基于LabVIEW和USRP+PXI的实验教学与科研

基于LabVIEW和USRP/PXI实验教学与科研电子信息工程学院北京交通大学1.背景2.理念3.实验4.实施5.展望6.问题目录

CONTENTS1.背景研究型大学要建立"以研究为本"的本科教育

研究型大学拥有大批知名的专家学者、先进的科研设施和研究成果；本科教育是研究型大学可持续发展的基础，改变传统教学“以知识为本”模式为“以研究为本”模式。本科生实验教学是贯彻这一理念有效途径

科研成果进本科实验，科研与教学实验对接，为学生搭建学习研究的平台。软件无线电是无线电工程现代方法

利用NI-USRP给出GSM-R、TETRA测试接收机利用PXI构建信道仿真仪被著名大学stanford、UT、UCSD采用1.背景光通信技术基础无线通信基础交换与通信网技术光纤通信系统(研究性专题)移动通信系统(研究性专题)多媒体通信(研究性专题)信息网络基础(研究性专题)下一代互联网(研究性专题)通信网络安全（研究性专题）无线通信技术课程设计计算机网络课程设计现代交换技术课程设计数字通信技术课程设计数字图象处理技术课程设计通信原理大三上大三下大三小学期通信原理实验通信工程综合实验理论设计实现2.理念模拟通信的调幅、调频；数字通信的采样/量化/信源编码/基带传输/信道编码/调制和解调无线通信的分集/均衡/扩频/OFDM/MIMO实验尽可能的用声音、文本、图像和视频作为检验实验是否完成的手段，体会书本理论知识如何融入真实生活设计成系统型的实验，学生填空完成部分关键模块，体会自己工作在系统中的价值激发学生兴趣，调动学习主动性提高学生成就感，建立个人自信心3.实验1信源编码2信道编码3数字传输4数字调制5解调解码6幅度调制7频率调制通信原理无线通信基础1信道编码2分集技术3均衡技术4扩频通信5OFDM调制解调6MIMO空时编码7同步3.实验1信源编码2信道编码3数字传输4数字调制5解调解码6幅度调制7频率调制通信原理3.实验信源编码：加深对信源编码及相关内容的理解，特别是离散余弦变换、样本量化和Huffman编码。本实验主程序包含8个模块，每一模块完成一项功能。学生只需要实现部分模块：离散余弦变换的程序模块样本量化的程序模块Huffman编码模块3.实验信道编码：领会信道编码的基本思想。此外，通过比较有无信道编码模块的不同系统误码率性能，使学生感受到信道编码技术对于提高系统性能的重要意义。本实验中学生所需完成模块：（7，4）码编码模块（7，4）码译码模块3.实验数字传输：熟悉数字信号传输，包括简单的信道编码和非理想通信信道对信号传输的影响。在本实验中，学生所需做的工作为：设计理想无噪信道下的UART接收机设计一个简单的均衡器来估计信道的影响并且在信号解码前完成对接收信号的均衡。3.实验数字调制：学习数字调制技术，实现USRP到USRP的无线发送。在本实验中，学生所需做的工作为：编写BPSK，QPSK等调制模块实现脉冲成型滤波器（根升余弦）3.实验解调解码：了解解调的相关知识，并实现USRP至USRP链路的无线BPSK接收机。在本实验中，学生所需做的工作为：设计BPSK接收机，包含解调，CRC校验等3.实验幅度调制：探究模拟调制中的幅度调制（AM）方案，实现一个幅度调制的收信机，并正确接收空中的中波广播信号。在本实验中，学生所需做的工作为：构造一个使用任意幅度调制方式的发信机，信源信号分别为单音正弦信号、多音正弦信号、.wav声音文件实现一个幅度调制的收信机，并正确接收空中的中波广播信号。3.实验频率调制：实现一个频率调制的收信机，并正确接收空中的调频广播电台信号。在本实验中，学生所需做的工作为：构造一个使用任意频率调制方式的发信机，信源信号分别为单音正弦信号、多音正弦信号、.wav声音文件实现一个频率调制的收信机，并正确接收空中的调频广播信号。3.实验无线通信基础1信道编码2分集技术3均衡技术4扩频通信5OFDM调制解调6MIMO空时编码7同步3.实验信道编码：领会信道编码的基本思想。此外，通过比较有无信道编码模块的不同系统误码率性能，使学生感受到信道编码技术对于提高系统性能的重要意义。本实验中学生所需完成模块：（2，1，5）码编码模块（2，1，5）码译码模块3.实验分集技术：搭建分集系统，采用MRC/ERC/SEL三种合并技术实现无线接收系统。在本实验中，学生所需做的工作为：设计并实现三种分集合并技术的算法。观察并分析不同分集方式的误比特率曲线。3.实验均衡技术：通过均衡技术减轻或消除无线信道衰落引起的符号间干扰。在本实验中，学生所需做的工作为：采用线性最小二乘算法，实现直接线性均衡器的设计；改变均衡器基本参数值，观察并比较系统的性能。

