無(wú)線(xiàn)通信第二次Labview實(shí)驗(yàn)

1、 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)課程研究性學(xué)習(xí)手冊(cè) 數(shù)字調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)H目錄 一 實(shí)驗(yàn)任務(wù) . 1 1. 發(fā)送端top_tx主程序 . 1 2. 發(fā)送端top_rx主程丿字 . 1 3. 添加QPSK調(diào)制解調(diào)模塊 . 2 二理論分析 . 2 1. 發(fā)送端介紹 . 3 2. 接收端介紹 . 5 三實(shí)驗(yàn)步驟 . 8 1. 設(shè)置IP . 8 2. 更改參數(shù) . 8 3. 運(yùn)行程序 . 8 四結(jié)論及分析 . 9 1. BPSK信號(hào)發(fā)送接收實(shí)驗(yàn) . 9 2. QPSK調(diào)制解調(diào) . 10. 五遇到的問(wèn)題及解決 . 1.1.六擴(kuò)展問(wèn)題 . 11 . 七心得與體會(huì) . 12 八.參考文獻(xiàn) . 1. 3.本實(shí)驗(yàn)的目的是使用USRP

2、來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收射頻信號(hào)，并且通過(guò)LabVIEW來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同調(diào) 制信號(hào)的同步性能的對(duì)比，由于在實(shí)驗(yàn)一中已經(jīng)完成了數(shù)字調(diào)制 的實(shí)驗(yàn)，所以在做這部分實(shí)驗(yàn) 時(shí)，需要用到之前的調(diào)制解調(diào)模塊。該實(shí)驗(yàn)將通過(guò) 配置USRP的參數(shù)來(lái)使你了解把基帶信號(hào)上變 頻到射頻信號(hào)以及把射頻信號(hào)下變頻到基帶信號(hào)的過(guò)程，并熟悉LabVIEW中的各種USRP模塊 的配置方法。 本次實(shí)驗(yàn)中需要完成的有top_tx和top_rx兩個(gè)主程序，完成實(shí)驗(yàn)后。完成 的任務(wù)是下面 這三個(gè)，目標(biāo)是在進(jìn)行完這三個(gè)任務(wù)后得到一個(gè)完整的程序， 使其 可以實(shí)現(xiàn)全部的功能。 1. 發(fā)送端top_tx主程序 實(shí)驗(yàn)要求描述：在學(xué)生版程序中，BPSK的調(diào)制解

3、調(diào)模塊是完整的，需要在BPSK選板中完 成發(fā)送和接收的USRP配置工作。程序中通過(guò)USRP發(fā)送數(shù)據(jù)所 需的VI都已經(jīng)添加好，把這些 VI與數(shù)據(jù)流和這些VI之間通過(guò)適當(dāng)?shù)倪B線(xiàn)相連，同時(shí)修改一些發(fā)送所需的參數(shù)。 2. 發(fā)送端top_rx主程序 這也是基于BPSK調(diào)制解調(diào)完整的情況下，在接收端完成USRP模塊的連接，同時(shí)修改接收 所需的參數(shù)。之后通過(guò)USRP發(fā)送和接收BPSK信號(hào)來(lái)檢驗(yàn)?zāi)闩渲?的USRP是否正確。在確認(rèn) USRP配置正確后，再進(jìn)行任務(wù) 3. 添加QPSK調(diào)制解調(diào)模塊 實(shí)驗(yàn)要求描述：在程序中完成QPSK的調(diào)制和解調(diào)。實(shí)現(xiàn)方式可以參考BPSK 或者上一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在整個(gè)完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，要注

