資源描述：
《基于軟件無線電平臺的通信實驗教學》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、基于軟件無線電平臺的通信實驗教學（太原理工大學信息工程學院實驗中心，山西太原030024）摘要：基于軟件無線電平臺的通信實驗教學“新模式”，采用軟硬件相結合，緊跟通信新技術發(fā)展趨勢，有助于實驗體系化、建立快速原型系統(tǒng)，并且也有利于在扎實掌握通信基木原理的原型設計基礎上，進一步提高學牛的創(chuàng)新能力，實現通信功能的靈活、實時配置以及跨專業(yè)跨平臺的合作。因此，將該技術引入通信課程的實驗教學，定能實現通信教學水平的跨越式發(fā)展。關鍵詞：通信與信息處理；軟件無線電；原型設計刖S在虛擬儀器系統(tǒng)中，軟件成為整個儀器系統(tǒng)的
2、關鍵，使用者可以通過修改軟件的方法，方便地改變、增加儀器系統(tǒng)的參數和功能，所以有“軟件即儀辭”之說?！巴ㄐ旁怼迸涮椎慕虒W實驗內容中，比較注重通信系統(tǒng)原型設計，而非實際電路設計與制作。因此，鑒于當今的工程實際和課程木身的要求，將軟件無線電技術應用于“通信原理”實驗教學將是非常適合的。這樣可以加深學生對通信理論的理解，方便實現原型設計向實際應用的過渡，提高學牛的創(chuàng)新與工程實踐能力，同時也為課程的未來發(fā)展提供廣闊的空間。美國斯坦福大學的軟件無線電平臺的通信實驗課程中，學牛給出了高度評價，被評為有史以來最受歡
3、迎的工程類課程。1軟件無線電教學平臺軟件無線電技術是以現代通信理論為基礎，以數字信號處理為核心，以微電子技術為支撐，突破了傳統(tǒng)的無線電臺以功能單一、可擴展性差的硬件為核心的設計局限性，強調以可編程的硬件作為通用平臺，盡量地用可升級、可重配置的軟件來實現各種無線電功能的設計新思路。其重要價值在于硬件無線電通信設備只是作為無線通信的基木平臺，而且這個平臺越簡單越好，許多的通信功能則是由軟件來實現，打破了有史以來設備的通信功能的實現僅僅依賴于便件發(fā)展的格局。它的基本思想就是使寬帶模數變換器（A/D）及數模變換
4、器（D/A）盡可能地靠近射頻天線，建立一個具有“A/D?DSP?D/A”模型的通用的、開放的硬件平臺，在這個硬件平臺上盡量利用軟件技術來實現電臺的各種功能模塊。隨著軟件無線電技術在工程實踐中的應用越來越廣泛，多家公司相繼推出了基于軟件無線電的開發(fā)平臺和設備。我們選用了虛擬儀器行業(yè)龍頭美國國家儀器公司（NationalInstruments）專為通信教學所開發(fā)的軟件無線電教學平臺，它是基于LabVIEW圖形化設計語言和專為射頻通信物理層教學定制的通用軟件無線電外設（USRP）硬件設備。USRP硬件設備帶有
5、靈活的射頻上轉換器和下轉換器，與高速的數模和模數轉換器相匹配，用作射頻信號的收發(fā)。它作為發(fā)射器時可以接收主機的信號波形，采樣率高達25M采樣點每秒，將信號上變換到射頻然后送到放大器發(fā)射到空中，USRP接收器則將載頻下變換到復IQ基帶信號，采樣率為100MB/S,再進一步下變換到用戶指定的速率，然后送到主機進行處理。圖形化編程語言LabVIEW設計方采用基于數據流的自然思維方式，也支持文本語言代碼調用，還支持連接各種硬件。使用LabVIEW將軟件仿真的通信系統(tǒng)無縫地融合到如NIUSRP等通用無線硬件平臺上
6、，構建“真實”的通信系統(tǒng)。這種無線通信平臺推動建立了軟件無線電概念，不必過多考慮模擬前端和和射頻電路設計問題就能夠接觸到實際的無線系統(tǒng)工程，從而更專注于通信原理算法的物理層設計和系統(tǒng)鏈路實現。2采用軟件無線電平臺的通信實驗教學經過將近2個學期的不斷探索嘗試，我們將圖像化設計語言LabVIEW和USRP軟件無線電教學平臺引入到了通信原理實驗教學中。經過調研由于種種原因，在國內還沒有規(guī)模化利用該模式開展“通信原理”的實驗教學。我們結合通信原理理論教學的大綱要求，借鑒了美國斯坦福大學和德克薩斯大學奧斯汀分校的
7、實驗教材和技術資料，編寫了新的實驗教程，力爭追蹤通信領域的技術前沿。希望通過該平臺讓學生更好地進行通信原理基本算法的原型設計以及系統(tǒng)級仿真驗證，并且結合創(chuàng)新拓展項目，綜合培養(yǎng)學生的實踐能力和進一步激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。根據通信原理教學大綱要求，在基本模塊和系統(tǒng)設計實驗部分中，模擬/數字調制解調(FM/AM/ASK/FSK/PSK/QAM等)，同步信號提取，脈沖整形和匹配濾波，高斯白噪聲信道，多徑信道估計和均衡技術以及信道編解碼等模塊是建立通信系統(tǒng)的關鍵，對深入理解和掌握通信原理基本理論是必須的，依據課程進
8、度，各個模塊的設計是循序漸進的，以數字通信鏈路為例，從信源和信道模型設計開始，過渡到調制和解調、脈沖整形及匹配濾波以及最佳接收模塊，然后到同步模塊設計，信道估計和吋域均衡及至信道編解碼，如圖1所示，可見。有些模塊的驗證要待后續(xù)模塊設計好后才能進行，這樣不利于前期模塊的評估，我們釆用了先將整個仿真系統(tǒng)提供給學生，各個模塊對學生來說是透明的，只能看到端口連線而無法看到內部邏輯，將學生設計的模塊逐步替代其中的透明模塊，這樣可以在單個模塊設計完成后
