通原实验--频率调制实验

通信原理实验基于LabVIEW的频率调制姓名：张哲熙学生编号：13212171组员：李教员：李成日期：2015年12月11日上课时间：周一的第六个大日子基于LabVIEW的频率调制一.实验目标在本实验中，一对调频收发器将在LabVIEW USRP平台上完成。要求。发射端发送的wav声音文件可以被接收端或普通调频收音机接收，调频收音机可以被一个好的调频接收机收听。本实验将加深对调频相关概念的理解，并初步了解LabVIEW USRP软件无线电平台的使用。二。实验仪器软件：LabVIEW 2012(或以上)硬件：两套USRP(子板带宽97 108兆赫)和两台计算机；三、基本原则和分析调频信号的表达式是：其中kf是调频灵敏度，m(t)是调制信号。从公式开始，调频程序就可以完成了。图3-1显示了调频信号的时域波形和频域波形。频率调制后，信号的频谱不仅会偏移，还会增加频率分量。图3-1调频信号解调原理框图如图3-2所示，在小信噪比条件下的解调波形，可以发现信噪比对解调的影响。图3-2调频信号解调原理框图调频信号的解调方法通常是鉴频法。框图如图3-3所示。图3-3调频信号解调原理框图鉴别器包括差分电路和包络检测电路。对于调频信号，存在一个阈值效应，使得在低信噪比条件下无法恢复原始调制信号。因此，语音信号的调制和解调是在大信噪比的条件下进行的。四.实验任务的实施本实验包括两个主要程序，发送端和接收端。程序已经提供了前面板、程序框图和大部分程序。实验中需要完成子模块子程序和子模块子程序来实现声音波形的调频调制和解调。1.发送端发送端的程序框图如图4-1所示。图4-1发送方程序框图变送器的主程序包括三个功能模块，其功能如下。(1)获取音频文件该模块的功能是根据输入路径获取音频文件，对应程序框图中的subGetSoundFile子程序，如图所示。图4-2 subGetSoundFile子程序输入是外部音频文件的路径，必须在中。wav格式。输出是每次从声音文件中读取的样本数、声音文件的引用句柄和任务标识。(2)读取声音波形该模块的功能是将在获取音频文件模块中获取的声音文件转换成波形数组输出，并将波形数据写入声音输出设备中，这样就可以在发送端听到要发送的声音。对应于程序框图中的subReadSoundFile子程序，如图所示。图4-3子头声音文件子程序输入是subGetSoundFile子例程的三个输出；输出是声音文件的参考句柄、任务标识、波形数据和文件结束标识符。调频调制该模块的功能是调频音频。对应于程序框图中的subFMMod子程序，如图所示。图4-4子MMod子程序输入的是声音波形数据、输入/输出采样率和频率偏移；输出是由调频调制的时域波形。调制波形数据进入niUSRP写发送数据(poly)功能，并根据前面板上配置的各种参数发送到空间，供接收机程序、普通调频收音机或移动电话接收。图4-5子MMod程序框图子MMod子程序的框图如图4-5所示。在这个子程序中，声音信号的调频是通过重采样和调频完成的。由于声卡对声音信号的采样速率不是我们需要的采样速率，该程序使用波形重采样功能对输入的声音波形数据进行重采样，其中信号的采样速率被调整到前面板上设置的I/Q采样速率。然后对重新采样的波形数据进行调频调制该模块的功能是根据前面板上输入的各种参数配置USRP，对应于程序框图中的subUSRPCon(rx)子程序，如图所示。图4-7子程序输入是在前面板上输入的参数，包括USRP的IP地址、载波频率、I/Q采样率等。输出是USRP参考句柄和错误信息输出。(2)调频解调该模块的功能是对接收到的信号进行调频解调，对应于程序框图中的子程序subFMDemod，如图所示。图4-8子程序输入是从空间输出接收的波形数据，由niUSRP提取接收数据(poly)函数输出，并根据声卡采样速率和输入/输出采样速率获得重采样速率。输出是解调信号和重采样信号。将重新采样的信号输入到subSound_Out_16b_mono功能，通过声卡可以听到解调后的声音。图4-9子模块程序框图subFMDemod的框图如图4-9所示。在该子程序中，反正切法用于完成接收信号的调频解调。反正切解调法的基本思想和实现过程如下：对于连续波调制，调制信号的数字表达式可以写成：(4。1)换句话说就是。在该公式中，载波频率的角频率和比例因子是恒定的。扩展上述公式后，您可以获得：(4。2)根据正交展开，将同相分量设置为：(4。3)正交分量是：(4。4)通过对正交分量与同相分量之比执行反正切运算，我们可以获得：(n)=arctan()=K(4。5)然后，通过微分相位，可以如下获得调制信号：(4。6)在该程序中，只需要子载波调制子载波调制子例程将接收到的基带波形信号转换为极坐标，子载波相位连续子例程和子载波相位连续子例程进行差分运算，得到调制前的原始信号并输出。然后利用波形重采样功能对输出的声音波形数据进行重采样，使声音波形数据适应计算机声卡的采样率，得到正确的声音波形并输出到扬声器。V.实验结论和分析1.发射端图5-1发送端程序操作主界面正确连接USRP并配置各种参数，如图5-1所示，选择93.5兆赫的传输载频，然后选择一个定制的。wav音频文件。运行程序后，设备可以连续运行，并能观察到正确的信号时域和频域波形。调频收音机可以接收发射机发送的音频信号。2.接受者图5-2接收端程序操作主界面正确连接USRP，配置各种参数，如图5-2所示。调整公共调频广播电台的载波频率(本例中使用103.9兆赫北京通信广播电台)。启动程序，广播内容就能清晰地听到。然而，由于屏蔽和干扰问题，在实验中不能接收到好的广播信号，并且从图中可以看出接收噪声非常大。3.同时操作图5-3接收端程序操作主界面USRP已正确连接到两台计算机，并且配置了各种参数。发送端与图5-1相同，接收端与图5-3相同。载波频率被调整到相同的值，干扰较少。接收和发送端程序开始。在接收端可以清楚地听到发送端的广播内容。观察接收信号的频谱表明仍然有很大的噪声，但其质量足以保证基本通信。六.遇到的问题及解决方法在配置URSP的过程中，出现了连接故障。经过检查，发现原因是IP地址冲突。重新分配不同的地址后，问题就