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产品名称: 软件定义教学科研实验系统
上市日期:2018-12-02

KZ-SDR-ED软件定义教学科研实验系统是一款由湖南智领通信科技有限公司联合国防科技大学推出的面向通信与信息系统领域集基础理论实验学习、科研创新开发、装备原型验证于一体的综合系统,包括自主开发的高性能通用软件无线电硬件平台(KZ-SDR-ES01、KZ-SDR-EL01/02)、自主开发的软件无线电应用开发软件(KZ-SDR-IDE),以及联合高校教学名师编撰的课程案例库与创新实验案例库。

目前课程案例涵盖通信与信息系统专业本科及研究生所开设的《通信原理》、《移动通信》、《数字信号处理》、《软件无线电》、《认知无线电》、《无线通信网络》、《信息论与编码》、《信息安全》等相关课程,并可扩展到物联网应用、雷达、信号处理等其他电子信息类相关课程。


产品描述:
  • 领域和优势

  • 系统平台

  • 实验案例

  • 经典案例

软件定义教学科研实验系统


KZ-SDR-ED软件定义教学科研实验系统可应用于:


(1)下一代通信原理实验室建设、软件无线电创新实验室建设;


(2)本科生、研究生各类通信与电子类创新竞赛与毕业设计;


(3)各类通信、电子、信息类的科研开发验证平台。


软件定义教学科研实验系统


本产品颠覆了现有的各大院校广泛使用的各类通信信息类教学仪器设备,引领了未来教学设备产品的发展方向。与现有各类基于硬件的教学仪器产品比较,本产品特点有:


1、平台软件化:无限扩展与升级,可作为多种通信课程实验平台。

本产品基于软件无线电体系架构设计,在一个通用硬件平台上,通过加载不同的软件算法,即可完成多种课程的教学实验。软件可升级、可替换,突破了传统教学设备受硬件限制只能提供有限功能的局面,为用户提供了一个无限扩展的平台。


2、界面可视化:可视化流图式案例设计,实现对抽象理论的快速认知。

系统提供的教学科研案例基于可视化的流图式设计,并提供了基础数学运算、信号处理、调制解调、信源编解码、信道编解码、硬件设备抽象等500多个组件库。专业教科书的理论框图,可以流图展现,并可实时观测时域和频域信号波形图。


3、软硬结合:软件仿真与硬件运行无缝切换,理论与应用相结合。

系统本身是一台高灵敏度和高性能的软件无线电收发信机,理论算法流图在软件仿真模式下运行验证后不需要进行代码移植或改变,即可将代码直接下载到硬件平台上运行,对真实无线信号进行收发验证或作为产品原型系统验证。


4、二次开发:强大的二次开发功能,可进行创新应用与科研开发。

系统提供强大的二次开发能力,用户既可以基于系统提供的组件算法库,快速进行自定义流图的搭建。也可以自定义开发组件算法库。组件算法模块基于主流的C/C++、python语言开发,并可导入matlab算法库,学习起点低,减少了学习和培训的周期。


5、案例丰富:内置大量无线通信案例,可快速构建创新与科研的设备原型。

系统内置FM广播接收、调频对讲、QPSK信号收发、ADS-B信号接收、GPS信号模拟、移动基站模拟、移动手机模拟、频谱感知、卫星信号接收等信号流图案例,可与不同种类的实际无线通信系统进行无线收发实验。


软件定义教学科研实验系统


软件定义教学科研实验系统目前包括三款自主研发的硬件平台KZ-SDR-EL02(标准型)、KZ-SDR-EL01(高端型)、KZ-SDR-ES01(综合型),并支持USRP、HACKRF等国外主流软件无线电硬件外围设备。


软件定义教学科研实验系统


1、标准型硬件平台


KZ-SDR-EL02标准型硬件平台, 射频频段覆盖70~6000MHz,采样率最高支持32MS/S,频率准确度1PPM;具备双收双发射频接口,支持2x2 MIMO,最大输出功率17dBm,具备USB3.0等接口。

软件定义教学科研实验系统

KZ-SDR-EL02标准型硬件平台


标准型硬件平台须通过USB3.0接口连接电脑,结合电脑上安装的软件无线电应用开发软件(KZ-SDR-IDE),方可运行。


软件定义教学科研实验系统


2、高端型硬件平台


KZ-SDR-EL01高端型硬件平台, 射频频段覆盖70~6000MHz,采样率最高支持32MS/S,频率准确度0.5PPM;具备双收双发射频接口,支持2x2 MIMO,最大输出功率20dBm,具备HDMI、千兆以太网、UART、USB2.0、GPS输入等多种接口。


