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感知無線電應用實例操作流程

5.1 FM 調頻收音機

首先要模擬調頻收音機,必頇依照 FM 原理來進行,利用單輸入輸出的 方式,擷取頻率經由 LabVIEW 做調變再經過電腦撥放出聲音,我們所需的軟 硬體如下:

硬體:NI USRP 2920 收發器一台

軟體:LabVIEW 2011 版、FM VI 檔(NI USRP EX FM Demod Sound Card) 步驟ㄧ 欲進行 FM 調頻收音機模擬,首先要開啟 NI-USRP Configuration

Utility 程式搜尋 USRP IP 位置,所收尋到的 IP 位置需輸入在步驟三 的參數設定 IP 位置中。

Fig.5. 1 USRP IP 位置

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步驟二 按照 Fig.5.2 所示路徑打開 FM VI 程式檔(NI USRP EX FM Demod Sound Card)啟動程式介面,開始進行模擬 FM 調頻收音機。

Fig.5. 2 FM 程式檔名與介面

步驟三 在 NI USRP EX FM Demod Sound Card 程式介面輸入參數設定:1.IP 位置(192.168.10.11)、2.頻率(依當地頻率範圍)、3.Gain(20db)、4.天線 位置(RX1)、5.執行程式

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Fig.5. 3 FM 參數設定

Fig.5.4 為我們的實驗結果,訊號圖為 USRP 所擷取頻率的訊號圖,本實 作也可以依不同的頻率的調整,播放出你想聽的電台,達到 FM 調頻收音機 的效果。

Fig.5. 4 FM 實驗結果

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5.2 無線簡報控制器

首先要模擬無線簡報控制器,必頇準備以下器材,利用 USRP 接收控制 器所發射的信號,再經由軟體 LabVIEW 程式進行調變,達到我們的實驗結果,

所需的軟硬體如下:

硬體:NI USRP 2920 收發器一台、控制器一個

軟體:LabVIEW 2011 版、無線簡報控制器 VI 檔(PowerPoint Control VI、RF Acquire and Threshold VI)

欲進行無線簡報控制器模擬,首先要開啟 NI-USRP Configuration Utility 程式 搜尋 USRP IP 位置,所收尋到的 IP 位置需輸入在步驟二的參數設定 IP 位置 中。

步驟一 按照 Fig.5.5 所示路徑打開無線簡報控制器 VI 程式檔(RF Acquire and Threshold)、(PowerPoint Control VI)啟動程式介面,再另外開啟任一 個 PPT,開始進行模擬無線簡報控制器模擬。

Fig.5. 5 無線簡報控制器程式檔名與介面

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步 驟 二 在 PowerPoint Control VI 程 式 介 面 輸 入 參 數 設 定 : IP 位 置 (192.168.10.11),這樣一來即可跟硬體(NI USRP)作連線。

Fig.5. 6 無線簡報控制器參數設定

步驟三 在 RF Acquire and Threshold 程式介面輸入參數設定:1.IP 位置 (192.168.10.11)、2.頻率(依控制器能收到的頻率範圍)、3.Gain(10db)、

4.天線位置(RX1)、5.頻率最小值(-300K)、6.頻率最大值(300K)、7.

振幅(-76)。

Fig.5. 7 無線簡報控制器參數設定

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步驟四 1.執行 PowerPointControl.VI 程式,會自動跳出 RF Acquire and Threshold 程式介面,2.Set Configuration,會自動跑出前面所選的任 一個 PPT 檔,按下控制器即可進行翻頁動作。

Fig.5. 8 無線簡報控制器程式 VI 檔

Fig.5.9 為我們的實驗結果,控制器發射信號,經過 USRP 接收與 LabVIEW 程式調變後,即可進行翻頁動作,以下訊號圖為接收到控制器發射信號的訊 號圖。

Fig.5. 9 無線簡報控制器實驗結果

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5.3 對講機原音回放

對講機是一種便攜的雙向通訊工具,在不需要任何網路及衛星訊號的支 持下,便能夠進行對話,為了要達到對講機原音回放的效果,必頇準備以下 器材:

