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基于软件无线电的实时频谱分析技术的研究与实现

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基于软件无线电的实时频谱分析技术的研究与实现

作者：胡健复旦大学

学位级别：硕士

本论文提出基于软件无线电的实时频谱分析技术的研究和实现,是为了更加适应现代无线技术发展趋势的测量需求。要实现实时频谱分析,就要很好的解决“频谱计算快”和“频谱显示快”的问题。“两快”的设计要求造成了实时频谱分析技术中,... 详细信息

本论文提出基于软件无线电的实时频谱分析技术的研究和实现,是为了更加适应现代无线技术发展趋势的测量需求。要实现实时频谱分析,就要很好的解决“频谱计算快”和“频谱显示快”的问题。“两快”的设计要求造成了实时频谱分析技术中,实现高速率信号的频谱计算压力大和实现高速率离散信号的频谱显示压力大的难题,文章分别通过设计分布式结构的多相滤波器组合、FFT并行计算、外设双端口RAM乒乓结构的直方图统计以及索引颜色表的方法使难题得以解决。首先本文详细介绍了实时频谱分析中的关键技术的仿真。其中阐述了模拟正交采样和数字下变频技术,完成93.333333MHz采样信号对中频70M的模拟信号进行带通采样和设计正交采样器完成信号采样以及正交化;滤波降采样技术,完成0～30倍的信号抽取的5级CIC滤波抽取器设计,完成(0～32)倍的信号抽取的用5级HBF级联结构设计,完成每个支节只系数个数为16的分布结构的多相滤波设计;频谱分析技术,研究帧重叠技术的优缺点以及帧重叠与实践分辨率的关系;FFT后信号处理,完成功率计算与补偿的研究;通过数字直方图统计和构造位图显示来实现实时频谱显示的关键技术——“数字荧光技术”的仿真实现。其次详细介绍了本课题研究的硬件组成和各功能模块的FPGA实现方法。硬件采用计算机PCI插卡形式,FPGA选用XILINX公司的SPARTAN-3芯片。在FPGA中实现正交采样器、滤波降采样模块、帧重叠组合单元、数字荧光统计单元等功能模块的实现,其中在滤波降采样模块中,详细介绍了CIC滤波器、HB滤波器和分布式算法的FIR滤波器的FPGA实现。作为本课题研究重点,数字荧光统计FPGA实现,从地址映射和直方图统计两个部分进行了详细介绍,解决“频谱计算快”的问题最后详细介绍了实时频谱显示的软件实现,阐述了数字荧光显示技术和频谱图的软件实现方法。其中,数字荧光显示技术是本课题研究的重点,其中详细的介绍了构造bmp位图显示、数字余辉显示和半透明显示的软件实现,解决“频谱显示快”的问题。

关键词：实时频谱数字荧光帧重叠数字余辉

面向流数据的实时频谱与嵌入式数据传输技术研究

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面向流数据的实时频谱与嵌入式数据传输技术研究

作者：孙泽宇浙江大学

学位级别：硕士

随着5G等无线宽带技术的不断发展,频谱分析设备的吞吐率和实时性都面临更高的挑战。传统的频谱分析仪无法实现对信号的实时处理,而实时频谱分析仪由于体积、功耗、价格等因素使其应用领域受到限制。以实时频谱技术为核心的嵌入式实时频... 详细信息

