認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)

1、武漢理工大學(xué)現(xiàn)代數(shù)字信號處理在前沿學(xué)科中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)認(rèn)知無線電學(xué)院： 信息工程學(xué)院 學(xué)號： 1049731503279 姓名： 吳志勇 班級： 電子154 實(shí)驗(yàn)一認(rèn)知無線電的開發(fā)環(huán)境與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)入門一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握Linux系統(tǒng)下的基本操作。2、 了解認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)平臺。3、 掌握GNU Radio軟件平臺的搭建過程。4、 了解USRP N210設(shè)備的檢測。二、 系統(tǒng)、硬件配備一臺配有千兆網(wǎng)卡的PC機(jī)，ubuntu11.10系統(tǒng)，GNU Radio3.5.0安裝包（也可以選擇其他帶有UHD的GNU Radio版本）。三、 實(shí)驗(yàn)流程GNU Radio的安裝主要包括三個部分的安裝，準(zhǔn)備庫的安裝

2、、UHD的安裝、GNU Radio的安裝，下面將從這三個部分開始介紹。1、 網(wǎng)絡(luò)連接在ubuntu下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)IP設(shè)置，打開命令終端，常用的命令：使用ls命令查看當(dāng)前路徑下文件，使用cd命令進(jìn)入文件夾。2、 準(zhǔn)備庫的安裝：在/redmine/projects/gnuradio/wiki/UbuntuInstall中，有其安裝方法，對應(yīng)找到我們的ubuntu11.10所需要的準(zhǔn)備庫內(nèi)容，利用apt-get來安裝。安裝完畢之后可以根據(jù)build-guide程序中所提到的庫進(jìn)行驗(yàn)證。3、 UHD的安裝可以到官網(wǎng)上看見很多uhd的版本，我們采用的版本是003.004.

3、000，可以直接從設(shè)備所帶的光盤中獲得（/tmp/uhd/host）:執(zhí)行：cd /tmp/uhd/hostmkdir buildcd build cmake ./makemake testsudo make install4、 GNU Radio的安裝本文以GNU Radio為例，從官網(wǎng)上可以下到gnuradio3.5.0的安裝包，我們可以通過安裝包中的version.sh文件來查看其版本，選擇gnuradio3.5.0來安裝。執(zhí)行：cd /gnuradiomkdir build cd build cmake ./makemake testmake install5、 設(shè)置環(huán)境變量按照REA

4、DME中指示設(shè)置環(huán)境變量，但是，其中python路徑要根據(jù)我們的python版本設(shè)置，改正之后如下:export PYTHONPATH=/usr/local/lib/python2.7/disk-packagesexport LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$HOME/local/libsudoldconfig四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果執(zhí)行g(shù)nuradio-companion指令，系統(tǒng)輸出如下界面，安裝成功實(shí)驗(yàn)二Dpsk數(shù)字調(diào)制實(shí)現(xiàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 熟悉Ubuntu操作系統(tǒng)的使用。2、 熟悉gnuradio_companion的使用。3、 熟悉DBPSK調(diào)制的基本原理，并

5、通過gnuradio實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)現(xiàn)DBPSK調(diào)制及解調(diào)。二、 實(shí)驗(yàn)原理本例是一個GNU Radio的關(guān)于余弦波信源的差分移相鍵控數(shù)字調(diào)制的例子。它由一個余弦波形源，經(jīng)過采樣流控制得到穩(wěn)定的采樣速率，然后經(jīng)過了數(shù)據(jù)包打包、DPSK 調(diào)制、DPSK 解調(diào)和數(shù)據(jù)包解包等過程，并向PC 的Speaker輸出聲音信號，(此信號由產(chǎn)生余弦波的信源頻率控制)。差分BPSK是相移鍵控的非相干形式，它不需要在接收機(jī)端恢復(fù)相干參考信號。非相干接收機(jī)容易制造而且便宜，因此在無線通信系統(tǒng)中被廣泛使用。在DBPSK系統(tǒng)中，輸入的二進(jìn)制序列先差分編碼，然后再用BPSK調(diào)制器調(diào)制。差分編碼后的序列an是通過對輸入bn與an-

