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采用NI的軟件無線電(USRP)平臺，結合LabVIEW調制工具包，實現調頻收音機、遙控車鑰匙的有趣應用。 調頻收音機的實現有兩種方法，一種為反正切方法，一種為FM解調方法。兩種方法都可以接收到指定頻段的廣播。 遙控車鑰匙功能：按下配套的無線車鑰匙某個按鈕，USRP接收到脈沖信號，程序中對其進行解調并且判斷，可以自動識別你按下的是哪個鍵并顯示出來。 軟件安裝： 1、LabVIEW 2011 2、NI-USRP 3、Modulation Toolkit 4.3.2 (更低的版本不可用) 硬件連接： 1、用網線將USRP設備與PC機連接。由于調頻收音機有音頻輸出，所以要求計算機有聲卡，并且有聲音播放器。 2、在控制面板中將PC機的IP設定為192.168.10.1，網關為255.255.255.0 3、連接USRP的電源、天線。 4、在windows的開始菜單中All Programs\\National Instruments\\NI-USRP目錄下面找到NI-USRP Configuration Utility，在Change IP Address 選項卡中應該能夠看到設備(包括Device ID, IP Address, Type/revision)。如果看不到設備，請點擊Find Devices來尋找設備。如果需要，可以選定一個設備并且在右邊New IP Address欄中輸入新IP地址，點擊Change IP Address來修改USRP設備的IP地址。 操作流程 一、基于反正切(Arctangent)方法的調頻收音機 1、該Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。 2、找到Demos中的FM Radio - Arctangent Method文件夾，打開NI USRP FM Demo - ArcTan Method_LV2011.VI，會看到如下圖所示的“基于軟件無線電的調頻收音機”前面板。 3、USRP參數配置：USRP IP地址設為當前設備的IP，“正交采樣率” 設定為某適合的值(例如200k，具體參閱該頻段廣播的說明)，“載波頻率”設定為某個調頻收音機的頻段(例如94.7M，或者101.7M，103.7M)，“有效天線”設定為RX1，“增益”設定為25左右。“采樣數設為20000。 4、聲卡參數配置：“聲卡采樣率”必須設為44100 5、運行VI，能夠聽到調頻收音機接收到的信號聲音(PC機要求帶有聲卡)，可以根據個人喜好調節音量(右下角)。 6、程序框圖解釋。整體程序框圖如下圖所示。包含USRP編程，反正切處理，以及聲卡編程三部分。 USRP編程部分在下圖紅色框出，包括打開USRP接收通道，參數配置，開始采集，連續獲取下變頻后的基帶波形數據，將讀出的波形數據存入右邊框出的基帶IQ移位寄存器中，While循環左邊對移位寄存器初始化。最后停止并關閉USRP，釋放資源。 基帶波形的反正切處理在下圖中間紅色框出，首先將基帶復數波形向極坐標轉化，然后展開相位，對相位求導。求導后的波形存入右邊的移位寄存器，左邊小框中對移位寄存器初始化。 聲卡的編程在下圖紅色框出，包括聲卡參數配置，音量調節，連續向聲卡緩存寫入聲音數據，最后對聲音輸出清零。 二、基于Modulation Toolkit的調頻收音機 1、該Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。 2、找到Demos中的FM Radio - Modulation Toolkit文件夾，打開FM Radio - Modulation Toolkit.vi，可以看到如下圖所示的“基于軟件無線電的調頻收音機”的前面板。 3、聲卡參數配置：“聲卡ID”為0，“采樣率”必須為44100S/s,“通道數”為2，“每采樣比特數”為16。 4、USRP參數配置：“設備IP地址”為當前USRP 2920(或者USRP N210)的IP地址，“正交采樣率” 設定為200kS/s，“載波頻率” 設定為某個FM收音機的頻段(例如94.7M，或者101.7M，103.7M)，“有效天線” 設定為RX1，“增益”設定為25dB左右, “采樣數”為200000。 5、FM解調配置：布爾控件可以選擇是否進行載波修正，“FM偏頻”設為30KHz，“載波偏頻”顯示接收到的載波頻率和估計的載波頻率之間的偏差。 6、運行VI，能夠聽到FM收音機接收到的信號聲音。 7、程序框圖解釋。整體程序框圖如下圖所示。 USRP編程部分在下圖頂部紅色框出，包括USRP接收機打開，參數配置，開始接收，連續讀取下變頻后的基帶波形數據，將讀出的波形數據存入右邊紅框中的基帶IQ移位寄存器中，左邊的小紅框是對移位寄存器的初始化。最后停止并關閉USRP，釋放資源。 下圖中間的大紅框中是對基帶波形的FM解調、重采樣和快速FFT變換。解調后的波形存入右邊小紅框的移位寄存器，左邊小紅框中對移位寄存器初始化。 下圖底部大紅框中是聲卡的編程，包括聲卡參數配置，初始化，連續向聲卡緩存寫入解調后的聲音數據，最后對聲音輸出清零。 三、基于軟件無線電的遙控車鑰匙(Key Fob Decoder – OOK) 1、該Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。 2、找到Demos中的Key Fob Decoder - OOK文件夾。這里有兩個VI，其中keyfob_decoder.vi執行OOK的解調算法，acquire_315mhz_keyfob.vi使用USRP采集315M信號、顯示波形，并調用keyfob_decoder.vi進行解調和判斷，將結果進行顯示。打開acquire_315mhz_keyfob.vi，會看到如下圖所示的前面板。 3、USRP參數配置：“設備名稱”中輸入USRP設備的IP地址，“正交采樣率”為200kHz，“載波頻率”設為315M(與所使用的無線發射器相匹配)，“有效天線”為RX1或者RX2，”增益”設為合適的數值(1或者10)，”刷新時間間隔”推薦為0.25s。 4、運行程序，按下無線發射器的按鈕，在前面板”按下的按鈕”中將顯示所按下的是哪個按鈕。 5、程序框圖解釋。整體程序框圖如下圖所示，包括USRP編程和基帶解調判斷兩部分。 USRP編程部分在下圖中紅線大框中，包括USRP接收機打開，參數配置，開始采集，連續讀取下變頻后的基帶波形數據，將讀出的波形數據存入右邊紅框中的基帶IQ移位寄存器中，左邊的小紅框是對移位寄存器的初始化。最后停止并關閉USRP，釋放資源。 基帶解調和判斷編程在keyfob_decoder.vi的子VI中完成，位于下圖紅色框中。該子VI執行OOK的解調算法，并判斷當前按鍵的位置。 注: 本實驗采用的無線發射器為Digi-Key 提供的315 MHz 無線車鑰匙(Digi-Key P/N: CMD-KEY5-315-ND)，該無線發射器產生一個帶有同步信號、使用PWM調制的OOK信號，一長一短代表0，兩短代表1。) 總結 利用NI提供的軟件無線電USRP平臺及調制工具包，結合LabVIEW強大的圖形化編程和信號運算處理能力，我們可以輕松快捷的實現基于各種通信協議的應用。 |
