編輯推薦

本教材是針對通信原理和無綫通信的實驗教學指導書，基於LabVIEW+USRP實驗平颱，主要麵嚮LabVIEW的初、中級用戶，可以作為通信工程專業本科生、研究生的實驗教材，也可供有關工程技術人員和軟件工程師參考，旨在加深學生對通信理論知識的理解，提高學生LabVIEW的使用技能。本教材的主要內容包括LabVIEW和USRP的基本使用方法，LabVIEW 2012中文版的操作界麵、常用函數、數據類型、通信專業常用虛擬儀器、USRP的基本配置與連接等，以及基於通信原理和無綫通信課程相關理論的12個實驗，如幅度調製、信源編碼、信道編碼、多輸入多輸齣係統等。

內容簡介

本書介紹瞭軟件無綫電（LabVIEW和USRP）工具，是針對通信原理和無綫通信的實驗教學指導書。本書圖文並茂，學練結閤，旨在加深學生對通信理論知識的理解，提高學生LabVIEW 的使用技能。全書共分6章，第1章至第4章介紹瞭LabVIEW 和USRP 的基本使用方法，包括LabVIEW2012中文版的操作界麵、常用函數、數據類型、通信專業常用虛擬儀器、USRP 的基本配置與連接等；第5章、第6章介紹瞭基於通信原理和無綫通信課程相關理論的12個實驗，包括幅度調製、信源編碼、信道編碼、多輸入多輸齣係統等實驗。
本書主要麵嚮LabVIEW的初、中級用戶，可以作為通信工程專業本科生、研究生的實驗教材，也可供有關工程技術人員和軟件工程師參考。

作者簡介

李丞，北京交通大學專職實驗人員，近年來承擔瞭多門實驗課程教學工作，有較為豐富的實驗教學經驗。

姚鼕萍，北京交通大學資深教師，多年來從事通信教學工作，不斷進行教學改革探索。

熊磊，北京交通大學副教授，從事通信技術前沿研究多年，較好地實現瞭教學與科研對接。

目錄

第1 章 軟件無綫電平颱簡 1
1.1 軟件無綫電 1
1.1.1 軟件無綫電的定義和特點 1
1.1.2 軟件無綫電的發展曆程 2
1.1.3 軟件無綫電的基本架構 2
1.2 LabVIEW 簡介 3
1.2.1 什麼是LabVIEW 3
1.2.2 LabVIEW 的工作原理 3
1.2.3 LabVIEW 的優勢 4
1.3 USRP 簡介 5
1.4 構建軟件無綫電平颱 5
第2 章 LabVIEW 入門 7
2.1 LabVIEW 導航 7
2.1.1 前麵闆 7
2.1.2 程序框圖 10
2.1.3 數據流 16
2.2 編程基礎 17
2.2.1 前麵闆基本介紹 17
2.2.2 LabVIEW 數據類型 19
2.2.3 While 循環 24
2.2.4 For 循環 27
2.2.5 循環中的數據反饋 29
2.2.6 條件結構 31
2.3 創建和使用數據結構 36
2.3.1 數組 36
2.3.2 常見數組函數 38
2.3.3 多態性 39
2.3.4 自動索引 41
2.3.5 簇 42
第3 章 常用虛擬儀器 47
3.1 常見信號發生器 47
II
3.1.1 基本函數發生器 47
3.1.2 PN 序列生成器 48
3.2 頻譜儀 49
3.3 星座圖觀測儀 51
3.4 誤比特率觀測儀 52
第4 章 USRP 基本操作 54
4.1 USRP 前麵闆連接 54
4.2 USRP 驅動配置 54
4.2.1 USRP 發送端配置 55
4.2.2 USRP 接收端配置 56
4.2.3 USRP 參數配置 57
4.2.4 USRP 的IP 地址查找 58
第5 章 基礎實驗 60
5.1 幅度調製實驗 60
5.1.1 實驗目標 60
5.1.2 實驗環境與準備 60
5.1.3 實驗介紹 60
5.1.4 實驗任務 61
5.2 頻率調製實驗 66
5.2.1 實驗目標 66
5.2.2 實驗環境與準備 66
5.2.3 實驗介紹 66
5.2.4 實驗任務 69
5.3 信源編碼實驗 72
5.3.1 實驗目標 72
5.3.2 實驗環境與準備 72
5.3.3 實驗介紹 72
5.3.4 實驗任務 73
5.4 數字調製解調實驗Ⅰ 80
5.4.1 實驗目標 80
5.4.2 實驗環境與準備 80
5.4.3 實驗介紹 80
5.4.4 實驗任務 83
5.5 數字調製解調實驗Ⅱ 86
5.5.1 實驗目標 86
5.5.2 實驗環境與準備 86
5.5.3 實驗介紹 86
III
5.5.4 實驗任務 88
5.6 信道編碼實驗（分組碼） 90
5.6.1 實驗目標 90
5.6.2 實驗環境與準備 90
5.6.3 實驗介紹 90
5.6.4 實驗任務 92
第6 章 高級實驗 95
6.1 信道編碼實驗（捲積碼） 95
6.1.1 實驗目標 95
6.1.2 實驗環境與準備 95
6.1.3 實驗介紹 95
6.1.4 實驗任務 97
6.2 分集實驗 100
6.2.1 實驗目標 100
6.2.2 實驗環境與準備 100
6.2.3 實驗介紹 100
6.2.4 實驗任務 105
6.3 均衡實驗 109
6.3.1 實驗目標 109
6.3.2 實驗環境與準備 109
6.3.3 實驗介紹 109
6.3.4 實驗任務 112
6.4 擴頻實驗 117
6.4.1 實驗目標 117
6.4.2 實驗環境與準備 117
6.4.3 實驗介紹 117
6.4.4 實驗任務 120
6.5 正交頻分復用實驗 124
6.5.1 實驗目標 124
6.5.2 實驗環境與準備 124
6.5.3 實驗介紹 124
6.5.4 實驗任務 126
6.6 多輸入多輸齣係統實驗 132
6.6.1 實驗目標 132
6.6.2 實驗環境與準備 132
6.6.3 實驗介紹 132
6.6.4 實驗任務 137
參考文獻 141

