数字信号的基带传输系统VHDL+FPGA实现.pdfVIP

2011 年小学期电路综合实验 —— 数字基带传输系统 学院： 信息与通信工程学院 班级： 2009211109 班 学号： 序号： 29 姓名： 方芳 负责： 滤波器 +系统级联 一．实验目的： （1）理解数字语音传输系统的原理和构成，以及各个功能模块的功能和实 现原理。 （2 ）掌握 FPGA 的设计流程和设计方法，熟练掌握应用软件 Quartus II 和 Modelsim 的使用。 （3 ）学习并掌握 FPGA的自顶向下的设计思想， 并熟练使用 VHDL语言编程 设计芯片。 （4 ）学会借助 Matlab 仿真系统进行系统各项性能的验证。 （5 ）锻炼自身调试硬件电路板的能力，培养独立解决问题的能力。 二．实验内容： 在给定的 FPGA开发板上完成数字信号的基带传输系统， 独立设计并开发系统的每个功 能模块，实现输入信号的编码，滤波，传输（加性高斯白噪声） ，取样判决，最后验证传输 质量。 本实验以硬件设计为主， 仿真软件为辅的原则，使用硬件来实现系统的功能，同时借 助 Matlab 仿真软件完成滤波器系数的产生，通过绘制输出结果的波形，分析输出的结果的 正确性。 （1） 分析数字基带传输系统的构成，每个功能模块实现的功能。 （2 ） 借助 Modelsim 仿真数字基带传输系统， 并计算误码率， 比较升余弦滚降滤波器的滚 降系数 α不同时的抗干扰的性能。 （3 ） 仿真无误后，在 QuartusII 中编译，并生成可下载的 .sof 文件，最后下载到 FPGA 开 发板上实现其功能。 （4 ） 调试硬件电路板，出现问题时，分析解决问题，最终实现功能。 三． 实 验原理： 1.、整个系统设计原理 数字基带传输系统的原理框图如图 1-1 所示： 图 1-1 上图是最佳基带系统的模型。对于理想信道，可假设 C(f)=1 。图中加性高斯白噪声 （AWGN ）是双边带功率谱密度为 No/2 的白噪声。为了达到最佳接收目的，总体传输特性 设计为升余滚降滤波器 Hr(f)=Gt(f)*C(f)*Gr(f) ，由于 C(f)=1，只要 Gt(f)*Gr(f) 要满足升余弦的 特性就可以实现最佳接收。 这里在发送端设计一个根升余弦滚降滤波器作为发送滤波器， 在 接收端设计一个完全相同的根升余弦滤波器作为接收滤波器，这样 Gt(f)*Gr(f) 就满足了升余 弦的特性。根据此模型我们可以用 Matlab 仿真的方法来测量该系统的误码率，比较滚降系 数不同时系统的性能。基于图 1-1 所示的原理图，可以将系统分为七个模块，每个模块的功 能如下，均用 VHDL 进行编程来实现。 （1） 输入数字信号生成器， 首先使用小 m 序列生成器， 生成随机的数字信号 ;为了滤波的 需要，还需将单极性的 0 ， 1 码变成 +1，-1 的双极性码。 （2 ） 发送端的根升余弦滤波器采用数字 FIR滤波器来实现。借助 Matlab 中仿真根升余弦 滤波器，并编程产生滤波器的抽头系数，然后将系数读入 VH