基于软件无线电的水情遥测信息接收及处理关键技术研究
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摘要
数据接收、解调及解码纠错是水情遥测系统数据处理的关键，传统的水情遥测系统中，由电台接收射频信号并完成二次下变频及鉴频解调，输出的音频信号通过专用的调制解调器完成解调，这种方法的最大缺点就是缺乏灵活性，同时解调可靠性也不高。根据软件无线电技术理论，尽可能早的将接收到的模拟信号数字化，最大程度地通过软件来实现电台及调制解调器的各种功能可大幅度提高系统解调性能及可靠性，基于上述想法，本文在软件无线电技术的基础上，采用LabVIEW作为软件开发平台，同时结合相关硬件实现了水情遥测系统中信号的采集、软件解调等处理过程，以达到提高系统可靠性的目的。
文中首先分析了现行水情信息接收及处理存在的不足，提出了基于软件无线电的信息接收及处理的思想，比较了基于传统超短波电台、新型中频数字化电台以及NI的PⅪ—5600射频信号分析仪的软件无线电实现方法的优劣，最终，出于成本以及系统要求的考虑选择了传统电台的实现方法。然后分别论述了信号的采集、解调、解码纠错。信号的采集通过计算机声卡来完成，这样在满足系统采集要求的情况下还节约了成本。解调部分给出了两种不同的实现法，可以根据具体系统要求选择相应程序；此外还分析了不同信噪比条件下的误码率情况。解码部分包含了信道解码和信源解码两部分，完成了BCH解码，从而还原了测站实际水情信息。从实验结果看，这样一个利用软件来完成采集及信号处理的系统是可行的，有效的。
Receiving and processing of information are the important parts in Hydrology Telemetric telecommunication system. In traditional system, we use the Radio to complete the receiving downwards frequency conversion and FM demodulation, then the output audio signal's demodulation is accomplished by special modem. The disadvantage of this method is lack of flexibility, meanwhile, the reliability of demodulation is not good. With the development of Software Radio, this can be fulfilled by software so as to upgrade easily and save costs. Based on the software radio technology, this paper adopts LabVIEW as the platform for research and development, meanwhile, it incorporates relevant hardware to carried out the process of collection, demodulation and other processes of telemetric signals.
The paper firstly analyzes the insufficiency of decoding by hardware, and proves the feasibility of decoding by software, then analyse traits of three methods in carrying out Software Radio: traditional transmitter-receiver, new transmitter-receiver base on intermediate frequency and NI PXI-5600. Afterwards, it respectively tells signal collection, demodulation, asynchronous and serial data receive and decode separately, concerning demodulation. Signal collection is implemented by sound card so as to save cost. Two different ways are available and adopted in accordance with specific requirements, then analyse the different BER at the different condition of the SNR. Decoding includes source decoding and channel decoding, this paper accomplishes BCH decoding. Seen from results, this way can basically meet the requirements regarding signals handling in hydrology telemetric system.
文中首先分析了现行水情信息接收及处理存在的不足，提出了基于软件无线电的信息接收及处理的思想，比较了基于传统超短波电台、新型中频数字化电台以及NI的PⅪ—5600射频信号分析仪的软件无线电实现方法的优劣，最终，出于成本以及系统要求的考虑选择了传统电台的实现方法。然后分别论述了信号的采集、解调、解码纠错。信号的采集通过计算机声卡来完成，这样在满足系统采集要求的情况下还节约了成本。解调部分给出了两种不同的实现法，可以根据具体系统要求选择相应程序；此外还分析了不同信噪比条件下的误码率情况。解码部分包含了信道解码和信源解码两部分，完成了BCH解码，从而还原了测站实际水情信息。从实验结果看，这样一个利用软件来完成采集及信号处理的系统是可行的，有效的。
Receiving and processing of information are the important parts in Hydrology Telemetric telecommunication system. In traditional system, we use the Radio to complete the receiving downwards frequency conversion and FM demodulation, then the output audio signal's demodulation is accomplished by special modem. The disadvantage of this method is lack of flexibility, meanwhile, the reliability of demodulation is not good. With the development of Software Radio, this can be fulfilled by software so as to upgrade easily and save costs. Based on the software radio technology, this paper adopts LabVIEW as the platform for research and development, meanwhile, it incorporates relevant hardware to carried out the process of collection, demodulation and other processes of telemetric signals.
The paper firstly analyzes the insufficiency of decoding by hardware, and proves the feasibility of decoding by software, then analyse traits of three methods in carrying out Software Radio: traditional transmitter-receiver, new transmitter-receiver base on intermediate frequency and NI PXI-5600. Afterwards, it respectively tells signal collection, demodulation, asynchronous and serial data receive and decode separately, concerning demodulation. Signal collection is implemented by sound card so as to save cost. Two different ways are available and adopted in accordance with specific requirements, then analyse the different BER at the different condition of the SNR. Decoding includes source decoding and channel decoding, this paper accomplishes BCH decoding. Seen from results, this way can basically meet the requirements regarding signals handling in hydrology telemetric system.