软件定义教学科研实验系统

KZ-SDR-EL01高端型硬件平台


高端型硬件平台预装嵌入Linux操作系统、软件无线电核心软件系统以及波形文件,既可以以独立设备形态运行(通过基于网络的API接口函数受控),也可连接电脑协同运行。


软件定义教学科研实验系统


3、综合型硬件平台


KZ-SDR-ES01综合型硬件平台,由高性能工控机和射频信号处理板组成。整合高性能电脑主板、英特尔CPU、高速内存、固态硬盘等高端工控机配置。射频频段覆盖70~6000MHz(可定制扩展到1.6MHz-16GHz),最高采样率支持64MS/S,ADC/DAC采样位宽12位,频率准确度0.1PPM,最大输出功率20dBm。


软件定义教学科研实验系统


KZ-SDR-ES01综合型硬件平台


综合型硬件平台预装麒麟Linux操作系统,软件无线电应用开发软件(KZ-SDR-IDE),教案库以及创新案例库,开机即可运行教学或创新实验案例。


软件定义教学科研实验系统


KZ-SDR-ED软件无线电通用教学实验系统,采用自主研发具有核心知识产权的软件无线电应用开发软件(KZ-SDR-IDE)进行开发,这是一款基于开放式软件无线电架构和Eclipse JAVA技术自主开发的跨平台软件,由集成开发界面、波形组件库、教案及创新案例库三大部分组成。


软件定义教学科研实验系统

KZ-SDR-IDE软件无线电应用开发软件界面


该软件主要功能及特点有:

1)跨平台设计,支持优麒麟Linux、Ubuntu Linux和Windows等操作系统;

2)支持实验模式、开发模式(选配)和考核模式(选配)三种模式;实验模式又分为实验演示和实验操作两种模式,可适应不同层次的教学实验需求。考核模式下支持自动试卷生成和评分。

3)支持基于网络教学实验管理系统(选配),对所有的联网设备进行统一管理与配置,可实现教学实验案例的网络自动更新,实验案例模板网络下发,支持用户登录、用户实验行为记录以及用户实验报告的上传与下载。

4)支持软件虚拟仪器,包括示波器、频谱仪、误码率分析、比特显示、比特分析等功能,可在流图任意点增加或删除观测点。

5)拥有丰富的组件库和案例库,支持实验与案例的二次开发,可实现理论认知与实践应用的双重效果。


软件定义教学科研实验系统

智领通信教学实验管理系统软件


软件定义教学科研实验系统


1、《通信原理》实验内容


基础性实验

通信信源:模拟信源、数字信源实验

信道模型:AWGN、衰落信道实验

模拟调制系统:AM、DSB调制解调实验

数字基带传输系统:AMI、HDB3、平方根升余弦滤波器实验

数字频带传输系统:2ASK、2FSK、2PSK、QPSK调制解调实验

信源编码:均匀量化PCM编解码实验、A律PCM编解码实验

信道编码:汉明码、循环码、卷积码编解码实验

同步技术:位同步、载波同步、帧同步实验

扩频技术:m序列实验、DS扩频解扩实验


综合型实验

双音多频(DTMF)电话拨号音的产生与解调

调频广播FM接收机设计

模拟FM对讲机设计

基于QPSK全双工数字语音无线通信系统设计

宽带OFDM传输系统调制与解调设计


创新性实验

ADS-B民航信号的接收设计

移动手机与基站模拟设计

基于软件无线电的多源无线信号定位设计


软件定义教学科研实验系统


2、《移动通信》实验内容


基础性实验

调制技术:GMSK、8PSK、16QAM、64QAM、256QAM调制与解调实验;

信道模拟:多径衰落实验

信道编码:Turbo、LDPC编解码技术实验;

均衡技术:信道均衡技术实验

物理层算法:CRC、码块分割、速率匹配、码块级联、加解扰、信道交织、导频生成、资源映射实验;

