:,1),qam_data(:,2)); %16QAM的解调函数。 function [demodu_bit_symble]=demoduqam16(Rx_serial_complex_symbols) %将得到的串行16QAM数据解调成二进制比特流 complex_symbols=reshape(Rx_serial_complex_symbols,length(Rx_serial_complex_symb ols),1); d=1; mapping=[-3*d 3*d; -d 3*d; d 3*d; 3*d 3*d; -3*d d; -d d; d d; 3*d d; -3*d -d; -d -d; d -d; 3*d -d; -3*d -3*d; -d -3*d; d -3*d; 3*d -3*d]; complex_mapping=complex(mapping(:,1),mapping(:,2)); for i=1:length(Rx_serial_complex_symbols); for j=1:16; metrics(j)=abs(complex_symbols(i,1)-complex_mapping(j,1)); end [min_metric decode_symble(i)]= min(metrics) ; %将离某星座点最近的值赋给 decode_symble(i) end decode_bit_symble=de2bi((decode_symble-1)','left-msb'); demodu_bit_symble=reshape(decode_bit_symble',1,length(Rx_serial_complex_symbols )*4); %加窗函数 function [rcosw]=rcoswindow(beta, Ts) %定义升余弦窗，其中beta为滚降系数，Ts为包含循环前缀的OFDM符号的长度,Ts为正偶 数 t=0:(1+beta)*Ts; rcosw=zeros(1,(1+beta)*Ts); for i=1:beta*Ts; rcosw(i)=0.5+0.5*cos(pi+ t(i)*pi/(beta*Ts)); end rcosw(beta*Ts+1:Ts)=1; for j=Ts+1:(1+beta)*Ts+1; rcosw(j-1)=0.5+0.5*cos((t(j)-Ts)*pi/(beta*Ts)); end rcosw=rcosw';%变换为列向量 %瑞利信道模拟 function r=Ray1(fm,fc,baseband_out_length) f=1:2*fm-1; %通频带长度 y=0.5./((1-((f-fm)/fm).^2).^(1/2))/pi; %多普勒功率谱(基带) Sf=zeros(1, baseband_out_length); Sf1=y;%多普勒滤波器的频响 Sf(fc-fm+1:fc+fm-1)=y; %(把基带映射到载波频率) x1=randn(1, baseband_out_length); x2=randn(1, baseband_out_length); nc=ifft(fft(x1+i*x2).*sqrt(Sf)); %同相分量 x3=randn(1,baseband_out_length); x4=randn(1,baseband_out_length); ns=ifft(fft(x3+i*x4).*sqrt(Sf)); %正交分量 r0=(real(nc)+j*real(ns)); %瑞利信号 r=abs(r0); %瑞利信号幅值 %OFDM主程序 clear all; close all; fm=450; fc=4500; carrier_count=200;%子载波数 symbols_per_carrier=12;%每子载波含符号数 bits_per_symbol=4;%每符号含比特数,16QAM调制 IFFT_bin_length=512;%FFT点数 PrefixRatio=1/4;%保护间隔与OFDM数据的比例 1/6~1/4 GI=PrefixRatio*IFFT_bin_length ;%每一个OFDM符号添加的循环前缀长度为 1/4*IFFT_bin_length 即保护间隔长度为128 beta=1/32;%窗函数滚降系数 GIP=beta*(IFFT_bin_length+GI);%循环后缀的长度20 SNR=15; %信噪比dB %================================================== %================信号产生=================================== baseband_out_length = carrier_count * symbols_per_carrier * bits_per_symbol;%所 输入的比特数目 carriers = (1:carrier_count) + (floor(IFFT_bin_length/4) - floor(carrier_count/2));%共轭对称子载波映射 复数数据对应的IFFT点坐标 conjugate_carriers = IFFT_bin_length - carriers + 2;%共轭对称子载波映射 共轭复 数对应的IFFT点坐标 baseband_out=round(rand(1,baseband_out_length));%输出待调制的二进制比特流 %==============16QAM调制==================================== complex_carrier_matrix=qam16(baseband_out);%列向量 complex_carrier_matrix=reshape(complex_carrier_matrix',carrier_count,symbols_pe r_carrier)';%symbols_per_carrier*carrier_count 矩阵 figure(1); plot(complex_carrier_matrix,'*r');%16QAM调制后星座图 title('16QAM调制后星座图') axis([-4, 4, -4, 4]); grid