随着5G等无线宽带技术的不断发展,频谱分析设备的吞吐率和实时性都面临更高的挑战。传统的频谱分析仪无法实现对信号的实时处理,而实时频谱分析仪由于体积、功耗、价格等因素使其应用领域受到限制。以实时频谱技术为核心的嵌入式实时频谱分析设备使用具有高速计算性能的芯片,能够实时处理高带宽信号,并将处理结果经由高速数据传输通路上传至嵌入式处理器,由软件实时分析、显示处理结果,广泛运用于信号监测领域。本文提出了一种面向流数据的实时频谱与嵌入式数据传输架构,论述了实时频谱和数据传输中的关键问题,并给出相应的解决方案。(1)为了满足多路高带宽信号实时处理的需要,本文设计了基于并行流处理结构的实时频谱系统。该系统以四并行FFT为核心,通过数据预处理增强系统的通用性,利用频谱的累加平滑减少随机噪声的干扰,采用基于两级查找表的流水线式对数运算,最终实现了对信号的在线谱分析。(2)为了满足多路、多类型数据在芯片间传输的需要,本文基于Aurora通信协议构建了多通道数据传输链路,实现了多路流数据在FPGA间的高速传输。(3)为了满足软件实时分析数据的需要,本文将研究重点放在了降低软硬件数据交互过程中的嵌入式处理器负载上,为架构定制了具有拆组包功能的嵌入式DMA,通过硬件的拆组包逻辑简化了软件的控制指令,提高了软硬件共享内存的利用效率,使软件专注于对数据的实时分析。本文在FPGA上实现了实时频谱和传输架构,并对其进行了仿真和测试。测试结果说明,实时频谱系统能够实现对8路流数据的实时处理,其中单路吞吐率可达到1.28GS/s;多通道数据传输链路支持16路流数据传输,总带宽为38.55GB/s;在软件实时分析的前提下,嵌入式DMA能够提供1.7GB/s的上传带宽。

关键词：流数据 FPGA 实时频谱多通道数据传输嵌入式DMA

手持式软件无线电平台实时频谱分析功能设计与实现

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手持式软件无线电平台实时频谱分析功能设计与实现

作者：高健乔电子科技大学

学位级别：硕士

在野外环境下,为了建立快速、可靠的通信,需要对信号频谱进行实时监测分析。这样就对频谱监测设备的便携性以及频谱分析的方式提出了新的要求。目前,大多数频谱监测设备采用扫频式的处理方式,且体积庞大,不易携带。而手持式软件无线电... 详细信息

在野外环境下,为了建立快速、可靠的通信,需要对信号频谱进行实时监测分析。这样就对频谱监测设备的便携性以及频谱分析的方式提出了新的要求。目前,大多数频谱监测设备采用扫频式的处理方式,且体积庞大,不易携带。而手持式软件无线电平台具有易携带、频谱分析方式软件可重构等特点。因此,论文利用该平台优势,设计并实现了实时频谱分析功能,具体包括:第一,分析了实时频谱分析算法。结合平台硬件架构及项目需求,设计了一种结合抽取滤波、快速傅里叶变换、帧重叠和模板触发等技术的算法方案,并对算法进行了MATLAB仿真验证。第二,实现了软件设计方案。根据实时频谱分析算法方案和手持式软件无线电硬件平台特点,在FPGA上完成了功能模块及接口设计,并用Model Sim对模块进行了行为级仿真。第三,完成了实时频谱的测试与分析。在手持式软件无线电平台上,首先针对实时频谱分析的功能模块及接口进行了测试与分析,并在Android下调试了实时频谱分析软件;然后对频率监测范围及误差、功率监测范围及误差进行了测试与分析。通过测试,可以对225MHz00MHz频率范围内的信号,完成2MHz的实时带宽分析;信号功率监测范围:?90 d Bm d Bm,最小频率分辨率50Hz,信号频率误差?3PPM,功率误差?3d Bm。论文在手持式软件无线电平台上设计并实现了实时频谱分析功能,实际测试表明该方案可在野外环境下,更加便携的对信号进行实时频谱监测。

关键词：实时频谱抽取滤波快速傅里叶变换帧重叠 FPGA

基于实时频谱方法的电驱动总成动态工况电磁兼容性测试方法研究

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基于实时频谱方法的电驱动总成动态工况电磁兼容性测试方法研究

一种基于FFT IPcore的实时频谱处理方案

2023中国汽车工程学会年会暨展览会

作者：肖智铎王云李海鹏张晨张广玉张旭中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司

本文介绍了在半电波暗室内进行的基于实时频谱方法,针对动态行驶条件下电驱动总成辐射发射的测试方法。现有的汽车EMC标准测试方法只关注稳定行驶条件下的辐射发射,这导致了测试结果低于车辆实际道路电磁辐射。本文基于标准测试布局,讨... 详细信息

