论文研究-TR-UWB无线通信测控实验系统的设计与实现 .pdf

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TR-UWB无线通信测控实验系统的设计与实现,王淼,赵德双,时间反演超宽带(TR-UWB)是一种新兴的无线通信技术,具有极强的环境自适应性和高速传输性能。为了从实验角度研究TR-UWB,提出并构建
国科技论文在线 ∈ 在实验中,我们采用多次实测比特误码率对 无线通信系统进行性能评估。系 统的误码率由判决错误的比特数量与发射的比特数量之比得到。 .测控实验系统总体设计方案 测控实验系统包括硬件洲试系统和软件测控平台两个组成部分。其中,硬件测试系统主 要用于实现 信号的无线传输,并获取实测数据;软件测控平台则由信息传输模块 性能评估模块和自动化测控模块构成,集成于计算杋之中,主要负责通信系统的传输控訇和 信息处理;系统总体架构如图所示。 发射天线 接收天线 数量为 时间反演 数字滤波 1__⑩处理 预处理 1信息 引步捕获与 --米 信息传输模块- 数据检测 跳时编码 数字解调 纠错编码 语音、文木 信息后处理 随机数据等1 性能评估模块 自动化测搾模块 图测控实验系统的功能框图 硬件测试系统的设计 使件测试系统采用先进的时域测量设备作为系统测试平台,主要由任意波形发生器 ()、数据串行分析仪、功率放大器()、低噪放() 天线等通过 射频电缆线连接而成,如图顶部所示。其中, 与、发射大线相连,作为发 射机,用于发射 无线信号;而接收天线 则与相连,作为全时域接收 机,用于接收来自发射的无线电波信号。 的主要功能是将数字泼形转换为模拟波形(),用于产生 系统所需 各种模拟射频信号,包括探测脉冲、时间反演模拟波形、以及各和调制通信信号, 实 时取样速率 、模拟输出带宽 则用于采集和记录来自接收天线的各种无 线信号,其通过转换将射频模拟信号直接转换为薮字信号,并将信号提供给软件测控 平台进行数据分析和处理,实时取样速率 、模拟输入带宽 测试系统有效 工作带宽为 范围,可对该频段范围内不同无线通信系统进行性能测试 国科技论文在线 软件测控平台的设计 软件测控平台采用 的图形用户界面()进行实现。利用 的控 制函数与各功能模块结合形成总体算法框架,并且整合 的虚拟仪器标准体系 ()命令厍函数,构成完整的自动化软件测控平台。 软件平台包含了整个测控实验系统全部的程序模块:信息传输模块、性能评估模块以及 白动化控制模块。其中,信息传输模块分别由信号的调制、编码程序,噪声的扣制程序,接 收信号的同步、检测程序以及信号解调程序等组成;性能评估模块包含了误码率的计算程序 以及各种性能参数分析程序;自动化控制程序则由人机交互控制界面、设备远程控制程序以 及系统状态检测程序等组成。 人机交互的实现 平台的人机交互界面采用 的进行设计。由于本身提供 基本控件的支持,并且只有良好的事件驱动机制,同时提供了 函数库的接口,所 以对」控制仿真的平台设计显得分合适。通过回调凼数( )来完成事件 驱动,这些事件主要包括用户界面控件响应鼠标动作等。对于每个用广窗∏生成和 文件。前者负责界面的设计信息,后者负责后台代码的设计。 自动化控制的实现 与含有自身的命令库函数,仪器的每一个按键或功能都对应一条命令语句, 用集线器通过网线把电脑,和连接在一起,使用 对仪器发送命令语句 就能实现对仪器的操作控制。设计界面,让界面上的一个按键对应于仪器的一条或是 系列命令语句,实现对仪器的寳项参数设置、控制以及仪器与电脑相互之间的数据传输。 最后,使用调用测控实验系统的各功能模块,结合对仪器的操作搾制,按照实验的顺 序依次执行程序,就能完成整个实验的自动化控制。 由于木系统采用数字化模块化信息处理,因此有很好的可扩展性。测控系统可动态加载 新算法、新程序。同时,还可以根据不同的实验要求,载入新的数据处理模块,实现不同体 系结构的无线通信实验测试和性能评估 系统测试与实验 以单发单收吋间反演超宽带( )通信系统为例,对所建立的测控实验系 统进行测试。测试环境为典型的办公楼室内环垙,如图所示,长宽高分别为 室内放置有文件柜、办公桌、空调、计算机等物品,收、发天线数量各为副,相距米, 距地面高度。时域探测窄脉冲为数字调制高斯脉冲,中心频率 的 带宽范围为 国科技论文在线 文叶柜 力控制室 木桌 发射人线 沙发 图室内实验测试环境示意图 单脉冲聚焦实验 单脉冲聚集实验过程为:首先,将 广生的时域窄脉冲从电脑送入 产生模拟信号并通过功放和天线发射出去;然后在接收天线处得到信号,并 捕获到的储存下来并传送回电脑,将进行时间反演处理得到;再将时间 反演后的信号通过发射出去,在接收天线处得到的就是时间聚焦后波形 如图所小,其中四个巫标轴里的图形为实验结果。 超序 图聚焦实验的程序界面 通过连续进行次实验后得到,聚焦峰值的平均值为 脉冲峰值的 平均值为 ,前者接收信号的能量幅度是后者的一倍以上。因此在相同的噪声环境中, 具有更高的信噪比,体现了聚焦特性的优势 无线通信实验 利用测控实验系统,对比研究了 和传统无线通信传输性能。分别把 与调制到采用了与的待发射信息序列上,得到待发射的数字波形与 (传送信息为个汉字,每个字是的二进制码,共 如传输中有个错误, 则对应的汉字就会出错)。经过传输,得到 无线通信和传统无线通信的信号 与,进行解调,并计算出两种通信系统的误码率以及还原文字信息。两种通信系 统的信息传输结果如图所示。 国科技论文在线 TR通信拱收国号 复的文字 2008年8月8目,第29届割运合在北豆召开。世气 金牌21照,2向母因用程 TR通信的 金牌,25校,28杠铭 T通码播借温码率 h4544 a皇月品斥?坡仰届?会铺害京,过 品声的乾,些国?度出5·寄 甘有序 ,自沸。感校 图无线通信实验的程序界面 从中可以发现 有个错字,文字误码率为 误码率为 传统有个错字,文字误码率为 误码率为 可以明显的看出, 性能好于传统 进行多次实验,仍然得到同样的结论 总结 本文结合先进的仪器设备,采用先进的射频软件无线电体系结构,为 无线通 信设计了一种全时域的自动化测控实验系统,并且以 系统为例,对测控实验 系统进行了系统验证,同时对比研究了 和传统 两个系统的通信 性能,证实了 系统在提高系统信噪比上只有显著捷高。本系统的成功设计,为从 仝时域角度研究 提供了良好的实验测试平台,对未来超宽带无线通信系统硏究及 其快速发展具有重要推动作用。 参考文献 陈垚光精通 设计北京电子工业出版社 国科技论文在线 作者简介:干淼,男,年牛,硕士研究生,主要研究时间反演,超宽带无线通信

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