链路层协议:4G手机入网、鉴权、寻呼、位置更新、手机关机流程实验


综合型实验

移动通信网络

TD-LTE物理广播信道

TD-LTE物理上行共享信道

4G通信系统业务流程


软件定义教学科研实验系统


3、《数字信号处理》实验内容


基础性实验

离散时间信号的产生及其基本运算

离散时间系统及系统响应

离散时间信号的DTFT及DFT/FFT

离散余弦变换DCT

常用窗函数的特性分析

利用FFT分析信号的频谱

窗函数法设计FIR滤波器

频率采样法设计FIR滤波器

脉冲响应不变法设计IIR滤波器

双线性变换法设计IIR滤波器


综合性实验

时域采样和频域采样

声音信号的采集与频谱分析

用数字滤波器处理音乐信号


软件定义教学科研实验系统


4、《软件无线电》实验内容


基础理论实验

带通采样实验

上下变频实验

CIC、HBF数字滤波器设计实验

抽取插值多速率变换实验


创新实验

模拟数据采集与回放设计

调频广播FM接收机设计

模拟对讲FM设计

基于QPSK的全双工数字语音无线通信系统设计

ADS-B民航信号的接收与解码设计

频谱感知设计

宽带OFDM传输系统调制与解调设计

基于软件无线电的多源无线信号定位设计


软件定义教学科研实验系统


5、《无线通信网络》实验内容


重传反馈协议实验

ALOHA协议实验

TDMA协议实验

CSMA协议实验

IEEE 802.11 MAC协议实验

隐藏终端与暴露终端实验

自组网动态路由协议实验

认知无线电实验


软件定义教学科研实验系统


6、支持的各类科研创新案例


软件无线电信号模拟

GPS信号模拟设计

软件无线电频谱感知

软件无线电雷达

无线自组网系统

典型卫星信号调制解调

典型HF、VHF、UHF等信号调制解调


软件定义教学科研实验系统


1、《通信原理》FSK教学案例


FSK(频移键控)是利用载波的不同频率来传递数字信息。比如在2FSK中,用载波频率1传输数字信息“1”码,用载波频率2传输数字信息“0”码,而其振幅和初始相位维持不变。运用模拟调制法产生的2FSK信号原理框图,如下图所示。

软件定义教学科研实验系统

模拟调制法产生2FSK信号


运用KZ-SDR-IDE软件搭建的对应调制流图如下图所示。


软件定义教学科研实验系统


KZ-SDR-IDE软件搭建的2FSK模拟调制法框图


应用软件示波器和频谱分析仪器观察到的结果,如下图所示:


软件定义教学科研实验系统


2FSK信号波形

软件定义教学科研实验系统

2FSK信号频谱


软件定义教学科研实验系统


2、《数字信号处理》窗函数特性分析教学案例


窗函数,在信号的频谱分析和数字滤波器设计中,都发挥着重要的作用。深入理解各种窗函数的特性,是正确运用窗函数的基础。本实验研究常用窗函数的特性以及时域加窗对信号频谱特性的影响。

软件定义教学科研实验系统

系统构建流图


软件定义教学科研实验系统

窗函数特性运行结果图


软件定义教学科研实验系统


3、《移动通信》TD-LTE PBCH全流程分析教学案例


运行KZ-SDR-IDE软件,可以模拟3GPP标准定义的LTE基站系统收发信机物理层协议算法,包含CRC生成与校验、码块分割、信道编码、速率匹配、码块级联、信道交织、加解扰、资源映射、信道均衡等等,通过运行全流程算法,可以查看每个算法的运行数据及相关信息。

软件定义教学科研实验系统

TD-LTE PBCH全流程实验流图


软件定义教学科研实验系统


4、QPSK数字传输系统设计


本案例实现了一个完整的QPSK无线数字收发系统流图,从而给使用者建立完整的数字通信系统概念。以接收为例,包括载波同步、位同步、信道均衡、星座映射、解帧、比特显示等。收发程序既可以在一个单台设备上实现,也可以利用两台设备分别运行收发实现。

软件定义教学科研实验系统

QPSK数字传输收发流图

软件定义教学科研实验系统

QPSK接收端频谱图、星座图与比特显示


软件定义教学科研实验系统


5、FM调频广播实验案例


FM广播采用宽带模拟调频,在我国频率的范围为88-108MHz。启动KZ-SDR-IDE软件,运行搭建好的FM广播流图,如图6-9,设置频点和发射功率,可实现小功率的调频广播电台。

软件定义教学科研实验系统

KZ-SDR-IDE软件搭建的FM广播流图


软件定义教学科研实验系统


6、ADS-B民航信号接收案例


ADS-B(Automatic Dependent Surveillance - Broadcast),广播式自动相关监视,是一个针对民航飞行器集通信与监视于一体的信息系统国际标准。ADS-B的主要信息是飞机的4维位置信息(经度、纬度、高度和时间)和其他可能附加信息。

将实验系统放置在靠窗户位置,启动KZ-SDR-IDE软件,运行ADS-B民航接收流图,开发平台自动调谐到1090MHz频段,可以接收到附近100公里内正在飞行的飞机所广播的航班以及位置信息,如下图。

软件定义教学科研实验系统软件定义教学科研实验系统

KZ-SDR-IDE软件运行ADS-B界面


软件定义教学科研实验系统


7、GPS信号模拟实验案例


GPS(Global Positioning System),全球定位系统,空间部分由24颗卫星组成,距离地面高度大约20200公里,使用的L1波段中心频率为1575.42MHz,为民用服务。为避免相互干扰,24颗卫星使用PRN代码进行扩频通信,在相同的频率上发出导航数据。

