LabVIEW编程和虚拟实验设计-1

Physical Channel Limitations
FSK
PSK
QAM
ASK
Digital Modulation
Frequency Modulation
Phase-Locked Looping
Amplitude Modulation
Analog Modulation
35
Lab Templates
NI的工程师热线: 800-820-3622 帮助文档 CTRL+H 书籍 网络资源 论坛、群和俱乐部

9
参考书籍

LabVIEW Digital Signal Processing and Digital Communications Cory Clark

通信系统仿真设计与应用 李环 等 电子工业出版社

学会讨论 学会自学 学会合作 学会展示
7
选题
灵活运用LabVIEW编程 语言工具
在学习了LabVIEW语言基本 知识之后：
尽你所能 获取信息
提出方案并讨论
选择自己感 兴趣的课题
完成课题设计和 书面报告
辅导老师参与
8
怎么获取帮助

老师和助教
助教：李宇琛
13426006334 liyuchen@bupt.edu.cn
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LabVIEW & PXI-based Comms Lab
University of California – Berkeley
Dr. Ali Niknejad, UC Berkeley
USRP（Universal Software Radio Peripheral）

简化的软件无线电平台
Dr. Robert , W.Heath, Digital Communications - Physical Layer Exploration Lab Using the NI USRPTM Platform, University of Texas at Austin George Papen, Patrick Ling, RF Systems Lab for NI PXI and USRP Platforms, UCSD
Introduction To Hardware Analog Modulation Transceivers Digital Modulation Transceivers Transceiver Calculations Transceivers With Custom Data
QAM, FSK RFSG,RFSA AM, FM PN Sequence BER, EVM
LabVIEW虚拟实验系统设计
全程全网实验室 刘奕彤 liuyitong@bupt.edu.cn
0.课程目的
学会LabVIEW图形化编程 使用 LabVIEW进行通信仿真 初步接触USRP和PXI软件无线电平台 配合“全国虚拟仪器设计大赛”

为将来的研究和学习打下基础 拓宽思路，不同的手段
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基于NI PXI RF平台的创新-2 电台水印的嵌入—鉴别无线电真伪
水印信息
发信机的 其他部分 被发送信号
[1].专利.《一种为无线电台施加 水印的方法》 检索号：201110121146.8 射频发送信号 [2].专利.《无线电台水印的检测 方法》 正在申请中…
水印嵌入器
优势：
1. 可以应用在所有的通信系统 2. 对电台的技术方式透明 3. 不改变原有电台的硬件
大三课上
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学生作业1

大三课上
声音特性
Smith圆图计算器
大三课外
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学生作业2

大三课外
Turbo编解码
课上没学
参考论文
2周时间
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基于NI PXI RF平台的创新-1 感知无线电和抗干扰通信

实现

软件无线电接收 不同调制方式的无线电发射 简易感知无线电和抗干扰通 信
虚拟实验 内容来源于：




NI的实验案例 NI提供的通信原理实验室 网络的通信案例资源 学生的开发项目
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对虚拟实验的探索2-1

大四毕设
计算机网络仿真平台
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对虚拟实验的探索2-2
大三课外

通信原理硬件实验
模块化 可以观察实际波形
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基于 LabVIEW开发通信仿真模型1

用于教学和演示

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2013年全国虚拟仪器大赛
简介和报名指导 www.gsdzone.net
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1.绪论—十万个？
什么是LabVIEW？ 什么是虚拟仪器？ 在通信领域的应用？ 虚拟实验系统？

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虚拟仪器和LabVIEW

1986年美国NI公司提出了 虚拟仪器的概念，提出了” 软件即仪器”的口号，推 出图形化编程软件 LabVIEW 。

虚拟仪器设计总结交流 1次课
大作业展示演讲2次课 要利用课外学时，才能较好完成本课程大作业（因人而异）
5
最终的成绩
大作业——70% 平时上机完成情况——20% 其他 ——10%

参加相关竞赛有加分
希望参加课程的同学们是真的想参加课程！
6
大作业完成
2-4人/组，最好3人 以项目的形式开展 选定有意义或有意思的题目 难度适中 提交源代码和报告 讲解和交流

来源于学生课外创新活动 2010获得京津唐虚拟仪器大 赛自由组特等奖 发表论文
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软件无线电

软件无线电：通过在统一的硬件上运行不 同的软件，实现不同的无线电系统。
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软件无线电平台
可面向自然灾害、大型集会等应急通信需 求 可以推广至其他无线电系统

Nothing is I mpossible
远程化 对Matlab、C有良好的兼容性 通过LabVIEW 可实现对硬件的控制 开发的高效率，易上手 理论更形象、更直观

NI基于软件无线电平台的通信专业教学架构
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Theory Fundamentals
Example: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
虚拟仪器
用户自己可据需求确定功能 有较大设计、优化空间 更灵活，可满足自己需求
20
虚拟仪器举例——虚拟示波器
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虚拟仪器举例——虚拟电压表
22
LabVIEW ？


LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineering Work bench，实验室虚拟仪器工程平台） 图形化编程语言G在流程图中创建源程序 尽可能利用技术人员、熟悉的术语、图标和概念。 面向最终用户
通信系统模型