6、1進(jìn)行模2和運(yùn)算產(chǎn)生的。如果輸入的二進(jìn)制符號bn為0，則符號an與其前一個符號保持不變，而如果bn為1，則an與其前一個符號相反。差分編碼原理為：其實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示。一個典型的差分編碼調(diào)制過程如2圖所示：圖1 差分編碼實(shí)現(xiàn)框圖圖2差分編碼與載波相位示意圖圖3.3.2 差分編碼與載波相位示意圖圖3.3.2 差分編碼與載波相位示意圖對DBPSK的解調(diào)是通過比較接收相鄰碼元信號（I，Q）在星座圖上的夾角,如果大于90則為1，否則為0。即按下式進(jìn)行：如果，則判為，反之判為0。本例中需要調(diào)用11個模塊，新出現(xiàn)的有：Throttle進(jìn)行采樣流控制得到穩(wěn)定的采樣速率。Packet Encoder進(jìn)行數(shù)據(jù)包

7、打包，進(jìn)行數(shù)據(jù)比特(bit)到符號(symbol)的轉(zhuǎn)換，為調(diào)制模塊做好準(zhǔn)備，如下一個模塊是二進(jìn)制調(diào)制，每1個符號占1個比特(bits/symbol)，四進(jìn)制調(diào)制就是2 bits/symbol，以此類推。DPSK Mod采用差分相移鍵控數(shù)字調(diào)制。DPSK Demod差分相移鍵控數(shù)字解調(diào)。Packet Decoder是Packet Encoder的反過程。WX GUI Scope Sink相當(dāng)于示波器。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備需要安裝過Ubuntu 系統(tǒng)和GNU Radio的PC機(jī)四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 開啟一個終端輸入命令sudognuradio-companion2、 從開啟界面右邊的庫中添加并連接必要的

8、block 如圖3所示。3、 匹配每個block 的數(shù)據(jù)類型，參考圖dpsk_loopback。(注意所有的模塊需要根據(jù)圖dpsk_loopback所示按顏色指示修改其數(shù)據(jù)類型。int為淺綠色， short 為黃色，complex為藍(lán)色，float 為橙色,紫紅色為調(diào)制后數(shù)據(jù)char型) 。4、 單擊標(biāo)簽上的"in""out"在合適的模塊間進(jìn)行連線。5、 如圖dpsk_loopback設(shè)置每個模塊屬性(注意屬性value 值設(shè)置為帶有m 的，為小數(shù)，比如5m 就是0.005,200m 就是0.2) 。其中不能直接設(shè)置的屬性如下列出：a) 在Signal

9、Source 模塊中的Sample Rate 屬性設(shè)置為samp_rate， Frequency 屬性設(shè)置為freq。b) 在Throttle 模塊中的 Sample Rate 屬性設(shè)置為samp_ratec) 在WX GUI Scope Sink 模塊中的Sample Rate 屬性設(shè)置為samp_rate,T Scale 屬性設(shè)置為1/freq。d) 在Audio Sink模塊中的Sample Rate屬性設(shè)置為samp _rate ，Device Name屬性設(shè)置為plughw:0,0 。6、 按鍵F5 來編譯程序，或者單擊圖標(biāo)。如果有錯誤雙擊檢查所有連接模塊的屬性、數(shù)據(jù)類型。7、 按鍵

10、F6來執(zhí)行程序，或者單擊圖標(biāo)。將會出現(xiàn)如圖4 所示界面。8、 使用 Frequency 滑條來調(diào)整你的系統(tǒng)中的輸入信源頻率的大小。從而改9、 變向外輸出的聲音。圖3 最終模塊圖五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果按鍵F6來執(zhí)行程序，或者單擊圖標(biāo)。將會出現(xiàn)如圖4 所示界面圖4 dpsk_loopback實(shí)驗(yàn)三連續(xù)可變斜率增量調(diào)制的實(shí)現(xiàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 熟悉Ubuntu操作系統(tǒng)的使用。2、 熟悉gnuradio_companion的使用。3、 熟悉CVSD數(shù)字調(diào)制的基本原理，并通過gnuradio實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)現(xiàn)CVSD數(shù)字調(diào)制及解調(diào)。二、 實(shí)驗(yàn)原理本例是一個GNU Radio的關(guān)于三角波信源的連續(xù)可變斜率增量調(diào)制的例子。

