第十讲软件无线电性能测试

1、第十讲第十讲软件无线电性能测试软件无线电性能测试崔琳莉崔琳莉主要内容主要内容n影响无线信道性能的主要因素影响无线信道性能的主要因素n信道编码的基本原理信道编码的基本原理 n软件无线电性能测试实验软件无线电性能测试实验n高斯白噪声信道实验高斯白噪声信道实验n频率偏移信道性能实验频率偏移信道性能实验n无线多径信道性能实验无线多径信道性能实验n无线衰落信道性能实验无线衰落信道性能实验n相位噪声信道性能实验相位噪声信道性能实验n信道编码实验信道编码实验无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验n项目需用仪器设备：项目需用仪器设备：计算机、基带信号发生器、软件无线电实验箱、计算机、基带信号发生器、软件无线

2、电实验箱、示波器、示波器、5 5V V电源电源 n所需主要元器件及耗材：所需主要元器件及耗材： 连接线、网线连接线、网线实验原理实验原理1、影响无线信道性能的主要因素、影响无线信道性能的主要因素 n影响无线信道性能的因素有很多，本实验分别从影响无线信道性能的因素有很多，本实验分别从高斯白噪声、频率偏移、多径传播、多经衰落以高斯白噪声、频率偏移、多径传播、多经衰落以及相位噪声等方面来理解这些因素对无线信道性及相位噪声等方面来理解这些因素对无线信道性能的影响能的影响。 1 1、影响无线信道性能的主要因素、影响无线信道性能的主要因素1 1）高斯白噪声）高斯白噪声 n加性高斯白噪声（加性高斯白噪声（A

3、WGNAWGN）从统计上而言是随机无从统计上而言是随机无线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。宽的频带范围内。 n高斯白噪声中的高斯是指概率分布是正态函数，高斯白噪声中的高斯是指概率分布是正态函数，而白噪声是指它的二阶矩不相关，一阶矩为常数，而白噪声是指它的二阶矩不相关，一阶矩为常数，是指先后信号在时间上的相关性。是指先后信号在时间上的相关性。 1 1、影响无线信道性能的主要因素、影响无线信道性能的主要因素1 1）高斯白噪声）高斯白噪声 n加性噪声是叠加在传输信号上的噪声。起伏噪声加性噪声是叠加在传输信号上的噪声。起伏噪声是加性噪声

4、的典型代表，主要包括热噪声、散弹是加性噪声的典型代表，主要包括热噪声、散弹噪声和宇宙噪声，它们均是高斯白噪声。信道中噪声和宇宙噪声，它们均是高斯白噪声。信道中的加性噪声经过接收端带通滤波器的滤波后，成的加性噪声经过接收端带通滤波器的滤波后，成为加性高斯窄带噪声。为加性高斯窄带噪声。 n加性高斯白噪声会改变接收信号的幅度和相位的加性高斯白噪声会改变接收信号的幅度和相位的数值，从而对解调积分器的输出产生影响，导致数值，从而对解调积分器的输出产生影响，导致解调发生错误形成误码。解调发生错误形成误码。1 1、影响无线信道性能的主要因素、影响无线信道性能的主要因素2 2）频率偏移）频率偏移 n频率偏移是

5、指调频波的瞬时频率对于载波频率的频率偏移是指调频波的瞬时频率对于载波频率的最大偏离量。主要由本地振荡器的频率偏移导致，最大偏离量。主要由本地振荡器的频率偏移导致，在发射端的上混频和接收端的下变频在合成本地在发射端的上混频和接收端的下变频在合成本地振荡频率时都会产生偏移，从而形成相对载波频振荡频率时都会产生偏移，从而形成相对载波频率的偏移。率的偏移。 n频率偏移会导致接收信号的相位发生变化，对相频率偏移会导致接收信号的相位发生变化，对相位调制发生的信号，例如位调制发生的信号，例如PSKPSK调制会产生比较严重调制会产生比较严重的影响。如果进行相干解调，必须估计并补偿频的影响。如果进行相干解调，必

