一種基於虛擬儀器的接收機的製作方法

2023-05-03 21:56:26 1

專利名稱：一種基於虛擬儀器的接收機的製作方法
技術領域：
本發明涉及虛擬儀器技術，具體利用虛擬儀器技術配合PXI模塊化儀器實現802. Ilp物理層接收機的搭建。
背景技術：
I、8O2. Ilp
背景技術：
近年來汽車網絡越來越受到人們的關注，利用無線通信標準DSRC實現路邊到汽車和汽車到汽車的公共安全和私人活動通信的短距離的通信服務。最初的設定是在300 m距離內能有6 Mb/s的傳輸速度。擁有304. 8m的傳輸距離和6 Mb/s的數據速率。從技術上來看，它對IEEE 802. 11進行了多項針對汽車這樣的特殊環境的改進，如熱點間切換更先進、更支持移動環境、增強了安全性、加強了身份認證等等，這樣便逐漸形成了 802. Ilp標準。 IEEE 802. Ilp (又稱 WAVE, Wireless Access in the Vehicular Environment)是一個由IEEE 802. 11標準擴充的通信協議，主要用於車載電子無線通信。它符合智能交通系統(ITS, Intelligent Transportation Systems)的相關應用。應用層面包括高速車輛之間以及車輛與ITS路邊基礎設施(5. 9千兆赫頻段)之間的數據交換。IEEE 1609標準則基於IEEE 802. Ilp通信協議的上層應用標準。目前的汽車通信市場，很大程度上由手機通信所佔據，但客觀上說，蜂窩通信覆蓋成本比較高昂，提供的帶寬也比較有限。使用IEEE802. Ilp有望降低成本、提高帶寬、實時收集交通信息等。IEEE802. Ilp本質上是IEEE 802. Ila的擴充延伸，它們的相同之處在於它們的物理層都是採用OFDM進行調製，且都是採用64個子載波，其中4個副載波充當導頻，用以監控頻率偏置和相位偏置，其餘48個副載波則是用來傳遞數據，剩餘的載波補O以便可以採用64點FFT。在每個物理層數據包的頭文件中都有短序列符和長序列符，用來做信號偵查、頻率偏置估計、時間同步和信道判斷。為了應對衰落信道，在調整到載波之前對信息位採用隔行掃描編碼。他們的不同處主要在於在車載環境下為了增加對信號多路徑傳播的承受能力，802. Ilp使用IOMHz頻率的帶寬，減少帶寬使物理層的參數是IEEE802. Ila的兩倍。另一方面，使用比較小點的帶寬減少了都卜勒的散射效應，兩倍的警戒間隔減少了多路徑傳輸引起的碼間幹擾。結果導致物理層的數據傳輸速率減小了一半。2、虛擬儀器背景
虛擬儀器是基於計算機的軟硬體測試平臺，它可代替傳統的測量儀器，虛擬儀器通過VXI、PXI等標準總線採用軟體將計算機硬體資源和儀器硬體有機的融合為一體，從而把計算機強大的計算機處理能力和儀器硬體的測量，控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬體的成本和體積，並通過軟體實現對數據的顯示、存儲及分析處理。虛擬儀器代表著從傳統硬體為主的測試系統到以軟體為中心的測試系統的根本性轉變。虛擬儀器面板上的各種「控制項」與傳統儀器面板上的各種「器件」所完成的功能是相同的。如各種開關、按鍵、顯示器等實現儀器電源的「通」、「斷」，測量結果的「數值顯示」、「波形顯示」等。傳統儀器面板上的器件都是實物，而且是用手動和觸摸進行操作的，而虛擬儀器面板控制項是外形與實物相像的圖標，設計虛擬面板的過程就是在面板設計窗口中擺放所需的控制項，然後編寫相應的程序。大多數初學者可以利用虛擬儀器的軟體開發工具，如Lab Windows/CVI、LabVIEW等程式語言，在短時間內輕鬆完成美觀而又實用的虛擬儀器前面板的設計。