基于软件无线电和LabVIEW的通信实验教程 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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本教材是针对通信原理和无线通信的实验教学指导书，基于LabVIEW+USRP实验平台，主要面向LabVIEW的初、中级用户，可以作为通信工程专业本科生、研究生的实验教材，也可供有关工程技术人员和软件工程师参考，旨在加深学生对通信理论知识的理解，提高学生LabVIEW的使用技能。本教材的主要内容包括LabVIEW和USRP的基本使用方法，LabVIEW 2012中文版的操作界面、常用函数、数据类型、通信专业常用虚拟仪器、USRP的基本配置与连接等，以及基于通信原理和无线通信课程相关理论的12个实验，如幅度调制、信源编码、信道编码、多输入多输出系统等。

内容简介

本书介绍了软件无线电（LabVIEW和USRP）工具，是针对通信原理和无线通信的实验教学指导书。本书图文并茂，学练结合，旨在加深学生对通信理论知识的理解，提高学生LabVIEW 的使用技能。全书共分6章，第1章至第4章介绍了LabVIEW 和USRP 的基本使用方法，包括LabVIEW2012中文版的操作界面、常用函数、数据类型、通信专业常用虚拟仪器、USRP 的基本配置与连接等；第5章、第6章介绍了基于通信原理和无线通信课程相关理论的12个实验，包括幅度调制、信源编码、信道编码、多输入多输出系统等实验。
本书主要面向LabVIEW的初、中级用户，可以作为通信工程专业本科生、研究生的实验教材，也可供有关工程技术人员和软件工程师参考。

作者简介

李丞，北京交通大学专职实验人员，近年来承担了多门实验课程教学工作，有较为丰富的实验教学经验。

姚冬萍，北京交通大学资深教师，多年来从事通信教学工作，不断进行教学改革探索。

熊磊，北京交通大学副教授，从事通信技术前沿研究多年，较好地实现了教学与科研对接。

目录

第1 章 软件无线电平台简 1
1.1 软件无线电 1
1.1.1 软件无线电的定义和特点 1
1.1.2 软件无线电的发展历程 2
1.1.3 软件无线电的基本架构 2
1.2 LabVIEW 简介 3
1.2.1 什么是LabVIEW 3
1.2.2 LabVIEW 的工作原理 3
1.2.3 LabVIEW 的优势 4
1.3 USRP 简介 5
1.4 构建软件无线电平台 5
第2 章 LabVIEW 入门 7
2.1 LabVIEW 导航 7
2.1.1 前面板 7
2.1.2 程序框图 10
2.1.3 数据流 16
2.2 编程基础 17
2.2.1 前面板基本介绍 17
2.2.2 LabVIEW 数据类型 19
2.2.3 While 循环 24
2.2.4 For 循环 27
2.2.5 循环中的数据反馈 29
2.2.6 条件结构 31
2.3 创建和使用数据结构 36
2.3.1 数组 36
2.3.2 常见数组函数 38
2.3.3 多态性 39
2.3.4 自动索引 41
2.3.5 簇 42
第3 章 常用虚拟仪器 47
3.1 常见信号发生器 47
II
3.1.1 基本函数发生器 47
3.1.2 PN 序列生成器 48
3.2 频谱仪 49
3.3 星座图观测仪 51
3.4 误比特率观测仪 52
第4 章 USRP 基本操作 54
4.1 USRP 前面板连接 54
4.2 USRP 驱动配置 54
4.2.1 USRP 发送端配置 55
4.2.2 USRP 接收端配置 56
4.2.3 USRP 参数配置 57
4.2.4 USRP 的IP 地址查找 58
第5 章 基础实验 60
5.1 幅度调制实验 60
5.1.1 实验目标 60
5.1.2 实验环境与准备 60
5.1.3 实验介绍 60
5.1.4 实验任务 61
5.2 频率调制实验 66
5.2.1 实验目标 66
5.2.2 实验环境与准备 66
5.2.3 实验介绍 66
5.2.4 实验任务 69
5.3 信源编码实验 72
5.3.1 实验目标 72
5.3.2 实验环境与准备 72
5.3.3 实验介绍 72
5.3.4 实验任务 73
5.4 数字调制解调实验Ⅰ 80
5.4.1 实验目标 80
5.4.2 实验环境与准备 80
5.4.3 实验介绍 80
5.4.4 实验任务 83
5.5 数字调制解调实验Ⅱ 86
5.5.1 实验目标 86
5.5.2 实验环境与准备 86
5.5.3 实验介绍 86
III
5.5.4 实验任务 88
5.6 信道编码实验（分组码） 90
5.6.1 实验目标 90
5.6.2 实验环境与准备 90
5.6.3 实验介绍 90
5.6.4 实验任务 92
第6 章 高级实验 95
6.1 信道编码实验（卷积码） 95
6.1.1 实验目标 95
6.1.2 实验环境与准备 95
6.1.3 实验介绍 95
6.1.4 实验任务 97
6.2 分集实验 100
6.2.1 实验目标 100
6.2.2 实验环境与准备 100
6.2.3 实验介绍 100
6.2.4 实验任务 105
6.3 均衡实验 109
6.3.1 实验目标 109
6.3.2 实验环境与准备 109
6.3.3 实验介绍 109
6.3.4 实验任务 112
6.4 扩频实验 117
6.4.1 实验目标 117
6.4.2 实验环境与准备 117
6.4.3 实验介绍 117
6.4.4 实验任务 120
6.5 正交频分复用实验 124
6.5.1 实验目标 124
6.5.2 实验环境与准备 124
6.5.3 实验介绍 124
6.5.4 实验任务 126
6.6 多输入多输出系统实验 132
6.6.1 实验目标 132
6.6.2 实验环境与准备 132
6.6.3 实验介绍 132
6.6.4 实验任务 137
参考文献 141

