dcr标准4fsk基带信号系统的方案毕业方案论文.doc

摘 要随着通信技术、航空航天技术、电子科学技术的迅速发展，数字通信技术的发展速度呈现出爆发式增长.如何提高数字通信技术中更好地过滤噪声成为数字对讲机发展的重要环节，而基于DCR标准的4FSK基带信号处理技术则应运而生，成为了一个热门的研究领域.本文以数字对讲机为基础，研究并设计数字对讲机中的滤波器系统，即基带信号处理系统的.通过针对日本的数字对讲机标准DCR，研究了4FSK调制解调系统中基带信号处理的几项关键技术.本文设计主要包括均方根余弦滚降滤波器、Isinc滤波器和帧同步检测器的设计方法，给出了相应的仿真结果，分析了整个系统的误码率，仿真结果表明系统误码率接近理论值，可以满足DCR标准的要求.关键词：DCR；4FSK；成形滤波器；匹配滤波器；Isinc滤波器；帧同步检测器AbstractWith fast development of communication technology, aeronautical and space technologies,electronic science and technology ,the digital communication technology has explosive growth of development speed.How to improve filter out the noise better in digital communication technology become an important part of the digital interphone development, and based on DCR standard of 4FSK baseband signal processing technology arises at the historic moment, has become a hot area of research.In this paper, based on the digital interphone, research and design digital filter of intercom system, namely the baseband signal processing system.through the several key technologies of baseband signal processing are studied in 4FSK modulation and demodulation module based on the Japanese DCR standard．The work includes the design methods of square-root raised cosine FIR filter,inversed sinc(Isinc)filter and frame sync detector.The corresponding simulation results are given and the bit error rate(BER)of the entire system modules is analyzed.The simulation results show that the bit error rate of the system is close to the theoretical value,and able to meet the demand of DCR standards．Key words:DCR;4FSK;square-root raised cosine filters;isinc filters;frame sync detector前 言随着人类科学技术的不断发展进步，人类对生活品质的需求不断提高，而作为即时通信技术，对讲机成为各个行业里不可缺少的一部分，也促使着拥有抗干扰能力强、通话质量好、可使用距离远等诸多优点的数字对讲机成为当下的热门研究领域.因此如何提高对讲机的通信距离及通信质量成为一个非常重要的环节.在传统的对讲机模式上，以模拟对讲机为主流技术，模拟通信技术的原理是通过检测正弦波的频率、幅度、相位的变化，以及脉冲的宽度、幅度、位置变化来模拟原始信号，以此来达到通信目的.在模拟通信过程中，信号必须完成由低频段向高频段的转移，即实现调制过程.在接收端还需要将信号进行混频、谐振放大、解调、低频放大等相关处理，最终完成通信系统的基本过程.因此随着科学的快速发展及各方面对通信质量的要求越来越高，模拟通信技术逐渐出现了诸多缺点：1.保密性差，很容易被窃听.因为模拟信号本身的波形已经反映了话音信号的变化, 只要得到模拟信号就可以获取其中的信息.2.抗干扰能力弱，电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降.线路越长，噪声的积累也就越多.3.设备不易大规模集成化，在模拟通信中, 为了调制解调要用到较多的电感器件和滤波器, 这些器件都是不能集成的.4.不适于飞速发展的计算机通信要求.不能适应数字通信网的需要，如不能直接和计算机联网，只能采用数模兼容的方式.然而，数字通信技术的出现这些缺点都能得以更好的解决，数字对讲机的基本原理是先把模拟语音转换成数字信号，以特定的数字编码方式和特定的基带调制形式，然后调制到射频上去，并采用数字信号处理器进行优化的数据化通讯模式.本文从改善通信质量为出发点，采用4FSK调制解调的方式，设计滤波器实现更好的数字传输及噪声处理功能.