基于USRP的調(diào)頻收音機和遙控車鑰匙

　　采用NI的軟件無線電(USRP)平臺，結(jié)合LabVIEW調(diào)制工具包，實現(xiàn)調(diào)頻收音機、遙控車鑰匙的有趣應(yīng)用。

　　調(diào)頻收音機的實現(xiàn)有兩種方法，一種為反正切方法，一種為FM解調(diào)方法。兩種方法都可以接收到指定頻段的廣播。

　　遙控車鑰匙功能：按下配套的無線車鑰匙某個按鈕，USRP接收到脈沖信號，程序中對其進行解調(diào)并且判斷，可以自動識別你按下的是哪個鍵并顯示出來。

　　軟件安裝：

　　1、LabVIEW 2011

　　2、NI-USRP

　　3、Modulation Toolkit 4.3.2 (更低的版本不可用)

　　硬件連接：

　　1、用網(wǎng)線將USRP設(shè)備與PC機連接。由于調(diào)頻收音機有音頻輸出，所以要求計算機有聲卡，并且有聲音播放器。

　　2、在控制面板中將PC機的IP設(shè)定為192.168.10.1，網(wǎng)關(guān)為255.255.255.0

　　3、連接USRP的電源、天線。

　　4、在windows的開始菜單中All Programs\National Instruments\NI-USRP目錄下面找到NI-USRP Configuration Utility，在Change IP Address 選項卡中應(yīng)該能夠看到設(shè)備(包括Device ID, IP Address, Type/revision)。如果看不到設(shè)備，請點擊Find Devices來尋找設(shè)備。如果需要，可以選定一個設(shè)備并且在右邊New IP Address欄中輸入新IP地址，點擊Change IP Address來修改USRP設(shè)備的IP地址。

　　操作流程

　　一、基于反正切(Arctangent)方法的調(diào)頻收音機

　　1、該Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。

　　2、找到Demos中的FM Radio - Arctangent Method文件夾，打開NI USRP FM Demo - ArcTan Method_LV2011.VI，會看到如下圖所示的“基于軟件無線電的調(diào)頻收音機”前面板。

　　3、USRP參數(shù)配置：USRP IP地址設(shè)為當(dāng)前設(shè)備的IP，“正交采樣率” 設(shè)定為某適合的值(例如200k，具體參閱該頻段廣播的說明)，“載波頻率”設(shè)定為某個調(diào)頻收音機的頻段(例如94.7M，或者101.7M，103.7M)，“有效天線”設(shè)定為RX1，“增益”設(shè)定為25左右。“采樣數(shù)設(shè)為20000。

　　4、聲卡參數(shù)配置：“聲卡采樣率”必須設(shè)為44100

　　5、運行VI，能夠聽到調(diào)頻收音機接收到的信號聲音(PC機要求帶有聲卡)，可以根據(jù)個人喜好調(diào)節(jié)音量(右下角)。

　　6、程序框圖解釋。整體程序框圖如下圖所示。包含USRP編程，反正切處理，以及聲卡編程三部分。

　　USRP編程部分在下圖紅色框出，包括打開USRP接收通道，參數(shù)配置，開始采集，連續(xù)獲取下變頻后的基帶波形數(shù)據(jù)，將讀出的波形數(shù)據(jù)存入右邊框出的基帶IQ移位寄存器中，While循環(huán)左邊對移位寄存器初始化。最后停止并關(guān)閉USRP，釋放資源。

　　基帶波形的反正切處理在下圖中間紅色框出，首先將基帶復(fù)數(shù)波形向極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，然后展開相位，對相位求導(dǎo)。求導(dǎo)后的波形存入右邊的移位寄存器，左邊小框中對移位寄存器初始化。

　　聲卡的編程在下圖紅色框出，包括聲卡參數(shù)配置，音量調(diào)節(jié)，連續(xù)向聲卡緩存寫入聲音數(shù)據(jù)，最后對聲音輸出清零。

　　二、基于Modulation Toolkit的調(diào)頻收音機

　　1、該Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。

　　2、找到Demos中的FM Radio - Modulation Toolkit文件夾，打開FM Radio - Modulation Toolkit.vi，可以看到如下圖所示的“基于軟件無線電的調(diào)頻收音機”的前面板。