6、须估计并补偿频率偏移。率偏移。 1 1、影响无线信道性能的主要因素、影响无线信道性能的主要因素3 3）多径传播）多径传播 n多径传播是指同一个传输信号沿两个或者多个路多径传播是指同一个传输信号沿两个或者多个路径传播，形成多个相同信号的模版，以微小的时径传播，形成多个相同信号的模版，以微小的时间差到达接收机的信号相互干涉所引起的，这些间差到达接收机的信号相互干涉所引起的，这些波又成为多径波。波又成为多径波。n这些多径波携带了相同的信息，但是到达接收天这些多径波携带了相同的信息，但是到达接收天线的时间不同、携带的信号能量不同、载波的相线的时间不同、携带的信号能量不同、载波的相位也发生了变化。位也发

7、生了变化。 1 1、影响无线信道性能的主要因素、影响无线信道性能的主要因素4 4）多经衰落）多经衰落 n多径衰落是指接收机天线将接收的多径信号合成多径衰落是指接收机天线将接收的多径信号合成一个幅度和相位都剧烈变化的信号，其变化程度一个幅度和相位都剧烈变化的信号，其变化程度取决于多径波的强度、相对传播时间，以及传播取决于多径波的强度、相对传播时间，以及传播信号的带宽。信号的带宽。 1 1、影响无线信道性能的主要因素、影响无线信道性能的主要因素4 4）多经衰落）多经衰落 无线多径衰落信道的主要效应表现为：无线多径衰落信道的主要效应表现为：1）、经过短距或者短时传播后信号强度的急速）、经过短距或者短

8、时传播后信号强度的急速变化；变化；2）、在不同多径信号上，存在着时变的多普勒）、在不同多径信号上，存在着时变的多普勒频移引起的随机频率调制；频移引起的随机频率调制；3 3）、多径传播时延引起的时间扩展）、多径传播时延引起的时间扩展 1 1、影响无线信道性能的主要因素、影响无线信道性能的主要因素5 5）相位噪声）相位噪声 n信号源热噪声信号源热噪声, ,内部损耗电阻热噪声内部损耗电阻热噪声, ,混频器件电混频器件电流散弹噪声及本振相位噪声流散弹噪声及本振相位噪声, ,具体是温度过热关具体是温度过热关系，都是产生相位噪声的原因。系，都是产生相位噪声的原因。n相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的

9、相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/HzdBc/Hz值，其中，值，其中，dBcdBc是以是以dBdB为单位的该频率处为单位的该频率处功率与总功率的比值。功率与总功率的比值。1 1、影响无线信道性能的主要因素、影响无线信道性能的主要因素5 5）相位噪声）相位噪声 n一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处在该频率处1 1HzHz带宽内的信号功率与信号的总功带宽内的信号功率与信号的总功率比值。率比值。 n相位噪声是指单位相位噪声是指单位HzHz的噪声密度与信号总功率之的噪声密度与信号总功率之比比, ,表现为载波相位的随机漂移表现为载

10、波相位的随机漂移, ,是评价频率源是评价频率源( (振荡器振荡器) )频谱纯度的重要指标。频谱纯度的重要指标。 2 2、信道编码的基本原理、信道编码的基本原理 1 1）BCH码码 nBCH码具有多种码比率，可以获得很大的编码增码具有多种码比率，可以获得很大的编码增益，并能够在高速方式下实现，因而益，并能够在高速方式下实现，因而BCH码是最码是最重要的分组码之一。重要的分组码之一。n码长为码长为n=2m-1，其中其中m2，可被纠正的错误数可被纠正的错误数为为t(2m-1)/2。 2 2、信道编码的基本原理、信道编码的基本原理 2 2）Hamming码码 nHamming码是一种纠错码，它及由其衍

11、生的编码码是一种纠错码，它及由其衍生的编码以被用于数字通信系统的差错控制中。以被用于数字通信系统的差错控制中。n二进制码具有如下特征：二进制码具有如下特征：(n,k) = (2m-1,2m-1-m)。其中，其中，k是生成一个是生成一个n位的码字所需的信息位位的码字所需的信息位的数目，的数目，m是一个正整数。检测位的数目是是一个正整数。检测位的数目是n-k=m。 2 2、信道编码的基本原理、信道编码的基本原理 3 3）卷积编码）卷积编码 n卷积码是由连续输入的信息序列得到连续输出的卷积码是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。已编码序列。n这种映射关系使得其译码方法与分组码的译码方这种映

