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基于LabVIEW的数字无线电收发信系统

2014-4-12 10:44:09 5990

0 基于labview的数字无线电收发信系统痴迷业余无线电20年了，很久以来就想拥有一个低成本，可以快速构建的数字无线电收发信机。若实现数字化通信，数字调制解调部分一般使用DSP或FPGA。但是对于普通的业余爱好者来说，一是成本高二是复杂的硬件设计和软件编程往往令人望而却步。2009年前就听说过LabVIEW软件可以借助个人计算机实现各种数学运算，可以模拟出传统仪器或设备的前面板。功夫不负有心人，经过几年的尝试终于在2013年底实现了用LabVIEW来处理数字通信的调制解调部分。 LabVIEW简介，LabVIEW是美国国家仪器公司开发的一种图形化编程工具，使用图形语言也就是G语言编程。这种语言可以省去写代码的枯燥工作，拖一个图标进来往往可以代替几十行或几百行C语言的语句。可以在计算机上快速构建你的各种想法。把计算机变成你的一个功能强大的开发板。言归正传来看一下此次的快速构建总体思路，请看下图。图中的计算机A和B就是普通的个人电脑，计算机A的声卡输出连接到无线电发射器，发射器可以是任意波段任意发射功率。可以选用低成本的88~108MHZ的调频小功率发射器（价格在几元到几十元左右）来做实验。信号通过无线信道传送到接收机，可以选用普通的家用调频收音机或者手机上的收音机。收音机的耳机音频输出连接到计算机B的声卡输入。在两台计算机上安装LabVIEW生成的数字调制解调软件就可以进行无线电数字通信了。对于手头有短波电台的HAM来说可以将计算机A声卡输出的这个已调信号连接到电台的麦克风接口，从而再次进行幅度调制，然后发射出去。用计算机键盘在昵称输入框中输入自己的呼号，在发射端的文本输入对话框中输入聊天内容。鼠标点击发送按钮，这个数字化的信息就可以瞬间传送到全球各地。在接收端可以将电台的音频输出连接到计算机B的声卡输入端，音频已调信号进入计算机进行解码，最终显示聊天内容。在符号率默认2.4K（可调300，600，1200，2400，4800，9600）的情况下，每秒可以传送34个汉字或68个字符。有些HAM短波电台带有音频输入输出接口，可以直接使用。没有这两种接口的HAM就要自己动手DIY引线出来了。笔者后续打算出一个配套的小功率短波收发信机硬件。并且通过串口或者USB接口或者声控实现PPT收发自动控制，在计算机上点击发送就可以自动启动电台发射。软件部分的具体实现方法如下。 LabVIEW程序生成的MSK_TX_试用140126.exe可执行文件，利用计算机声卡发送MSK调制信号。LabVIEW程序生成的MSK_RX_试用140126.exe可执行文件，利用计算机声卡接收MSK调制信号。 MSK_TX_试用140126 MSK_TX_试用140126.zip (1.34 MB, 下载次数: 79 ) MSK_RX_试用140126 运行该程序需要安装LabVIEW2009或高于此版的基本软件包（该软件包800M左右）。或者安装LabVIEW2009程序运行引擎（该软件包120M左右）。 LABVIEW2009程序引擎.zip 可以用MSK_TX_试用140126.exe发送程序配合MSK_RX_试用140126.exe接收程序，在同一台或两台计算机上通过声卡进行数字通信传送实验。 MSK信号生成原理：计算机键盘输入的文字先经过卷积编码，然后把生成的比特流转换成MSK符号，然后把生成的MSK符号进行脉冲阴影滤波，然后进行模拟调频调制，通过计算机声卡发送。 MSK信号解调原理：声卡接收已调MSK载波，先进行模拟调频解调，再进行匹配滤波，再对齐符号，再删除过采样波形，再把符号转成比特流，再进行维特比译码，然后查找同步字，最后显示接收到的信息。主要指标： 1 载波频率（CarrierFrequency）：2.4KHZ，可调300，600，1200，2400，4800，9600HZ。 2 符号率（Symbol Rate）：2.4K，可调300，600，1200，2400，4800，9600。 3 调制方式：MSK 首次运行调试： 1解压文件包，运行MSK_TX_试用140126.exe。 2音频连接线接到另外一台计算机上的音频输入插孔。计算机后面通常有两个音频输入孔。红色为麦克风输入，蓝色为线路输入。您可以配置接收端计算机的输入。见下图，在录音控制对话框中选择你需要的输入方式在发送计算机端点击发送按钮，可以在发送计算机端观察已调载波波形、MSK基带信号波形和MSK基带信号星座图。可以在接收计算机端通过音箱听到已调载波的声音。也可以用音频示波器程序观察波形。在接收计算机端运行MSK_RX_试用140126.exe。在发送端尝试点击一次发送按钮，观察接收到的有用信号电平。调整解码启动门限电平，使其刚好略低于接收有用信号电平。然后就可以数字通信实验了。小常识： A 最小移频键控(MSK）是移频键控(FSK）的一种改进型。目前使用最广泛的2G移动通信系统就是采用这种调制方式。MSK主要的特点⒈信号能量的99.5%被限制在数据传输速率的1.5倍的带宽内。谱密度随频率（远离信号带宽中心）倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位FSK信号的谱密度却随频率倒数的平方下降。因此，MSK信号在带外产生的干扰非常小。⒉信号包络是恒定的，系统可以使用廉价高效的非线性器件 B LabVIEW编程示范打开LabVIEW软件后新建一个空白VI程序。软件会自动弹出前面板和后台程序框图。在前面板中点击鼠标右键，选中波形图控件放置到前面板中。进入后台程序框图，点击鼠标右键先放置一个While循环体（相当于C语言里面的While语句，在这里只是一个灰色的方框）。然后把波形图图标放入While循环体，然后点击鼠标右键放置一个声音采集图标。用线把声音采集图标的数据端连接到波形图图标的信号输入端。点击文件保存，点击左上方运行箭头。马上就可以看到计算机声卡输入的波形。LabVIEW提供N多种信号处理和数学运算函数，声音采集输入的数据后续可以进行成千上万种的分析，只需要拖几个图标进去就可以。就这么简单，已经很丰富了。这几个图标估计可以代替几千行的C语句。前面板后台程序框图 3
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