在以PC為核心組成的硬體平臺支持下，虛擬儀器不僅可以通過軟體編程設計來實現儀器的測試功能，而且可以通過不同測試功能的軟體模塊的組合來實現多種測試功能。因此在硬體平臺確定後有「軟體就是儀器」的說法。這也體現了測試技術與計算機深層次的結合。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的以上問題，提供一種在PXI儀器的公共硬體平臺基礎上編寫軟體實現802. Ilp物理層接收機的快速原型機的搭建，主要工作包括
1、802. Ilp物理層接收機基帶信號處理模塊的實現。2、802. Ilp物理層接收機射頻模塊的實現。 為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現
一種基於虛擬儀器的802. Ilp接收機，包括接收機軟體模塊及接收機硬體模塊，所述
接收機硬體模塊通過總線與所述接收機軟體模塊相連，所述接收機軟體模塊包括信號採集模塊，所述信號採集模塊連接有信號處理模塊及通用儀器總線驅動。進一步的，所述信號處理模塊將所述信號採集模塊的信號依次通過符號同步、頻偏糾正、去循環如綴、FFT、糾正/[目道偏差、調解、去擾碼、性能驗證等模塊。進一步的，所述FFT將信號發送至信道估計模塊，由信道估計模塊反饋至所述糾正信道偏差模塊。本發明的有益效果是
本發明最核心的技術便是採用了虛擬儀器技術構建出IIp物理層接收機，而這項技術的實現在本發明中依賴於Labview圖形化程式語言以及PXI模塊化儀器。利用Labview快速高效的實現了 IlP接收機的射頻模塊軟體部分以及基帶信號處理模塊軟體部分，並且利用Labview快速實現了與PXI儀器硬體部分的交互。而PXI模塊化儀器的精度較高的特性也為本發明所設計系統運行良好提供了的一個強有力的硬體支撐。另外802. Ilp主要用於車載無線通信，即主要服務於車聯網。因而本發明實現的802. Ilp物理層接收機的快速原型機最主要的功能是可以在車載環境中實現信號的接收及解調，並且通過一系列嚴格的測試，該原型機的性能(如最小接收機靈敏度，EVM等)滿足802. Ilp協議中規定的接收機射頻一致性測試條目的指標。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I :802. Ilp接收機系統框 圖2 :801. Ilp接收機硬體框 圖3 :802. Ilp接收機基帶信號處理模塊；
圖4 :802. Ilp信道估計模型；
圖5 :802. Ilp接收機完整系統框圖。圖中標號說明A、接收機軟體模塊，B、接收機硬體模塊，C、總線，I、信號採集模塊，
2、信號處理模塊，3、通用儀器總線驅動，201、符號同步，202、頻偏糾正，203、去循環前綴，204、FFT，205、糾正信道偏差，206、解調，207、去擾碼，208、性能驗證，209、信道估計。
具體實施例方式下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本發明。參照圖I所示，一種基於虛擬儀器的802. IIp接收機，包括接收機軟體模塊A及接收機硬體模塊B，所述接收機硬體模塊B通過總線C與所述接收機軟體模塊A相連，所述接收機軟體模塊A包括信號採集模塊I，所述信號採集模塊I連接有信號處理模塊2及通用儀器總線驅動3。進一步的，參照圖3所示，所述信號處理模塊2將所述信號採集模塊I的信號依次通過符號同步201、頻偏糾正202、去循環前綴203、FFT204、糾正信道偏差205、調解206、去擾碼207、性能驗證208等模塊。進一步的，所述FFT204將信號發送至信道估計209模塊，由信道估計209模塊反饋至所述糾正信道偏差205模塊。本發明中實現的基於虛擬儀器技術的接收機系統主要分為兩塊(如圖I):採用PXI模塊化儀器實現的接收機的硬體部分以及利用Labview編程實現的接收機軟體部分。下面分別對它們做詳細的介紹
