通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、技術(shù)文件完成時(shí)間：2013 年 7 月 16 日設(shè)計(jì)小組： 051 ：( 組長(zhǎng)) 、設(shè)計(jì)小組、交通大學(xué) 電子信息與電氣通信原理實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn) 7信道估計(jì)和均衡班級(jí)學(xué)號(hào)具體負(fù)責(zé)的工作F10030025100109175整體設(shè)計(jì)，具體指揮，實(shí)驗(yàn)仿真與實(shí)踐F10030035100309264實(shí)驗(yàn)仿真，撰寫(xiě)F10030025100309242實(shí)驗(yàn)仿真，撰寫(xiě)摘要：本文主要介紹了信道估計(jì)和均衡中的模塊設(shè)計(jì)，并用 LabView 對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，分析了仿真結(jié)果，回答了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上一些問(wèn)題，以加深對(duì)原理的理解。最后，用 USRP 系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。當(dāng)然，筆者寫(xiě)出了遇到和解決方法。本文試讀

2、對(duì)象為通信行業(yè)，或者本專(zhuān)業(yè)的初學(xué)者。：Channel Equalization, USRPAbstract:This reportroduced the design of Channel equalization, and we use LabView as a platform to simulate it.Theysis and results arehis report. Also, we discussed some questions from the instructor aiming ofunderstanding more about the theory. And then

3、, we discussed the results in USRP system. Of course, wementioned the problem we met and the solution we took. This report fit for the IE spelist and studentswho arehis major.Key words:Channel Equalization，USRP目 錄實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的內(nèi)容2模塊設(shè)計(jì)2LLSE.vi 的設(shè)計(jì)2Toeplitz.vi 的設(shè)計(jì)3direct_equalizer.vi 的設(shè)計(jì)42.2 仿真調(diào)試現(xiàn)象及分析、遇到和

4、解決方法52.3 回答問(wèn)題61)在實(shí)現(xiàn) toeplitz.vi 時(shí)，要求使用給定的 Toeplitz 陣首行和首列元素，把對(duì)應(yīng)Toeplitz 陣生成完整。注意到首行第一個(gè)元素應(yīng)和首列第一個(gè)元素相等。那么，請(qǐng)回答，如果對(duì)你的 VI 輸入的這兩個(gè)元素不相等，會(huì)得到什么樣的結(jié)果？6采用 USRP 的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容9實(shí)驗(yàn)方法9實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果91.參考文獻(xiàn)14附錄 B簡(jiǎn)明：15程序、1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫庑诺拦烙?jì)的基本概念及其工程應(yīng)用價(jià)值；理解信道估計(jì)和信道均衡的基本算法；利用 NIUSRP 和 LabView 數(shù)字通信實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐均衡器的原型設(shè)計(jì)和性能評(píng)測(cè)。、2. 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的內(nèi)容2.1 模塊設(shè)計(jì)圖 2.1 基帶

5、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)模型圖 2.2 實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)模型2.1.1 LLSE.vi 的設(shè)計(jì)表 2.1 關(guān)于LLSE.vi 的描述當(dāng)AA可逆（ A為A的共軛轉(zhuǎn)置陣），最優(yōu)近似解 x = （A* A）-1 A* b此時(shí)，最小誤差平方為e = |Ax b|2 = b* b b* Ax如圖2.3所示的程序框圖則是完成上述兩個(gè)表達(dá)式的計(jì)算。圖 2.3 LLSE.vi 程序框圖、2.1.2 toeplitz.vi 的設(shè)計(jì)表 2.2 關(guān)于 toeplitz.vi 的描述當(dāng)給定了 toeplitz 矩陣的行和列之后就可以確定這個(gè)矩陣。該矩陣的每一行都是上一行向右移位一位之后首位用列中的相應(yīng)元素替換掉。故根據(jù)這個(gè)性質(zhì)

