一种极化全双工通信实验平台制造技术

本发明专利技术提供了一种极化全双工通信实验平台，主要功能模块包括极化全双工通信、控制和显示三大部分。极化全双工通信功能分为极化全双工发送链和极化全双工接收链两个部分。平台控制功能主要对USRP参数、极化参数、调制参数和端口设置参数进行设置。平台显示功能主要对收发信号进行监测，包括星座图、SNR计算、吞吐量计算和时延计算等模块。基于软件无线电技术，搭建了端对端的全双工通信实验平台，测试结果表明，本平台实现了极化全双工通信，提高了自干扰消除量和数据速率，并且支持对通信频率、调制阶数、码率、极化角度等参数的修改，适用于极化全双工通信的测试需求。

A polarization full duplex communication experimental platform

【技术实现步骤摘要】
一种极化全双工通信实验平台
本专利技术属于无线通信
，基于软件无线电技术实现了具有极化域自干扰消除功能的全双工通信实验平台原型。
技术介绍
无线通信可提供多样化的信息服务，随着移动数据量和用户需求飞速的增加，现在预计未来的应用将需要数十Gbps峰值数据速率，预期延迟数字为几毫秒。但是可分配的无线频谱资源日益紧张，而用户发展、技术升级等业务都需要以充裕的频谱资源为基础。近年来，针对频谱资源这一制约无线通信发展的关键问题，研究人员相继提出很多提高频谱利用率的新技术与方法。其中同时同频全双工技术因为其相对半双工能成倍提升频谱效率的优点受到人们的广泛研究。在同时同频全双工技术的研究中，自干扰消除技术是重中之重而极化全双工技术能有效消除自干扰信号。全双工的自干扰消除可以分为空间域、极化域以及时频域的自干扰消除。目前用于同时同频全双工研究的实验平台采用的是时频空域的自干扰消除技术。典型的同时同频全双工研究的实验平台主要有Rice大学的WARP平台和Stanford大学的USRP平台。这两个平台主要在模拟域进行，其中Stanford大学采用Balun模拟消除方法，将发送电路RF信号延时、衰减处理后，通过有线链路传输到接收电路，用于抵消自干扰信号。Rice大学法利用一条额外的有线链路产生与原始信号有相同信道衰落的RF信号，有线传输到接收电路后与自干扰信号进行抵消。本专利技术首次实现在极化域对自干扰信号，未来全双工的应用以及双极化天线的使用将会普及，而极化全双工通信实验平台的研究与实现将会为其普及提供一个原形，具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是：在无线通信领域，特别是全双工通信系统实现中，尚无采用极化域自干扰消除技术的全双工通信实验平台。本专利技术技术方案为：极化全双工通信实验平台，两个通信节点，每个通信节点具有一个发射端和一个接收端，发射端通生成极化发送信号并通过双极化天线进行发送，接收端对通接收到的极化信号进行极化消除。本专利技术分为三大功能模块。首先是基于极化全双工通信功能，实现对自干扰信号的消除和对期望信号的接收。其次平台控制功能，实现对通信平台有效收发控制。最后是平台显示功能，用于衡量平台的性能和使用平台进行相关实验时获得有效的实验结果。在无线通信的电磁波理论中，极化的定义为电场矢量端点在垂直于传播方向的平面内，随时间变化在空间运动所形成的轨迹形状和旋向。极化全双工通信功能利用极化失配的原理来实现自干扰消除，在发送端对基带信号进行极化处理以生成极化信号，在接收端进行极化消除过滤掉自干扰信号，将有用信号转化为基带信号。本专利技术对收发器的控制，通过在平台运行前和运行时对相关参数进行调节来进行。平台运行前，对平台硬件的连接情况进行检测，避免运行时因电源和连接线等客观因素而无法正常运行。平台运行过程中，分别对平台收发器进行开关控制，以达到通信实验的目的。本专利技术对通信性能的衡量包括功率谱密度、星座图、信噪比和吞吐量等。通过对这些性能的检测，实验平台能更好的对平台性能进行分析，并且使用者在平台使用过程中更方便、快捷。本专利技术的优点：1、本专利技术采用双极化天线，在空间域通过极化方向的隔离影响信道空间特性，减小自干扰信号；2、本专利技术在极化域实现自干扰消除，利用复杂度较低的极化自干扰消除算法，有效解决了自干扰信号的影响；3、本专利技术支持1.2GHz-6GHz的通信频率，采用QPSK、16-QAM、64-QAM的多码率调制方式，能够承担多样化的实验要求。附图说明图1是本专利技术软硬件整体架构图；图2是本专利技术功能模块示意图；图3是本专利技术功能架构图；图4是本专利技术极化全双工通信功能实现流程图；图5是本专利技术发送端任意极化状态发送的原理图；图6是本专利技术接收端任意极化状态接收的原理图；图7是本专利技术控制功能实现流程图；图8是本专利技术显示功能实现流程图；具体实施方式本专利技术为极化全双工通信实验平台，功能多样，操作简便，下面结合附图对本专利技术作进一步描述。表1如图1，本专利技术使用LabVIEW通信系统设计套件对平台功能进行编程实现，平台硬件实物包括两台USRPRIO(2943R)设备、两个PXI远程控制设备(PCIe-8371)、四对TDJ-5158BKR双极化天线、两台PC设备，表1是平台硬件的规格。USRPRIO(2943R)设备带有灵活的射频上下转换器，两个RF端口可同时支持信号的发射和接收。PXI远程控制设备(PCIe-8371)部署在计算机的PCI插槽中，通过MXI电缆连接计算机和USRPRIO(2943R)设备，起到稳定、高速交换数据的作用。发送信号时，数据由PC通过PCIe-8371传输至USRPRIO(2943R)设备，在FPGA中处理后变为极化发送信号，最后通过双极化天线进行发送。接收信号时，信号由天线传到USRPRIO(2943R)中经FPGA处理后变为数据流，数据流经PXI远程控制设备(PCIe-8371)传输至PC中进一步处理。如图2，本专利技术主要功能模块包括极化全双工通信、控制和显示三大部分。极化全双工通信功能分为极化全双工发送链和极化全双工接收链两个部分。平台控制功能包括USRP参数、极化参数、调制参数和端口设置等模块。平台显示功能包括星座图、SNR计算、吞吐量计算和时延计算等模块。如图3，平台功能架构按其功能可分为极化全双工通信功能、控制功能和显示功能三部分。其中极化全双工通信功能包括发送信号的编码调制到极化处理、接收信号的极化消除与解码解调，分为发送链路(streamin、读取数据、FIFO、LTE发送链路、极化)和接收链路(去极化、LTE接收链路、FIFO、写入数据、streamout)。控制功能则是通过参数配置来对发送和接收器进行控制，包括参数控制、TX/RX控制、FPGA读写控制三个部分。显示功能则是通过信号处理来对系统性能进行检测，包括信号处理、FPGA读写控制、TX/RX显示三个部分。如图4，极化全双工通信功能分为两个部分，一部分是极化全双工发送链，另一部分是极化全双工接收链。极化全双工发送链包括视频流输入、基带发送链路、上变频、极化处理四部分。基带发送链路对信号进行OFDM编码调制处理，生成OFDM基带信号。上变频把基带信号变频到频带信号。极化处理分为两部分进行，功分网络主要调节极化信号两条支路的幅度比，移相网络则控制两支路信号的相位差。经过极化调制后，两路极化信号分别通过数模转换为模拟信号，最后经过RF口输出到天线。如图5，功分网络和移相网络的传递函数分别为：其中，是发射信号的极化相位描述子。矢量信号经过功分网络和移相网络，由确定信号的极化状态，最终馈送至双极化天线进行发送。若发送机产生幅度为E，频率为ω的信号，其通过功分网络和移相网络后的极化信号可表示为：通过调整极化相位描述子可使发送矢量信号的电场强度E(t)遍历所有极化状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极化全双工通信实验平台，其特征在于：包括基于USRP设计的极化全双工通信实验平台整体架构，所述极化全双工通信实验平台整体架构由三大部分功能模块过程，所述三大功能模块包括极化全双工实验平台通信功能、极化全双工实验平台控制功能和极化全双工通信实验平台显示功能，其中，所述极化全双工通信实验平台通信功能是极化全双工通信实验平台实现的基础且支持高数据速率传输和高清视频播放，所述极化全双工通信实验平台控制功能对通信实验平台通信频率、信号增益、调制方式和极化角度等进行控制，所述极化全双工通信实验平台显示功能对HV极化信号时延、吞吐量、信噪比和频谱图等系统性能指标进行测试和验证。/n

