面向LTE-R的多频点APD测量技术及实现的研究

作     者：胡延 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王国栋

授予年度：2020年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：幅度概率分布 测量系统 信号采集 NI FlexRIO LabVIEW FPGA 

摘      要：LTE-R（LTE for railways）是面向铁路应用的下一代专用无线通信系统,亟需评估电气化铁路电磁骚扰对LTE-R的影响。同时,幅度概率分布（Amplitude Probability Distribution,APD）测量法可以获得比传统的准峰值以及其他检波方法更多的关于电磁骚扰特性的信息,且研究表明骚扰信号的APD与通信系统的误码率相关,因此可以利用骚扰信号的APD评估其对LTE-R系统的影响。但由于LTER系统采用了正交频分复用技术,具有大量的正交子载波,而在各个子载波频率上同时同步测量骚扰信号的APD比较困难,因此本文基于NI Flex RIO仪器和Lab VIEW FPGA软件开发平台研究了多频点APD测量接收机的关键技术,并成功开发了测量接收机,同时也搭建了接收机的验证平台。在测量接收机部分,首先射频前级模块采样接收信号,并通过硬件接口将数据传输至FPGA中。在FPGA中,为实现多频点测量功能,接收机基于快速傅里叶变换和高吞吐率数学函数,区分信号的各个频点。由于其输出数据动态范围大,采用循环移位和高吞吐率自然对数运算模块,设计了符合Lab VIEW数据流编程模式的对数压缩算法,实现数据的非均匀量化。同时,采用双端口随机存储器作为实时数据缓存,实现对压缩后数据同时同步的APD统计测量。最后,通过直接存储器访问机制,将测量结果传输至上位机,并在上位机处理数据后,实现了APD和频谱的显示功能。在接收机的验证平台部分,由于本测量接收机主要面向LTE-R系统的干扰信号APD统计测量需求,因此基于NI-5793和NI-5792,开发了正交频分复用信号的射频发射和接收半实物仿真平台,同时在发射端上位机实现了信号的基带调制,在接收端上位机实现了接收信号的基带解调和误码率计算。本文通过单频正弦信号和多频合成信号对多频点APD测量接收机进行了校准测量和功能验证,测试结果表明测量结果中的最大概率电平与理论值的误差通常小于0.1d B。对于接收机的验证平台,构造了伪噪声序列作为初始比特,接收端的星座图和误码率测试结果验证了验证平台的功能。最后,本文基于现有的干扰信号APD与系统误码率的关系的理论模型,分别利用干扰信号的测试和理论APD结果估计系统的误码率,并利用验证平台测试相同干扰条件下的误码率,通过对比分析相关实验结果验证了测量接收机的功能,其结果证明实测APD与理论APD的误差较小,利用APD测量接收机的结果估计的误码率与验证平台测试得到的误码率之间的关系符合预期。