大项目

报告提交

• 截止日期: 23:59, 19 June 2023.
• 提交邮箱: hongzhuyu@stu.xmu.edu.cn
• 每组提交一份报告
• 逾期提交每天会扣除5%的分数，最高扣35%
• 将Project最终演示视频提交视频网站（比如B站），并在你的报告中附上链接

检查时间

• 将于10:20-19:20, 21 June 2023在学武楼 G102检查
• 检查完毕归还Pluto设备

简介

到目前为止，我们已经开发了基于 Socket PHY 的双向通信收发机。不过目前的Socket PHY不能直接用Pluto SDR来替代，因为Pluto SDR发送/接收的是物理层基带信号，我们需要进行物理层的基带信号处理，而目前Socket PHY简化了了物理层信号处理过程而是直接收发数据包。

在实验1与实验2中，同学们已经开发了物理层信号处理的模块，包括发送机与接收机的信号处理。在实验3中，同学们已经开了链路层协议，实现了可靠图片传输。本次大项目就是将前述实验的开发成果进行集成，完成物理层、链路层、应用层的开发，并实现一个完整的实时无线通信系统，支持图片的可靠传输。

为了降低难度，大项目有两种提交方式：a) 物理层采用Pluto SDR硬件；b) 物理层依然采用Socket PHY，不过Socket传输的是基带信号。前者能拿到大项目全部的分数，后者只能拿到大项目全部分数的80%。对于这两种方式，项目都会提供一个框架代码，同学们只需要在框架代码中实现相应函数即可。

这两种方式都需要进行基带信号处理，区别就在于修改的Socket PHY会直接传输一个信号块，包括一个帧的全部基带信号与帧前面有随机添加的噪声。对于Pluto PHY，每次获取的一个信号块不一定保证包括一个完整的数据帧。此外，对于前者，在Pluto SDR实现实时系统有很多挑战，需要注意优化代码的性能，使得接收模块的处理足够快，否则会发生丢包。

选项1：基于Pluto SDR实现实时双向通信系统（100%）

第一部分：完成单向 OFDM 发送机（20%）

设置和要求

• 调制LLC层的数据包，并将基带信号放入 tx_queue，然后完成OfdmTx类的 put() 和 process()。提交你实现的程序。(10%)
• 添加线程 tx_sample_queue_watcher_thread以从 tx_queue中获取样本，并使用PlutoSDR进行传输。提交你实现的程序。(5%)
• 问题：描述单向OFDM发送机的过程。解释控制台输出，并描述它们的作用。socket发送机和 pluto发送机之间的区别是什么？(5%)

提示

• 你可以使用Lab2中发送机的源代码来开发OfdmTx类中的 process()函数
• tx_sample_queue_watcher_thread的设计类似于 tx_packet_queue_watcher_thread
• 要使用pluto传输baseband samples，可以调用 sdr_tx.tx(samples)

第二部分：完成单向 OFDM 接收机（40%）

设置和要求

• 添加线程 rx_sample_queue_watcher_thread以从pluto获取缓冲区并将其放入 rx_sample_queue中。提交你设计的程序。(10%)
• 从 rx_sample_queue获取缓冲区。检测缓冲区中的前导码并解调接收的样本。将解调的数据包放入 rx_packet_queue，然后完成OfdmRx类的 process()。提交你设计的程序。(15%)
• 问题1：描述单向OFDM接收机的过程。解释控制台输出，并描述它们的作用。socket接收机和 pluto接收机之间的区别是什么？(5%)
• 问题2：解释接收机中 rx_sample_queue和 rx_packet_queue的作用？(5%)
• 问题3：如果 rx_sample_queue或 rx_packet_queue没有及时处理，会发生什么？(5%)

提示

• 要使用pluto接收baseband samples，可以调用 samples=sdr_tx.rx()。
• rx_sample_queue_watcher_thread 的设计类似于 rx_packet_queue_watcher_thread。
• 你可以更改在test_nodeB.py 中 rx_buffer_size的值，以帮助调试 process()。
• 你可以使用 time库来测量 process()中每个部分的时间消耗，并优化较慢的部分以提高处理速度。
• 如果处理速度赶不上传输速度，请放慢传输速度。(可以通过sleep更多时间来控制传输速率)
• ofdm_tx.py 和 ofdm_rx.py 可以从你完成的实验3中拷贝过来。
• test_nodeA.py中的 -t 选项可以相应修改。

第三部分：完成双向 OFDM 收发机 (20%)

设置和要求

• 参照前向链路实现（用于发送DATA），实现反向链路（用于发送ACK）。提交你设计的程序。运行下面的代码，并记录控制台输出。(15%)

(py37)$ python test_nodeB.py -p pluto -l double        # run first
(py37)$ python test_nodeA.py -p pluto -l double

• 问题：结合控制台输出结果描述双向通信的过程。(5%)

提示

• 注意，我们在以下两个flow应该使用不同频率：flow: A --> B和flow: B --> A，以避免流间干扰。在我们提供的代码中，频率设置为不同的值。你应该根据你的组号改变频率。
• 如果你的电脑无法同时带动两台设备，请尝试在不同的电脑上运行节点A和节点B。

第四部分：可靠图像传输 (20%)

步骤和要求

• 参照Lab 3的实现，在Pluto PHY上实现可靠图像传输。提交你设计的程序。（20%）

选项2：基于修改的Socket PHY实现实时双向通信系统（80%）

上述Pluto PHY需要和Pluto硬件交互，存在一定的难度。另一个选项是通过修改的Socket PHY进行交互。与Lab 3的Socket PHY不同（传递的是frame），Project使用的Socket PHY传递的是baseband samples。你需要从baseband samples中解码出frame，然后才能进行packet-level的处理。此外，为了能够集成帧同步的功能，我们的框架代码会在baseband samples前增加一段随机长度的噪声，但是可以保证每次接收到的信号包括一个完整的frame。存在随机长度的噪声，意味着需要实现帧同步，找到帧开始位置。

第一部分：完成单向 OFDM 发送机（10%）

要求同上

第二部分：完成单向 OFDM 接收机（30%）

要求同上

第三部分：完成双向 OFDM 收发机 (20%)

要求同上

第四部分：可靠图像传输 (20%)

要求同上

加分题 (+10%)

加分1：用GUI Demo实现循环图像传输与显示 (+5%)

步骤和要求

• 支持文件夹内多个图像的传输，用 GUI Demo 显示图像。我们会提供GUI Demo显示程序，你需要写一些接口代码。

加分2：滑动窗口 ARQ (+5%)

步骤和要求

• 使用滑动窗口ARQ提高传输速度。