【技术特征摘要】
1.一种极化全双工通信实验平台，其特征在于：包括基于USRP设计的极化全双工通信实验平台整体架构，所述极化全双工通信实验平台整体架构由三大部分功能模块过程，所述三大功能模块包括极化全双工实验平台通信功能、极化全双工实验平台控制功能和极化全双工通信实验平台显示功能，其中，所述极化全双工通信实验平台通信功能是极化全双工通信实验平台实现的基础且支持高数据速率传输和高清视频播放，所述极化全双工通信实验平台控制功能对通信实验平台通信频率、信号增益、调制方式和极化角度等进行控制，所述极化全双工通信实验平台显示功能对HV极化信号时延、吞吐量、信噪比和频谱图等系统性能指标进行测试和验证。


2.根据权利要求1所述的—种极化全双工通信实验平台，其特征在于，所述极化全双工通信实验平台通信功能部分由极化全双工发送链和极化全双工接收链构成，所述极化全双工发送链包括视频流输入模块、基带发送链路模块和极化处理模块(功分、移相网络)，所述极化全双工接收链包括视极化消除模块(移相、功分网络)、基带接收链路和视频流输出模块。


3.根据权利要求1所述的—种极化全双工通信实验平台，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳芳，冯春燕，黄丁才，白凤起，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11