6、來(lái)構(gòu)造圖 2.4 所示，循環(huán)體中則是完成了移位并添加到矩陣中的功能。toeplitz矩陣的程序框圖如圖 2.4 toeplitz.vi 程序框圖、2.1.3 direct_equalizer.vi 的設(shè)計(jì)表 2.3 關(guān)于direct_equalizer.vi 的描述direct_equalizer.vi 可以調(diào)用 toeplitz.vi 和 LLSE.vi 來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡器的功能。首先根據(jù)輸入的訓(xùn)練比特序列能夠得到 LLSE.vi 中使用的 b，將輸入的序列根據(jù)濾波器時(shí)延參數(shù)截?cái)嗪髽?gòu)造出 toeplitz.vi 輸入的行向量和列向量，輸出得到了 LLSE.vi 輸入端的矩陣 A，最后就能夠得到最小

7、二乘近似解。程序框圖如圖 2.5 所示。圖 2.5 direct_equalizer.vi 程序框圖、2.2 仿真調(diào)試現(xiàn)象及分析、遇到和解決方法仿真調(diào)試較為正常，根據(jù)試驗(yàn)輸出，可以得到預(yù)期結(jié)果，基本實(shí)現(xiàn)了程序的功能。對(duì)于 LLSE.vi 如下結(jié)果：圖2.6LLSE.vi 前面板輸入輸出結(jié)果圖對(duì)于 Toplizer.vi 如下結(jié)果：圖 2.7toplizer.vi 前面板輸入輸出結(jié)果圖仿真結(jié)果正常。、2.3 回答問(wèn)題1)在實(shí)現(xiàn) toeplitz.vi 時(shí)，要求使用給定的 Toeplitz 陣首行和首列元素，把對(duì)應(yīng) Toeplitz 陣生成完整。注意到首行第一個(gè)元素應(yīng)和首列第一個(gè)元素相等。那么，請(qǐng)

8、回答，如果對(duì)你的 VI 輸入的這兩個(gè)元素不相等，會(huì)得到什么樣的結(jié)果？結(jié)果如下圖所示圖 2.8 toplizer.vi 前面板輸入輸出結(jié)果圖圖上發(fā)現(xiàn)對(duì)于本程序只是以第一行的第一個(gè)元素為標(biāo)準(zhǔn)，并不把列上的第一個(gè)元素作為考慮，所以對(duì)于程序結(jié)果并不影響。2)用信道特性h0 = 1,h1 = 0.35e j /4 測(cè)試你的信道均衡算法。你可以在模擬器前面板修改均衡器長(zhǎng)度值。請(qǐng)回答，在不加噪聲情況下，如果你把均衡器長(zhǎng)度定為 1，接收星座圖會(huì)發(fā)生什么樣的情況？均衡器長(zhǎng)度逐漸增大時(shí)，如圖 2.9 和圖 2.10 所示，星座圖越來(lái)越緊湊，采樣誤差減小。而當(dāng)均衡器長(zhǎng)度為 1 時(shí)每個(gè)象限內(nèi)出現(xiàn) 4 個(gè)點(diǎn)，且成菱形分

9、布。、圖 2.9接收信號(hào)星座圖(equalizer length=1)Equalizer length=5Equalizer length=6圖 2.10 接收信號(hào)星座圖Equalizer length=83)用同一個(gè)信道，觀察不同均衡器長(zhǎng)度情況下，你的均衡器誤碼率性能歲 SNR 的變化情況。分別對(duì) 1 1 f L + = 和 1 6 f L + = 兩種情況，作圖表現(xiàn) BER 作為 SNR 函數(shù)的狀況。SNR 變化范圍取 0dB 到 14dB，步長(zhǎng) 2dB。使用下列參數(shù)，其余參數(shù)取默認(rèn)值。Modulation type = QPSKPacket length (bits) = 500 Equ

10、alization method = Direct Equalizer length ( 1 f L + ) =1, 6ISI Channel = h0 = 1,h1 = 0.35e j /4使用數(shù)據(jù)導(dǎo)出到文件中，再采用畫(huà)圖得到如下：、圖 2.11 不同均衡器長(zhǎng)度下 BER vs. SNR 曲線當(dāng)均衡器長(zhǎng)度較大時(shí)，誤碼率更低。、3. 采用 USRP 的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1 實(shí)驗(yàn)方法首先載入兩個(gè)子 vi 到 direct_equalizer.vi 中， 再將其放入 equalizer.vi 中替換實(shí)驗(yàn)中的direct_equalizer.vi，再把這修改好的 receiver.vi 載入到 top_r