将实验系统加载运行GPS信号模拟程序,实验系统够模拟发出不同卫星的PRN码信息,干扰用户终端的GPS接收器,使其接收到指定的位置信息,如图6-14所示,显示为长沙地区手机受到干扰后错误定位为上海地区。

软件定义教学科研实验系统软件定义教学科研实验系统

KZ-SDR-IDE软件GPS信号模拟


软件定义教学科研实验系统


8、频谱感知案例

频谱作为无线网络中最宝贵的资源,已经难以满足无线通信技术的迅猛发展要求,动态频谱接入被认为是解决该供需矛盾的主要技术途径。在软件无线电基础上提出的无线认知网络目前已经成为无线网络领域最前沿的研究热点之一,具备对环境的动态感知、决策和传输能力,可以动态接入共享频谱。

利用本平台宽频段的硬件架构特点,可以实现基于软件无线电的频谱感知功能,频谱感知范围70M-6GHz,最大瞬时感知带宽20MHz。


软件定义教学科研实验系统

运行频谱感知软件界面


软件定义教学科研实验系统


9、无线信号模拟案例

本实验系统基于软件无线电架构设计,可以很灵活的产生任意信号类型,并通过无线发射出来,图6-16为利用本实验实验系统开发的一个典型的无线信号模拟案例。

软件定义教学科研实验系统

运行无线信号模拟软件界面

模拟信号类型:单音、梳状谱、ASK、FSK、PSK、QAM等;输出频率范围:70~6000MHz;最大信号带宽:20MHz;最大输出功率:20dBm;最大功率调节动态范围:60d


软件定义教学科研实验系统


10、无线信号模拟采集与回放


在综合型平台运行KZ-SDR-IDE软件,可以很容易实现无线信号采集与回放功能,采集与回放频率范围:70~6000MHz;最大信号采集速率32MS/S,信号回放损失小于1.5dB。

软件定义教学科研实验系统软件定义教学科研实验系统

无线信号模拟采集与回放软件流图






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日期: 2018 - 12 - 02
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2018 - 12 - 02
KZ-SDR-ED软件定义教学科研实验系统可应用于:(1)下一代通信原理实验室建设、软件无线电创新实验室建设;(2)本科生、研究生各类通信与电子类创新竞赛与毕业设计;(3)各类通信、电子、信息类的科研开发验证平台。本产品颠覆了现有的各大院校广泛使用的各类通信信息类教学仪器设备,引领了未来教学设备产品的发展方向。与现有各类基于硬件的教学仪器产品比较,本产品特点有:1、平台软件化:无限扩展与升级,可作为多种通信课程实验平台。本产品基于软件无线电体系架构设计,在一个通用硬件平台上,通过加载不同的软件算法,即可完成多种课程的教学实验。软件可升级、可替换,突破了传统教学设备受硬件限制只能提供有限功能的局面,为用户提供了一个无限扩展的平台。2、界面可视化:可视化流图式案例设计,实现对抽象理论的快速认知。系统提供的教学科研案例基于可视化的流图式设计,并提供了基础数学运算、信号处理、调制解调、信源编解码、...
2018 - 12 - 03
标准软件无线电架构,符合下一代通信体制要求;体积小、重量轻,可适应多种无人机机型;支持无线MESH宽带自组网;支持开机通、一键通;支持智能频谱感知及无线频率参数分发;支持最大64个节点的网络规模(预设网络节点16个);支持最大5跳中继传输;支持空空/空地5公里以上的点对点自适应速率传输;支持主流高清视频、数据、话音、态势信息等多种业务类型;支持TDD/FDD宽带传输和TDMA/CSMA多址接入;支持以太网、USB、UART等接口系统参数配置,提供专用操控软件和开发接口API;满足GJB150/150A环境适应性要求,适用于多种特殊应用环境要求。
2018 - 12 - 04
目前政府及特殊应用部门对于内部交流沟通、区域安防与数据传输等需求越来越大,专用通信网络建设的需求越来越大,而LTE系统由于技术成熟、系统容量大、终端选择多样等优势成为众多专用网络建设的首选技术。而目前的LTE技术主要采用面向广域覆盖的蜂窝网结构,同时由于划分的频段高(国家常用的为1.4GHz和1.8GHz),单个基站覆盖范围小,因此,为某个特定区域尤其是区域形状和用户分布不均匀的区域,全部使用LTE专网往往带来较高的建设成本,对于位置偏远、远离区域中心的“孤岛”,往往用户数量远少于单个基站的最大的用户容量,可以采取区别于LTE的覆盖方式,例如自组织网络。
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