【调制解调收音机的设计与测试案例7700字】

调制解调收音机的设计与测试案例目录 1 1 1 2 第一章基于USRP的信号调制解调收音系统的设计与实现第一节调制解调收音系统的基础架构一、硬件开发环境本设计采用的硬件是USRPN210.USRP(UniversalSoftwareRadioPeripheral,通用软件无线电外设)是由美国虚拟仪器的龙头美国国家仪器公司(NationalInstruments,NI)开发的。这是一种可以软件配置的设频硬件设备，可以应用于无线电通信行业。USRP是根据软件无线电这一概念设计的，所以USRP具有很这是因为USRP拥有灵活的上变频和下变频转换器，并拥有与之相配的高速A/D号都是经过USRP内部的下变频设备以及数模转换器下变换后成为了复数I/Q信收或是发送的射频信号带宽高达50MHZ,拥有一个千兆级的以太网接口，可以跟pc端通过网线达成互联，由pc端软件编程处理或生成信号，实现软件无线电平台。USRPN210硬件外观如图3.1所示：电概念开发的一款图形化编程程序，使用的是图形化编程语言(G语言),该软件是目前使用最广泛、功能最强大的图形化开发软件。与常规的编程语言不同，端，整体程序逻辑、框架都是在程序框图中设计的。LabView有专门开发USRP第二节系统设计流程及内容AM信号调制与解调模块需要实现基带信号和载波信号的幅度控制、频率控制，直流偏置的大小控制，以及能够显示基带信号波形图、调制信号波形图和解调后信号的波形图，实现AM调制功能和解调功能。FM信号调制与解调模块需要实现FM调制功能和解调功能，要能够控制基带信号和载波信号的频率，能够控制载波幅度和调频灵敏度，能够显示基带信号波形图、调制信号波形图和解调后信号的波形图。FM收音模块需要实现与USRPN210建立连接，能够通过USRPN210接收到FM调频广播信号并进行解调，能够在PC端播放广播内容，能够跳转广播频道，收听到大部分广播电台。上传音频模块需要实现将电脑本地音频文件进行FM调制，再通过USRPN210将调制后信号发送出去，需要能够控制载波频率，显示波形。AM信号调制与解调模块、FM信号调制与解调模块、FM收音模块、上传音频模块这四个模块需要能够互相跳转。本设计主要拥有以下几个页面：用户登录界面、功能选择界面、AM信号调制与解调页面、FM信号调制与解调页面、FM收音机页面、上传音频页面。总体运行框架如下图所示：图3.2系统运行框架图运行流程如下：用户首先从登录页面进行用户登录，随后跳转到功能选择界面，选择要使用的功能，接下来页面跳转到所需功能界面，四个功能页面可以互相跳转。登录模块的前面板如图3.3所示。就如同正常的登录页面，有用户名输入框、密码输入框、登录按钮、退出程序按钮以及登录按钮下的加载进度条显示。当输入正确的用户名和密码后，按下登录按钮，会出现欢迎登录的弹窗，点击确认后，加载进度条会显示加载情况，加载完成后将会跳转到功能选择界面。弹窗如图3.4所示。中国浒径收术大孝44图3.3登录模块前面板基于基于USRP的信号调制解调收音系统用户名欢迎登录Loading..40%×图3.4欢迎登录弹窗本模块的程序框图主要分为两个部分，第一个部分是对用户名及密码的输入和判断部分，第二个部分是登录过程和打开下一模块部分。第一部分程序框图如图3.5所示。图中的退出、登录、用户名、密码这些按钮、输入控件都是和前面板的控件——对应的，在前面板中输入数据或者按下按钮都会直接反馈到这个程序框图中。由程序框图可以看到，我后台设置了正确的用户名和密码，当前面板输入的用户名和密码都等于正确值，再按下登录按钮触发程序流程后，右边判断窗口就会显示判断为真的弹窗，若用户名或密码错误，就会触发右边判断窗□判块的操作。本V-真o和回1真图3.5用户身份识别框图假假用户名或密码错误请重新输入真图3.7退出程序框图不再赘述了。….素引数组w滑动杆调用节点0所分路径创建路径5图3.8模块跳转程序框图功能选择的前面板如图3.9所示。这个界面比较简单，只有四个功能模块的图3.9功能选择前面板AM调制与解调模块的前面板如图3.10所示。10000100002oo30004000显部分程序框图如图3.11所示：正弦2错误输入(无错x图3.11AM调制解调程序框图本次设计中，基带信号都采用的正弦波。