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　 信息与通信工程学院专业综合实验结题报告 基于USRP的正弦波的发射与接收 学生姓名学号： 指 导 教 师： 所 属 专 业：通信工程 项目的内容及要求 随着计算机技术的飞速发展,虚拟仪器技术在测试领域中得到广泛应用。与传统仪器不同，虚拟仪器(Virtual Instruments，VI)则是由用户定义功能，它是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。虚拟仪器是应用于通用计算机上的一种软件与硬件的组合，它以通用计算机和配备标准数字接口的测量仪器(GPIB, RS-232, VXI等)为基础，直接利用计算机丰富的硬件（如：微处理器，存储器，显示器）和软件（如：软面板，图形界面，数据处理，信息交换等）资源，将计算机和测量组件等硬件资源与计算机软件资源有机地结合起来，用显示及文件管理等智能化功能，把传统仪器的专业化功能软件化，使之与计算机融为一体，构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新的仪器系统。 频率调制（FM）常用于无线电和电视广播。世界各地的FM调频广播电台 使用从87.5MHz到108MHz为中心频率的信号进行传输，其中每个电台的带宽通常为200kHz。 基于USRP的正弦波的发射与接收系统，实现一个基于LabVIEW和NI-USRP平台的调频发射机和收音机，收音机能正确接收空中的调频广播电台信号。FM发射机打开声音文件，将基带信号进行FM调制，通过USRP的发射天线TX1发射，FM接收机通过RX2天线接收信号，解调并显示接收信号的功率谱。 通过该项目可以直观深入的理解调频收音机的工作原理，感受真实信号。并通过实验内容熟悉图形化编程方式，了解软件LabVIEW和USRP硬件基本模块的使用和调试方法，为后续实验奠定基础。 二、成果概述 基于USRP的正弦波的发射与接收系统实现了调频发射机和接收机的设计。发射机部分有人机交互界面创建登录对话框，登录完成后，可以打开WAV文件，并将基带信号调制到70M-110M载波，通过USRP发射，LABVIEW前面板可以观察基带信号的波形和功率谱；接收机部分NI USRP-2920通过天线接收FM信号，IR Rate 设定为200K，Sound Card的Sample Rate为44100；经模拟下变频后，再使用两个高速模拟/数字转化器和数字下变频后将信号下变频至基带I/Q采样点，采样点通过千兆以太网接口发送至PC，并在LABVIEW前面板显示信号波形和功率谱。 技术方案及实现 频率调制 FM（Frequency Modulation）代表频率调制，常用于无线电和电视广播。世界各地的FM调频广播电台使用从87.5MHz到108MHz为中心频率的信号进行传输，其中每个电台的带宽通常为200kHz。重新温习FM的理论知识，并介绍其基本的实现方法。 通过一个基带信号调节载波的数学过程分为两步。首先，信源信号经过积分得到关于时间的函数，再将该函数当作载波信号的相位，从而实现根据信源信号变化对载波频率进行控制的频率调制过程。FM发射机频率调制的框图如图1所示。 图 1 频率调制示意图 在图1的框图中，将信源信号的积分得到一个相位和时间的方程，即： （1.1） 式中，代表载波频率，代表调制指数，代表信源信号。调制结果是相位的调制，与在时域上载波相位的变化有关。此过程需要一个正交调制器如下图2所示： 图 2 相位调制 NI USRP-2920通过天线接收FM信号，经模拟下变频后，再使用两个高速模拟/数字转化器和数字下变频后将信号下变频至基带I/Q采样点，采样点通过千兆以太网接口发送至PC，并在LabVIEW中进行信号处理。 假设已知调频信号的数学表达式： （1.2） 式中，代表载波幅度，代表调制指数，代表信源信号。由于在软件无线电中，各种调制都是在数字域实现的，所以首先要对式1.2进行数字化。若将调频信号以t为采样间隔离散化，则式1.2中的积分运算应转化为适合用软件处理的数值积分，可采用复化求积法实现FM连续数学表达式的离散化。即把积分区间分成若干子区间，再在每个子区间上用低阶求积。即将积分区间［a，b］分为n等份，分点，，k＝0，1，…，n在每个子区间上引用梯形公式，求和得复化求积公式为： （1.3） 采用复化求积公式后，按三角运算展开后可得到FM的离散数学表达式为： （1.4） 从理论上来说，各种通信信号都可以用正交调制的方法加以实现，如图3所示。 图 3正交调制实现框图 根据图3，可以写出它的时域数学表达式为： （1.5） 下面说明FM_Rx.vi的设计过程，完成后的效果可以收听FM广播电台节目。FM收音机的原理框图如图4