12、射关系使得其译码方法与分组码的译码方法有很大的区别，并且在同样的复杂度下，卷积法有很大的区别，并且在同样的复杂度下，卷积码可以比分组码获得更大的编码增益。码可以比分组码获得更大的编码增益。 3 3、无线信道性能测试系统结构、无线信道性能测试系统结构 n整个测试系统主要包括三部分：整个测试系统主要包括三部分：PCPC机、基机、基带信号发生器以及软件无线电实验平台。带信号发生器以及软件无线电实验平台。 3 3、无线信道性能测试系统结构、无线信道性能测试系统结构 1 1）PCPC机：基带信号发生器用户图形界面机：基带信号发生器用户图形界面（GUIGUI）n根据测试的不同需求，设置所需信号的信号根据测

13、试的不同需求，设置所需信号的信号发生器用户图形界面（发生器用户图形界面（GUIGUI） n在该界面可以选择不同的调制方式、模拟多在该界面可以选择不同的调制方式、模拟多种无线信道环境以及改变发送数据的编码方种无线信道环境以及改变发送数据的编码方式等等。式等等。 3 3、无线信道性能测试系统结构、无线信道性能测试系统结构 基带信号发生器基带信号发生器用户图形界面用户图形界面 3 3、无线信道性能测试系统结构、无线信道性能测试系统结构 2）基带信号发生器）基带信号发生器 （BSG） n基带信号发生器是一款基于包传输格式的信号发生器。基带信号发生器是一款基于包传输格式的信号发生器。n它的主要特点是：能

14、够产生它的主要特点是：能够产生FSK、MPSK、BPSK、DBPSK、MSK、GMSK等多种调制方式的基带发送信等多种调制方式的基带发送信号；号；n并能够模拟多种具体实现产生的系统影响和实际信道并能够模拟多种具体实现产生的系统影响和实际信道影响模型，来构建真实的无线通信网络环境。影响模型，来构建真实的无线通信网络环境。n基带信号发生器基带信号发生器I/QI/Q两路发射信号端口采用的是标准两路发射信号端口采用的是标准BNCBNC接口。接口。 3 3、无线信道性能测试系统结构、无线信道性能测试系统结构 3）软件无线电实验平台软件无线电实验平台n软件无线电实验平台相当于一解调系统，对软件无线电实验平

15、台相当于一解调系统，对上述基带信号发生器产生的信号进行解调上述基带信号发生器产生的信号进行解调n并对接收到的数据帧进行统计分析，得出误并对接收到的数据帧进行统计分析，得出误码率。码率。3 3、无线信道性能测试系统结构、无线信道性能测试系统结构 测试系统工作流程如下：测试系统工作流程如下：nA.A.将将BSG的网口与的网口与PC机的网口通过以太网线连接好。机的网口通过以太网线连接好。 nB.B.将将BSG的的I/Q两路发射信号端与软件无线电解调两路发射信号端与软件无线电解调系统通过所配的屏蔽线连接。系统通过所配的屏蔽线连接。 nC.C.将将GUI安装在安装在PC机上，并运行机上，并运行GUI。

16、nD.D.通过通过BSG GUI对对BSG硬件进行网络设备配置，确硬件进行网络设备配置，确保保BSG硬件能与硬件能与PC机正常通信（具体方法参见机正常通信（具体方法参见基带基带信号发生器用户图形界面（信号发生器用户图形界面（GUIGUI）使用简介使用简介）。）。 3 3、无线信道性能测试系统结构、无线信道性能测试系统结构 测试系统工作流程如下：测试系统工作流程如下：nE.E.根据测试需求，在根据测试需求，在GUI上设置所需测试环境信号上设置所需测试环境信号的参数。的参数。 nF F. .发送信号，发送信号，BSG根据根据GUI上设置的参数产生响应上设置的参数产生响应的的I/Q两路发射信号，两路

17、发射信号， 在在GUI上可以观察到统计的上可以观察到统计的发射数据帧情况以及发射数据帧情况以及PPDU的内容。的内容。 nG.G.在软件无线电解调系统的液晶屏上观察接收到的在软件无线电解调系统的液晶屏上观察接收到的数据帧以及误码率、误包率。数据帧以及误码率、误包率。 实验内容实验内容（1）无线信道性能测试配置无线信道性能测试配置，熟悉基带信，熟悉基带信号发生器及其配套软件的使用；号发生器及其配套软件的使用；（2）无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验，观察不同信，观察不同信道条件下的系统解调误码率，总结高斯道条件下的系统解调误码率，总结高斯白噪声、频率偏移、无线多径信道、无白噪声、频率偏移、

