無線通信第二次Labview實驗

1、無線通信基礎(chǔ)課程研究性學(xué)習(xí)手冊數(shù)字調(diào)制解調(diào)實驗 時 間：2016年5月15日 目 錄一實驗任務(wù)11. 發(fā)送端top_tx主程序12. 發(fā)送端top_rx主程序13. 添加QPSK調(diào)制解調(diào)模塊1 二. 理論分析21. 發(fā)送端介紹22. 接收端介紹4 三. 實驗步驟71. 設(shè)置IP72. 更改參數(shù)73. 運行程序7 四. 結(jié)論及分析71. BPSK信號發(fā)送接收實驗72. QPSK調(diào)制解調(diào)8五遇到的問題及解決9六擴展問題9七. 心得與體會10八. 參考文獻1112一實驗任務(wù)本實驗的目的是使用USRP來實現(xiàn)發(fā)射和接收射頻信號，并且通過LabVIEW來實現(xiàn)對不同調(diào)制信號的同步性能的對比，由于在實驗一中已

2、經(jīng)完成了數(shù)字調(diào)制的實驗，所以在做這部分實驗時，需要用到之前的調(diào)制解調(diào)模塊。該實驗將通過配置USRP的參數(shù)來使你了解把基帶信號上變頻到射頻信號以及把射頻信號下變頻到基帶信號的過程，并熟悉LabVIEW中的各種USRP模塊的配置方法。本次實驗中需要完成的有top_tx和top_rx兩個主程序，完成實驗后。完成的任務(wù)是下面這三個，目標是在進行完這三個任務(wù)后得到一個完整的程序，使其可以實現(xiàn)全部的功能。1. 發(fā)送端top_tx主程序?qū)嶒炓竺枋?在學(xué)生版程序中，BPSK的調(diào)制解調(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USRP發(fā)送數(shù)據(jù)所需的VI都已經(jīng)添加好，把這些V

3、I與數(shù)據(jù)流和這些VI之間通過適當?shù)倪B線相連，同時修改一些發(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，同時修改接收所需的參數(shù)。之后通過USRP發(fā)送和接收BPSK信號來檢驗?zāi)闩渲玫腢SRP是否正確。在確認USRP配置正確后，再進行任務(wù)。3. 添加QPSK調(diào)制解調(diào)模塊實驗要求描述：在程序中完成QPSK的調(diào)制和解調(diào)。實現(xiàn)方式可以參考BPSK或者上一個實驗。在整個完成實驗的過程中，要注意自己添加的調(diào)制解調(diào)模塊的數(shù)據(jù)類型與提供給你的模塊之間的數(shù)據(jù)類型的匹配。二. 理論分析本實驗實現(xiàn)了BPSK的調(diào)制解調(diào)和QPSK的調(diào)制解調(diào)，并使用US

4、RP發(fā)送和接收。調(diào)制與解調(diào)的原理與上一個實驗一樣，本次實驗的不同之處再與使用了USRP發(fā)送和接收，實現(xiàn)了實際信道中信號的傳輸。BPSK的調(diào)制就是直接將數(shù)字基帶信號映射到對應(yīng)的載頻相位上，使用labview仿真實現(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符號流，然后進入下級模塊調(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實現(xiàn)。QPSK需要將原始的二進制比特流對應(yīng)為四進制的比特流去調(diào)制相位。將輸入比特流串并變換后，高位乘以2，加上低位即可實現(xiàn)二進制到四進制的對應(yīng)。使用求出的對應(yīng)序列去索引一個事先設(shè)置好的復(fù)數(shù)，用它最終輸出

