射频前端模块的软件无线电实现答辩PPT

射频前端模块的软件无线电实现姓名：学号：学院：班级：指导老师：目录一.选题背景目的以及研究内容二.BPSK基本原理三.BPSK软件程序设计四.BPSK硬件FPGA实现五.总结射频前端在靠近天线部分的，包括发射通路和接收通路。其中包含有功率放大器、滤波器等器件。可以实现对信号的调制、编码和信号放大功能。软件无线电是一种开放的模块化结构，物理实现上基于一个采用数字无线电技术的通用硬件平台，通过实时的软件控制，用户能定义该平台的工作模式，从而使一个硬件平台能实时地转变为不同技术标准的通信系统。1.1选题背景调制包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM或PSK）。由于PSK系统抗噪声性能优于ASK和FSK，而且频带利用率较高，因此在中、高速数字通信中被广泛采用。本课题选择PSK中较为简单的BPSK无线通信调制方式，计划依次针对调制解调模块软件实现以及FPGA硬件实现进行研究，实现一整套射频前端无线电软件硬件模拟平台。1.2选题目的针对当前软件无线电的背景以及研究现状，我们将从以下几个方面逐次进行研究和设计：1.了解调制原理、PSK概念及基本原理。2.学习BPSK传输原理，并简单设计BPSK传输流程图。3.学习MATLAB语言编程，利用其对BPSK进行仿真。1.3研究内容BPSK是PSK系列中最简单的一种。它是使用两个相位差180°且正交的信号表示0及1的资料。它在坐标图放置的点并无特别设计，两点皆放在实数轴，分别在0°的点及180°的点。这种系统是在PSK系列中抗噪声能力（SNR）是最佳的，在传送过程中即使严重失真，在解调时仍可尽量避免错误的判断。2.1BPSK基本原理BPSK传输是PSK中最简单的传输方式。但这种最简单的方式在实际当中，由于有天线对射频的影响，传输的波形会产生失真。许多人做的实验只是论证BPSK在理想状态下的传输状态，与实际情况有违。我的论文针对此状况，在调制解调端均采用了脉冲滤波器，有效提高了BPSK传输的抗干扰能力，达到实际传输的理想效果。在发射端流程图中，一个BPSK波的波形是通过数字信号数据和载波相乘所得到的。然而，由于受到频谱带宽的限制，我们必须借助一个适当的脉冲整形滤波器来控制波形的形状。因此，在BPSK信号产生的过程中，最为重要的，就是把数字信号通过一个脉冲整形滤波器电路来进行滤波。然后，脉冲整形后的信号经过D/A转换器转换成一个模拟信号，最后通过天线来传到空间中去。（射频前端发射过程）上图为接收端流程图。在接收端，天线接收到的波形将要通过一个带通滤波器，在这里，干扰波形将会被过滤掉。然后，接收到的无线信号会与RF载波频率信号相乘来达到降频转换的效果，从而获得一个基带信号。之后，信号将会通过一个A/D转换器，将其转换成数字采样数据，这个传输数字数据将通过DSPH（数字信号处理硬件）进行恢复。在DSPH中，采样数据会在一个脉冲整形滤波器中过滤，以此来消除信号干扰。在滤波器选择上，本实验选用奈奎斯特滤波器。奈奎斯特滤波器是一个应用普遍的，用来减少干扰信号数目的滤波器。奈奎斯特滤波器的频率响应如下：𝐺𝑁𝑓=10≤|𝑓|≤1−𝛼2𝑇𝑏𝑐𝑜𝑠2𝑇𝑏4𝛼2𝜋𝑓−𝜋1−𝛼𝑇𝑏1−𝛼2𝑇𝑏≤|𝑓|≤1+𝛼2𝑇𝑏0|𝑓|1+𝛼2𝑇𝑏，其中𝛼是滚降系数，𝛼决定了信道带宽。2.2奈奎斯特滤波器右图表示GNf在频域的波形以及其在时域的脉冲响应。在频域区域|f|12Tb内，干扰信号的幅值随着α的增加而增加。相比较之下，时域内干扰信号的幅值在区域|t|Tb内随之减少。因此，我们找到一个合适的α值，使得频域和时域内波形的信号干扰都达到较少的效果。1.先对一些程序中用到的变量进行定义赋值：sr=256000.0;%符号率ml=1;%调制等级br=sr*ml;%比特率nd=1000;%信号个数ebn0=3;%Eb/N0ipoint=8;%过采样数3.程序设计2.对奈奎斯特滤波器的滤波系数进行设定：irfn=21;%滤波器信号数alfs=0.5;%滚降系数[xh]=hrollfcoef(irfn,ipoint,sr,alfs,1);3.定义完所有的变量后，我们就可以对实验进行仿真步骤了。（1）生成随机数据（-1或1），存入向量data1中。（2）对data1进行过采样，生成data2向量。（3）利用data2与xh进行卷积，得到data3。data3再与载波信号相乘即为调制后的信号。上图显示的是随机生成的data1数据，其包含的码元流为10101001101010上图为经过过采样后得到的data2数据。上图为经过卷积后的data3数据。由于MATLAB语言与VHDL语言存在软硬件兼容差异。在硬件实现方面，采用赛灵思Virtex-4系列FPGA的MIMO系统完成MATLAB在FPGA上的实现。TheMathWorks公司的MATLAB为空间复用式MIMO系统的设计和实现提供了一个真正独一无二的环境。对循环、复数、矢量和矩阵运算的内在语言支持，以及数学函数，为MIMO所需的线性几何算法提供了一种高效的建模环境。4.BPSK的FPGA实现通过AccelDSPSynthesis综合工具，我们便可以使用浮点MATLAB在FPGA上为空间复用式MIMO系统定义和实现定制架构。通过使用MATLAB算法作为FPGA开发的金色源码和免除重新编写为其他语言或设计环境的工作，减少了开发和验证的循环次数。课题研究内容是射频前端模块的软件无线电实现，本文从理论和实际两个方面，对软件无线电技术进行了研究。1.介绍了调制、PSK概念及其分类以及MPSK的基本原理。2.介绍了FPGA的发展历程、硬件结构和硬件语言。3.深入学习了BPSK的传输原理，并对BPSK传输流程有了清晰的掌握。4.学习MATLAB语言和MATLAB软件，并利用其对BPSK进行模拟仿真。4.1总结本设计基本完成了预定的所有功能，但由于时间仓促，本设计还有许多需要完善和改进的地方，主要改进方向如下：1.BPSK传输时加入AWGN噪声干扰，使其更加真实。2.设计接收模块，完成BPSK完整接收。3.深入研究FPGA硬件平台，真正设计出完整的一整套射频前端无线电软件硬件模拟平台。4.2改进