5123通信一体化综合实训系统使用指导(信道仿真部分)

信道仿真实训部分指导书信道仿真目录第一章信道仿真部分的结构与功能设置............................................11.1.电路组成...................................................................................11.2.白噪声发生器模块...................................................................31.3.通道模块...................................................................................81.4.A/D模块.................................................................................111.5.FPGA模块..............................................................................131.6.D/A模块.................................................................................151.7.显示模块..............................................................................171.8.FPGA初始化模块...............................................................211.9.信道仿真平台用户界面的使用..........................................24第二章恒参白噪声信道......................................................................26实验一白噪声特性测量...................................................................26第三章衰落信道模型..........................................................................29实验一瑞利衰落信道特性测试与仿真...........................................29实验二莱斯衰落信道特性测量与仿真...........................................33实验三二径衰落信道特性测量与仿真...........................................37实验四非线性信道、硬限幅信道特性测量...................................41附录一：信道仿真平台模式设置........................................................44信道仿真实训部分指导书1第一章信道仿真部分的结构与功能设置1.1.电路组成在信道仿真平台中，主要提供了以下几项功能：1、高斯白噪声发生器：产生一窄带高斯白噪声。2、对常用信道的仿真（电路模拟）：如光纤信道、无线衰落信道、非线性信道及硬限幅信道等等。在电路组成上，主要包括以下几个主要部分：1、白噪声发生模块；2、通道模块；3、A/D模块；4、FPGA模块；5、D/A模块；6、显示控制模块；7、FPGA初始化模块。在平台上具有友好的人机接口界面，学生可以通过键盘和液晶显示器选择相应的工作模式和设置有关参数。信道仿真平台通过下面几个端口与外部进行连接：1.中频入-1（S001，左上方的中频连接器）：为中频信号第一路输入端。输入信号来自通原部分调制后的中频输出信号，输入信号电平正常为1.5Vp-p到2Vp-p。2.中频出-1（B002，左下方的中频连接器）：为第一路中频信号输出端。信道仿真平台对来自“中频入-1”的中频信号进行处理（加噪、多径、非线性等），最终由“中频出-1”输出，输出信号电平正常为1.5Vp-p到2Vp-p。信道仿真实训部分指导书23.中频入-2（B001，右上方的中频连接器）：为中频信号第二路输入端。输入信号来自通原部分调制后的中频输出信号，输入信号电平正常为1.5Vp-p到2Vp-p。4.中频出-2（S002，右下方的中频连接器）：为中频信号第二路输出端。信道仿真平台对来自“中频入-2”的中频信号进行处理（加噪），最终由“中频出-2”输出，输出信号电平正常为1.5Vp-p到2Vp-p。5.外部测试信号、地（J003）（位于通道模块下部）：为测试信号输入端，用于向信道仿真平台中送入各种测试信号。在信道仿真平台中，第一输入中频通道与第二输入中频通道的处理方式不完全相同，分别如图1-1、图1-2所示。瑞利衰落信道莱斯衰落信道二径衰落信道非线性信道硬限幅信道FPGA芯片加噪信道中频入-1中频出-1图1-1第一输入中频通道的信号处理流程加噪信道中频出-2中频入-2信道仿真实训部分指导书3图1-2第二输入中频通道的信号处理流程对于第一输入中频通道，其中频可以通过下面几种信道类型：1、加噪信道；2、瑞利衰落信道；3、莱斯衰落信道；4、二径衰落信道；5、非线性信道；对于其中的类型1通过外部硬件仿真，其它类型信道通过FPGA进行仿真。对于第二个中频通道，其中频可以通过下面的信道类型：1、加噪信道；在信道仿真平台中，噪声的产生是通过FPGA产生的伪随机码，经外部处理获取，其特性与高斯特性能较好地吻合。