4、意自己添加的調(diào)制解調(diào)模塊的 數(shù)據(jù)類(lèi)型與提供給你的模塊之間的數(shù)據(jù)類(lèi)型的匹配。 二. 理論分析 本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了 BPSK的調(diào)制解調(diào)和QPSK的調(diào)制解調(diào)，并使用USRP發(fā)送和 接收。調(diào)制與解 調(diào)的原理與上一個(gè)實(shí)驗(yàn)一樣，本次實(shí)驗(yàn)的不同之處再與使用了 USRP發(fā)送和接收，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際信 道中信號(hào)的傳輸。 BPSK的調(diào)制就是直接將數(shù)字基帶信號(hào)映射到對(duì)應(yīng)的載頻相位上， 使用labview仿真實(shí)現(xiàn)需 要將輸入的01數(shù)字碼元用數(shù)組索引并且輸出一個(gè)符號(hào)流，然后進(jìn)入下級(jí)模塊調(diào)制并發(fā)送。BPSK 解調(diào)只需求收到的碼元與0或者1之間的歐式距離，使用最大似然判決規(guī)則即可。此外也可使 用匹配濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 QPSK需要將原始的

5、二進(jìn)制比特流對(duì)應(yīng)為四進(jìn)制的比特流去調(diào)制相位。將輸 入比特流串并變 換后，高位乘以2,加上低位即可實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制到四進(jìn)制的對(duì)應(yīng)。使用求出的對(duì)應(yīng)序列去索引一 個(gè)事先設(shè)置好的復(fù)數(shù)，用它最終輸岀去調(diào)制相位，從而實(shí)現(xiàn)了 QPSK的調(diào)制，在星座圖上的體 現(xiàn)就是將00、01、11、10對(duì)應(yīng)到四個(gè)星座點(diǎn)上。QPSK解調(diào)也使用了最大似然的方式，求最終 得到的含有噪聲的數(shù)據(jù)與星座圖上點(diǎn)的距離，把在距離最小的點(diǎn)作為實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)。然后進(jìn)行 并串轉(zhuǎn)換，就可以得到輸出比特流。 本實(shí)驗(yàn)中還是用了脈沖成型技術(shù)，脈沖成型就是將輸出的調(diào)制信號(hào)與一個(gè)脈 沖成型濾波器相乘，從而可以有效的防止ISI （碼間串?dāng)_），其基本原理是使用了滿(mǎn)

6、 足奈奎斯特定理的脈沖成型濾波器在其余抽樣點(diǎn)上的抽樣值為 Oo 1. 發(fā)送端介紹 本實(shí)驗(yàn)發(fā)送端的調(diào)制主程序包含4個(gè)功能模塊，其功能分別如下所述，配圖為我們自己連 接的程序。 1. 1 TX_i nit Ope n Tx Sessio n,n iUSRP Con figure Sig nal 和 niUSRP Commito niUSRP Open Tx Session將設(shè)備的ip地址作為設(shè)備名稱(chēng)輸入得到所有子NI-USRP之 間的會(huì)話(huà)認(rèn)證。niUSRP Con figure Sig nal 是對(duì)輸入信號(hào)的各 種參量（如采樣率，天線(xiàn)增益，載頻）的認(rèn)證。 niUSRP Commit起到一個(gè)對(duì)任 意

7、改變參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，并將會(huì)話(huà)認(rèn)證轉(zhuǎn)成 ip地址輸出的作用。程序中給信號(hào)加_h f error,我們可在最后的error out中查看輸出 1.2 tran smitter 本模塊是調(diào)制程序的核心，實(shí)現(xiàn)的是基帶信號(hào)的產(chǎn)生，包括信源編碼，調(diào)制，脈 沖成形等重要 功能。首先通過(guò)TX_init得到符號(hào)速率和數(shù)量從而繪出星座圖和眼圖，然后將輸入的符號(hào)序列 通過(guò)調(diào)制轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，再在前面加入保護(hù)間隔和控制序列，進(jìn)行脈沖成型，然后通過(guò)設(shè)置 的AWGN信道輸出。 1.3 Txprepare-for-tra nsmit 本模塊的作用是對(duì)調(diào)制完的信號(hào)幅度進(jìn)行歸一化。確保IQ數(shù)據(jù)沒(méi)有超過(guò)1,否則發(fā)生數(shù) 據(jù)溢出。 C