11、它由一個Triangle 波形源，經(jīng)過采樣流控制得到穩(wěn)定的采樣速率，然后由VCO(壓控振蕩器) 控制產(chǎn)生一個周期性的頻譜并顯示頻譜和波形。以此頻譜用CVSD 的調(diào)制方式顯示其頻譜和波形，最后CVSD 解調(diào)后還原其頻譜顯示出來波形，并向 PC輸出聲音信號，(此信號由頻譜控制，當(dāng)然也可以說是由三角波信源的采樣率控制) 。CVSD在數(shù)字語音通信領(lǐng)域是一種降低帶寬的聲音編碼方法。它充分利用數(shù)字語音相鄰采樣的相關(guān)性，只對連續(xù)采樣的幅度差進(jìn)行量化。由于幅度差的量化電平相較于其它量化方法小得多，從而減少了信號帶寬。CVSD采用二進(jìn)制量化和自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)連續(xù)步長調(diào)整，且其編碼器能夠在大幅度信號里精確地表示小幅

12、度信號并且不影響其性能，這在一些無自適應(yīng)功能的編碼器里是不能實(shí)現(xiàn)的。CVSD編碼器可以有效地實(shí)現(xiàn)8/1的壓縮率，每一個輸入的語音采樣和內(nèi)部的參考值比較，如果大于參考值，則編碼器輸出1，否則輸出0，參考值隨著輸出比特流的頻率實(shí)時改變，所以每8個采樣值將會產(chǎn)生一個字節(jié)的輸出。本例中需調(diào)用20個模塊，新出現(xiàn)的有：VCO壓控振蕩器，通過輸入的信號的幅度控制輸出信號的頻率，產(chǎn)生振蕩輸出。CVSD Encoder語音數(shù)字編碼，對輸入的信號進(jìn)行編碼后產(chǎn)生short類型比特流的輸出。CVSD Decoder語音數(shù)字解碼，編碼的反過程。Packed to Unpacked 將比特流轉(zhuǎn)換為short型數(shù)據(jù)，Cha

13、r to Float數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換， char型轉(zhuǎn)換成float型。WX GUI FFT Sink可是查看信號的頻譜。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備需要安裝過Ubuntu 系統(tǒng)和GNU Radio的PC機(jī)四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 開啟一個終端輸入命令sudognuradio-companion2、 從開啟界面右邊的庫中添加并連接必要的block 如圖cvsd_Figure1 所示。3、 匹配每個 block 的數(shù)據(jù)類型，參考圖 1 。(注意所有的模塊需要根據(jù)圖cvsd_Figure1所示按顏色指示修改其數(shù)據(jù)類型。int為淺綠色，short為黃色，complex為藍(lán)色，float 為橙色,紫紅色為調(diào)制后數(shù)據(jù)char型)

14、 4、 單擊標(biāo)簽上的"in""out"在合適的模塊間進(jìn)行連線。5、 如圖 cvsd_Figure1 設(shè)置每個模塊屬性(注意屬性value 值設(shè)置為帶有m的，為小數(shù)，比如5m 就是0.005,200m 就是0.2) 。其中不能直接設(shè)置的屬性如下列出：a) 在兩個 Signal Source 模塊中的Sample Rate 屬性設(shè)置為audio_rateb) 在Audio Sink模塊中的Sample Rate屬性設(shè)置為audio_rate, Device Name屬性設(shè)置為plughw:0,0 c) 在Throttle 模塊中的 Sample Rate 屬

15、性設(shè)置為audio_rated) 在CVSD Encoder ，CVSD Decoder 模塊中的 Resample 屬性設(shè)置為resample,Frac.Bandwidth屬性設(shè)置為bw。e) 在VCO模塊中的Sample Rate屬性設(shè)置為audio_rat,Sensitivity屬性設(shè)置為audio_rate*2*math.pi。f) 在兩個Import 模塊中的Import 屬性設(shè)置為 import math。g) 在 VCO、CVSD Decoder 之后引出來的四個 Sink模塊中的Sample Rate屬性設(shè)置為audio_rateh) 在Char To Float 之后引出來的兩個Sink模塊中的Sample Rate屬性設(shè)置為audio_rate*resample，其中WX GUI Scope Sink 模塊的 T Scale屬性設(shè)置為20.0/(audio_rate*resample)。i) 在WX GUI Not