“系统”的概念
模拟电话通信教学系统

与实际信号的结合 良好的演示性
LTE通信系统仿真

大四毕设
大三课外
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基于 LabVIEW开发通信仿真模型2

用于仿真、课外实践
MIMO系统 OFDM系统 Turbo编解码实现 蜂窝系统仿真
2*2
大四毕设
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课程作业案例
NI PXI RF/IF System硬件平台

NI PXI-5671
任意信号发生器PXI-5441 射频上变频器PXI-5610

NI PXI-5661
数字化仪PXI-5142 射频下变频器PXI-5600

频率范围2.7GHz
覆盖广播、2G、3G、WiFi、
蓝牙

LabVIEW 软件编程
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我和LabVIEW ：一个NI工程师的十年编 程经验 阮奇桢 北京航空航天大学出版社

LabVIEW 程序设计-从入门到精通 陈锡辉，张银鸿 著 清华大学出版社
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LabVIEW 8实用教程 毕晓普、乔瑞萍 机械工业出版社

LabVIEW 大学实用教程 JEFFREY TRAVIS、JIM KRING、乔瑞萍 电子工业出版社

NI USRP-2920 50 MHz – 2.2 GHz NI USRP-2921 2.4–2.5GHz;4.9-5.9GHz

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两本美国高校USRP教材的内容
Austin
1.1 1.2 2.1 2.2 3 4 5 6 7 8 LabVIEW 介绍 USRP硬件介绍 调制和解调 脉冲成形和匹配滤波 同步：窄带信道的符号时钟恢复 信道估计与均衡 帧检测与频偏纠正 OFDM调制 & 频域均衡 OFDM系统的同步算法 OFDM系统的信道编码
UCSD
1. 2. 3. 4. 5.
6.
7.
8.
频谱分析 基本通信信号与噪声 正交调制、频带信号和噪声 基带数据产生和滤波 数字基带传输-PAM 锁相环 数字带通数字链路-BPSK QPSK
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USRP实验准备作为 《通信原理》实验的一 部分，丰富实践环节可 选内容
为什么选择LabVIEW？

LabVIEW 是目前比较成功、应用比较广泛的虚拟仪 器软件开发环境。
LabVIEW 编程基础+ 通信中的应用 理论（ ½ ） + 实践（ ½ ）
2
任何不实践的实践课程都是@#￥%的。。。
3
怎么上课？ 怎么考试？ 学完还可以怎么用？

4
本课程的教学计划（课内16次课）

讲授 6-7次课：讲课及练习；讲解并选定大作业选题（本教 室） 完成练习和大作业5-6次课（其他环境） 和美国国家仪器（NI）公司交流1次课（本教室）
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2011获得全国NI 虚拟仪 器大赛 PXI组二等奖
~
振荡源
硬件平台的使用方法
收音机 正常接收， 不辨真假
PXI 5671 为振荡器加入特征 PXI 5661 检测电台真假
NI PXI5671=任意信号发生+上变频器 NI PXI5661=下变频器+数字化仪 LabVIEW软件编程
PXI IF/RF 软件无线电平台 USRP

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通信？
Conversion
NI Modulation Toolkit
Modulation Demodulation
* Communication Toolkits : Modulation, Spectral Measurement, Digital Filter Design, Advanced Signal Processing
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In-Class Demos
Maximizing Spectral Efficiency
OFDM
Fra Baidu bibliotek
Spectral Channel Leakage Bandwidth
Multi-Channel Implementations
Carrier Recovery
Channel Coding
Noise vs. M-ary

通信网络的发展拓展了虚拟仪器的使用范围。
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LabVIEW 的版本

LabVIEW1.0 Macintosh LabVIEW2.0编译语言程序 LabVIEW2.5 Sun Windows LabVIEW3.0多平台 LabVIEW4.0专业化开发 LabVIEW5.0实时
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更好的利用网络资源

www.gsdzone.net
范例、往届比赛作品 教程、特色程序 行业应用、疑难解答
www.vihome.com.cn www.ni.com/labview

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学会LabVIEW之后
作为相关课程和项目的辅助 参加 NI举办的LabVIEW大赛（全国） 通过 CLAD/CLD认证 用于工作中的仿真和测试

LabVIEW6.0立体控件和 事件响应 LabVIEW7.0 Express VI LabVIEW8.0工程库和面 向对象编程

本课程使用8.6，是应用比 较广的版本 已经出现了LabVIEW2011
新版本的不兼容！！
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虚拟仪器vs传统仪器
传统仪器
功能已由生产厂家完全确 定；需要另外仪器功能，就要 更新、购置新的仪器
JPEG
ASCII
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LabVIEW 虚拟实验开发案例
远程发布虚拟通信实验室 通信类仿真应用和教学 基于 NI PXI RF平台 基于 USRP平台

——我们可以用LabVIEW 做什么？
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对虚拟实验的探索1

大三课外
远程虚拟实验平台
基于LabVIEW 的远程发
布
用户端操控服务器端的
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LabVIEW 的特点

图形化的编程语言 数据流驱动的程序
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资料来自“中国大学校园 研讨会，NI宣讲”
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测试测量 控制 仿真 演示 快速开发 跨平台
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在通信领域

Communication Toolkits
Modulation Spectral
Measurement Digital Filter Design Advanced Signal Processing