專利名稱：一種基于虛擬儀器的接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及虛擬儀器技術(shù)，具體利用虛擬儀器技術(shù)配合PXI模塊化儀器實(shí)現(xiàn)802. Ilp物理層接收機(jī)的搭建。
背景技術(shù)：
I、8O2. Ilp
背景技術(shù)：
近年來(lái)汽車網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，利用無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)DSRC實(shí)現(xiàn)路邊到汽車和汽車到汽車的公共安全和私人活動(dòng)通信的短距離的通信服務(wù)。最初的設(shè)定是在300 m距離內(nèi)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(shù)據(jù)速率。從技術(shù)上來(lái)看，它對(duì)IEEE 802. 11進(jìn)行了多項(xiàng)針對(duì)汽車這樣的特殊環(huán)境的改進(jìn)，如熱點(diǎn)間切換更先進(jìn)、更支持移動(dòng)環(huán)境、增強(qiáng)了安全性、加強(qiáng)了身份認(rèn)證等等，這樣便逐漸形成了 802. Ilp標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE 802. Ilp (又稱 WAVE, Wireless Access in the Vehicular Environment)是一個(gè)由IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充的通信協(xié)議，主要用于車載電子無(wú)線通信。它符合智能交通系統(tǒng)(ITS, Intelligent Transportation Systems)的相關(guān)應(yīng)用。應(yīng)用層面包括高速車輛之間以及車輛與ITS路邊基礎(chǔ)設(shè)施(5. 9千兆赫頻段)之間的數(shù)據(jù)交換。IEEE 1609標(biāo)準(zhǔn)則基于IEEE 802. Ilp通信協(xié)議的上層應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。目前的汽車通信市場(chǎng)，很大程度上由手機(jī)通信所占據(jù)，但客觀上說(shuō)，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(shí)時(shí)收集交通信息等。IEEE802. Ilp本質(zhì)上是IEEE 802. Ila的擴(kuò)充延伸，它們的相同之處在于它們的物理層都是采用OFDM進(jìn)行調(diào)制，且都是采用64個(gè)子載波，其中4個(gè)副載波充當(dāng)導(dǎo)頻，用以監(jiān)控頻率偏置和相位偏置，其余48個(gè)副載波則是用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)，剩余的載波補(bǔ)O以便可以采用64點(diǎn)FFT。在每個(gè)物理層數(shù)據(jù)包的頭文件中都有短序列符和長(zhǎng)序列符，用來(lái)做信號(hào)偵查、頻率偏置估計(jì)、時(shí)間同步和信道判斷。為了應(yīng)對(duì)衰落信道，在調(diào)整到載波之前對(duì)信息位采用隔行掃描編碼。他們的不同處主要在于在車載環(huán)境下為了增加對(duì)信號(hào)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(shù)是IEEE802. Ila的兩倍。另一方面，使用比較小點(diǎn)的帶寬減少了多普勒的散射效應(yīng)，兩倍的警戒間隔減少了多路徑傳輸引起的碼間干擾。結(jié)果導(dǎo)致物理層的數(shù)據(jù)傳輸速率減小了一半。2、虛擬儀器背景
虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，虛擬儀器通過VXI、PXI等標(biāo)準(zhǔn)總線采用軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源和儀器硬件有機(jī)的融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)處理能力和儀器硬件的測(cè)量，控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)及分析處理。虛擬儀器代表著從傳統(tǒng)硬件為主的測(cè)試系統(tǒng)到以軟件為中心的測(cè)試系統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)變。虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)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(guān)、按鍵、顯示器等實(shí)現(xiàn)儀器電源的“通”、“斷”，測(cè)量結(jié)果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是實(shí)物，而且是用手動(dòng)和觸摸進(jìn)行操作的，而虛擬儀器面板控件是外形與實(shí)物相像的圖標(biāo)，設(shè)計(jì)虛擬面板的過程就是在面板設(shè)計(jì)窗口中擺放所需的控件，然后編寫相應(yīng)的程序。