《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： . .......................................................................................................... 8
1、实验参数设置 . .................................................................................................................... 8 2、BPSK 调制解调实验 . ......................................................................................................... 9 3、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top tx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top rx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
《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： . .......................................................................................................... 8
1、实验参数设置 . .................................................................................................................... 8 2、BPSK 调制解调实验 . ......................................................................................................... 9 3、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top tx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top rx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