本文介绍了在半电波暗室内进行的基于实时频谱方法,针对动态行驶条件下电驱动总成辐射发射的测试方法。现有的汽车EMC标准测试方法只关注稳定行驶条件下的辐射发射,这导致了测试结果低于车辆实际道路电磁辐射。本文基于标准测试布局,讨论实时频谱方法的可行性,关注150kHz至30MHz和30MHz至1GHz的频段,以获得最坏情况下的辐射排放。此外,该实时频谱测试方法可用于协助诊断车辆EMC故障,快速确定车辆电磁辐射过高的源头。

关键词：实时频谱车辆EMC标准电驱总成辐射发射

来源： cnki会议评论

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航空电子技术 2013年第3期44卷 39-42页

作者：吴韬王健严俊中国航空无线电电子研究所上海200241 海军驻上海地区航空军事代表室上海200233

本文针对飞机地面电源车的电源品质中畸变频谱的大数据量和实时性特点提出了一种基于FFT IPcore的实时频谱处理方案。本方案以DFT蝶形变换为理论基础,在FPGA上通过对FFT IPcore的配置和配套逻辑的编写,实现了大数据量的实时频谱处理,并... 详细信息

本文针对飞机地面电源车的电源品质中畸变频谱的大数据量和实时性特点提出了一种基于FFT IPcore的实时频谱处理方案。本方案以DFT蝶形变换为理论基础,在FPGA上通过对FFT IPcore的配置和配套逻辑的编写,实现了大数据量的实时频谱处理,并最终以Matlab仿真、XST仿真以及Chipscope实时数据对比验证了方案的正确性和实时性。

关键词：实时频谱 DFT蝶形变换 FFT IPcore

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基于CEEMDAN-EDSW的铁路无线通信杂散干扰识别方法

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中国铁路 2025年第02期 137-143页

作者：酒昀洋李润雷刘金朝孟景辉杨树忠樊涛中国铁道科学研究院研究生部中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京铁科英迈技术有限公司

针对铁路无线通信系统基站或直放站设备状态异常导致相邻信号的杂散辐射易落入列车接收频段内造成干扰的问题，提出基于结合噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）和短窗能量检测（EDSW）的杂散干扰自动识别方法。基于图像中信号频谱密... 详细信息

针对铁路无线通信系统基站或直放站设备状态异常导致相邻信号的杂散辐射易落入列车接收频段内造成干扰的问题，提出基于结合噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）和短窗能量检测（EDSW）的杂散干扰自动识别方法。基于图像中信号频谱密度及频率-功率特性，提取动态检测实时频谱数据中密度脊线和信号频谱包络等特征曲线。通过CEEMDAN对特征曲线进行模态分解，提取多阶固有模态函数（IMFs），基于部分IMFs和残差重构频谱包络。利用EDSW识别重构频谱包络中有效信号，基于稳健回归判别杂散干扰，并得到其来源信号信息。结果表明，提出的CEEMDAN-EDSW方法可自动识别铁路专用无线网频段范围内的杂散干扰，并可以准确判断干扰来源信号频率及其GSM信道类型，为定位现场工作状态异常的通信设备提供有效支持。

关键词：铁路无线通信实时频谱杂散干扰 CEEMDAN 能量检测

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便携式无线索力测试系统研发及应用

世界桥梁 2017年第3期45卷 75-78页

作者：高阳杜怀德中铁大桥科学研究院有限公司湖北武汉430034 桥梁结构健康与安全国家重点实验室湖北武汉430034 浙江远大公路水运工程咨询事务所浙江杭州310000

为提高桥梁拉索索力的检测精度及效率,基于振动频率法开发了一种以智能手机为现场终端的高精度便携式无线索力测试系统。该系统将高性能微机电(MEMS)加速度芯片、信号调理模块、数模转换模块、无线wifi电子模块集成开发为信号采集器,频... 详细信息