在前面板输入好基带信号和载波信号的频率及幅值后，仿真信号这个控件接收到参数后就会生成相应的信号。基带信号产生后就会传入示波器中进行显示，并会传入到接下来的加法器中和直流偏移量进行相加，相加后的信号会传入到乘法器中和仿真信号2控件发出的载波信号相乘得到AM调制信号(相关原理在第二章讲述完毕),已调信号传入示波器中进行显示。本模块AM解调方法采用的是相干解调。AM调制信号生成后就会传入乘法器和相干载波相乘，得到的信号会传入一个低通滤波器中，将信号中高频载波部分过滤掉，就会得到一个和基带信号基本一致的解调后信号，在对该信号进行数学计算，将幅度也调整为基带信号的幅度，最后将得到的信号传入示波器中进行显示，并进行傅里叶变换，将时域信号转化为频域信号，在示波器中显示解调后信号的功率谱。FM调制与解调模块的前面板如图3.12所示。1odoo'zodoo'3odoo⁴oooo's0.0060.0070.00B0.009正1odoo'zodoo'3odoo⁴oooo's0.0060.0070.00B0.009正0.0080.0090.001.do20.00300.0010.0020.00.0060.0070.doB0.009都是分为了三个部分，第一部分是FM信号调制部分，第二部分是FM信号解调这两部分都被写入了子VI中，主体框架中只显示基本的输入、输出、波形生成与输出等。主体程序框图如图3.13所示：盈路传入FM调制的子VI中，而载波信号的相关参数直接传入FM调制子VI。FM调制子VI程序框图如图3.14所示：积分(Sum[Xdt)仿真信号3仿真信号2本设计FM解调使用的方法是包络检波。由于FM调制并没有改变载波的幅波了。FM解调程序框图如图3.15所示。mm5deltaf2FM调制信号生成后，传入解调子VI。在解调子VI中，已调信号先传入到六、关键控件介绍图3.17中所有控件都是和USRP建立0n区网话，需要在接收USRP射频信号时使用，在使用前要先输入USRP的IP地址。收会话Rx一同使用。其作用是配置要接收或是发送信号的信息。该控件能够设置信号的I/Q采样速率、载波频率、增益和此次在USRP上所使用的天线。niUSRPInitiate控件的作用是确认配置结束，启用接收会话，打开USRP捕获数据的功能，该控件只能和接收会话Rx一起使用。niUSRPWriteTxData控件的作用是向USRP发送射频信号，发送的射频信号加载到niUSRPConfigureSignal控件所配置的载波上，再传输给USRP,最后由USRP发送出去。该控件只能和传输会话Tx一同使用。niUSRPFetchRxData控件的作用是接收通过USRP捕获的信号，这个数据能够进行数字化分析或者在时域图中表示出来，该控件只能和接收会话Rx一同niUSRPAbort控件的作用是给USRP传递停止接收信号的指令，该控件只能和接收会话Rx一同使用。niUSRPCloseSession控件的作用是关闭正在运行Tx或Rx会话，运行了这个控件后，就不能再利用USRP来接收或发送信号了。该控件能够和传输会话Tx或者接收会话Rx一同使用。图3.17中的控件是连接声卡输出音频的控件。图3.17声音输出控件从左到右依次是声音信息配置控件、音量控件、启动声音输出控件、写入声音输出控件、声音输出等待控件、输出声音清零控件、停止声音输出控件。这几个控件能够配置声卡信息，声音信息，将需要输出的声音通过声卡输出。图3.18中的控件都是从PC端读取音频信息的控件。图3.18读取音频文件控件这四个控件分别是读取声音文件信息控件、打开声音文件控件、读取声音文件控件、关闭声音文件控件。这四个能够打开指定的声音文件并读取其中内容，将音频信号转化为数字或模拟信号进行处理，最终关闭声音文件。这类控件将在音频上传模块被使用。七、FM收音模块设计FM收音模块前面板设计如图3.19所示。-时间口futurereleases.Readfr0座中000图3.19FM收音前面板在前面板中可以通过输入控件配置USRP的IP地址，设置USRP接收信号的频段、采样速率、增益大小、接收到的波形长度，设置USRP用于设置音量大小，选择是否滤波，滤波的地截止频率等等。