8、DB Cluster - 圖 7 TXRF send 本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是把調(diào)制完的數(shù)據(jù)寫(xiě)入U(xiǎn)SRP,實(shí)現(xiàn)發(fā)送。將參數(shù)傳遞到 NiUSRP Write TX data ,之后以CDB的形式發(fā)送。 2. 接收端介紹 本實(shí)驗(yàn)接收端端的解調(diào)主程序包含5個(gè)功能模塊，其功能分別如下所述 2. 1 RXRF_i nit 1. 4 TXRF se nd jHW parameters ouv_ 竄 HW pmwTimt* in F Device I- Address! TQ in gf out r Z，TTI end of d 本模塊的作用實(shí)現(xiàn)USRP初始化。與發(fā)送端相似，先通過(guò)niUSRP Open Tx S

9、ession將設(shè)備的ip地址轉(zhuǎn)成會(huì)話(huà)認(rèn)證，再將會(huì)話(huà)和相干頻率與時(shí)基時(shí)鐘源作 為niUSRPcommit 的會(huì)話(huà)認(rèn)證輸入，然后才能允許輸出2. 2 RXRF_co nfig usrp的配置參數(shù)傳遞過(guò)來(lái)，經(jīng)niUSRP Con figure Sig nal認(rèn)證后輸出。 2.3 RXRF recv 本模塊的作用是接收射頻信號(hào)，并且下采樣到中頻。將接收端的采樣率和捕捉時(shí)間相乘取 整作為采樣點(diǎn)數(shù)，會(huì)話(huà)，觸發(fā)電平等參量傳遞給收端的觸發(fā)捕捉模塊進(jìn)行接收得到IQ波形。將 相干位置作為參量控制捕捉的停止，以便其他程序 開(kāi)啟運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)檢測(cè)包確保如果沒(méi)有出 error接收端將不發(fā)生超時(shí)。 2. 4 receiv

10、er1t 1 1 HA 臥林2生if 4 hl aii Vf 本模塊的作用是配置USRP的參數(shù)。正常接收時(shí)，將設(shè)置好的調(diào)制參數(shù)與 本模塊是解調(diào)程序的核心，實(shí)現(xiàn)的是恢復(fù)出原數(shù)據(jù)流。包括匹配濾波，同步， 信道估計(jì)，均衡，解調(diào)，檢測(cè)誤碼率等重要功能。它主要完成三個(gè)任務(wù)，首先通過(guò)確定符號(hào)速 率從而得到保護(hù)序列和訓(xùn)練序列，然后把基帶信號(hào)通過(guò)匹配濾波，同步，信道估計(jì)和均衡解調(diào) 得到比特流，并畫(huà)出接收信號(hào)的星座圖和眼圖 2. 5 RXRF_close. (SubVI) 閉，再將信號(hào)調(diào)制解調(diào)過(guò)程中的錯(cuò)誤和保護(hù)序列以及訓(xùn)練序列對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤一起合并輸出，作為 最終error HW error out 三. 實(shí)驗(yàn)步驟

11、 1.設(shè)置IP 經(jīng)過(guò)查詢(xún)我們得知所用的USRP的IP地址為192. 168. 10. 55,所以我們將電腦IP地址改 為同一網(wǎng)段的192. 168. 10. 1 。 2.更改參數(shù) 我們實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要更改的前面板的參數(shù)有 IP 地址：192. 168. 10. 55 Oversample factor :調(diào)到30和25無(wú)法正常運(yùn)作，后改成20和18都可 以 Capture time :我們嘗試找最低臨界值,在30ms時(shí)程序崩潰，50及以上 乃至400ms都可 以，不過(guò)越大程序運(yùn)行越慢 此外，我們用的頻率是980MHz 。 3. 運(yùn)行程序 點(diǎn)擊tx端的連續(xù)運(yùn)行，然后點(diǎn)擊rx端的單步運(yùn)行，等待，就可