5、去調(diào)制相位，從而實現(xiàn)了QPSK的調(diào)制，在星座圖上的體現(xiàn)就是將00、01、11、10對應(yīng)到四個星座點上。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)與星座圖上點的距離，把在距離最小的點作為實際接收到的數(shù)據(jù)。然后進行并串轉(zhuǎn)換，就可以得到輸出比特流。本實驗中還是用了脈沖成型技術(shù)，脈沖成型就是將輸出的調(diào)制信號與一個脈沖成型濾波器相乘，從而可以有效的防止ISI(碼間串擾)，其基本原理是使用了滿足奈奎斯特定理的脈沖成型濾波器在其余抽樣點上的抽樣值為0。1. 發(fā)送端介紹本實驗發(fā)送端的調(diào)制主程序包含4個功能模塊，其功能分別如下所述，配圖為我們自己連接的程序。1.1 TX_init本模塊主要實

6、現(xiàn)USRP的初始化，是配置一些基本USRP參數(shù)的模塊。主要分三個模塊：niUSRP Open Tx Session,niUSRP Configure Signal和niUSRP Commit。niUSRP Open Tx Session將設(shè)備的ip地址作為設(shè)備名稱輸入得到所有子NI-USRP之間的會話認證。niUSRP Configure Signal是對輸入信號的各種參量（如采樣率，天線增益，載頻）的認證。niUSRP Commit起到一個對任意改變參數(shù)進行驗證，并將會話認證轉(zhuǎn)成ip地址輸出的作用。程序中給信號加上了error，我們可在最后的error out中查看輸出。1.2 transm

7、itterMod本模塊是調(diào)制程序的核心，實現(xiàn)的是基帶信號的產(chǎn)生，包括信源編碼，調(diào)制，脈沖成形等重要功能。首先通過TX_init得到符號速率和數(shù)量從而繪出星座圖和眼圖，然后將輸入的符號序列通過調(diào)制轉(zhuǎn)換為基帶信號，再在前面加入保護間隔和控制序列，進行脈沖成型，然后通過設(shè)置的AWGN信道輸出。1.3 Tx-prepare-for-transmit本模塊的作用是對調(diào)制完的信號幅度進行歸一化。確保IQ數(shù)據(jù)沒有超過1，否則發(fā)生數(shù)據(jù)溢出。1.4 TXRF_send圖 7 TXRF send本模塊實現(xiàn)的功能是把調(diào)制完的數(shù)據(jù)寫入USRP，實現(xiàn)發(fā)送。將參數(shù)傳遞到NiUSRP Write TX data，之后以CD

8、B的形式發(fā)送。2. 接收端介紹本實驗接收端端的解調(diào)主程序包含5個功能模塊，其功能分別如下所述。2.1 RXRF_init本模塊的作用實現(xiàn)USRP初始化。與發(fā)送端相似，先通過niUSRP Open Tx Session將設(shè)備的ip地址轉(zhuǎn)成會話認證，再將會話和相干頻率與時基時鐘源作為niUSRPcommit的會話認證輸入，然后才能允許輸出。2.2 RXRF_config本模塊的作用是配置USRP的參數(shù)。正常接收時，將設(shè)置好的調(diào)制參數(shù)與usrp的配置參數(shù)傳遞過來，經(jīng)niUSRP Configure Signal認證后輸出。2.3 RXRF_recv 本模塊的作用是接收射頻信號，并且下采樣到中頻。將接

9、收端的采樣率和捕捉時間相乘取整作為采樣點數(shù)，會話，觸發(fā)電平等參量傳遞給收端的觸發(fā)捕捉模塊進行接收得到IQ波形。將相干位置作為參量控制捕捉的停止，以便其他程序開啟運行，同時通過檢測包確保如果沒有出現(xiàn)error接收端將不發(fā)生超時。2.4 receiver 本模塊是解調(diào)程序的核心，實現(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，均衡，解調(diào)，檢測誤碼率等重要功能。它主要完成三個任務(wù)，首先通過確定符號速率從而得到保護序列和訓(xùn)練序列，然后把基帶信號通過匹配濾波，同步，信道估計和均衡解調(diào)得到比特流，并畫出接收信號的星座圖和眼圖。2.5 RXRF_close.(SubVI)本模塊的作用是關(guān)閉USRP會話