大多數(shù)初學(xué)者可以利用虛擬儀器的軟件開發(fā)工具，如Lab Windows/CVI、LabVIEW等編程語(yǔ)言，在短時(shí)間內(nèi)輕松完成美觀而又實(shí)用的虛擬儀器前面板的設(shè)計(jì)。在以PC為核心組成的硬件平臺(tái)支持下，虛擬儀器不僅可以通過軟件編程設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)試功能，而且可以通過不同測(cè)試功能的軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能。因此在硬件平臺(tái)確定后有“軟件就是儀器”的說(shuō)法。這也體現(xiàn)了測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)深層次的結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種在PXI儀器的公共硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上編寫軟件實(shí)現(xiàn)802. Ilp物理層接收機(jī)的快速原型機(jī)的搭建，主要工作包括
1、802. Ilp物理層接收機(jī)基帶信號(hào)處理模塊的實(shí)現(xiàn)。2、802. Ilp物理層接收機(jī)射頻模塊的實(shí)現(xiàn)。 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種基于虛擬儀器的802. Ilp接收機(jī)，包括接收機(jī)軟件模塊及接收機(jī)硬件模塊，所述
接收機(jī)硬件模塊通過總線與所述接收機(jī)軟件模塊相連，所述接收機(jī)軟件模塊包括信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集模塊連接有信號(hào)處理模塊及通用儀器總線驅(qū)動(dòng)。進(jìn)一步的，所述信號(hào)處理模塊將所述信號(hào)采集模塊的信號(hào)依次通過符號(hào)同步、頻偏糾正、去循環(huán)如綴、FFT、糾正/[目道偏差、調(diào)解、去擾碼、性能驗(yàn)證等模塊。進(jìn)一步的，所述FFT將信號(hào)發(fā)送至信道估計(jì)模塊，由信道估計(jì)模塊反饋至所述糾正信道偏差模塊。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明最核心的技術(shù)便是采用了虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建出IIp物理層接收機(jī)，而這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明中依賴于Labview圖形化編程語(yǔ)言以及PXI模塊化儀器。利用Labview快速高效的實(shí)現(xiàn)了 IlP接收機(jī)的射頻模塊軟件部分以及基帶信號(hào)處理模塊軟件部分，并且利用Labview快速實(shí)現(xiàn)了與PXI儀器硬件部分的交互。而PXI模塊化儀器的精度較高的特性也為本發(fā)明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行良好提供了的一個(gè)強(qiáng)有力的硬件支撐。另外802. Ilp主要用于車載無(wú)線通信，即主要服務(wù)于車聯(lián)網(wǎng)。因而本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的802. Ilp物理層接收機(jī)的快速原型機(jī)最主要的功能是可以在車載環(huán)境中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收及解調(diào)，并且通過一系列嚴(yán)格的測(cè)試，該原型機(jī)的性能(如最小接收機(jī)靈敏度，EVM等)滿足802. Ilp協(xié)議中規(guī)定的接收機(jī)射頻一致性測(cè)試條目的指標(biāo)。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖I :802. Ilp接收機(jī)系統(tǒng)框 圖2 :801. Ilp接收機(jī)硬件框 圖3 :802. Ilp接收機(jī)基帶信號(hào)處理模塊；
圖4 :802. Ilp信道估計(jì)模型；
圖5 :802. Ilp接收機(jī)完整系統(tǒng)框圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明A、接收機(jī)軟件模塊，B、接收機(jī)硬件模塊，C、總線，I、信號(hào)采集模塊，
2、信號(hào)處理模塊，3、通用儀器總線驅(qū)動(dòng)，201、符號(hào)同步，202、頻偏糾正，203、去循環(huán)前綴，204、FFT，205、糾正信道偏差，206、解調(diào)，207、去擾碼，208、性能驗(yàn)證，209、信道估計(jì)。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。參照?qǐng)DI所示，一種基于虛擬儀器的802. IIp接收機(jī)，包括接收機(jī)軟件模塊A及接收機(jī)硬件模塊B，所述接收機(jī)硬件模塊B通過總線C與所述接收機(jī)軟件模塊A相連，所述接收機(jī)軟件模塊A包括信號(hào)采集模塊I，所述信號(hào)采集模塊I連接有信號(hào)處理模塊2及通用儀器總線驅(qū)動(dòng)3。進(jìn)一步的，參照?qǐng)D3所示，所述信號(hào)處理模塊2將所述信號(hào)采集模塊I的信號(hào)依次通過符號(hào)同步201、頻偏糾正202、去循環(huán)前綴203、FFT204、糾正信道偏差205、調(diào)解206、去擾碼207、性能驗(yàn)證208等模塊。進(jìn)一步的，所述FFT204將信號(hào)發(fā)送至信道估計(jì)209模塊，由信道估計(jì)209模塊反饋至所述糾正信道偏差205模塊。本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)的基于虛擬儀器技術(shù)的接收機(jī)系統(tǒng)主要分為兩塊(如圖I):采用PXI模塊化儀器實(shí)現(xiàn)的接收機(jī)的硬件部分以及利用Labview編程實(shí)現(xiàn)的接收機(jī)軟件部分。下面分別對(duì)它們做詳細(xì)的介紹