採用PXI 5663模塊化儀器的公共硬體平臺
本發明中採用NI公司的模塊化儀器PXI 5663矢量信號分析儀作為接收機的硬體部分，該款矢量信號分析儀主要分為三個部分(圖2):本振源PXI 5652，下變頻器PXI 5601以及數位化儀PXI5622。利用本振源產生的本振信號與輸入下變頻器的射頻信號進行混頻並進行中頻濾波，將濾波之後的信號通過數位化儀進行採樣，接著便可以對採樣完之後的數位訊號進行軟體層面的數位訊號處理。本發明所處理的Ilp模擬無線電波信號的頻率為5. 8GHz，帶寬為20MHz，根據奈奎斯特採樣定律，所需的採樣率至少為40MHz才能保持信號不失真，而該款矢量信號分析儀可以接收lOMHz-6. 6GHz頻段的信號，擁有50MHz的瞬時中頻帶寬，擁有最高150MS/s的採樣率，從上述儀器指標來看，該款模塊化儀器可以完全滿足Ilp接收機所需的性能指標。基於Labview的射頻信號採集處理模塊以及基帶數位訊號處理模塊 基於Labview的射頻信號採集處理模塊
該部分主要功能是通過調用儀器驅動API，編寫控制儀器的Labview程序。程序段主要根據IlP信號的特性設置儀器的三個子系統(通道子系統，採集子系統，觸發子系統)，以此實現控制儀器對射頻端信號進行採集，下變頻，A/D等。其中通道子系統用於控制儀器採用哪個邏輯通道進行射頻信號的採集；採集子系統用於設置與射頻信號採集相關的一些儀器特性，例如儀器的採集方式(IQ or Spectrum),載波頻率,參考水平(Reference Level),參考時鐘等；觸發子系統用於設置與A/D相關的一些特性，例如觸發採樣方式，觸發採樣功率等級，採樣率，採樣點數等。基於Labview的基帶數位訊號處理模塊
該部分主要功能是通過編寫Labview程序來完成對採樣之後的數位訊號進行一系列處理(如圖3)，從而最終還原出最終發送的比特流。按照處理的順序主要分為符號同步，信道估計，OFDM解調。下面分別介紹這幾部分。符號同步由於信號採集模塊傳出來的數據前一段全是噪聲信號，後一段是一幀OFDM信號和噪聲信號的疊加，因而為了正確的獲取一巾貞OFDM信號,必須以儘可能小的誤差(誤差不能超過16)去估計出OFDM幀的起始點，而這正是符號同步模塊所完成的。該同步模塊主要思想是通過求接收信號r(η)和已知短訓練序列之間的互相關實現的，通過求互相關值的最大值，使互相關值最大的那個點即為幀的起始點。
信道估計在實際系統中，由於載波偏移、定時偏差、以及信道的頻率選擇性衰落等的影響，信號會受到破壞，導致相位偏移和幅度變化。為了準確恢復信號，接收端有兩種信號檢測方法，查分檢測和相干檢測。查分檢測不需要知道信號的參考值，只需要利用相鄰兩個信號的相位和幅度的差值。相干檢測利用信號的參考值來檢測信號，所以對相干檢測而言而需要進行信道估計得到檢測所需的參考值。在完善信道估計的情況下，為了得到相同的誤碼率，後者所需要的信噪比前者低3dB。對於需要很高傳輸速率和頻譜效率的OFDM系統，相干檢測更合適。精確的信道估計依然是OFDM進行相干檢測必不可缺少的部分。信道估計算法主要包括兩大類一種是基於訓練序列的估計算法，一種是盲估計算法。所謂基於訓練序列的估計算法是指利用接收機已知的信息來進行信道估計。本發明主要採取這種算法進行信道估計。