on %=================IFFT=========================== IFFT_modulation=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length);%添0组成 IFFT_bin_length IFFT 运算 IFFT_modulation(:,carriers ) = complex_carrier_matrix ;%未添加导频信号 ，子载波 映射在此处 IFFT_modulation(:,conjugate_carriers ) = conj(complex_carrier_matrix);%共轭复数 映射 %================================================================= signal_after_IFFT=ifft(IFFT_modulation,IFFT_bin_length,2);%OFDM调制 即IFFT变换 time_wave_matrix =signal_after_IFFT;%时域波形矩阵，行为每载波所含符号数，列ITTF 点数，N个子载波映射在其内，每一行即为一个OFDM符号 %=====================添加循环前缀与后缀============ XX=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length+GI+GIP); for k=1:symbols_per_carrier; for i=1:IFFT_bin_length; XX(k,i+GI)=signal_after_IFFT(k,i); end for i=1:GI; XX(k,i)=signal_after_IFFT(k,i+IFFT_bin_length-GI);%添加循环前缀 end for j=1:GIP; XX(k,IFFT_bin_length+GI+j)=signal_after_IFFT(k,j);%添加循环后缀 end end time_wave_matrix_cp=XX;%添加了循环前缀与后缀的时域信号矩阵,此时一个OFDM符号长 度为IFFT_bin_length+GI+GIP=660 %==============OFDM符号加窗================================ windowed_time_wave_matrix_cp=zeros(1,IFFT_bin_length+GI+GIP); for i = 1:symbols_per_carrier windowed_time_wave_matrix_cp(i,:) = real(time_wave_matrix_cp(i,:)).*rcoswindow(beta,IFFT_bin_length+GI)';%加窗 升 余弦窗 end %========================生成发送信号，并串变换===================== windowed_Tx_data=zeros(1,symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP); windowed_Tx_data(1:IFFT_bin_length+GI+GIP)=windowed_time_wave_matrix_cp(1,:); for i = 1:symbols_per_carrier-1 ; windowed_Tx_data((IFFT_bin_length+GI)*i+1:(IFFT_bin_length+GI)*(i+1)+GIP)=windo wed_time_wave_matrix_cp(i+1,:);%并串转换，循环后缀与循环前缀相叠加 end %======================================================= Tx_data=reshape(windowed_time_wave_matrix_cp',(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_l ength+GI+GIP),1)';%加窗后 循环前缀与后缀不叠加 的串行信号 %================================================================= temp_time1 = (symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP);%加窗后 循环前缀与后 缀不叠加 发送总位数 figure (2) subplot(2,1,1); plot(0:temp_time1-1,Tx_data );%循环前缀与后缀不叠加 发送的信号波形 grid on ylabel('Amplitude (volts)') xlabel('Time (samples)') title('循环前后缀不叠加的OFDM Time Signal') temp_time2 =symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP; subplot(2,1,2); plot(0:temp_time2-1,windowed_Tx_data);%循环后缀与循环前缀相叠加 发送信号波形 grid on ylabel('Amplitude (volts)') xlabel('Time (samples)') title('循环前后缀叠加的OFDM Time Signal') %===============加窗的发送信号频谱================================= symbols_per_average = ceil(symbols_per_carrier/5);%符号数的1/5，10行 avg_temp_time = (IFFT_bin_length+GI+GIP)*symbols_per_average;%点数，10行数据， 10个符号 averages = floor(temp_time1/avg_temp_time); average_fft(1:avg_temp_time) = 0;%分成5段 