　　3、聲卡參數(shù)配置：“聲卡ID”為0，“采樣率”必須為44100S/s,“通道數(shù)”為2，“每采樣比特數(shù)”為16。

　　4、USRP參數(shù)配置：“設(shè)備IP地址”為當(dāng)前USRP 2920(或者USRP N210)的IP地址，“正交采樣率” 設(shè)定為200kS/s，“載波頻率” 設(shè)定為某個FM收音機的頻段(例如94.7M，或者101.7M，103.7M)，“有效天線” 設(shè)定為RX1，“增益”設(shè)定為25dB左右, “采樣數(shù)”為200000。

　　5、FM解調(diào)配置：布爾控件可以選擇是否進行載波修正，“FM偏頻”設(shè)為30KHz，“載波偏頻”顯示接收到的載波頻率和估計的載波頻率之間的偏差。

　　6、運行VI，能夠聽到FM收音機接收到的信號聲音。

　　7、程序框圖解釋。整體程序框圖如下圖所示。

　　USRP編程部分在下圖頂部紅色框出，包括USRP接收機打開，參數(shù)配置，開始接收，連續(xù)讀取下變頻后的基帶波形數(shù)據(jù)，將讀出的波形數(shù)據(jù)存入右邊紅框中的基帶IQ移位寄存器中，左邊的小紅框是對移位寄存器的初始化。最后停止并關(guān)閉USRP，釋放資源。

　　下圖中間的大紅框中是對基帶波形的FM解調(diào)、重采樣和快速FFT變換。解調(diào)后的波形存入右邊小紅框的移位寄存器，左邊小紅框中對移位寄存器初始化。

　　下圖底部大紅框中是聲卡的編程，包括聲卡參數(shù)配置，初始化，連續(xù)向聲卡緩存寫入解調(diào)后的聲音數(shù)據(jù)，最后對聲音輸出清零。

　　三、基于軟件無線電的遙控車鑰匙(Key Fob Decoder – OOK)

　　1、該Demo只能使用USRP 2920(或者USRP N210)。

　　2、找到Demos中的Key Fob Decoder - OOK文件夾。這里有兩個VI，其中keyfob_decoder.vi執(zhí)行OOK的解調(diào)算法，acquire_315mhz_keyfob.vi使用USRP采集315M信號、顯示波形，并調(diào)用keyfob_decoder.vi進行解調(diào)和判斷，將結(jié)果進行顯示。打開acquire_315mhz_keyfob.vi，會看到如下圖所示的前面板。

　　3、USRP參數(shù)配置：“設(shè)備名稱”中輸入USRP設(shè)備的IP地址，“正交采樣率”為200kHz，“載波頻率”設(shè)為315M(與所使用的無線發(fā)射器相匹配)，“有效天線”為RX1或者RX2，”增益”設(shè)為合適的數(shù)值(1或者10)，”刷新時間間隔”推薦為0.25s。

　　4、運行程序，按下無線發(fā)射器的按鈕，在前面板”按下的按鈕”中將顯示所按下的是哪個按鈕。

　　5、程序框圖解釋。整體程序框圖如下圖所示，包括USRP編程和基帶解調(diào)判斷兩部分。

　　USRP編程部分在下圖中紅線大框中，包括USRP接收機打開，參數(shù)配置，開始采集，連續(xù)讀取下變頻后的基帶波形數(shù)據(jù)，將讀出的波形數(shù)據(jù)存入右邊紅框中的基帶IQ移位寄存器中，左邊的小紅框是對移位寄存器的初始化。最后停止并關(guān)閉USRP，釋放資源。

　　基帶解調(diào)和判斷編程在keyfob_decoder.vi的子VI中完成，位于下圖紅色框中。該子VI執(zhí)行OOK的解調(diào)算法，并判斷當(dāng)前按鍵的位置。

　　注: 本實驗采用的無線發(fā)射器為Digi-Key 提供的315 MHz 無線車鑰匙(Digi-Key P/N: CMD-KEY5-315-ND)，該無線發(fā)射器產(chǎn)生一個帶有同步信號、使用PWM調(diào)制的OOK信號，一長一短代表0，兩短代表1。)

　　總結(jié)

　　利用NI提供的軟件無線電USRP平臺及調(diào)制工具包，結(jié)合LabVIEW強大的圖形化編程和信號運算處理能力，我們可以輕松快捷的實現(xiàn)基于各種通信協(xié)議的應(yīng)用。