10、。將ip地址作為參數(shù)確保相應(yīng)的USRP關(guān)閉，再將信號調(diào)制解調(diào)過程中的錯誤和保護序列以及訓(xùn)練序列對應(yīng)的錯誤一起合并輸出，作為最終error。三. 實驗步驟1. 設(shè)置IP經(jīng)過查詢我們得知所用的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)我們實驗過程中主要更改的前面板的參數(shù)有IP地址：192.168.10.55Oversample factor：調(diào)到30和25無法正常運作，后改成20和18都可以Capture time：我們嘗試找最低臨界值，在30ms時程序崩潰，50及以上乃至400ms都可以，不過越大程序運行越慢此外，

11、我們用的頻率是980MHz。3. 運行程序點擊tx端的連續(xù)運行，然后點擊rx端的單步運行，等待，就可以看到收到的文本和星座圖，眼圖。四. 結(jié)論及分析1. BPSK信號發(fā)送接收實驗完整的發(fā)送端和接收端BPSK運行截圖如下。運行時，先運行top-tx發(fā)送前面板，然后連續(xù)運行top-rx前面板即可。 2. QPSK調(diào)制解調(diào)QPSK信號發(fā)送端和接收端完整前面板如圖所示： 與BPSK同樣的道理，由于實際信道中的噪聲，收端的星座圖星座點變大，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)。五遇到的問題及解決問題1：我們連好程序之后，無法正常接收，錯誤顯示卻是在給定程序中而不是自己設(shè)計

12、的模塊里。如圖所示。 解決：通過請教助教，我們得到解答。是前面參數(shù)有錯誤才導(dǎo)致這種現(xiàn)象的發(fā)生，所以我們仔細檢查了每個模塊，更改好參數(shù)問題得到解決。問題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：因為實驗程序模塊較多，所以在捕捉時間不合理等情況發(fā)生時，實驗系統(tǒng)會崩潰，所以在我們選取合適范圍內(nèi)的參數(shù)時程序就可以運行了。六擴展問題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)置對結(jié)果有什么影響？答：參數(shù)主要有以下幾個：1) IP 地址的配置：計算機和USRP要屬于同一網(wǎng)段，但是不能完全相同。2) carrier frequency：頻

13、率需要設(shè)置成相同值，不能太低，大約900以上3) 發(fā)端的發(fā)送天線設(shè)置為tx1,收端的接收天線設(shè)置為rx2。tx1因為既可以做發(fā)送端也可以做接收端，但是rx2天線只能接收不能發(fā)送。4) oversample factor和sample rate兩個參數(shù)，收發(fā)端要調(diào)整為一致，不一致的話無法正確接收5) 接收端的capture time要設(shè)置的大一點，以保證對文本和信號有足夠時間來捕捉接收。6) 收發(fā)端的調(diào)制方式要選擇相同。否則無法運行。2. 在本實驗中，控制序列的調(diào)制方式是QPSK，改變控制序列的調(diào)制方式對同步結(jié)果有什么影響？答：QPSK的同步性能要優(yōu)與BPSK,。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)制方式將不能實現(xiàn)正常解調(diào)，同步結(jié)果將產(chǎn)生錯誤。除非將收發(fā)端的調(diào)制方式都統(tǒng)一改變，這樣才能實現(xiàn)對信號的正確接收。七. 心得與體會本次試驗分為兩個模塊，即發(fā)送端與接收端。我們小組遇到最大的問題就是發(fā)送端可以工作，接收端無論怎樣調(diào)整程序都無法成功接收，找不到哪里出錯，實驗無法繼續(xù)進行，非?？鄲?。這就要考驗我們的耐心，涉及到參數(shù)的配置問題，稍有不同，就得不到實驗結(jié)果