for a = 0:(averages-1) subset_ofdm = Tx_data(((a*avg_temp_time)+1):((a+1)*avg_temp_time));%利用循环前 缀后缀未叠加的串行加窗信号计算频谱 subset_ofdm_f = abs(fft(subset_ofdm));%分段求频谱 average_fft = average_fft + (subset_ofdm_f/averages);%总共的数据分为5段，分段 进行FFT，平均相加 end average_fft_log = 20*log10(average_fft); figure (3) subplot(2,1,2) plot((0:(avg_temp_time-1))/avg_temp_time, average_fft_log)%归一化 0/avg_temp_time : (avg_temp_time-1)/avg_temp_time hold on plot(0:1/IFFT_bin_length:1, -35, 'rd') grid on axis([0 0.5 -40 max(average_fft_log)]) ylabel('Magnitude (dB)') xlabel('Normalized Frequency (0.5 = fs/2)') title('加窗的发送信号频谱') %====================瑞利信道================================= cd=length(windowed_Tx_data); t=1:cd; delay=[0 31 71 109 173 251]; power=[0 -1 -9 -10 -15 -20]; y_in=[zeros(1,delay(6)) windowed_Tx_data]; Rx_data=zeros(1,cd); for i=1:6 Rx_data+Ray1(fm,fc,cd); Rx_data=Rx_data+Ray1(fm,fc,cd).*y_in(delay(6)+1-delay(i):delay(6)+cd-delay(i))* 10^(power(i)/20); end%=============接收信号 串/并变换 去除前缀与后缀================== Rx_data_matrix=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length+GI+GIP); for i=1:symbols_per_carrier; Rx_data_matrix(i,:)=Rx_data(1,(i-1)*(IFFT_bin_length+GI)+1:i*(IFFT_bin_length+G I)+GIP);%串并变换 end Rx_data_complex_matrix=Rx_data_matrix(:,GI+1:IFFT_bin_length+GI);%去除循环前缀 与循环后缀，得到有用信号矩阵 %========================================================= % OFDM解码 16QAM解码 %=================FFT变换================================= Y1=fft(Rx_data_complex_matrix,IFFT_bin_length,2);%OFDM解码 即FFT变换 Rx_carriers=Y1(:,carriers);%除去IFFT/FFT变换添加的0，选出映射的子载波 Rx_phase =angle(Rx_carriers);%接收信号的相位 Rx_mag = abs(Rx_carriers);%接收信号的幅度 figure(4); polar(Rx_phase, Rx_mag,'bd');%极坐标坐标下画出接收信号的星座图 title('极坐标下的接收信号的星座图') %=========================================================== [M, N]=pol2cart(Rx_phase, Rx_mag); Rx_complex_carrier_matrix = complex(M, N); figure(5); plot(Rx_complex_carrier_matrix,'*r');%XY坐标接收信号的星座图 title('XY坐标接收信号的星座图') axis([-4, 4, -4, 4]); grid on %====================16qam解调================================= Rx_serial_complex_symbols=reshape(Rx_complex_carrier_matrix',size(Rx_complex_ca rrier_matrix, 1)*size(Rx_complex_carrier_matrix,2),1)' ; Rx_decoded_binary_symbols=demoduqam16(Rx_serial_complex_symbols); %============================================================ baseband_in = Rx_decoded_binary_symbols; figure(6); subplot(2,1,1); stem(baseband_out(1:100)); title('输出待调制的二进制比特流') subplot(2,1,2); stem(baseband_in(1:100)); title('接收解调后的二进制比特流') %================误码率计算=============================== bit_errors=find(baseband_in ~=baseband_out); bit_error_count = size(bit_errors, 2) ber=bit_error_count/baseband_out_length 4、仿真结果 实验四 MATLAB 实验 多入多出（MIMO）系统接收端检测 一、实验目的 1.