引文
[1] 樊昌信 徐炳祥 张甫，通信原理，国防工业出版社，2002
[2] 周建芳，线路供电水情遥测终端的设计，南京，河海大学硕士学位论文，2006
[3] 遥测系统http://www.ty.chinawater.net.cn/ty/main2.html
[4] 中华人民共和国水利部，中华人民共和国水利行业标准，2003
[5] 章劲松 马红梅，数字调制解调方式的软件实现，软件设计与测试，2002
[6] 韦毅梅 韦文初，专用短波调制解调器在防洪防汛系统中的应用，水利水文自动化，2003．04
[7] 王海涛 李桂伦，软件无线电技术的进展及应用，江西通信科技，2004．3
[8] Mitola J, The Software radio architecture, IEEE Communication Magazine, 1995
[9] 陈群阳 戴曙光等，在LabVIEW平台上实现QPSK调制解调电路的虚拟，测试技术与自动化，2003
[10] NI, LabVIEW User Manual, 2003
[11] Bennett Paul, Virtual vs traditional instruments for VXI test, EE, Evaluation Engineering, 1994
[12] 刘君华，基LabVIEW的虚拟仪器设计，电子工业出版社，2003
[13] 候国屏等，LabVIEW7.1编程与虚拟仪器技术，清华大学出版社，2005
[14] Djurovic Igor, Standovic Liubisa, Virtual instrument for time—frequency analysis, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1999
[15] Gary W Johnson, Richard Jennings, LabVIEW Graphical programming [M], 2001
[16] 吕威，基于软件无线电的通信系统研究，哈尔滨工程大学硕士学位论文，2004．01
[17] 岳建梅，基于软件无线电中频信号处理平台的设计，中国科学院研究生院硕士论文，2006．05
[18] 成磊，短波数传电台研制，解放军信息工程大学硕士论文，2004
[19] 基于NI PXI技术的无线电接收机技术简介http://www.gd-emb.com/addetail/id-13685.html
[20] 凤雷 付平 乔家庆，PXI总线接口技术研究，测试技术学报，2004
[21] National Instruments Corporation, PXI/CompactPCI, http://digital.ni.com/worldwide/china.nsf
[22] 蒋帅锋 施展 鲍恝，基于声卡的数据采集系统设计，仪器仪表学报，2005
[23] 周爱军 马海瑞，基于声卡的LabVIEW数据采集与分析系统设计，微计算机信息测控自动化卷，2005
[24] 南京河海大学水文水利自动化研究所，YDZ-YL300型通用遥测数传仪， http://www.yaoce.com/tyscy.htm
[25] 温红艳高静涛，基于PC声卡的虚拟示波器的开发实现，武汉工业学院学报，2005
[26] National Instruments Corporation, LabVIEW User Manual, 2003
[27] National Instruments Corporation, LabVIEW8.0 Development System Help
[28] 晁冰 李东生 雍爱霞，最小频移键控系统实现技术的仿真研究，计算机仿真，2003．11
[29] 曾宪伟 张荫 陆生礼，一种GMSK解调方案的研究与实现，电子器件，2002．12
[30] 王兰勋，一种FSK／DPSK调制的实现方案及谱分析，河北大学学报，1996．9
[31] 罗卫兵，孙桦，张捷《SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计》，西安电子科技大学出版社，2001
[32] National Instruments Corporation，新的NI LabVIEW工具包简化了通讯应用系统的开发，http://www.longma.com/market02/news_detail.php?NewsID=5221
[33] National Instruments Corporation, NI Modulation Toolkit, http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/12855
[34] National Instruments Corporation, NI Spectral Measurements Toolkit, http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/12594
[35] 马立成 向新，MATLAB中Eb／NO的计算，弹箭与制导学报，2006．01
[36] Rick Bitter, LabVIEW Advanced Programming techniques, Microsoft Press, Redomnd. 1996
[37] 青松，程岱松，武建华，《数字通信系统的SystemView仿真与分析》，北京航空航天大学出版社2001
[38] 沈连丰，信息论与编码，科学出版社，2004
[39] 广州电子技术网，信道编码技术http://gzdzw.51.net/xdbm.htm
[40] 孙学康 张政，微波与卫星通信，人民邮电出版社，2003
[41] 李建新 刘乃安 刘继平，现代通信系统分析与仿真，西安电子科技大学出版社，2001．
[42] 陆云扬，提高水文自动测报系统信息传输的可靠性措施，河海大学常州分校学报，2004．12
[43] 李广弟，单片机基础，北京航空航天大学出版社，1994
[44] 中华人民共和国水利部，水文情报预报拍报办法，2003
[45] Jon Conway Steve Watts, A software Engineering Approach to LabVIEW, Prentice Hall PTR, 2003
[46] G Programming Reference Manual, USA: National Instruments Corporation, 1998
[47] 马祥光 衣红钢 陈工 胡善志，数字式传感器在水情遥测系统中的应用，传感器世界，2001．11
[48] http://baike.baidu.com/lemma-php/dispose/view.php/45179.htm
[49] Lab VIEW Function Manual, USA: National Instruments Corporation, 1998
[50] 汪敏生等译著，LabVIEW基础教程，电子工业出版社，2002
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