通原試驗--頻率調(diào)制試驗

1、通信原理實驗基于LabVIEW的頻率調(diào)制姓名：張哲熙學號：13212171組員：李美潔指導教師：至丞日期：2015/12/11上課時間：星期一第六大節(jié)基于LabVIEW的頻率調(diào)制一、實驗目標在本實驗中要在LabVIEW +USRP平臺上完成一對調(diào)頻收發(fā)信機，要求可以 通過接收端或者普通的FM收音機接收到發(fā)送端發(fā)射的.wav聲音文件，用做好的 FM接收機收聽調(diào)頻廣播。本實驗將加深對頻率調(diào)制相關概念的理解，并使初步 掌握LabVIEW +USRP軟件無線電平臺的使用方式。實驗儀器軟件：LabVIEW 2012 (或以上版本)硬件：兩套USRP (子板頻帶寬97108MHz),兩臺計算機;三、基本原

2、理及分析tSm(t)= AcosI kfm(. )d .頻率調(diào)制信號的表小式為：其中，kf為調(diào)頻靈敏度，m(t)為調(diào)制信號。從公式出發(fā)即可完成頻率調(diào)制的程序。如圖3-1是調(diào)頻信號的時域波形與頻域波形。經(jīng)過調(diào)頻之后的信號頻譜不僅 發(fā)生了頻譜搬移還增加了頻率分量-1 0f1F調(diào)制信號0.50-0.50.20.40.60.811.21.41.61.82調(diào)頻信號2001000-100-20000.20.40.60.811.21.41.61.82t圖3-1 FM信號解調(diào)原理框圖如圖3-2小信噪比條件下的解調(diào)波形，可以發(fā)現(xiàn)信噪比對解調(diào)的影響。圖3-2 FM信號解調(diào)原理框圖調(diào)頻信號的解調(diào)方法通常是采用鑒頻法

3、。方框圖如圖3-3所示圖3-3 FM信號解調(diào)原理框圖其中鑒頻器包括微分電路和包絡檢波電路。 對于調(diào)頻信號來說，都會存在門 限效應，使之在小信噪比情況下無法恢復出原來的調(diào)制信號。 所以語音信號的調(diào) 制解調(diào)是在很大信噪比情況下。四、實驗任務實現(xiàn)本實驗包括發(fā)送端和接收端兩個主程序，該程序已經(jīng)提供前面板、程序框圖 及大部分的程序。實驗中需要完成 subFMMod子程序和subFMDemod子程序來 實現(xiàn)對聲音波形的FM調(diào)制和解調(diào)。1.發(fā)送端發(fā)送端程序框圖如圖4-1 :AM3k DaskVdVhli-isound iHle -dr 卜 口口soi-rd % retr *二P心為二=:r._Vn - -I

4、圖4-1發(fā)送端程序框圖發(fā)射端的主程序包含3個功能模塊，其功能如下所述獲取音頻文件此模塊的作用是根據(jù)輸入的路徑獲取音頻文件，對應程序框圖中的 subGetSoundFile子程序，如圖所示。aubGetSoundFile.vir File PathNumber cf 卜sound file世t.k ID 卜圖 4-2 subGetSoundFile程序輸入是外部音頻文件的路徑，要求必須為.wav格式。輸出是每次從聲音文件中讀取 的樣點數(shù)、聲音文件的引用句柄以及任務ID。讀取聲音波形此模塊的作用是將獲取音頻文件模塊中得到的聲音文件轉(zhuǎn)換成波形數(shù)組形 式輸出，并將波形數(shù)據(jù)寫入聲音輸出設備，讓你在發(fā)射端

5、可以聽到將要發(fā)送的聲 音。對應于程序框圖中的subReadSoundFile?程序，如圖所示。subReadSou ndFile.vik Number of:，與W件.卜 task IDsound file retask ID out 卜 data 卜.nQ gf fil.?圖 4-3 subReadSoundFile?程序輸入是subGetSoundFile子程序的三個輸出；輸出是聲音文件的引用句柄、任務ID、波形數(shù)據(jù)以及文件結束標識。進行FM調(diào)制此模塊的作用是對音頻進行 FM調(diào)制。對應于程序框圖中的subFMMod子程序，如圖所示輸入是聲音波形數(shù)據(jù)、形。調(diào)制后的波形數(shù)據(jù)進入 置的各項參數(shù)發(fā)

6、射到空間中,subFMMod .vi r data U-Qprcrc； ?：.： 卜 ，1 ctic W-Yfforrn 卜圖4-4 subFMMod子程序I/Q采樣率和頻偏；輸出是經(jīng)過 FM調(diào)制后的時域波niUSRP Write Tx Data (poly)函數(shù)，根據(jù)前面板上配以供接收端程序、普通的FM收音機或者手機接收。I -Tf r- - -Q 卜 r-圖4-5 subFMMod程序框圖subFMMod子程序框圖如圖4-5,在這個子程序中分重采樣和 FM調(diào)制兩步 來完成對聲音信號的FM調(diào)制。由于聲卡對聲音信號的采樣率并不是我們需要的采樣率，該程序先使用波形重采樣(Resample Wav

7、eforms函數(shù)對輸入的聲音波形數(shù)據(jù)進行了重采樣，其中 信號的采樣率調(diào)整成前面板上設置的I/Q采樣率。接著使用MT Modulate FM函 數(shù)對重采樣后的波形數(shù)據(jù)進行FM調(diào)制并輸出。2.接收端如圖所示，接收端主程序包含2個功能模塊，其功能如下所述tWf.TXHnjbUSRPCa(r ：.1，1度若差三口，.W二|三星凈在一fcl33：|,圈圖4-6接收端程序框圖ihX國匚 T進行USRP配置此模塊的作用是根據(jù)前面板上輸入的各項參數(shù)對USRP4行配置，對應于程序框圖中的subUSRPCon(rx廳程序，如圖所示。subUSRPSn(rx).vii U、RP IP ：t2：卜凄型增益一,接收天線