採取這種算法進行估計的算法又包括兩種基於塊狀訓練序列的算法和採用導頻估計的算法。所謂塊狀訓練序列即一個OFDM符號內的所有點均為已知點，通過這個接收端已知的OFDM符號以及接受到的相應的符號，可以估計出信道在52個載波頻率段的頻率響應{H (O)，H (I)…，H (51)}，這樣便可以修正本OFDM幀內其他OFDM符號。但這種算法只適合於時變緩慢的信道，因為若信道頻率響應變化很快，顯然前一個OFDM符號的頻率響應與下一個OFDM符號的頻率響應時不一樣的。採用導頻估計的算法可以改善上述信道情況下的信道估計的準確性，它的思想在於利用發送的每一個OFDM符號的4個導頻信道的頻率響應利用信道插值來估計出該OFDM內其他48個數據子載波信道的頻率響應。本發明便是利用這種算法的思想進行信道估計。模型如圖4。OFDM解調按照協議來看，OFDM解調過程是調製過程的逆序，按照先後順序，可以分為解映射，解交織，viterbi解碼。解映射是映射的逆過程，即將映射到星座圖上的複數點還原為比特序列，包括64-QAM，16QAM，QPSK，BPSK。而交織是為了防止信號在傳輸中產生突發錯誤，而採取的一種將發送比特序列相互位置打亂的措施，解交織即是用來還原出位置未被打亂的比特序列。Ilp主要利用兩個序列位置變換的方程實現位置的變換，本發明中便是利用Labview實現出了這兩個方程的逆過程，從而實現了相互位置的還原。Viterbi解碼是發送端卷積編碼的逆過程，在實現的過程中，通過在MATLAB中編寫相應的Viterbi解碼程序，然後在Labview中調用該MATLAB程序實現了該解碼。整個Ilp接收機系統的框圖見圖5。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於虛擬儀器的接收機，其特徵在於包括接收機軟體模塊(A)及接收機硬體模塊(B)，所述接收機硬體模塊(B)通過總線(C)與所述接收機軟體模塊(A)相連，所述接收機軟體模塊(A)包括信號採集模塊(1)，所述信號採集模塊(I)連接有信號處理模塊(2)及通用儀器總線驅動(3)。
2.根據權利要求I所述的基於虛擬儀器的接收機，其特徵在於所述信號處理模塊(2)將所述信號採集模塊(I)的信號依次通過符號同步(201)、頻偏糾正(202)、去循環前綴(203),FFT (204)、糾正信道偏差(205)、調解(206)、去擾碼(207)、性能驗證(208)等模塊。
3.根據權利要求2所述的基於虛擬儀器的接收機，其特徵在於所述FFT(204)將信號發送至信道估計(209)模塊，由信道估計(209)模塊反饋至所述糾正信道偏差(205)模塊。
全文摘要
本發明公開了一種基於虛擬儀器的接收機，包括接收機軟體模塊及接收機硬體模塊，所述接收機硬體模塊通過總線與所述接收機軟體模塊相連，所述接收機軟體模塊包括信號採集模塊，所述信號採集模塊連接有信號處理模塊及通用儀器總線驅動。本發明採用了虛擬儀器技術構建出11p物理層接收機，而這項技術的實現在本發明中依賴於Labview圖形化程式語言以及PXI模塊化儀器。利用Labview快速高效的實現了11p接收機的射頻模塊軟體部分以及基帶信號處理模塊軟體部分，並且利用Labview快速實現了與PXI儀器硬體部分的交互。而PXI模塊化儀器的精度較高的特性也為本發明提供了的一個強有力的硬體支撐。
文檔編號H04B1/00GK102801676SQ201210055968
公開日2012年11月28日 申請日期2012年3月6日 優先權日2012年3月6日
發明者裴文江, 第偉, 王開, 孫慶慶, 詹金獅, 王曉姝, 朱光輝, 楊洋, 繆瑞華, 張毅峰 申請人:東南大學