硬體:NI USRP 2920 收發器一台、無線對講機

軟體:LabVIEW 2011 版、對講機原音回放 VI 檔(NI USRP Record and Playback-I16 VI)

欲進行對講機原音回放模擬,首先要開啟 NI-USRP Configuration Utility 程式 搜尋 USRP IP 位置,所收尋到的 IP 位置需輸入在步驟二的參數設定 IP 位置 中。

步驟一 按照 Fig.5.10 所示路徑打開對講機原音回放 VI 程式檔(NI USRP Record and Playback-I16)啟動程式介面,開始進行對講機原音回放模 擬。

Fig.5. 10 對講機原音回放程式檔名與介面

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步驟二 在 NI USRP Record and Playback-I16 VI 輸入參數設定:1.IP 位置 (192.168.10.11)、2.頻率(依對講機收到的頻率範圍做微調)、3.IQ Rate(1M)、4.Gain(25db)、5.天線位置(RX1、TX1)。(Record 跟 Playback 輸入參數必頇一致,除了天線位置不一樣)

Fig.5. 11 對講機原音錄製程式介面

Fig.5. 12 對講機原音回放程式介面

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步驟三 設定錄音存檔路徑如下圖所示,必頇設定”.bin”的檔名,其他檔名皆 不行。(Record 跟 Playback 都頇設定一樣路徑與檔名)

Fig.5. 13 程式介面

步驟四 當路徑設定完畢之後,開始執行原音錄製 1.START Acquisition,2.對 講機說話進行錄音,3.STOP Acquisition。

Fig.5. 14 錄製程式介面

步驟五 原音錄製結束後,執行原音回放 1.START Acquisition,2.對講機回放 錄音,3.停止程式。

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Fig.5. 15 回放程式介面

5.4 文字訊息收發器

現代手機普及化,用手機傳送訊息一如往常,本實作主要模擬手機簡訊 訊息傳送,利用兩台 USRP 一台傳送文字一台做接收,達到模擬效果,必頇 準備系下軟硬體器材:

硬體:NI USRP 2920 兩台

軟體:LabVIEW 2011 版、文字訊息收發器 VI 程式檔(USRP Packet Transmitter、

USRP Packet Receiver)

欲進行訊息傳送與接收模擬,首先要開啟 NI-USRP Configuration Utility 程式搜尋 USRP IP 位置,所收尋到的 IP 位置需輸入在步驟二的參數設定 IP 位置中。

步驟一 按照 Fig.5.16 所示路徑打開訊息傳送與接收 VI 程式檔(USRP Packet Transmitter、USRP Packet Receiver)啟動程式介面,開始進行訊息傳 送與接收模擬。

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Fig.5. 16 文字訊息收發器程式檔名與介面

步 驟 二 在 TX Parameters 與 RX Parameters 輸 入 參 數 設 定 : 1.IP 位 置 (192.168.10.11、192.168.10.4)、2.頻率(915M)、3.IQ Rate(200K)、

4.Gain(15db)、5.天線位置(RX1、TX1)。

Fig.5. 17 傳送端程式介面

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Fig.5. 18 接收端程式介面

步驟三 在傳送端的 Specify Message 隨意輸入一串文字並執行程式

Fig.5. 19 傳送端程式圖 步驟四 在接收端 RX Display 執行程式並接收文字串

Fig.5. 20 接收端程式圖

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Fig.5.21、Fig.5.22 為實驗結果,我們可以看到傳送端輸入文字後,經由 USRP 傳到接收端,接收端就會顯示出文字串,這樣一來我們就可以效仿手 機傳送簡訊以及接收文字訊;我們是以 4QAM 方式呈現訊號圖。

Fig.5. 21 傳送端實驗結果

Fig.5. 22 接收端實驗結果

5.5 遠距影像監控

近年來,遠端影像監控技術進步,但是系統架構限制、線路繁雜,為了 達到遠距監控的效果,又不會受到架構限制,我們必頇準備以下軟硬體器材:

