软件无线电基础实验
23页1、. . . 实验一 软件无线电基础一、实验目的熟悉软件无线电实验平台,了解软件无线电平台的软硬件处理通信任务的过程,学会软件无线电的基本设计方法和开发工具软件使用方法。二、实验容用软件无线电实验平台和LabVIEW软件创建一个调频无线接收器;创建一个自定义LabVIEW 用户界面,配置 USRP,用LabVIEW设计无线通信系统原型。三、实验仪器1 USRP实验平台 一台2 计算机 一台四、实验原理1 软件无线电平台原理无线通信测试创新论坛对软件无线电(SDR) 的定义:“无线电的一些或全部的物理层功能由软件定义。”软件无线电参考了这样一个技术:在通用硬件平台上运行软件模块,用于实现无线通信功能。结合USRP通用软件无线电硬件和模块化软件的优势,提供了满足多功能需求且灵活性强的快速通信原型平台,适用于物理层设计、算法验证、多标准无线系统、无线信号录制与回放、通信情报等应用。图 1. 软件无线电平台构架2 软件无线电实现的数字通信系统2.1典型的数字通信系统一个典型的数字通信系统包括:发射机、接收机和通信信道。图3展示了一个数字通信系统的通用组件。放在第一行是发射机,包含信源编码、信道编
2、码、调制、上变频模块。第二行是接收机由下变频、匹配滤波器、均衡器、解调、信道译码和信源译码模块组成。图2 数字通信系统框图2.2 NI USRP无线通信实验系统图3 NI-USRP无线实验系统硬件、软件平台1) NI USRP 硬件平台RX1 TX1接口可以安装天线通过千兆以太网线连接PC电源接口 图4 NI-USRP 硬件平台前面板射频信号输入到SMA连接器,USRP硬件平台通过直接变频接收机中的混频操作,产生同相正交(I/Q)基带信号 ,再经过一个 2通道,速率为100 MS/s的14位模数转换器 (ADC)采样。然后数字化的 I/Q 数据并行地经过数字下变频(DDC)过程,混频、滤波,使输入的100MS/s的信号达到指定速率。32位的下变频采样信号(每对I/Q各16位),通过标准千兆以太网连接,以高达20MS/s的速度传给主机。对于发射端,PC主机合成32位的基带 I/Q 信号样本 (每对I/Q各16位),然后再通过千兆以太网以高达20 MS/s 的速度供给NI USRP。USRP硬件利用数字上变频(DUC)过程,将输入信号速率变为400 MS/s ,然后采用双通道16位的数模转
3、换器(DAC)将其转换成模拟信号。由此产生的模拟信号与指定的载频混频。 RXTXAnalog RF TransceiverFixed Function FPGAPC图 5 NI-USRP系统框图2)NI-USRP 软件平台软件无线电系统其中的数据处理组件是由软件实现的。这些组件包括滤波器、调制器和解调器。因为这些组件是在软件中定义的,可以根据需要调整软件无线电系统,而不必在硬件上作大的改动。由于现在的计算机可以有非常快速的处理器和高速的接口,NI-USRP的主要开发环境是NI LabVIEW。NI LabVIEW是一种将文本编程的低复杂度抽象为可视化语言的图形化编程语言,科学家以及工程师们广泛地使用它在多种环境中进行采集、处理、分析和显示测量数据。所以我们能够利用计算机上使用LabVIEW 快速地实现软件无线电的设计。LabVIEW是一个图形化(G)编程环境。目前,世界各地有成千上万的工程师应用LabVIEW来进行小型、中型甚至系统级的项目设计。在LabVIEW环境中,用户界面被叫作前面板,背景色为灰色。用户或者操作者可以通过在前面板上添加控件、旋钮、开关、图形、图表和发光二极管等器件
4、来进行程序控制。LabVIEW的编程界面被叫做程序框图,其背景为白色。可以通过在程序框图上添加众多子功能和子例程,来搭建满足自身需求的程序,达到想要的功能。另外,LabVIEW自带了许多预定义的功能,可以通过对这些预定义功能的组合重用,来节省搭建模型和访问硬件设备的时间。图 6 前面板(左侧)和程序框图(右侧)示意图3)LabVIEW 快捷键下面列出了LabVIEW中的快捷键。可以参考 LabVIEW Quick Reference Card ,一个PDF版的快捷键说明文档。表1 LabVIEW 快捷键按键描述Ctrl + C复制选中项Ctrl + V粘贴选中项Ctrl + X剪切选中项Ctrl + Z撤销Ctrl + Space激活下拉菜单Ctrl + H上下文帮助开关Ctrl + B移除框图中的断线Ctrl + E在前程序框图之间切换Ctrl + R运行选中VICtrl + S保存选中VICtrl + T将前面板和程序框图竖直并排放置Ctrl + U整理框图面板(程序框图)Ctrl + Click & Drag在程序框图插入一个空格4) NI-USRP 函数库LabVIEW针对NI
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