11、x.vi 中，其他參數(shù)不變。接入 USRP，修改參數(shù)，分別按照窄帶和寬帶兩個(gè)參數(shù)設(shè)置。窄帶參數(shù)設(shè)置如下：Packet length = 500 bitsTX sle rate = 20 MS/secTX oversle factor = 200RX sle rate = 2 MS/secRX oversle factor = 20Equalizer length = 1 Capture time = 3.5 msec其余未列出的參數(shù)取默認(rèn)值。接著，為觀察無(wú)線信道對(duì) QAM 接收星座圖的影響，然后對(duì)receiver.vi 框圖進(jìn)行一些改變和重新連線。把為“recovered symbols”的連

12、線連到 synchronize.vi的輸出，而不是 strip_control.vi。這將讓你能觀察到均衡器前端的信號(hào)星座圖。注意由于這一改變其實(shí)旁路了 strip_control.vi，它將繪出整個(gè)接收序列造成的星座圖，也就是說(shuō)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和數(shù)組末尾任何附加的符號(hào)或 0 都包含在內(nèi)。寬帶信道參數(shù)設(shè)置如下：Packet length = 500 bitsTX sle rate = 4 MS/secTX oversle factor = 4RX sle rate = 2 MS/secRX oversle factor = 2Channel estimaength = 6Equalizer lengt

13、h = 6Capture time = 80 sec3.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果這部分只展示了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象截圖，相關(guān)部分的現(xiàn)象描述將在 3.3 部分的回答問(wèn)題部分給出。、圖 2.12 寬帶信道使能均衡器的功率時(shí)延圖圖 2.13 寬帶信道使能均衡器的星座圖、圖 2.14 寬帶信道未使能均衡器的功率時(shí)延圖圖 2.15 寬帶信道未使能均衡器的星座圖、圖 2.16 窄帶信道未使能均衡器的星座圖圖 2.17 窄帶信道使能均衡器的星座圖3.3 回答實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)問(wèn)題、1.中窄帶信道的符號(hào)寬度是多少？答：窄帶信道的符號(hào)寬度 = 1/ symbol rate = 10 us中寬帶信道的符號(hào)寬度是多少？答：寬帶信道的符號(hào)寬

14、度 =1/ symbol rate = 1 us假設(shè)連續(xù)時(shí)間信道 h () 在 0,2.5sec)區(qū)間取非零值，那么窄帶和寬帶兩種情形下，對(duì)應(yīng)的離散時(shí)間信道 h n 分別應(yīng)有多少個(gè)非零抽頭？換言之，如果 T nb 和 Twb 分別為窄帶和寬帶系統(tǒng)的符號(hào)寬度，求兩種情形下集合2.3.答：區(qū)間長(zhǎng)度 delta = 2.5 us。窄帶信道 1 個(gè)抽頭，寬帶信道 3 個(gè)抽。兩個(gè)系統(tǒng)中哪一個(gè)能更精確地“解得”信道特性 h ()？4.答：寬帶信道的抽頭數(shù)，能夠更加精確地解得信道特性。窄帶部分問(wèn)題：5.你的系統(tǒng)符號(hào)速率是多少？答：系統(tǒng)的符號(hào)速率 = s你系統(tǒng)的通帶帶寬是多少？le rate/ oversle factor = 100KHz6.答：系統(tǒng)的通帶帶寬在 USRP 調(diào)試時(shí)使用了 40MHz基于你的觀察，描述星座圖劣化的情況。為觀察無(wú)線窄帶信道效果，你可能需要 “auto-scale”你星座圖的軸點(diǎn)。答：星座圖劣化情況：幅度減小，相位也發(fā)生了隨機(jī)偏移?！癮uto-scale”使得星座圖的坐標(biāo)軸步長(zhǎng)變小，坐標(biāo)軸顯示的范圍更小，更容易顯示較小的幅度值7.寬帶部分問(wèn)題：8.你的系統(tǒng)符號(hào)速率是多少？答：系統(tǒng)的符號(hào)速率 = s你系統(tǒng)的通帶帶寬是多少？le rate/ oversle factor = 1MHz9.答：系統(tǒng)的通帶帶寬在 USRP 調(diào)試時(shí)使用了 40MHz基于你觀測(cè)的數(shù)據(jù)，作圖描