使用C语言+USRP B210从零开始实现无线通信(3) DASK差分幅度键控调制

在上一篇文章中，已经生成了一串封装好的二进制数据包。如果我们有声卡，或者有SDR终端，则可以着手让数据播放/发射出去了。

1. 数据的调制

0,1是一个离散的值，而声卡的声强，SDR（如USRP B210）TX口的无线电磁波的功率，都是一个模拟的、连续的值。要用这种模拟量表示数字量，需要引入调制技术。当然，在接收方，也需要把声强或者感应电压转化为01, 此类过程叫做解调。调制与解调是专门的一门子学科，里面的理论背景很深，而且很多算法与衔接的纠错技术是一体化设计的，在这里很难搞深入了。

但一切复杂的事物，总有简单的一面。在最初的有线电传时代，曾经直接用摩尔斯类似的滴滴声表示01，或者用有无声音表示01. 这个实验里，我们使用前后两个时刻声音大小的起伏表示01.

2. 差分幅度键控

差分幅度键控是使用前后两个时刻的电压的大小关系表示0或者1. 如果V0 > V1,则表示1，否则表示0. 这种调制方式被古老的飞机ADS-B收发机采用。在没有噪声的情况下，前后两个时刻必然有一个时刻有电平，另一个时刻无电平。但因为存在噪声，绝对的0V或者0mW的测量值是不可能达到的，因此主要采用比较大小的方法，而不是比较绝对的门限。

如，序列 0 1 1 0 ，表示为DASK波形，生成的各个时刻的理论值是这样的：

不过，到了实验现场，还有一些因素需要考虑。AD/DA（数字-模拟，模拟-数字）过程中主要注意以下几个小问题。

2.1 带通限制

有过《信号系统》背景知识的同学肯定知道，上述冲击波形的频谱是很宽的。经过SDR器件后，带宽一般都会限定在一定的范围内。即使实验中不考虑成型滤波的问题主动地降低带宽，硬件本身的通道滤波带来的影响也很可观。这种限制带来的特点直观上就是这些陡峭的冲击值变成了类似SINC函数的曲线。

2.2 直流分量

由于SDR器件默认的波形是交流的，均值位于0mv处。我们产生的波形，如果只含有0,3这种正值，就会产生直流分量。为了避免这种问题，使用0，3，-3这样的值，来产生均值为0的波形。

2.3 选择调制速率

时刻0，时刻1间隔多少合适呢？这取决于器件的性能,以及计算机的性能。间隔越短，1秒能发送的数据越多，当然对器件的要求也更高。一般的SDR、声卡都有采样率的限制。比如声卡的采样率是9600Hz，则1秒内，最多只能传输9600个功率值。USRP B210可以传输56M个采样点，但是要考虑接收方的处理压力。

一秒能够传输的状态个数，单位是波特，Bd。选择调制速率，不但要考虑发射通道的能力，更要考虑接收处理的压力。在接收处理时，由于接收通道的时间轴和发射通道不是同步的，因此，在A/D时，选择的时刻很可能和咱们发射波形的时刻是错开的。如果用很低的速率来采样，如果运气不好，采集到的就是如下蓝色的位置：

所以，一般都会采用比调制速率高的倍数采样率，比如4倍、5倍、15倍等, 得到类似下图的波形：

要保证主能量峰值上要有3-4个采样点为佳。这样，选择一个调制速率M，还要保证N倍的速率要能够满足接收方的处理计算极限K。

$$MN<K$$

所以，调制速率不能设置的太大。

3 C语言实现调制

在发射时，理论上可以直接使用发射速率M发射，用接收速率 MN接收。但是，由于M，MN这两个速率具有的公因数不同，导致SDR设备可能无法确切的工作在其中某些速率上。如M=300KHz，最接近的工作点为266.66666KHz，会造成困扰。在本次实验里，接收、发射都使用确切的、相同的采样率；在发射时，使用倍率补零的方式变相降低调制速率。

同时，为了有效限制带宽，采用汉明窗取代冲击进行成型，效果也很好，代码如下：

		        static const short hamm[15] = {2560, 4018, 8102,14004,20556,26458,30542,32000,30542,26458,20556,14004, 8102, 4018, 2560};
				static const short phe[4][2] = {{1,1},{-1,1},{-1,-1},{1,-1}};
				tag_tx_plain plan;
				plan.tmstmp.frag = 0;
				plan.tmstmp.sec = 0;
				plan.length_left = packagedta.size() * 2 * 15;
				std::vector<short> signal;
				for (int i=0;i<packagedta.size();++i)
				{
					const short ni = phe[i % 4][0];
					const short nq = phe[i % 4][1];
					if (packagedta[i])
					{
						//1:15
						for (int j=0;j<15;++j)
						{
							signal.push_back(hamm[j]*ni);
							signal.push_back(hamm[j]*nq);
						}
						for (int j=0;j<15;++j)
						{
							signal.push_back(0);
							signal.push_back(0);
						}
					}
					else
					{
						for (int j=0;j<15;++j)
						{
							signal.push_back(0);
							signal.push_back(0);
						}
						for (int j=0;j<15;++j)
						{
							signal.push_back(hamm[j]*ni);
							signal.push_back(hamm[j]*nq);
						}
					}
				}

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4. 相关代码

相关代码和工程参考gitcode.