掌握MIMO 系统信道模型 2.掌握MIMO 接收端检测的算法原理 3.掌握MIMO 系统误码率仿真的过程与分析方法 二、实验要求 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。 % ML-ZF-MMSE 检测算法比较 % bpsk调制-瑞利衰落信道-2个发送端，2个接收端 %% clc clear N = 10^4; % 发送的符号数目 Eb_N0_dB = 0:20; % 信噪比范围 nTx = 2; nRx = 2; %% %ML for ii = 1:length(Eb_N0_dB) % 发送端 ip = rand(1,N)>0.5; % 等概率产生0和1 s = 2*ip-1; % BPSK 调制 0 -> -1; 1 -> 0 sMod = kron(s,ones(nRx,1)); % sMod = reshape(sMod,[nRx,nTx,N/nTx]); % 将矩阵转换为 [nRx,nTx,N/nTx ]形式 h = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,nTx,N/nTx) + j*randn(nRx,nTx,N/nTx)]; % 瑞利衰落信道 n = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,N/nTx) + j*randn(nRx,N/nTx)]; % 0均值高 斯白噪声 % 加入噪声后在信道中传输 a = h.*sMod; %将两个矩阵的第三维分别相乘 b = sum(h.*sMod,2);%将第三维加为一列 c = squeeze(sum(h.*sMod,2));%变换为2x10矩阵 d = 10^(-Eb_N0_dB(ii)/20)*n;%噪声为2x10矩阵 y = squeeze(sum(h.*sMod,2)) + 10^(-Eb_N0_dB(ii)/20)*n; % 最大似然接收 % ---------------------------- % 当 [s1 s2 ] = [+1,+1 ] sHat1 = [1 1]; sHat1 = repmat(sHat1,[1 ,N/2]); sHat1Mod = kron(sHat1,ones(nRx,1)); sHat1Mod = reshape(sHat1Mod,[nRx,nTx,N/nTx]); %发送矩阵 zHat1 = squeeze(sum(h.*sHat1Mod,2)) ; %接收矩阵 %e = abs(y - zHat1); %取理论接收与实际接收的绝对值 J11 = sum(abs(y - zHat1),1);%将两行加为一行 % % % 当 [s1 s2 ] = [+1,-1 ] sHat2 = [1 -1]; sHat2 = repmat(sHat2,[1 ,N/2]); sHat2Mod = kron(sHat2,ones(nRx,1)); sHat2Mod = reshape(sHat2Mod,[nRx,nTx,N/nTx]); zHat2 = squeeze(sum(h.*sHat2Mod,2)) ; J10 = sum(abs(y - zHat2),1); % % % 当 [s1 s2 ] = [-1,+1 ] sHat3 = [-1 1]; sHat3 = repmat(sHat3,[1 ,N/2]); sHat3Mod = kron(sHat3,ones(nRx,1)); sHat3Mod = reshape(sHat3Mod,[nRx,nTx,N/nTx]); zHat3 = squeeze(sum(h.*sHat3Mod,2)) ; J01 = sum(abs(y - zHat3),1); % % 当 [s1 s2 ] = [-1,-1 ] sHat4 = [-1 -1]; sHat4 = repmat(sHat4,[1 ,N/2]); sHat4Mod = kron(sHat4,ones(nRx,1)); sHat4Mod = reshape(sHat4Mod,[nRx,nTx,N/nTx]); zHat4 = squeeze(sum(h.*sHat4Mod,2)) ; J00 = sum(abs(y - zHat4),1); % % % 从四组数值中找出最小值jj，所在位置dd rVec = [J11;J10;J01;J00]; [jj dd] = min(rVec,[],1); % % % mapping the minima to bits ref = [1 1; 1 0; 0 1; 0 0 ]; ipHat = zeros(1,N); ipHat(1:2:end) = ref(dd,1); ipHat(2:2:end) = ref(dd,2); % % % 统计错误 f = find([ip - ipHat]);%发生错误所在位置 nErrML(ii) = size(find([ip - ipHat]),2);%错误个数 end %% %ZF for ii = 1:length(Eb_N0_dB) % 发送端 ip = rand(1,N)>0.5; % 等概率生成 0,1 s = 2*ip-1; % BPSK 调制 0 -> -1; 1 -> 0 %a = ones(nRx,1) sMod = kron(s,ones(nRx,1)); % sMod = reshape(sMod,[nRx,nTx,N/nTx]); % 变换矩阵形式为 [nRx,nTx,N/NTx ] h = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,nTx,N/nTx) + j*randn(nRx,nTx,N/nTx)]; % 瑞 利信道 n = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,N/nTx) + j*randn(nRx,N/nTx)]; % 0均值高 斯白噪声 % 加入白噪声后在信道中传输 y = squeeze(sum(h.*sMod,2)) + 10^(-Eb_N0_dB(ii)/20)*n; % 接收端 % 求伪逆矩阵 G = inv(H^H*H)*H^H % H^H*H 的矩阵维数为 [nTx x nTx]. 