12、以看到收到的文本和星座 圖，眼圖。四. 結(jié)論及分析 1. BPSK信號(hào)發(fā)送接收實(shí)驗(yàn) 完整的發(fā)送端和接收端BPSK運(yùn)行截圖如下。運(yùn)行時(shí)，先運(yùn)行top-tx發(fā)送 前面板，然后連續(xù)運(yùn)行top-rx前面板即可。 2. QPSK調(diào)制解調(diào) QPSK信號(hào)發(fā)送端和接收端完整前面板如圖所示: 與BPSK同樣的道理，由于實(shí)際信道中的噪聲，收端的星座圖星座點(diǎn)變大, 眼圖中眼皮也變厚了，但是只要信噪比在一定的范圍內(nèi)，仍然可以正常的解調(diào)。 五遇到的問(wèn)題及解決 冋題1 :我們連好程序之后，無(wú)法正常接收，錯(cuò)誤顯示卻是在給定程序中而不是自己設(shè)計(jì) 的模塊里。如圖所示。 解決：通過(guò)請(qǐng)教助教，我們得到解答。是前面參數(shù)有錯(cuò)誤才導(dǎo)致這

13、種現(xiàn)象的發(fā)生，所以 我們仔細(xì)檢查了每個(gè)模塊，更改好參數(shù)問(wèn)題得到解決。 問(wèn)題2 :為了更深入的探究我們嘗試更改了很多參數(shù)，尋找其影響特性，結(jié)果導(dǎo)致程序多 次崩潰。 解決：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)程序模塊較多，所以在捕捉時(shí)間不合理等情況發(fā)生時(shí)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)會(huì)崩 潰，所以在我們選取合適范圍內(nèi)的參數(shù)時(shí)程序就可以運(yùn)行了。 六擴(kuò)展問(wèn)題 1. 發(fā)送端與接收端USRP參數(shù)的配置都有什么意義？ USRP參數(shù)的設(shè)置對(duì)結(jié)果 有什么影響? 答：參數(shù)主要有以下幾個(gè)： 1) IP地址的配置：計(jì)算機(jī)和USRP要屬于同一網(wǎng)段，但是不能完全相同。 2) carrier frequency :頻率需要設(shè)置成相同值，不能太低，大約900以上 3) 發(fā)

14、端的發(fā)送天線(xiàn)設(shè)置為txl,收端的接收天線(xiàn)設(shè)置為rx2 otxl因?yàn)榧瓤梢?做發(fā)送端也可以做接收端，但是rx2天線(xiàn)只能接收不能發(fā)送。 4) oversample factor和sample rate兩個(gè)參數(shù)，收發(fā)端要調(diào)整為一致， 不一致的話(huà)無(wú)法正確接收 5) 接收端的capture time要設(shè)置的大一點(diǎn)，以保證對(duì)文本和信號(hào)有足夠時(shí)間來(lái)捕 捉接收。 6) 收發(fā)端的調(diào)制方式要選擇相同。否則無(wú)法運(yùn)行。 2. 在本實(shí)驗(yàn)中，控制序列的調(diào)制方式是QPSK,改變控制序列的調(diào)制方式對(duì)同 步結(jié)果有什么影響？ 答：QPSK的同步性能要優(yōu)與BPSK, o由于接收端控制序列的解調(diào)方式也是 QPSK,改變控制序列的調(diào)制方式將不能實(shí)現(xiàn)正常解調(diào)，同步結(jié)果將產(chǎn)生錯(cuò)誤。 除非將收發(fā)端的調(diào)制方式都統(tǒng)一改變，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的正確接收。 七心得與體會(huì) 本次試驗(yàn)分為兩個(gè)模塊，即發(fā)送端與接收端。我們小組遇到最大的問(wèn)題就是發(fā)送端可 以工作，接收端無(wú)論怎樣調(diào)整程序都無(wú)法成功接收，找不到哪里出錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)無(wú)法繼續(xù)進(jìn) 行，非?？鄲?。這就要考驗(yàn)我們的耐心，涉及到參數(shù)的配置問(wèn)題，稍有不同，就得