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USRP在通信原理教学中的应用

来源:论文联盟  作者: [字体: ]

USRP在通信原理教学中的应用

摘要:采用开源无线电开发包和软件无线电接收机,设计了软件调幅接收机,给出了接收机设计的方法和接收机的工作结果,用于通信原理的教学,取得较好的效果。
  关键词:USRP;通信原理;教学;AM调示;AM接收机
  
  论文联盟www.LWlm.coM  
  以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托通过软件编程来实现无线电台的各种功能,是软件无线电的目标。采用软件编程的方法实现不同功能的通信电路,是目前软件无线电发展的一个趋势。超大规模集成电路的发展为软件无线电的实现奠定了基础,目前已有多种软件无线电平台,可以在个人电脑使用。
  1.USRP简介
  Gnuradio是一个学习、构建和部署软件无线电系统的免费软件工具包。自2001年开始,Gnuradio已经成为开源项目。USRP是软件无线电通用外设的缩写。Gnuradio 项目创造了通用软件无线电外设(USRP和USRP2)。其设计旨在使普通计算机能像高带宽的软件无线电设备一样工作。从本质上讲,USRP完成线电通讯系统中的数字基带和中频处理部分。USRP的基本设计理念是在主机CPU上完成所有波形相关的处理,例如调制和解调。所有诸如数字上下变频、抽样和内插等高速通用操作都在USRP中的FPGA芯片中完成。灵活的硬件、开源的软件和拥有经验丰富用户社区群的强强联合,使它成为您软件无线电开发的理想外设。
  2.AM调制的演示
  幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度,使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调制器的一般模型如图1所示。
  
  m(t)为调制信号,Sm(t)为已调信号,cosωct为滤波器的冲激响应,则已调信号的时域和频域一般表达式分别为
  
  式中,M为调制信号m(t)的频谱,H(ω)h(t),ωc为载波角频率。
  由以上表达式可见,对于幅度调制信号,在波形上,它的幅度随基带信号规律而变化;在频谱结构上,它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的,因此幅度调制通常又称为线性调制,相应地,幅度调制系统也称为线性调制系统。
  在图1的一般模型中,适当选择滤波器的特性H(ω),便可得到各种幅度调制信号,例如:常规双边带调幅(AM)、抑制载波双边带调幅(DSB-SC)、单边带调制(SSB)和残留边带调制(VSB)信号等。
  若假设滤波器为全通网络(H(ω)=1),调制信号m(t)叠加直流Ao后再与载波相乘,则输出的信号就是常规双边带调幅(AM)信号。AM调制器模型如图2所示。
  
  
  式中,Ao为外加的直流分量;m(t)可以是确知信号也可以是随机信号,但通常认为其平均值为0,即m(t)=0。
  AM信号波形的包络与输入基带信号m(t)成正比,故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真,必须满足Ao≥|m(t)|mΔx,否则将出现过调幅现象而带来失真。

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