18、无线多径信道、无线衰落信道、相位噪声、以及不同编码线衰落信道、相位噪声、以及不同编码方式对信道调制解调方式的影响。方式对信道调制解调方式的影响。 实验内容实验内容1 无线信道性能测试系统配置无线信道性能测试系统配置n启动软件无线电实验平台基带实验无线信道启动软件无线电实验平台基带实验无线信道实验列表实验列表 ；n将信号发生器接上电源，并开启；将信号发生器接上电源，并开启；n将信号发生器的将信号发生器的I和和Q路端口分别与实验系统底部的路端口分别与实验系统底部的RXI和和RXQ连接；连接； n打开电脑上的基带信号发生器的图标，双击进入软件打开电脑上的基带信号发生器的图标，双击进入软件VBSG_v

19、2.exe。单击。单击VIEW选中里面的选中里面的configurations，将将HOST IP SETTINGS中的中的IP ADDRESS修改为修改为192.168.1.253，并将下面的，并将下面的port number修改为修改为 2000，修，修改完后关闭该对话框。改完后关闭该对话框。 实验内容实验内容1 无线信道性能测试系统配置无线信道性能测试系统配置n点击计算机端信号发生器软件窗口工具栏中的网点击计算机端信号发生器软件窗口工具栏中的网络连接标志络连接标志 ；观察窗口右下端，当显示；观察窗口右下端，当显示“OpenOpen”时表示网络已连接通。时表示网络已连接通。 n当配置好以上

20、步骤后，就可以开始我们的实验了。当配置好以上步骤后，就可以开始我们的实验了。 实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 1）高斯白噪声信道实验）高斯白噪声信道实验 n在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择择“MSK”MSK”，数据长度选择数据长度选择“20”“20”字节，数据产生字节，数据产生模式选择模式选择“Random Data”Random Data”，信道选择信道选择“高斯白噪高斯白噪声声”信道，并输入信噪比信道，并输入信噪比“dB”dB”，发送时间间隔发送时间间隔输入输入“1000”“1000”，数据包传输模式，数据

21、包传输模式“Auto”Auto”，若想若想看一帧一帧的数据传输，可以将数据包传输模式看一帧一帧的数据传输，可以将数据包传输模式设为设为“once”once”。n点击信号发生器软件的发送按钮。点击信号发生器软件的发送按钮。实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 1）高斯白噪声信道实验）高斯白噪声信道实验 n实验平台进入高斯白噪声解调仿真实验，观察解调后的数实验平台进入高斯白噪声解调仿真实验，观察解调后的数据据 。n当想看不同的信噪比下解调性能的变化，先停止数据传输，当想看不同的信噪比下解调性能的变化，先停止数据传输，然后修改信噪比的大小，修改后再点发送，就可以在实验然后修改

22、信噪比的大小，修改后再点发送，就可以在实验平台上观察不同信噪比下解调性能的变化。平台上观察不同信噪比下解调性能的变化。 n填写不同信噪比下的系统解调性能：填写不同信噪比下的系统解调性能： 信噪比（信噪比（dB） 误码率误码率信噪比（信噪比（dB） 误码率误码率 实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 2）频率偏移信道性能实验频率偏移信道性能实验n在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择择“MSK”MSK”，数据长度选择数据长度选择“20”“20”字节，数据产生字节，数据产生模式选择模式选择“Random Data”Random

23、 Data”，信道选择信道选择“频率偏移频率偏移”信道，并输入偏移大小，单位信道，并输入偏移大小，单位ppmppm，发送时间间隔发送时间间隔输入输入“1000”“1000”，数据包传输模式，数据包传输模式“Auto”Auto”，若想若想看一帧一帧的数据传输，可以将数据包传输模式看一帧一帧的数据传输，可以将数据包传输模式设为设为“once”once”。 n点击信号发生器软件的发送按钮。点击信号发生器软件的发送按钮。实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 2）频率偏移信道性能实验）频率偏移信道性能实验n实验平台进入频率偏移信道仿真实验，观察解调后的数实验平台进入频率偏移信道仿