采用PXI 5663模塊化儀器的公共硬件平臺(tái)
本發(fā)明中采用NI公司的模塊化儀器PXI 5663矢量信號(hào)分析儀作為接收機(jī)的硬件部分，該款矢量信號(hào)分析儀主要分為三個(gè)部分(圖2):本振源PXI 5652，下變頻器PXI 5601以及數(shù)字化儀PXI5622。利用本振源產(chǎn)生的本振信號(hào)與輸入下變頻器的射頻信號(hào)進(jìn)行混頻并進(jìn)行中頻濾波，將濾波之后的信號(hào)通過數(shù)字化儀進(jìn)行采樣，接著便可以對(duì)采樣完之后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件層面的數(shù)字信號(hào)處理。本發(fā)明所處理的Ilp模擬無(wú)線電波信號(hào)的頻率為5. 8GHz，帶寬為20MHz，根據(jù)奈奎斯特采樣定律，所需的采樣率至少為40MHz才能保持信號(hào)不失真，而該款矢量信號(hào)分析儀可以接收l(shuí)OMHz-6. 6GHz頻段的信號(hào)，擁有50MHz的瞬時(shí)中頻帶寬，擁有最高150MS/s的采樣率，從上述儀器指標(biāo)來(lái)看，該款模塊化儀器可以完全滿足Ilp接收機(jī)所需的性能指標(biāo)?；贚abview的射頻信號(hào)采集處理模塊以及基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊 基于Labview的射頻信號(hào)采集處理模塊
該部分主要功能是通過調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)API，編寫控制儀器的Labview程序。程序段主要根據(jù)IlP信號(hào)的特性設(shè)置儀器的三個(gè)子系統(tǒng)(通道子系統(tǒng)，采集子系統(tǒng)，觸發(fā)子系統(tǒng))，以此實(shí)現(xiàn)控制儀器對(duì)射頻端信號(hào)進(jìn)行采集，下變頻，A/D等。其中通道子系統(tǒng)用于控制儀器采用哪個(gè)邏輯通道進(jìn)行射頻信號(hào)的采集；采集子系統(tǒng)用于設(shè)置與射頻信號(hào)采集相關(guān)的一些儀器特性，例如儀器的采集方式(IQ or Spectrum),載波頻率,參考水平(Reference Level),參考時(shí)鐘等；觸發(fā)子系統(tǒng)用于設(shè)置與A/D相關(guān)的一些特性，例如觸發(fā)采樣方式，觸發(fā)采樣功率等級(jí)，采樣率，采樣點(diǎn)數(shù)等?；贚abview的基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊
該部分主要功能是通過編寫Labview程序來(lái)完成對(duì)采樣之后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行一系列處理(如圖3)，從而最終還原出最終發(fā)送的比特流。按照處理的順序主要分為符號(hào)同步，信道估計(jì)，OFDM解調(diào)。下面分別介紹這幾部分。符號(hào)同步由于信號(hào)采集模塊傳出來(lái)的數(shù)據(jù)前一段全是噪聲信號(hào)，后一段是一幀OFDM信號(hào)和噪聲信號(hào)的疊加，因而為了正確的獲取一巾貞OFDM信號(hào),必須以盡可能小的誤差(誤差不能超過16)去估計(jì)出OFDM幀的起始點(diǎn)，而這正是符號(hào)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(hào)r(η)和已知短訓(xùn)練序列之間的互相關(guān)實(shí)現(xiàn)的，通過求互相關(guān)值的最大值，使互相關(guān)值最大的那個(gè)點(diǎn)即為幀的起始點(diǎn)。
信道估計(jì)在實(shí)際系統(tǒng)中，由于載波偏移、定時(shí)偏差、以及信道的頻率選擇性衰落等的影響，信號(hào)會(huì)受到破壞，導(dǎo)致相位偏移和幅度變化。為了準(zhǔn)確恢復(fù)信號(hào)，接收端有兩種信號(hào)檢測(cè)方法，查分檢測(cè)和相干檢測(cè)。查分檢測(cè)不需要知道信號(hào)的參考值，只需要利用相鄰兩個(gè)信號(hào)的相位和幅度的差值。相干檢測(cè)利用信號(hào)的參考值來(lái)檢測(cè)信號(hào)，所以對(duì)相干檢測(cè)而言而需要進(jìn)行信道估計(jì)得到檢測(cè)所需的參考值。在完善信道估計(jì)的情況下，為了得到相同的誤碼率，后者所需要的信噪比前者低3dB。對(duì)于需要很高傳輸速率和頻譜效率的OFDM系統(tǒng)，相干檢測(cè)更合適。精確的信道估計(jì)依然是OFDM進(jìn)行相干檢測(cè)必不可缺少的部分。信道估計(jì)算法主要包括兩大類一種是基于訓(xùn)練序列的估計(jì)算法，一種是盲估計(jì)算法。所謂基于訓(xùn)練序列的估計(jì)算法是指利用接收機(jī)已知的信息來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)。