即 [2 x 2] % [2x2]矩阵的转置为 [a b; c d] = 1/(ad-bc)[d -b;-c a] hCof = zeros(2,2,N/nTx); hCof(1,1,:) = sum(h(:,2,:).*conj(h(:,2,:)),1); % d hCof(2,2,:) = sum(h(:,1,:).*conj(h(:,1,:)),1); % a hCof(2,1,:) = -sum(h(:,2,:).*conj(h(:,1,:)),1); % c hCof(1,2,:) = -sum(h(:,1,:).*conj(h(:,2,:)),1); % b hDen = ((hCof(1,1,:).*hCof(2,2,:)) - (hCof(1,2,:).*hCof(2,1,:))); % ad-bc hDen = reshape(kron(reshape(hDen,1,N/nTx),ones(2,2)),2,2,N/nTx); % hInv = hCof./hDen; % inv(H^H*H) hMod = reshape(conj(h),nRx,N); % H^H yMod = kron(y,ones(1,2)); % 接收信号矩阵化 yMod = sum(hMod.*yMod,1); % H^H * y yMod = kron(reshape(yMod,2,N/nTx),ones(1,2)); % yHat = sum(reshape(hInv,2,N).*yMod,1); % inv(H^H*H)*H^H*y % 接收端 硬判决解码 ipHat = real(yHat)>0; % 统计错误 nErrZF(ii) = size(find([ip- ipHat]),2); end %% %MMSE for ii = 1:length(Eb_N0_dB) % 发送端 ip = rand(1,N)>0.5; s = 2*ip-1; % BPSK 调制 0 -> -1; 1 -> 0 sMod = kron(s,ones(nRx,1)); % sMod = reshape(sMod,[nRx,nTx,N/nTx]); % [nRx,nTx,N/NTx ] h = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,nTx,N/nTx) + j*randn(nRx,nTx,N/nTx)]; n = 1/sqrt(2)*[randn(nRx,N/nTx) + j*randn(nRx,N/nTx)]; % 加入高斯白噪声后在信道中传输 y = squeeze(sum(h.*sMod,2)) + 10^(-Eb_N0_dB(ii)/20)*n; % 接收端 % MMSE W = inv(H^H*H+sigma^2*I)*H^H % H^H*H i的维数为[nTx x nTx]. 即[2 x 2] % [2x2]矩阵的逆 [a b; c d] = 1/(ad-bc)[d -b;-c a] hCof = zeros(2,2,N/nTx) ; hCof(1,1,:) = sum(h(:,2,:).*conj(h(:,2,:)),1) + 10^(-Eb_N0_dB(ii)/10); % d hCof(2,2,:) = sum(h(:,1,:).*conj(h(:,1,:)),1) + 10^(-Eb_N0_dB(ii)/10); % a hCof(2,1,:) = -sum(h(:,2,:).*conj(h(:,1,:)),1); % c hCof(1,2,:) = -sum(h(:,1,:).*conj(h(:,2,:)),1); % b hDen = ((hCof(1,1,:).*hCof(2,2,:)) - (hCof(1,2,:).*hCof(2,1,:))); % ad-bc hDen = reshape(kron(reshape(hDen,1,N/nTx),ones(2,2)),2,2,N/nTx); hInv = hCof./hDen; % inv(H^H*H) hMod = reshape(conj(h),nRx,N); % H^H yMod = kron(y,ones(1,2)); yMod = sum(hMod.*yMod,1); % H^H * y yMod = kron(reshape(yMod,2,N/nTx),ones(1,2)); yHat = sum(reshape(hInv,2,N).*yMod,1); % inv(H^H*H)*H^H*y %接收端 ipHat = real(yHat)>0; % 统计错误 nErrMMSE(ii) = size(find([ip- ipHat]),2); end %% %无衰落bpsk调制 for ii = 1:length(Eb_N0_dB) % Transmitter ip = rand(1,N)>0.5; s = 2*ip-1; n = 1/sqrt(2)*[randn(1,N) + j*randn(1,N)]; % Noise addition y = s + 10^(-Eb_N0_dB(ii)/20)*n; % additive white gaussian noise % receiver - hard decision decoding ipHat = real(y)>0; % counting the errors nErrBPSK(ii) = size(find([ip- ipHat]),2); end %% %比特错误率 simBer1 = nErrML/N; % 仿真比特错误率 simBer2 = nErrZF/N; simBer3 = nErrMMSE/N; % simBer4 = nErrBPSK/N; EbN0Lin = 10.^(Eb_N0_dB/10); % theoryBer_nRx1 = 0.5.*(1-1*(1+1./EbN0Lin).^(-0.5)); % p = 1/2 - 1/2*(1+1./EbN0Lin).^(-1/2); % theoryBerMRC_nRx2 = p.^2.