北交大无线通信实验一数字调制解调2

《无线通信基础》课程研究性学习手册数字调制解调实验Ⅱ姓名：学号：同组成员：指导教师：李瑞涛时间：2015年5月目录一、实验任务：...............................................................................................................................3二、理论分析：...............................................................................................................................3三、实验步骤：...............................................................................................................................5四、实验现象及结论分析：...........................................................................................................81、实验参数设置.....................................................................................................................82、BPSK调制解调实验..........................................................................................................93、QPSK调制解调实验.......................................................................................................11五、遇到的问题及解决方法.........................................................................................................13六、扩展问题.................................................................................................................................14七、实验心得.................................................................................................................................14八、参考文献：.............................................................................................................................15一、实验任务：完成top_tx和top_rx两个主程序，得到一个完整的程序，使其可以实现全部的功能。1、发送端top_tx主程序在BPSK选板中完成发送和接收的USRP配置工作。程序中通过USRP发送数据所需的VI都已经添加完毕，需要把这些VI与自己的数据流和这些VI之间通过适当的连线相连，同时修改一些发送所需的参数。2、发送端top_rx主程序基于BPSK调制解调完整的情况下，在接收端完成USRP模块的连接，同时修改接收所需的参数。在完成上述收发端程序后，通过USRP发送和接收BPSK信号来检验你配置的USRP是否正确。3、添加QPSK调制解调模块在程序中完成QPSK的调制和解调。实现方式参考BPSK或者实验一。在整个实验过程中，注意添加的调制解调模块的数据类型与所提供的模块之间的数据类型的匹配问题。二、理论分析：本实验发送端主程序的前面板如图所示，首先是USRP的基本参数设置，包括IP地址、载波频率、IQ采样率等；接下来是PN序列的参数设置，包括保护间隔、信息序列长度、同步比特长度和PN序列的类型；然后是采样数和滤波器参数；之后是输出的PN序列以及调制前的信号时域图，频域图；最后是不同调制方式的不同调制结果。接收端主程序的前面板如图所示，一开始的设置与发送端一样。在解调部分，是解调信号以及它的时域图、频域图、星座图和误码数，你可以通过这些来判断你的程序是否正确。图3-1数字调制解调实验发送端前面板图3-2数字调制解调实验接收端前面板1、发送端介绍本实验发送端的调制主程序包含4个功能模块，其功能分别如下所述。（1）TX_init本模块主要实现USRP的初始化，是配置一些基本USRP参数的模块。（2）transmitter本模块是调制程序的核心，实现的是基带信号的产生，包括信源编码，调制，脉冲成形等重要功能。（3）TXRF_prepare_for_transmit本模块的作用是对调制完的信号幅度进行归一化。（4）TXRF_send本模块实现的功能是把调制完的数据写入USRP，实现发送。