对在实验中所需采用的信道类型，必须通过相应的跳线开关选择相应的通道模式，具体设置方式见附录一。1.2.白噪声发生器模块周期性m序列的谱特性具有白噪声特性，在白噪声模块中利用这一性质产生一高性能的噪声源。但一般m序列由于状态数有限，产生的信号随机性不强，且分布一般不为高斯分布。为了能产生所需要的白噪声，采用了以下技术措施：1、m序噪声特性与其周期长度有关，周期越长，越接近白噪声谱。在FPGA中选用了1223的长m序列。2、并在m序列中加入了一定的扰动技术，使其性能更好。3、另外，还采用了高速率驱动时钟（24.480MHz），使产生的噪声谱很宽，而系统中所使用的只截取其频带的一小部分。信道仿真实训部分指导书4采用这些措施后，噪声分布更接近理想噪声，能满足本实验实训系统的要求。白噪声发生模块电路框图如图1-3所示。在该模块中信号流程如下：由FPGA输出的24.480MHz的m序列经U103A、U103B缓冲后，经由U104A进行隔离放大。U104B、U105A组成了2MHz的标准四阶Butterworth低通滤波器，这样在TP102上可测得其输出波形。U105B起到输出隔离作用。在后面的电路中，U105B的输出可到达两个电路模块：一是由U106A、U106B组成950KHz到1050KHz的带通滤波器，另一个电路模块是由U107A、U107B组成128KHz的低通滤波器。这样，选择开关K104四个跳线位置从右到左分别对应以下四种信号：1、0到2MHz的宽带噪声信号；2、950KHZ到1050KHz通带噪声信号；3、0Hz到128KHz的窄带噪声信号；4、地端（无噪声信号）；可在K104上通过短路器选择不同的噪声信号送入后续电路。该模块的电原理图见图1-4所示。在噪声发生模块中，测试点的安排如下：1、TP101：FPGA输出的原始m序列；2、TP102：经2MHz低通滤波器之后的噪声测试点；3、TP103：950—1050KHz带通滤波器的输入信号；4、TP104：128KHz低通滤波器的输入信号；5、TP105：950—1050KHz通带白噪声信号；6、TP106：128KHz窄带噪声信号；7、TP107：放大之后的噪声信号（包含三种类型噪声）；在该模块中，跳线器的安排如下：1、K102用于选择测试信号或宽带白噪声信号：（1）K102置于1-2（短路器置于左端），则在TP105产生一通带白噪声信号；信道仿真实训部分指导书5（2）K102置于2-3（短路器置于右端），可利用外部测试信号测量950—1050KHz带通滤波器的带通特性；2、K103用于选择测试信号或宽带白噪声信号：（1）K103置于1-2端（短路器置于左端），则在TP106产生一窄带白噪声信号；（2）K103置于2-3（短路器置于右端），可利用外部测试信号测量128KHz低通滤波器的带通特性；3、K104用于选择TP107输出噪声类型：（1）K104置于1-2，则产生2MHz的宽带噪声；（2）K104置于3-4，则产生一950-1050KHz的通带白噪声；（3）K104置于5-6，则产生一128KHz窄带白噪声；（4）K104置于7-8，无噪声信号输出；K104在电路板上没有明显的脚标记，其放置如下（其与PCB板的位置完全一致），K104通常选择3-4（可对通道加入中频噪声）或7-8（取消加噪声模式）连接方式：加噪时K104的设置见图1-3所示：８６４２７５３１图1-3加噪时K104的设置无加噪时K104的设置见图1-4所示：８６４２７５３１图1-4无加噪时K104的设置在白噪声模块中，电位器W101用来控制输出噪声的大小。信道仿真实训部分指导书6U103AB：m序列U104A放大U104B、U105A：2MHz低通滤波U105B放大U106AB：带通滤波U107AB：128KHz低通滤波滤波噪声选择U108A放大U108B放大图1-5白噪声发生器模块框图信道仿真实训部分指导书732184U106ATLE2702R11610C1140.1uFC1150.1uF-12V+12VR1031KR1151KC112220PR1171.8KC113220P567U106BTLE2702R11924C116220PR1207.5KC117220PR118220IFNoiseR114620TP103R121620TP105123K102Test_SignalC101150PTP11TP22TP33TP44TP55TP66TP77GND9TP911TP1012TP1113TP1214TP1315TP1416TP88TP1517TP16181920J101TP105TP103TP101TP103TP102GNDR1245.1KR1285.1KR1255.1KR1265.1KR1275.1KC119220PC118270PC122680PC12391PC1200.1uFC1210.1uF-12V+12VR1294.7KTP106TP106123K10332184U108ATLE2702567U108BTLE2702R1221KR13310KC1240.1uFC1250.1uFR13451K-12V+12VW10150KC1261000PC12710uF/10VB1M100K12U103A74ALS0434U103B74ALS0432184U104ATLE2702R10451kR105100kC1020.1uFC1030.1uF-12V+12VR1083.9KR1073.9KR1093.9KR1103.9KR1063.9KC1097.5PC10851PC10622PC10718PC1100.1uFC1110.1uF-12V+12VC1051000PR1114.7KTP102TP102567U105BTLE2702R1123.9KR1133.9KC10410uF/16VR1321KR1301K12357648K104567U104BTLE270232184U105ATLE270232184U107ATLE2702567U107BTLE270