前言/序言

作为无线电工程的现代方法，软件无线电（software defined radio，SDR）不仅在工程领域获得广泛应用，也为通信的教学和研究提供了实用的软、硬件平台。本书基于美国国家仪器有限公司的LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench）和通用软件无线电外设（universal software radio peripheral，USRP），共设计12个实验，内容涵盖“通信系统原理”和“无线通信基础”这两门通信工程专业必修课程中的重要概念和关键技术。
在具体实验设计中，本书力求减少传统的验证型实验，而增加系统级设计型、综合型实验，帮助学生更好地理解关键知识点，使学生能在实验中培养和提升工程实践能力。从而将传统教学中教师“以知识为本”的讲授模式转化为学生“以研究为本”的学习模式，把研究中的纯“软”（软件仿真）理论研究转化为现实可以听得见声、看得见影的“硬”（硬件平台）实际系统。在感受真实无线信号的过程中，激发学生的学习兴趣，锻炼学生的动手能力，培养学生的创新思维。 第1章介绍软件无线电的基本概念和本书使用的LabVIEW+USRP 软件无线电平台。这章可帮助学生了解什么是软件无线电，并对LabVIEW+USRP 软件无线电平台形成初步认识。第2章具体介绍软件平台LabVIEW，从图形化编程软件的界面组成、常用函数与控件、数据类型等方面概述其基本使用方法。第3章介绍LabVIEW 中通信常用的部分虚拟仪器，它们在后面实验中扮演重要角色。第4 章介绍硬件平台USRP 的基本操作。
第5章包括6个基础实验，分别为幅度调制实验、频率调制实验、信源编码实验、数字调制解调实验Ⅰ、数字调制解调实验Ⅱ和信道编码实验（分组码）。幅度调制和频率调制是两种常见的模拟调制方式，完成的频率调制实验接收端可以收听到真实广播电台的节目。通过信源编码实验可实现对音频文件的编码。数字调制解调实验Ⅰ需要在软件平台上完成两种常见数字调制方式（BPSK 和QPSK）的仿真。数字调制解调实验Ⅱ进一步完成BPSK 和QPSK在硬件平台上的实现。信道编码实验（分组码）需要实现对一个JPEG 图像文件的（7, 4）线性分组码的编解码。
第6章包括6个高级实验，分别为信道编码实验（卷积码）、分集实验、均衡实验、扩频实验、正交频分复用实验和多输入多输出系统实验。信道编码实验（卷积码）需要实现对一个JPEG 图像文件的（2, 1, 5）卷积码的编解码。分集实验需要完成选择式合并、等增益合并、最大比值合并三种分集接收算法。均衡实验需要利用最小均方误差准则设计一种线性均衡器。扩频实验需要完成直接序列扩频和解扩。正交频分复用实验需要完成OFDM 调制与解调。多输入多输出实验中，须级联多台USRP 来搭建2×2 多输入多输出系统。
为方便教师和学生使用本实验教程，书中对每个实验的介绍统一分为4个部分：实验目标、实验环境与准备、实验介绍、实验任务。其中，实验目标简洁说明本实验将要完成的系统功能和实验意义；实验环境与准备列出实验所需设备和预备基础知识；实验介绍关注整个实验系统，在帮助学生对整个程序有全面了解的基础上，重点介绍程序中关键模块，帮助学生在编程时能做到得心应手；实验任务具体描述待完成的各个程序的实现方法、使用和验证方法。
将课堂上所学的理论知识完整地应用于实验中是本书的特色之一。因此，在课堂上学完一章知识后，可以在本书中找到对应的实验来巩固所学的知识，加深对课堂理论知识的理解。本书中大部分实验是通过USRP 硬件来实现真实无线链路的数据发送和接收，可以感受到真实无线信号，体验从信源到信宿一个完整的无线通信系统的实现流程。
本书由李丞统筹，李丞、熊磊、姚冬苹编写。本书得到美国国家仪器有限公司的大力帮助和支持，在此表示感谢！此外，北京交通大学的费丹、杨汨、裘凯迪、张伟华、杨美荣、廖佳纯、宋美荣、田宇、黄邦彦、王涛等结合自己的研究工作，对本书的编写和校对也做出了重要贡献，在此一并感谢！由于时间仓促，加上编者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。