USRP-OFDM通信系统实验报告.docx

实验一 利用GNU-Radio和USRP搭建OFDM通信系统 图1，基于GNU-Radio和USRP的OFDM通信系统示意图 1 实验设备 设备清单 设备型号 数量 1 Ettus USRP N210 2 2 SBX-40子板 2 3 VERT2450 2 4 计算机 2 开发环境 操作系统：Ubuntu 14.04 64bit 软件平台：GNU-Radio v3.7.8 UHD release_003_009_001 2 实验目的 理解OFDM信号的调制和解调原理； 熟悉使用GNU-Radio软件并对信号进行处理； 学会使用软件GNU-Radio和硬件USRP来完成点对点设备的通信。 3 实验内容 本实验是在Linux桌面应用系统Ubuntu上进行的，使用到的包括一款免费的无线电和信号处理开发软件—GNU-Radio，和通用软件无线电外设硬件—USRP N210。实验的任务是在GUN-Radio和USRP组成的软硬件平台，搭建了基于OFDM调制的无线通信环境，以便更好的了解OFDM通信原理和信号在无线信道中传播的特点。实验主要包括三部分：发送端、信道和接收端。其中发送端主要包括信源、符号映射、子载波分配、IFFT并加CP、USRP TX；无线信道所处的是室内环境，也被称为准静态信道环境（这也为接收端的均衡提供了思想）；接收端主要包括USRP RX、同步、去CP FFT、信道估计和均衡、解符号映射、信宿。 4 实验步骤 4.1 发送端 在OFDM通信系统中，发送端需要完成以下几个功能：信源编码、数据打包、符号映射、子载波分配、IFFT变换、加CP、USRP发送射频信号等。除USRP模块外其它几个模块中的信号处理都是在GNR-Radio中完成的，也即在主机中完成。USRP模块拥有单独的DSP和FPGA模块，因此可以独立对输入数据进行处理。在USRP模块里面需要完成很多的功能，比如抽取、数字上变频、A/D转换、混频等功能都是在其中完成的。发送端的主要目的是完成信号的调制、上变频、功放，最后通过专用天线将其发送到无线信道中去。考虑到若上变频后的信号幅度过大，在经过功放后可能导致信号失真，因此需要在USRP模块前增加一个限幅器模块。 图2， OFDM通信系统的发送端实验流程图 4.1.1 数据帧结构 实验开始时一帧数据的长度规定为96个字节，其中每个字节包含8个比特。信源不断地产生0和1的比特序列，经过数据打包模块（B模块）后变成上述固定长度的帧数据。数据流经过CRC校验后，会在一帧数据的末尾增加4个字节，这时一帧数据便变成了100字节。这些有用的信息称为payload，其采用的是QPSK调制方式，注意经过QPSK映射后一帧数据的长度变成了100*8/2=400个QPSK符号。接着，针对每一帧数据需要生成一个帧头，用来记录当前帧的一些信息，比如帧长、这是第几帧等信息。实验中帧头信息长度为6个字节共48个比特，帧头中的信息称为Header，采用BPSK方式调制，故其长度不变。Payload 和 Header需要复合在一起才能进行传输，一般将Header置于Payload之前形成新的帧结构，这时一帧数据的长度又发生了变化，变成了400+48=448个符号。在实验中一个OFDM符号的长度设定为64（即总载波个数为64），除去虚拟载波、直流子载波和射频子载波还有48个有效数据子载波。因此，一个OFDM符号可以负载48个Payload的符号，也就是这是一帧数据需要10（448/48=9.333）个OFDM符号。另外，根据文献【1】为了接收端能正常解调信号，需要在一帧数据前加上两个OFDM符号的同步字。所以，一帧数据中包含12个OFDM符号。 图3 数据帧结构示意图 4.1.2发送端各模块功能的介绍 A. Vector Source: 实现的功能是循环产生同一组向量，并将该向量转化成无符号整形变量（即uchar型变量），所以其输出是一连串的0和1的数据流。 输入变量： Vector，range(packet_len)。其中packet_len是个变量指一帧数据的长度，单位字节，试验中该变量的值设为96。所以，根据python语法规则range(Packet_len)就是产生一组0到95的向量。 Vec length, 1。产生一个向量。 可选变量： 是否循环：Yes。 输出：一串0和1的数据流，数据类型byte。 图3，向量信源模块 B. Stream to Tagged Stream: 该模块实现的功能是将输入数据流进行打包，形成一定长度的帧数据流，并给数据贴上标签。因此，试验中设定一帧数据长度为96个字节，则该模块按该长度输出打包好的帧数据流，共96个字节96*8个比特。 输入变量： Vector length ：1，输入向量的个数，默认为1