2、接收端介绍本实验接收端端的解调主程序包含5个功能模块，其功能分别如下所述。（1）RXRF_init本模块的作用实现USRP初始化。（2）RXRF_config本模块的作用是配置USRP的参数。（3）RXRF_recv本模块的作用是接收射频信号，并且下采样到中频。（4）receiver本模块是解调程序的核心，实现的是恢复出原数据流。包括匹配滤波，同步，信道估计，均衡，解调，检测误码率等重要功能。（5）RXRF_close.(SubVI)本模块的作用是关闭USRP会话。三、实验步骤：1、完成发送端toptx主程序中各VI之间及VI和数据流之间的连线，完成数据连接功能。（1）Modulate.vi模块该模块主要完成的是BPSK和QPSK调制功能。（2）TXRX-init.vi模块（3）TXRF-send.vi模块2、完成接收端toprx主程序中各子VI之间的连线（1）Demodulate.vi模块该模块实现的功能是BPSK及QPSK解调功能。（2）RXRF-init.vi（3）RXRF-config.vi模块（4）RXRF-recv.vi模块（5）RXRF-close.vi模块3、完成电脑与USRP模块的网线连接，并供电，设置好默认IP地址。4、选择调制方式为BPSK，设置发送端和接收端USRP参数，包括IP地址、载波频率、IQ采样率、增益、生成模式、过采样因子等。5、调整USRP各参数，观察文字接收、星座图、眼图情况，得到最佳接收参数为。6、选择调制方式为QPSK，同样设置USRP各参数，观察文字接收、星座图、眼图情况，得到最佳接收参数为。7、将收发端的采样率进行下调，观察接收端文字接收情况、星座图稳定情况和眼图形状。四、实验现象及结论分析：1、实验参数设置（1）发送端前面板参数设置：图5-1发送端前面板参数（2）接收端前面板参数设置图5-2接收端前面板参数2、BPSK调制解调实验正在运行的BPSK发送端程序前面板和接收端程序前面板如下图所示，正常发送和接收数据时，两个前面板均应亮起绿灯，并且无错误提示，此时，接收端可收到文本信息。图5-3发送端前面板图5-4接收端前面板（1）发端BPSK星座图及眼图图5-5发端BPSK星座图图5-6发端BPSK眼图（2）收端BPSK星座图及眼图图5-7收端BPSK星座图图5-8收端BPSK眼图分析：根据上图可以看出，发送端星座图对应的坐标为1+0i和-1+0i，由于BPSK信号在无线信道中传输，叠加了噪声，收端星座图会出现一定的偏移，眼图眼皮也会变厚。3、QPSK调制解调实验正在运行的QPSK发送端程序前面板和接收端程序前面板如下图所示，正常发送和接收数据时，两个前面板均应亮起绿灯，并且无错误提示，此时，接收端可收到文本信息。图5-9发送端前面板图5-10接收端前面板（1）发端QPSK星座图及眼图图5-11发端QPSK星座图图5-12发端QPSK眼图图5-13收端QPSK星座图图5-14收端QPSK眼图分析：QPSK调制解调中，是对2个比特进行相位调制，因此，基带调制后的波形会出现相位跳变，因此在收端眼图中可以看出初始的相位有4种。五、遇到的问题及解决方法我们在实验中发现，QPSK调制时，使用图5-1的对应方式是不能正常工作的，而使用图5-2的对应方式可以正常工作。其实在Modulate.vi模块前面板中，有QPSK映射关系的提示，但我们在更改后面板程序时没有注意到，而直接将实验一中的映射关系搬到了实验二中，导致我们迟迟没有出现正确的实验结果。由于映射关系错误而导致的解调错误的原因，个人认为是由于后续解调程序（如文本翻译），均是按照如图5-16的映射关系进行编写的，而我们采用错误的映射关系，导致文本翻译等程序出现错误，因此最终导致最后解调结果的错误。图5-15QPSK错误映射关系图5-16QPSK正确映射关系六、扩展问题1、发送端与接收端USRP参数的配置都有什么意义？答：参数配置可以设置信源的类型、文本的内容以及PN序列的长度；调制参数界面可以配置调制类型、采样率、过采样率等参数；滤波参数界面用来配置脉冲成型和匹配滤波器的相关参数，例如滤波器类型和滤波器长度等。前面板右上角可以观察发送端和接收端的星座图。前面板其余的部分用来显示接收端的各种信息，包括当信源为文本时解调后恢复的文本内容；当前的信噪比以及实时的误码数、接收点数和误码率数据；接收端接收到的解调前的I/Q数据；根据信噪比和误码率生成的误码率曲线。2、USRP参数的设置对结果有什么影响？答：采样率、过采样因子要尽量大，但又不能过大，如果采样率、过采样因子过小，会导致发射波形失真；如果参数设置过大可能导致程序运行缓慢。载频必须在900MHz到1.5GHz之间，这样才能保证接接收端收到最好的效果。接收端捕获时间会影响接收端接收文本的长度，但捕获时间超过一定限制时，接收到的文本不再增加，这是由于发送端实际并未发送出完整的文本。七、实验心得本次实验初步掌握了USRP的一些使用原理，并结合实验一的调制解调过程，完成了在真实无线信道环境中的BPSK、QPSK调制、发送、解调。虽说实验二难度较实验一较低，但由于USRP和labview的一些工作原理和具体过程仍然有些不是很了解，所以一些子程序的连线过程基本就是按照实时帮助中的提示进行的，无法完全掌握程序的精髓。这两次labview实验确实有点超出我们的水平，实际的效果我认为并不是很理想。但还是辛苦各位出题的老师，感谢你们的耐心讲解和指导，我们还是在实验中有所收获的。八、参考文献：［1］LabVIEW宝典／陈树学，刘萱编著.——北京：电子工业出版社，2011.3［2］LabVIEW程序设计教程／江建军，刘继光编著.——北京：电子工业出版社，2008.3