为提高桥梁拉索索力的检测精度及效率,基于振动频率法开发了一种以智能手机为现场终端的高精度便携式无线索力测试系统。该系统将高性能微机电(MEMS)加速度芯片、信号调理模块、数模转换模块、无线wifi电子模块集成开发为信号采集器,频谱分析、索力计算及数据存储由智能手机上的索力测试APP完成,信号采集器与智能手机之间采用无线wifi通信。该系统提高了拉索振动信号的采集质量与信噪比,频率识别精度达到0.1%,具有实时频谱分析、拉索固有频率自动识别等特点,可完全满足桥梁拉索索力测量的工程技术要求,并通过工程应用证实了系统良好的高效性和实用性。

关键词：桥梁拉索索力测试微机电芯片无线 wifi 实时频谱

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宽带信号实时谱数据图形显示技术研究

宽带信号实时谱数据图形显示技术研究

作者：李松宇（Lee Songyu）电子科技大学

学位级别：硕士

实时频谱分析仪是测试领域不可或缺的重要仪器之一,得益于其高效数据处理能力、独特频率模板触发和多样化图形显示功能,可实现对射频信号的无缝捕获分析。本文在实时频谱分析系统的架构基础上,通过对实时频谱分析仪测量及显示模式的需... 详细信息

实时频谱分析仪是测试领域不可或缺的重要仪器之一,得益于其高效数据处理能力、独特频率模板触发和多样化图形显示功能,可实现对射频信号的无缝捕获分析。本文在实时频谱分析系统的架构基础上,通过对实时频谱分析仪测量及显示模式的需求分析,设计了实时谱仪测量数据的图形显示模块的架构和功能组成,扩展了原先仪器单幅图、二维信号显示方式,使仪器能够在频域上对被测信号特征变化过程进行检测。论文主要研究内容如下:1、针对实时频谱数据的高速瞬变性,研究实现数据以不同格式的实时显示技术,包括二维曲线显示,三维频谱密度余晖显示和光谱图显示几种波形显示技术。通过Windows底层图形显示驱动技术,设计一种图像伪彩色处理技术实现位图格式数据显示,并设置余晖机制以捕获信号一段时间内的变化细节。2、设计了实时频谱辅助测量分析功能,包括实现Marker测量功能;设计FMT(频率模版触发)功能以侦测实时谱数据中弱信号,提供了自定义编辑模版以配合硬件实现触发存储功能;为方便用户观测波形局部小信号,设计局部缩放及平移功能。3、面对CPU处理大量实时谱数据的能力不足问题,利用GPU并行计算特性,研究GPU技术在三维频谱密度余晖显示中对I/Q数据进行加速处理方面的应用。涉及对数据进行FFT处理、压缩数据幅度、消除孤立频率点以及频谱三维压缩。4、采用混合编程通信机制,实现了上层界面功能模块与底层图形显示模块之间的交互调用;上层界面功能模块中设计了测量数据处理、线程通信、窗口管理、仪器命令控制等部分,实现了窗口管理、硬件控制等软件功能。论文完成了整个实时频谱分析仪软件系统的设计,并在实时频谱平台上进行了测试验证,测试结果达到了设计预期。

关键词：实时频谱波形累积显示频率模板 GPU技术多窗口布局

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铁路GSM-R系统的频率干扰监测探讨

信息通信 2016年第7期29卷 192-193页

作者：唐剑群中铁电化集团北京电信研究试验中心有限公司北京100036

铁路GSM-R通信系统的频率干扰问题的处理是高铁建设和维护的重要内容。根据GSM-R干扰监测工作经验,分析了目前GSM-R网络中主要存在的干扰问题以及目前主流使用的监测手段和方法,并针对目前监测手段的局限,提出了使用实时频谱分析技术、... 详细信息

铁路GSM-R通信系统的频率干扰问题的处理是高铁建设和维护的重要内容。根据GSM-R干扰监测工作经验,分析了目前GSM-R网络中主要存在的干扰问题以及目前主流使用的监测手段和方法,并针对目前监测手段的局限,提出了使用实时频谱分析技术、互联网的大数据分析来进行干扰监测的新思路。

关键词： GSM-R系统频率干扰监测方法实时频谱大数据

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