lab2.5_020_姜菩凡

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1、 技术文件 完成时间：完成时间：2012014 4 年年 5 5 月月 6 6 日日 通信原理实验报告通信原理实验报告- -实验实验 2.52.5 姓名：姜菩凡姓名：姜菩凡 学号：学号：5110309192 上海交通大学上海交通大学 电子信息与电气工程学院电子信息与电气工程学院 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 目目 录录 1. 实验目的实验目的 1 2. 实验准备的内容实验准备的内容 2 2.1 模块设计 . 2 2.1.1 LLSE.vi 2 2.1.2 toeplitz.vi 3 2.1.3 direct_equalizer.vi 5

2、 2.2 仿真调试现象及分析、遇到的问题和解决方法 . 6 2.2.1 问题 1：关于 training sequence 和 channel estimated length 的长度 6 2.2.2 问题 2：channel delay 和 actual delay的关系 . 6 2.3 回答实验指导手册提出的问题 . 7 3. 采用采用 USRP 的实验内容的实验内容 10 3.1 实验方法 . 10 3.2 实验现象 . 11 3.2.1 窄带信道 11 3.2.2 宽带信道 12 3.3 回答实验指导手册提出的问题 . 13 4. 参考文献参考文献 15 上海交通大学 电子信息与电气工

3、程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 1. 实验目的实验目的 理解信道估计的基本概念及其工程应用价值；理解信道估计和信道均衡的基本算法；利用 NI USRP 和 LabVIEW 数字通信实验平台，实践均衡器的原型设计和性能评测。1 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 2. 实验准备的内容实验准备的内容 2.12.1 模块设计模块设计 2.1.1 LLSE.vi LLSE.vi 用于求解形如 Ax = b 的方程组，计算其最小二乘近似解 表 1 关于 LLSE.vi 的描述1 输入项 A 二维数组，CDB mn 矩阵 b 一

4、维数组，CDB 长为 m 的向量 输出项 x.estimate 一维数组，CDB 最小二乘近似解 least squared error DBL 平方误差 error code I32 由 inverse matrix.vi 给 出的错误代码 考虑一个线性方程组，写作矩阵形式 = 其中 A是 N M 系数矩阵，当 N =M 且 A是满秩矩阵时，方程有唯一解 = 不过，如果 N M 且 A的秩等于 M ，这意味着 M 个未知数却有多于 M 个独立方程，除了少数 特别情况外，方程组通常是无确切解的，因为方程组存在内在矛盾条件。对矛盾方程组可按误差平 方最小，即以 | | 为优化目标求取最优近似解。

5、 当 A*A可逆（A*为 A的共轭转置阵），最优近似解为 = () 此时，最小误差平方为 = | |= 使用 LabVIEW 设计的模块如图 2.1 所示： 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 图 2.1 LLSE程序框图 根据检验要求，可得 LLSE前面板如图 2.2 图 2.2 LLSE程序前面板 2.1.2 toeplitz.vi toeplitz.vi 用于生成 Toeplitz 矩阵。 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 表 2 关于 toeplitz.vi 的描述1 输入项 ro

6、w 一维数组，CDB 长为 n 的向量，所要生成的 Toeplitz 矩阵的第一行。 column 一维数组，CDB 长为 m 的向量，所要生成的 Toeplitz 矩阵的第一列。 输出项 Toeplitz array 二维数组，CDB mn Toeplitz 矩阵 使用 LabVIEW 设计的模块如下图所示： 图 2.3 toeplitz 程序框图 为了检测这个 vi 的有效性，我们设置行向量和列向量分别为1,3,5,7,9和1,2,3,4,5,得到结果如 下： 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 图 2.4 toeplitz 前面板 2.

7、1.3 direct_equalizer.vi direct_equalizer.vi 用直接法求解线性最小二乘误差均衡器设计问题。 表 3 关于 direct_equalizer.vi 的描述1 输入项 input 一维数组，CDB 接收到的训练序列经帧检测的序列 equalizer delay I32 滤波器时延参数 kd 输出项 filter.estimate 一维数组，CDB 最小二乘近似解 mean square error DBL 平方误差 actual equalizer delay I32 实际模块时延参数 Lf +1 使用 LabVIEW 设计的模块如下图所示： 上海交通大学

8、 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 图 2.5 direct equalizer 程序图 2.22.2 仿真调试现象及分析、遇到的问题和解决方法仿真调试现象及分析、遇到的问题和解决方法 2.2.1 问题 1：关于 training sequence和 channel estimated length 的长度 我们在设计 direct equalizer 模块时，需要得到两个参数，分别是 training sequence 长度：Nt,和 channel estimated length：Lf。一开始，我以为 training sequence 的数组长度