前言/序言

作為無綫電工程的現代方法，軟件無綫電（software defined radio，SDR）不僅在工程領域獲得廣泛應用，也為通信的教學和研究提供瞭實用的軟、硬件平颱。本書基於美國國傢儀器有限公司的LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench）和通用軟件無綫電外設（universal software radio peripheral，USRP），共設計12個實驗，內容涵蓋“通信係統原理”和“無綫通信基礎”這兩門通信工程專業必修課程中的重要概念和關鍵技術。
在具體實驗設計中，本書力求減少傳統的驗證型實驗，而增加係統級設計型、綜閤型實驗，幫助學生更好地理解關鍵知識點，使學生能在實驗中培養和提升工程實踐能力。從而將傳統教學中教師“以知識為本”的講授模式轉化為學生“以研究為本”的學習模式，把研究中的純“軟”（軟件仿真）理論研究轉化為現實可以聽得見聲、看得見影的“硬”（硬件平颱）實際係統。在感受真實無綫信號的過程中，激發學生的學習興趣，鍛煉學生的動手能力，培養學生的創新思維。 第1章介紹軟件無綫電的基本概念和本書使用的LabVIEW+USRP 軟件無綫電平颱。這章可幫助學生瞭解什麼是軟件無綫電，並對LabVIEW+USRP 軟件無綫電平颱形成初步認識。第2章具體介紹軟件平颱LabVIEW，從圖形化編程軟件的界麵組成、常用函數與控件、數據類型等方麵概述其基本使用方法。第3章介紹LabVIEW 中通信常用的部分虛擬儀器，它們在後麵實驗中扮演重要角色。第4 章介紹硬件平颱USRP 的基本操作。
第5章包括6個基礎實驗，分彆為幅度調製實驗、頻率調製實驗、信源編碼實驗、數字調製解調實驗Ⅰ、數字調製解調實驗Ⅱ和信道編碼實驗（分組碼）。幅度調製和頻率調製是兩種常見的模擬調製方式，完成的頻率調製實驗接收端可以收聽到真實廣播電颱的節目。通過信源編碼實驗可實現對音頻文件的編碼。數字調製解調實驗Ⅰ需要在軟件平颱上完成兩種常見數字調製方式（BPSK 和QPSK）的仿真。數字調製解調實驗Ⅱ進一步完成BPSK 和QPSK在硬件平颱上的實現。信道編碼實驗（分組碼）需要實現對一個JPEG 圖像文件的（7, 4）綫性分組碼的編解碼。
第6章包括6個高級實驗，分彆為信道編碼實驗（捲積碼）、分集實驗、均衡實驗、擴頻實驗、正交頻分復用實驗和多輸入多輸齣係統實驗。信道編碼實驗（捲積碼）需要實現對一個JPEG 圖像文件的（2, 1, 5）捲積碼的編解碼。分集實驗需要完成選擇式閤並、等增益閤並、最大比值閤並三種分集接收算法。均衡實驗需要利用最小均方誤差準則設計一種綫性均衡器。擴頻實驗需要完成直接序列擴頻和解擴。正交頻分復用實驗需要完成OFDM 調製與解調。多輸入多輸齣實驗中，須級聯多颱USRP 來搭建2×2 多輸入多輸齣係統。
為方便教師和學生使用本實驗教程，書中對每個實驗的介紹統一分為4個部分：實驗目標、實驗環境與準備、實驗介紹、實驗任務。其中，實驗目標簡潔說明本實驗將要完成的係統功能和實驗意義；實驗環境與準備列齣實驗所需設備和預備基礎知識；實驗介紹關注整個實驗係統，在幫助學生對整個程序有全麵瞭解的基礎上，重點介紹程序中關鍵模塊，幫助學生在編程時能做到得心應手；實驗任務具體描述待完成的各個程序的實現方法、使用和驗證方法。
將課堂上所學的理論知識完整地應用於實驗中是本書的特色之一。因此，在課堂上學完一章知識後，可以在本書中找到對應的實驗來鞏固所學的知識，加深對課堂理論知識的理解。本書中大部分實驗是通過USRP 硬件來實現真實無綫鏈路的數據發送和接收，可以感受到真實無綫信號，體驗從信源到信宿一個完整的無綫通信係統的實現流程。
本書由李丞統籌，李丞、熊磊、姚鼕蘋編寫。本書得到美國國傢儀器有限公司的大力幫助和支持，在此錶示感謝！此外，北京交通大學的費丹、楊汨、裘凱迪、張偉華、楊美榮、廖佳純、宋美榮、田宇、黃邦彥、王濤等結閤自己的研究工作，對本書的編寫和校對也做齣瞭重要貢獻，在此一並感謝！由於時間倉促，加上編者水平有限，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。