8、卜 I/QlwV引用句柄二錯發(fā)理出卜圖 4-7 subUSRPCon(rxf程序輸入是前面板上輸入白各項參數(shù)，包括 USRP的IP地址、載波頻率、I/Q采樣率等；輸出為USRP的引用句柄以及錯誤信息輸出。進行FM解調(diào)此模塊的作用是對接收到的信號進行FM解調(diào)，對應于程序框圖中的subFMDemod子程序，如圖所示。subFMDemod.vi1接收信號卜重采樣率蟀調(diào)后信號卜重采樣后信號圖 4-8 subFMDemod 子程序輸入是niUSRP Fetch Rx Data (poly)函數(shù)輸出的從空間中接收到的波形數(shù)據(jù),以及根據(jù)聲卡采樣率和I/Q采樣率得到的重采樣率；輸出是解調(diào)后的信號和重采 樣后的

9、信號。將重采樣后的信號輸入 subSound Out 16b mono函數(shù)便可以通過聲卡收聽到解調(diào)后的聲音。圖4-9 subFMDemod程序框圖subFMDemod程序框圖如圖4-9,在這個子程序中使用了反正切方法完成對接收信號的FM解調(diào)。反正切解調(diào)方法的基本思想和實現(xiàn)過程如下：對于連續(xù)波調(diào)制，調(diào)制信號的數(shù)字表達式可以寫成：Sn) = Ao cos cn：J n 1,4 1(4.1)換句話講，即Sn = Anc0sLen Q mn %o式中，表示載頻的角 頻率，表示比例因子，是一個常數(shù)。對上式展開后可以得到：S n =Ancosk m(n) 中 0 cos( cn) - A(n)sink m

10、(n) 0 1sin( %n) 4 2(4.2)8根據(jù)正交展開，設同相分量為:正交分量為:X (n )= An) coskf 巾+/(4. 3)Xq n ：i A(n)sinkx m(n) 01(4.4)對正交分量與同相分量之比進行反正切運算，可得:(n)=arctan()=K然后，對相位進行差分，就可以得到調(diào)制信號為:(4. 5):n)由n-1)=m(n)(4. 6)在程序中只需要使用 subComplextoPolarWF子程序?qū)⒔邮盏降幕鶐Рㄐ涡盘栟D(zhuǎn)化為極坐標的形式，得到相位信息后再使用subUnwrap Phase-ContinuousWsubDifferentiate Continu

11、ous子程序?qū)ζ溥M行差分運算即可得到調(diào)制前的原始信號并輸出，再使用波形重采樣(Resample Waveforms函數(shù)對輸出的聲音波形數(shù)據(jù) 進行了重采樣，使其適配計算機聲卡采樣率并得到正確的聲音波形并輸出到揚聲器中。五、實驗結論與分析1.發(fā)射端通FM TX :學生長1內(nèi)白回乜W 箱H項目;二.邑隹QJT3i-J_二 IM1寸!T。型17T117pt 11 Eg-| G * |自在 土SourMState /Cad的實瞼二頻率調(diào)制（TX ）C:L,se-rscW DddiopT區(qū)總主追濁MWF” 電耳上憐 二二一，牙.三.二一-三生版冠手.三三二仁TVUSRP函三+ 0 藝樂唬三號ipn-l-1

12、dull。0.0M1 OjODO： 0.0001 DLMXW圖5-1發(fā)射端程序運行主界面正確的連接USRP并配置好各項參數(shù)，如圖5-1,選擇發(fā)射載波頻率為93.5MHz, 然后選擇一個自定義的.wav音頻文件。運行程序后設備可持續(xù)運行，且能夠觀 察到信號正確的時域和頻域波形，使用FM收音機可接收到發(fā)射端發(fā)送的音頻信 號。102.接收端.E.1J加二冬片吃電基礎實驗篇實驗二一把瓊wt陸號頻率調(diào)制(RX)而時U地址JL如.E.J2Ok手岫率口 03雷I圈星落 Ifws限 I.小標li.lFy+ l 產(chǎn)占-BB-BB-no2 口 Lf Fi-ki L學立*j -v：i圖5-2接收端程序運行主界面正確

13、的連接USRP并配置各項參數(shù)，如圖5-2,將載波頻率調(diào)整到某個公共 調(diào)頻廣播電臺(本例使用103.9MHz北京交通廣播電臺)，啟動程序，將可以比 較清晰地聽到廣播內(nèi)容，但由于屏蔽和干擾問題，在實驗中無法接收良好的廣播 信號，從圖中也可以看出接收噪聲很大。113.同時運行三I二 忘點三 一.，這:一耐 C一三，二 號二A.一在 T基礎實驗篇實瞼二頻率調(diào)制（RX）ue.l 七nFU圖5-3接收端程序運行主界面在兩臺計算機上分別正確連接 USRP并配置各項參數(shù)，發(fā)送端同圖5-1,接 收端如圖5-3,將載波頻率分別調(diào)整至某個干擾較少的相同值，啟動接收和發(fā)送 端程序，在接收端中可以比較清晰地聽到發(fā)送端的廣播內(nèi)容，觀察接收信號頻譜 可知仍存在較大噪聲，但其質(zhì)量已足夠保證基本的通信。六、遇到的問題及解決方法在配置URSP過程中出現(xiàn)無法連接的情況，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)原因是IP地址發(fā)生沖突, 經(jīng)重新分配不同地址后問題解決。12七、心得本次實驗是基于LabVIEW 和硬件