3.实验扩频通信：实现扩频解扩，研究扩频通信系统的抗衰落、抗干扰性能。在本实验中，学生所需做的工作为：在发端添加扩频模块，并观察扩频前后的频谱变化；在收端相应位置添加解扩模块，并观察误码率；抗干扰性能3.实验OFDM调制解调：实现OFDM调制与解调，完成单抽头均衡，研究各种参数对系统性能的影响。在本实验中，学生所需做的工作为：OFDM调制。OFDM解调。频域均衡。

3.实验MIMO：搭建2X2多天线系统，完成空时编解码，测试系统性能。在本实验中，学生所需做的工作为：完成STBC的编解码程序。实现多天线视频、图片传输。

3.实验同步：符号同步、帧同步，载波同步。在本实验中，学生所需做的工作为：完成符号同步、帧同步，载波同步程序。完成同步性能的测试实现文字传输。

4.实施通信原理：2013-2014秋季：国际班17人，2人1组研究型教学16学时必做两个实验，一个纯软件的，一个是软硬件结合无线通信基础：2013-2014春季：通信工程280人，2人1组4学时6选14.实施教师分析与学生体验：通信原理信源编码通信原理未涉及数字解调涉及帧同步、CRC校验，有一定难度无线通信基础信道编码不涉及硬件，难度小Atthelab,IfinallyusetheUSRPmoduletorealizetheamtransmitterandreceiveronmyPC.WithgreatjoylisteningtothemusicthatIhavesend,Ifeelsoexcited,Iforgertoprintscreentheresult…...原来认识完全是来源于外加，缺乏切身的体会……实验课是很容易敷衍的课程……刚接触这个实验时觉得一头雾水，甚至是觉得力所不能及，但是仔细研究后就发现其实实验的最关键的部分往往却是最基本的知识……而当比较深刻和透彻的理解基础知识后，会突然发现程序的实现也变得简单起来，过于偏重理论和过于偏重实践都是不可取的。同时也让我对这个领域有了更大的兴趣…..5.科研成果—高速列车通信无线信道仿真仿真平台整体结构及用户界面场强衰减仿真图—实验室监测终端实际覆盖电平—高铁现场5.科研成果2013WirelessCommunicationApplicationAwardofGraphicalSystemdesignessaycompetition.Finished7papersbasedonNIplatform,amongwhich3isEIindex.1.MeirongYang,DongpingYao,BoAi,WeihuaZhang,Adoubledifferentialspace-frequencyMIMOprecodingschemeofLTEinhigh-speedrailwayenvironment,20135thIEEEInternationalSymposiumonMicrowave,Antenna,PropagationandEMCTechnologiesforWirelessCommunications(MAPE),p33-7,2013.(EI20140717299073)2.WeihuaZhang,DongpingYao,MeirongYang,ImplementationofLTE-RtransceiverandtheperformancewithWINNERD2achannelmodel,20135thIEEEInternationalSymposiumonMicrowave,Antenna,PropagationandEMCTechnologiesforWirelessCommunications(MAPE