24、真实验，观察解调后的数据据 。 n当想看不同的频率的偏移下解调性能的变化，先停止数据当想看不同的频率的偏移下解调性能的变化，先停止数据传输，然后修改频率偏移的大小，修改后再点发送，就可传输，然后修改频率偏移的大小，修改后再点发送，就可以在实验平台上观察不同频率偏移下解调性能的变化。以在实验平台上观察不同频率偏移下解调性能的变化。 n请填写不同频率偏移下的系统解调性能：请填写不同频率偏移下的系统解调性能： 频率偏移频率偏移（ppm）误码率误码率信噪比信噪比（ppm）误码率误码率 实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 3 3）无线多径信道性能实验）无线多径信道性能实验 n在

25、信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择择“MSK”MSK”，数据长度选择数据长度选择“20”“20”字节，数据产生字节，数据产生模式选择模式选择“Random Data”Random Data”，信道选择信道选择“多径多径”信信道，并输入信道扩展时延，单位道，并输入信道扩展时延，单位“ns”ns”，发送时发送时间间隔输入间间隔输入“1000”“1000”，数据包传输模式，数据包传输模式“Auto”Auto”，若想看一帧一帧的数据传输，可以将数据包传输若想看一帧一帧的数据传输，可以将数据包传输模式设为模式设为“once”once”。 n点击信号发生器

26、软件的发送按钮。点击信号发生器软件的发送按钮。实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 3 3）无线多径信道性能实验）无线多径信道性能实验n实验平台进入无线多经信道仿真实验，观察解调后的数实验平台进入无线多经信道仿真实验，观察解调后的数据据 。 n当想看不同的信道延迟速度下解调性能的变化，先停止数当想看不同的信道延迟速度下解调性能的变化，先停止数据传输，然后修改信道时延的大小，再点发送，就可以在据传输，然后修改信道时延的大小，再点发送，就可以在实验平台上观察不同信道延迟速度下解调性能的变化。实验平台上观察不同信道延迟速度下解调性能的变化。 n请填写不同信道扩展时延下的系统解

27、调性能：请填写不同信道扩展时延下的系统解调性能： 信道时延（信道时延（ns） 误码率误码率信道时延（信道时延（ns） 误码率误码率 实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 4 4）无线衰落信道性能实验）无线衰落信道性能实验 n在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择择“MSK”MSK”，数据长度选择数据长度选择“20”“20”字节，数据产生字节，数据产生模式选择模式选择“Random Data”Random Data”，信道选择信道选择“衰落衰落”信信道，发送时间间隔输入道，发送时间间隔输入“1000”“1000”，数据包传输

28、模，数据包传输模式式“Auto”Auto”，若想看一帧一帧的数据传输，可以若想看一帧一帧的数据传输，可以将数据包传输模式设为将数据包传输模式设为“once”once”。 n点击信号发生器软件的发送按钮。点击信号发生器软件的发送按钮。实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 4 4）无线衰落信道性能实验）无线衰落信道性能实验 n实验平台进入无线衰落信道仿真实验，观察解调实验平台进入无线衰落信道仿真实验，观察解调后的数据后的数据 。 n请填写无线衰落信道下系统解调数据：请填写无线衰落信道下系统解调数据： n误码率：误码率： 实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测

29、试实验 5 5）相位噪声信道性能实验）相位噪声信道性能实验 n在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选在信号发生器软件的参数控制窗口中调制方式选择择“MSK”MSK”，数据长度选择数据长度选择“20”“20”字节，数据产生字节，数据产生模式选择模式选择“Random Data”Random Data”，信道选择信道选择“相位噪声相位噪声”信道，发送时间间隔输入信道，发送时间间隔输入“1000”“1000”，数据包传输，数据包传输模式模式“Auto”Auto”，若想看一帧一帧的数据传输，可若想看一帧一帧的数据传输，可以将数据包传输模式设为以将数据包传输模式设为“once”once”。 n点击信号发生器软件的发送按钮。点击信号发生器软件的发送按钮。实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 5 5）相位噪声信道性能实验）相位噪声信道性能实验 n实验平台进入相位噪声信道仿真实验，观察解调实验平台进入相位噪声信道仿真实验，观察解调后的数据后的数据 。 n请填写相位噪声信道下系统解调数据：请填写相位噪声信道下系统解调数据：n误码率：误码率： 实验内容实验内容2 无线信道性能测试实验无线信道性能测试实验 6