9、除以二即为 Nt，channel estimated length 长度即为 Lf，然而这样做设计出来的模块功能不对。经过多次测试发现，training sequence 的数组长度除以二后是 Nt+1，channel estimated length 长度为 Lf+1，这样设计后问题解决。 2.2.2 问题 2：channel delay 和 actual delay 的关系 在仿真过程中，channel delay 用来模拟信道延时 kd，而 actual delay 代表了直接法中的均衡器估 计中的 b 矩阵中 1 的位置。根据实验指导手册上说，actual delay 为 channe

10、l delay +1（在实验指导书 Lab2.5.pdf 中第八页，说 actual delay 为 Lf+1，疑似笔误）。这个是理论情况，但是在本次实验中， 如果直接这么做，我们发现误码率一直在 0.5 左右。经检查发现，这时 key bit sequence 的信号，和 channel decoder 后的信号，正好差了 1 位，因为 key bit sequence 是直接从发送端接入，没有经过延 时，因此这 1 位的误差，导致了误码率的不准确。在实际实验中，我们将 actual delay 直接等于 channel delay，便可以获得理想的效果。 上海交通大学 电子信息与电气工程学

11、院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 2.32.3 回答实验指导手册提出的问题回答实验指导手册提出的问题 1、在实现 toeplitz.vi 时，要求使用给定的 Toeplitz 阵首行和首列元素，把对应的 Toeplitz 阵生 成完整。注意到首行第一个元素应和首列第一个元素相等。那么，请回答，如果对你的 VI 输入的 这两个元素不相等，会得到什么样的结果？ 答：我们特地增加了一个判断功能，如果行向量和列向量的首元素不同，那么程序报错。具体 如下： 图 2.6 toeplitz 首元素判断模块 2、用信道特性h0 =1,h1 = 0.35e j /4测试你的信道均衡算法。你可

12、以在模拟器前面板修改均 衡器长度值。请回答，在不加噪声情况下，如果你把均衡器长度定为 1，接收星座图会发生什么样 的情况？ 答：均衡器长度减小，会导致均衡特性变差，从而使得信道衰落等影响无法得到修正，星座图 变得散乱，误码率升高。 接收星座图会变成下图这个样子。 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 图 2.7 更改均衡器长度后的星座图 3、用同一个信道，观察不同均衡器长度情况下，你的均衡器误码率性能随 SNR 的变化情况。 分别对 Lf + 1 = 1 和 Lf + 1 = 6 两种情况，作图表现 BER 作为 SNR 函数的状况。SNR 变

13、化范围取 0dB 到 14dB，步长 2dB。使用下列参数，其余参数取默认值。 Modulation type = QPSK Packet length (bits) = 500 Equalization method = Direct Equalizer length ( Lf + 1 ) =1, 6 ISI Channel = h0 =1,h1 = 0.35e j /4 记得若信号功率保持为常量，通过改变噪声功率也一样能改变 SNR 取值。在高 SNR 时，你需 要增加模拟器的运行次数才能观察和统计到误码率。在作图时，BER 采用对数刻度，SNR 采用 dB 刻度。 在同一图上，当取 Lf

14、 + 1 = 1 时，你只要绘出误码率大于 10-6 的情况。 答：SNR-BER 曲线如下图所示： 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 图 2.8 Lf+1 = 6 图 2.9 Lf+1 = 1 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 3. 采用采用 USRP 的实验内容的实验内容 3.13.1 实验方法实验方法 代码框架如图所示： 图 3.1 代码框架图 在窄带信道信道中，在前面板上设置调制和 RF 硬件参数，如下所示： Packetlength=500bits TX sample rate

15、 = 20M Samp/sec TX overample factor = 200 RX sample rate = 2M Samp/sec RX overample factor = 20 Equalizer length = 1 Capture time=3.5 msec IP 地址和载波频率：根据自已桌面上的 USRP 上的标示进行设置 观察信号星座图，然后将“recovered symbols”连线连到 synchronize.vi 的输出，即均衡 器前端，而不是之前的 strip_control.vi 的输出 在宽带信道中，在前面板上设置调制和 RF 硬件参数，如下所示： Packe

16、tlength=500bits TX sample rate = 4M Samp/sec TX overample factor = 4 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 RX sample rate = 2M Samp/sec RX overample factor = 2 Equalizer length = 6 Capture time=400 usec IP 地址和载波频率：根据自已桌面上的 USRP 上的标示进行设置 3.23.2 实验现象实验现象 3.2.1 窄带信道 图 3.2 窄带信道星座图（接 equalizer） 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240 图 3.3 窄带信