本發(fā)明主要采取這種算法進(jìn)行信道估計(jì)。采取這種算法進(jìn)行估計(jì)的算法又包括兩種基于塊狀訓(xùn)練序列的算法和采用導(dǎo)頻估計(jì)的算法。所謂塊狀訓(xùn)練序列即一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)的所有點(diǎn)均為已知點(diǎn)，通過這個(gè)接收端已知的OFDM符號(hào)以及接受到的相應(yīng)的符號(hào)，可以估計(jì)出信道在52個(gè)載波頻率段的頻率響應(yīng){H (O)，H (I)…，H (51)}，這樣便可以修正本OFDM幀內(nèi)其他OFDM符號(hào)。但這種算法只適合于時(shí)變緩慢的信道，因?yàn)槿粜诺李l率響應(yīng)變化很快，顯然前一個(gè)OFDM符號(hào)的頻率響應(yīng)與下一個(gè)OFDM符號(hào)的頻率響應(yīng)時(shí)不一樣的。采用導(dǎo)頻估計(jì)的算法可以改善上述信道情況下的信道估計(jì)的準(zhǔn)確性，它的思想在于利用發(fā)送的每一個(gè)OFDM符號(hào)的4個(gè)導(dǎo)頻信道的頻率響應(yīng)利用信道插值來(lái)估計(jì)出該OFDM內(nèi)其他48個(gè)數(shù)據(jù)子載波信道的頻率響應(yīng)。本發(fā)明便是利用這種算法的思想進(jìn)行信道估計(jì)。模型如圖4。OFDM解調(diào)按照協(xié)議來(lái)看，OFDM解調(diào)過程是調(diào)制過程的逆序，按照先后順序，可以分為解映射，解交織，viterbi譯碼。解映射是映射的逆過程，即將映射到星座圖上的復(fù)數(shù)點(diǎn)還原為比特序列，包括64-QAM，16QAM，QPSK，BPSK。而交織是為了防止信號(hào)在傳輸中產(chǎn)生突發(fā)錯(cuò)誤，而采取的一種將發(fā)送比特序列相互位置打亂的措施，解交織即是用來(lái)還原出位置未被打亂的比特序列。Ilp主要利用兩個(gè)序列位置變換的方程實(shí)現(xiàn)位置的變換，本發(fā)明中便是利用Labview實(shí)現(xiàn)出了這兩個(gè)方程的逆過程，從而實(shí)現(xiàn)了相互位置的還原。Viterbi譯碼是發(fā)送端卷積編碼的逆過程，在實(shí)現(xiàn)的過程中，通過在MATLAB中編寫相應(yīng)的Viterbi譯碼程序，然后在Labview中調(diào)用該MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)了該譯碼。整個(gè)Ilp接收機(jī)系統(tǒng)的框圖見圖5。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于虛擬儀器的接收機(jī)，其特征在于包括接收機(jī)軟件模塊(A)及接收機(jī)硬件模塊(B)，所述接收機(jī)硬件模塊(B)通過總線(C)與所述接收機(jī)軟件模塊(A)相連，所述接收機(jī)軟件模塊(A)包括信號(hào)采集模塊(1)，所述信號(hào)采集模塊(I)連接有信號(hào)處理模塊(2)及通用儀器總線驅(qū)動(dòng)(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于虛擬儀器的接收機(jī)，其特征在于所述信號(hào)處理模塊(2)將所述信號(hào)采集模塊(I)的信號(hào)依次通過符號(hào)同步(201)、頻偏糾正(202)、去循環(huán)前綴(203),FFT (204)、糾正信道偏差(205)、調(diào)解(206)、去擾碼(207)、性能驗(yàn)證(208)等模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬儀器的接收機(jī)，其特征在于所述FFT(204)將信號(hào)發(fā)送至信道估計(jì)(209)模塊，由信道估計(jì)(209)模塊反饋至所述糾正信道偏差(205)模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于虛擬儀器的接收機(jī)，包括接收機(jī)軟件模塊及接收機(jī)硬件模塊，所述接收機(jī)硬件模塊通過總線與所述接收機(jī)軟件模塊相連，所述接收機(jī)軟件模塊包括信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集模塊連接有信號(hào)處理模塊及通用儀器總線驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明采用了虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建出11p物理層接收機(jī)，而這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明中依賴于Labview圖形化編程語(yǔ)言以及PXI模塊化儀器。利用Labview快速高效的實(shí)現(xiàn)了11p接收機(jī)的射頻模塊軟件部分以及基帶信號(hào)處理模塊軟件部分，并且利用Labview快速實(shí)現(xiàn)了與PXI儀器硬件部分的交互。而PXI模塊化儀器的精度較高的特性也為本發(fā)明提供了的一個(gè)強(qiáng)有力的硬件支撐。
文檔編號(hào)H04B1/00GK102801676SQ201210055968
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)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(qǐng)人:東南大學(xué)