硬體:NI USRP 2920 兩台、MIMO 數據同步電纜一條、攝影機一台 軟體:LabVIEW 2011、遠短影像監控 VI 程式檔(Transmit、Receive)

欲進遠端影像監控模擬,首先要開啟 NI-USRP Configuration Utility 程式搜尋

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USRP IP 位置,所收尋到的 IP 位置需輸入在步驟三的參數設定 IP 位置中。

步驟一 開啟桌面 NI MAX 程式檔進行調整:1.選擇你使用的網路攝像頭、2.

在程式介面下方選擇 Acquisition Attributes、3.選擇視頻模式(320X240 MJPG 30.00fps)、4.Grab、5.Save,如 Fig.5.27 所示:

Fig.5. 23 NI MAX 程式介面

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步驟二 按照 Fig.5.24 所示路徑打開遠端影像監控 VI 程式檔(Transmit、

Receiver)啟動程式介面,開始進行遠端想像監控模擬。

Fig.5. 24 遠距影像監控程式檔名與介面

步驟三 在 Transmit 與 Receiver 中點選 Configuration 輸入參數設定:1.IP 位 置(192.168.10.11、192.168.10.4)、2.頻率(915M)、3.IQ Rate(2M) 、 4.Gain(20db)、5.天線位置(RX1、TX1)。

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Fig.5. 25 傳送端程式介面

Fig.5. 26 接收端程式介面

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步驟四 在傳送端程式介面 1.執行程式、2.點選 Data Source、3.點選紅色天線 圖標

Fig.5. 27 傳送端程式介面

步驟五 在接收端程式介面 1.執行程式、2.點選 Received Data、3.點選紅色天 線圖標

Fig.5. 28 接收端程式介面

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Fig.5.29 為實驗結果,我們可以看到傳送端的影像經由 USRP 傳至接收端,

利用遠距影像監控的原理達到實驗模擬的效果,此實驗也可以模擬在朋友之 間或家人視訊來聯繫彼此。

Fig.5. 29 傳送端與接收端實驗結果

5.6 22 多重輸入/多重輸出(MIMO)通訊系統

首先透過 MIMO 提高無線系統效能,不用增加耗電量。這裡的概念是,使 用多個天線時,所傳輸的訊號會經過不同的無線通道,從傳輸器天線到接收器天 線,進而利用不同的通道提高傳輸率。建置 22 系統需要四個 NI USRP 收發器,

因為單一收發器無法同時執行兩項傳輸或接收作業。所需設備如下:

硬體:NI USRP 2920 四台、MIMO 數據同步電纜兩條

軟體:LabVIEW 2011、遠短影像監控 VI 程式檔(22QAMAlamouti)

欲進遠端影像監控模擬,首先要開啟 NI-USRP Configuration Utility 程式搜尋

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USRP IP 位置,所收尋到的 IP 位置需輸入在步驟二的參數設定 IP 位置中。

步驟一 按照 Fig.5.30 所示路徑打開 22 MIMO VI 程式檔(22QAMAlamouti with BER)啟動程式介面,開始進行實驗。

Fig.5.30

22 多重輸入/多重輸出(MIMO)通訊系統

程式檔名與介面 步驟二 在 22QAMAlamouti with BER 程式介面輸入參數設定:1.IP 位置

(192.168.10.11)、2.IQ Rate(12M)、3.頻率(438.2M)、4.天線位置(TX1、

RX1)、5.Gain(10db)、6.執行程式

Fig.5. 31 22QAMAlamouti with BER 參數設定[14]

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Fig.5.32 為 22 系統成功重建 4QAM,上半部顯示出兩個接收器天線的 I/Q 元件所接收的時域訊號樣本(共有四個訊號)。左下方兩個星座圖為兩個 Rx NI USRP 收發器所接收的訊號,右下方則是經過重建的星座圖。

Fig.5. 32 22 MIMO 實現結果[14]

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