在设计过程中，采用日本无线电标准DCR标准，利用Parks-McCellan算法设计的成型滤波器和匹配滤波器的设计并实现，对利用窗函数设计的FIR滤波器进行讨论并分析.目 录摘 要 I第一章 绪论 11.1研究背景 11.2研究现状 31.3研究意义 41.4本文主要内容 5第二章 方案设计算法及论证 52.1 dPMR数字对讲机制式 52.2 窗函数 62.2.1基本概念 62.2.2窗函数设计原理 62.3 窗函数 72.4 Parks-McCellan算法 102.5 奈奎斯特三大准则 112.6实验平台介绍 122.7 FPGA开发工具简介与使用 122.7.1 ISE简介 122.7.2 使用ISE进行FPGA设计的流程框图 132.7.3 Modelsim仿真工具简介与安装 14第三章 系统设计与实现 153.1系统实现的总体结构 153.2 VHDL语言概述 163.3系统实现原理分析 173.3.1 有限状态机原理 173.3.2 状态机的基本描述方式 183.3.3 状态机实现的HDL描述方法 193.3.4滤波器的实现原理 193.4 FIR算法的具体实现 19第四章 系统功能验证 234.1 仿真验证方法 234.2 仿真验证流程 244.3 系统仿真结果分析 254.3.1 软件仿真 254.3.2 硬件仿真 25第五章 总结与展望 275.1论文总结 27致 谢 29参考文献 3028 / 32第一章 绪论1.1研究背景无线通信早使用的无线对讲机早在二十世纪三十年代就被人们使用，是被最早使用的移动通信设备.而美国摩托罗拉公司发明了第一台移动无线电通信设备.经过数十年的发展移动通信技术已变得越来越普及，并逐渐从专业领域者的设计使用走向普通消费群众的生活，从军事扩展到民用.在移动通信领域，移动通信网络可分为公众移动和专业无线通信.从1970年到1990年期间，我国主要的专业无线电通信的方式是对讲机，随着移动通信的快速发展，专业通信市场份额逐渐被对讲机占据.对讲机在应急即时、集群调度等通信方面其他通信技术所不具备的优势，因此对讲机逐渐适用在如公安、消防、石油化工、物业管理、酒店餐厅、学校等各方面领域.随着我国经济的快速发展，我国对讲机市场变得越来越大，对其需求也越来越多，对讲机通信已经渗透到各个行业里.显然，在我国越来越多的行业离不开对讲机通信.对讲机通信在国民生活和经济中占据了重要地位.即使目前世界经济处于低迷，各大经济领域发展减缓时，专业无线通信和公众低功率民用对讲机通信，仍保持较强的增长势头.中国拥有最大的移动通信对讲机市场，也是世界上在对讲机通信领域最被看好的市场之一.经过考察，对讲机的家庭拥有量是反应一个国家公众无线通信水平高低的综合指标之一，同时也是一个国家国名经济和科学技术发展水平标志之一.在发达国家，如美国、德国、日本等国家消费者格外青睐对讲机.在上世纪90年带美国打开民用对讲机市场大门之后，对讲机逐渐成为主流通信设备，从1998年的2000年销量变成1000万台.同样，在德国、日本、法国等发达国家，有25%~30%的家庭在使用或拥有对讲机.对讲机通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图1-1所示.受信者信道发送设备接收设备信息源噪声源图1-1通信系统一般模型 对讲机通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统. 模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-3所示.受信者解调器信道调制器信息源噪声源图1-2 模拟通信系统模型 数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2所示.受信者信源译码器信道译码器数字调制器数字解调器信息源信源编码器信道编码器信道噪声源 图1-3 数字通信系统模型目前模拟对讲机正在迎来一场重大变革，即数字时代的来临.传统的模拟对讲机是采用模拟信号的传输来实现信号传递，因此存在着频谱利用率低的缺点.而数字对讲机重新定义了信号的传输模式，它采用数字化模拟信号的方式，利用数字编码和数字调制的方式来实现通信，具有的优点如下： 一、抗干扰能力强.电信号在信道上传送的过程中，会必然的受到各种各样的噪声干扰.而在模拟通信过程中，很难消除这种噪声，就会使得通信质量变差.而数字通信在则是依据接收端接收到的“ 1 ”和“ 0 ”这两个数字来识别信号，只要噪声不是大到使“有电脉冲”和“无电脉冲”都分不出来的程度，就不会影响通信质量. 二、通信质量不会因距离长短而受影响.传统通信在传输过程中能量会逐渐减小而使信号变弱，为了延长通信距离，就要在通信过程中增加一些增音放大器.但增音放大器会把有用的信号和无用的噪声一同放大，在经过越来越多的放大器，噪声就会变得越来越强，以至于会超过正常的信号大小，使通信距离很受限制.而数字通信可采取“整形再生”的办法，可以把受干扰的脉冲重新处理成原始信号，不累计失真和噪声等干扰因素.可以增强通信的距离. 三、保密性好.使用原始通信技术传送的电信号，因模拟信号的方式来进行信号传输，因此加密比较困难.而数字通信采用离散的电信号进行传输，难以获取信息.而且采用随机性强的密码打乱数字信号的组合的方式就可以很简单的进行加密，即使窃收到加密后的数字信息，也无法在短时间内破译获取信息. 四、制造成本低维护费用少.数字通信的电路主要由电子开关组成，很容易采用各种集成电路，具有体积小、耗电少的优点. 五、适用于各种通信要求.数字传输可以将各种信息（、电报、图像、数据以及其它通信业务）变为统一的数字信号进行传输，而且与数字进行交换结合，从而实现统一的综合业务数字网. 六、便于实现通信网的计算机管理.随着光纤技术的发展，数字。