*(1+2*(1-p)); theoryBerBPSK = 0.5*erfc(sqrt(EbN0Lin)); % bpsk theoretical ber 0.5erfc （sqrt（r）） %% %作图 close all figure % semilogy(Eb_N0_dB,theoryBer_nRx1,'bp-','LineWidth',2); % semilogy(Eb_N0_dB,theoryBerMRC_nRx2,'kd-','LineWidth',2); semilogy(Eb_N0_dB,simBer1,'*g-','LineWidth',2); %ML hold on semilogy(Eb_N0_dB,simBer2,'oy-','LineWidth',2); %ZF semilogy(Eb_N0_dB,simBer3,'+r-','LineWidth',2); %MMSE % semilogy(Eb_N0_dB,simBer4,'mx-','LineWidth',2); semilogy(Eb_N0_dB,theoryBerBPSK,'b.-','LineWidth',2); %BPSK axis([0 20 10^-5 0.5]) grid on legend('sim (nTx=2, nRx=2, ML)','sim (nTx=2, nRx=2, ZF)','sim (nTx=2, nRx=2, MMSE)', 'theory BPSK'); % legend('theory (nTx=1,nRx=1)', 'theory (nTx=1,nRx=2, MRC)', 'sim (nTx=2, nRx=2, ML)','sim (nTx=2, nRx=2, ZF)','sim (nTx=2, nRx=2, MMSE)', 'theory BPSK'); xlabel('Average Eb/No,dB'); ylabel('Bit Error Rate'); title('BER for BPSK modulation with 2x2 MIMO and three kinds of equalizer (Rayleigh channel)'); 2.图形结果 实验五 FPGA 实验 HDB3 编码器设计 一、实验目的 ⒈ 深入理解HDB3 编码原理。 ⒉ 学习用VerilogHDL 硬件描述语言建模较复杂时序逻辑电路。 ⒊ 学习FPGA 设计中的Testbench（测试平台）技术。 ⒋ 学习FPGA 设计中仿真与综合的概念。 ⒌ 学习编写仿真测试代码与可综合代码。 二、实验报告要求 ⒈ 以下各时序仿真结果：（ModelSim 中截图） ⑴ 加V 后； ⑵ 补B 后； ⑶ 最终得到的HDB3 码。 ⒉ 开发板调试产生的波形。（SignalTapⅡ中截图） ⒊ 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，将改写后的 测试文件代码写在实验报告中。（可以参考教师提供的VerilogHDL 教程中的第10 章 10.3.8 部分的内容） ⒋ 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。 三、实验结果 1．仿真结果： 2.测试文件代码： timescale 1ns/100ps module HDB3_encoder_test; reg clk; reg reset_n; reg datain; wire [2:0] dataout; HDB3_encoder DESIGN ( .clk (clk), .reset_n (reset_n), .datain (datain), .dataout (dataout) ); initial begin clk=1'b0; end always begin #5 clk=~clk; end initial begin #0 reset_n=1'b0; #20 reset_n=1'b1; end datain=$dist_uniform(12,start,end); 思考题： 答：不允许在可综合的设计代码中使用`Define来定义参数,应该使用参数Parameter来定义。 例如`Define只用于编写不可综合的仿真测试模块。 实验六 宽带接入实验 非拨号方式上网 一、实验目的 ⒈ 了解非拨号方式上网的基本原理和组网结构。 ⒉ 学习在MA5300 上配置非拨号方式上网的方法。 ⒊ 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。 ⒉ 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－>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－>配置ADSL端口参数－>把两台PC设在同一个IP网段 里 －>把PC接在ADS端口上－>PC自动获取IP。 2.观测到的现象： 实验七 光传输实验 链形传输组网 一、实验目的 ⒈ 学习链形组网的交换机连接方式。 ⒉ 学习链形组网的电话业务和数据业务的配置方法。 二、实验报告要求 ⒈ 参考图2，画出3 台交换机业务连接图，并标注你所选用的时隙。 ⒉ 简要描述最后的验证方法，以及误码仪上的现象。 三、实验结果 1.业务连接图 1 11 12 1 11 12 1 11 12 1 1 3 3 5 5 5 1 2：1 2 3:3 1 5:3 2.用误码仪分别测交换机1与交换机2，交换机2与交换机3，测出来的结果都 是0，无误码秒都在增加，说明三台交换机之间可以互相通信。 实验八 光传输实验 环形传输组网 一、实验目的 ⒈ 学习环形组网的交换机连接方式。 ⒉ 学习环形组网的电话业务和数据业务的配置方法。 二、实验报告要求 1. 参考图2，画出3 台交换机的业务连接图，并标注所选用的时隙。 ⒉ 简要描述最后的验证方法，以及误码仪上的现象。 三、实验结果 1.业务连接图 1 11 12 1 11 12 1 11 12 3 3 5 4 4 6 7 5 7 8 6 8 6 7 4 1 2:3 2 3：5 1 3:7 2 1:4 3 2: 6 3 1:8 2.用误码仪测分别测交换机1与交换机2，交换机2与交换机3，交换机1与交 换机3之间的误码率，测出来的结果都是0，说明三台交换机之间可以互相通信。
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