可以通过5个按钮选择跳转到其他模块或是结束程序。右边四个示波器分别显示了接收到的信号波形图、经过滤波后的波形图、解调后输出的声音信号波形图、以及解调后信号的功率谱。本模块的程序框图主要分为四个部分，第一部分是连接USRP接收信号部分，第二部分是对接收到的信号进行解调滤波处理部分，第三部分是对处理好的信号输出到声卡部分，第四部分是模块跳转部分。图3.20是声音配置的程序框图。回口图3.20声音信息配置图3.21是USRP参数和接收信号参数配置程序框图。0hLED四图3.21USRP相关信息配置框图其中载波频率就是接收FM广播的频道。后续信号处理及输出程序框图如图3.22所示：五四[通f2⑤隐困.5..图3.22接收信号处理输出框图I/Q信号，所以本模块解调方式使用了I/Q正交解调。将分离出来的I、Q信号分别传入滤波器中，先将高频噪声过滤一遍，随后将过滤后的信号传入示波器中显示，在将两路过滤后信号传入正交解调的子VI中。正交解调的程序框图如图3.23所示。Q操÷图3.23FM正交解调程序框图根据第二章推带出来的公式，将I、Q信号分别求导和平方，再经过数学变换得到解调后的信号。为防止解调后噪声信号过多，将解调后信号再传入滤波器中过滤一遍，随后传入波形生成控件中生成模拟信号，最后输出至示波器、声音输出控件和频谱转换控件中，生成波形图、声音信息和功率谱。音频上传模块的前面板如图3.24所示：土四0图3.24音频上传模块前面板本模块前面板可以配置USRP的相关参数，可以选择功能模块或退出程序。示波器中能够显示本地音频的数据波形。本模块的程序框图主要分为两个部分，第一部分为本地音频信号处理及发送部分，另一部分为模块跳转部分。音频信号处理发送程序框图如图3.25所示：E回国田圈咽图3.25本地音频信号处理及发送框图先由USRP相关控件使PC端和USRP建立连接，通过文件选择控件选择上传音频的所在路径，通过声音处理控件将音频数据采样出来，再将其传入LabView自带的FM调制控件中进行FM调制，最后将已调信号传输给USRP进行发送，实现本地音频上传至FM广播频道。第二章系统功能及性能测试基带频率确定0.0010.0020.003AM信号0.0010.0020.003制状态波形图如图4.2、图4.3、图4.4所示：正弦AM信号正弦图4.2正常调幅波形图00.0010.0020.0030.0040.0070.0080.0090图4.3满调幅波形图0.0010.0020.0030.0040.005图4.4过调幅波形图经过对比，解调后信号和原基带信号基本一致，并且由于使用的解调方法使相干解调，解调信号基本不会出现失真情况，解调效果非常好。对错误输入的数据进行测试，比如将基带信号频率设置的比载波信号频率高，这样得出的结果也是错误的。错误数据AM调制波形图如图4.5所示，错误数据解调波形图如图4.6所示：0.0010.0020.0030.0图4.5错误数据AM0.0010.0020.0030.0040.0050图4.6错误数据AM解调波形图输入正确参数后，运行FM调制与解调模块后前面板如图4.7所示：iodozodo₀iodozodo₀30ooo40oooso收0.0020.0030.004图4.7运行FM模块后前面板可以看到，基带信号、载波信号和已调信号都能够正常显示，并且通过显示的波形可以看出FM正常调制和解调成功实现。但是由于采用的解调方式是包络检波，解调出来的信号波形和原基带信号相比，略有失真的地方。当载波频率远大于基带信号频率且调频灵敏度比较小时，会出现解调轻微失真的情况。解调信号失真图如图4.8所示：解调后信号0.0010.0020.0030.00.0060.0070.00B图4.8FM解调失真波形图当设置的基带信号频率比载波信号频率高时，基带信号对载波信号基本没有影响，显示的解调波形是错误的。错误波形图如图4.9所示：正区解调后信号图4.9FM解调错误波形图连接上USRP的网线，将本地IP设为192.168.10.1,和USRP建立连接，在前面板输入正确的正确的参数后，运行时前面板如图4.10所示：会30会3042-经过测试，I/Q采样设置在500kS/sec左右最佳，若I/Q采样速率高了