CN101552996B - 一种多域协同多模兼容的无线通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多域协同多模兼容的无线通信方法，属于无线通信技术领域。其特征在于，在一个软件无线电的平台上，射频、中频和基带三个模块协同完成通信模式的识别和切换。天线接收到信号之后，依次经过射频、中频和基带的处理，最后进行显示。射频、中频和基带三个模块分别对他们处理域的信号进行检测，检测结果送入控制和判决模块。控制和判决模块对检测结果进行判决，同时给射频、中频和基带三个模块发送配置信息。中频模块和基带模块依据配置信息从波形组件库中加载相应的波形完成模式切换。本发明的优点是：检测的过程是三个模块协同来完成，模式的切换则通过自动重加载，达到准确检测、智能切换的目的。

Description

一种多域协同多模兼容的无线通信方法

技术领域

本发明涉及一种多域协同多模兼容的无线通信方法，尤其涉及一种射频模块、中频模块和基带模块多域协同多模兼容的无线通信方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在无线通信中，各种不同标准并存的现象，将在一定时间内存在。目前业界采用的终端，大多只能适应一种通信标准，现有的双模或者多模终端，其机理是通过特定功能硬件的捆绑，体积大、功耗大、成本高，而且模式切换只能手动完成，不能根据实际通信环境自主进行识别和切换。

SDR技术是实现多模通信的理想技术，通过统一的硬件平台，利用可重构技术实现配置和重加载，动态地适应不同的通信标准。而重加载的基础，首先是必须正确的检测到信号，并识别出该信号是在哪种通信标准下进行的传输。目前，模式识别方面的技术还处于摸索阶段，单独基于射频的检测算法和基于基带DSP计算参数检测的方法都没有很好的解决智能模式识别的难题。起步较早的如美国军方的研究结果涉及机密，不可能对外公开并投入民用。

多域协同技术是数据网络中数据服务的一种重要技术。一个域包括了数据和数据方法以及外部访问的服务。多域协同就是在多个域之间共享信息并协同工作。多域协同技术的应用有助于攻克信号检测和模式识别的难题，满足下一代无线通信智能化、可升级重加载等目标。

发明内容

本发明的目的是提出一种多域协同多模兼容的无线通信方法，以在现存的多种通信标准中，检测并识别正在使用的通信标准，通过控制波形的重加载来实现模式切换。该发明能解决当前3G网络与现有网并存的情况下模式识别和切换的问题，并对软件无线电中可能的模式识别和切换的场景提供了解决的方法。

本发明提出的多域协同多模兼容的无线通信方法，包括以下步骤：

(1)建立一个通信频段与通信模式之间的映射表；

(2)设定无线通信的接收端天线的工作状态为全频段轮询、开启判决、释放缓存；

(3)上述接收端天线在频段f处搜索到一个信号，对该信号进行功率检测，得到频段f内的平均功率；

(4)设定一个平均功率阈值，将上述检测得到的频段f内的平均功率与平均功率阈值进行比较，若检测功率大于设定阈值，则进入步骤(5)，若检测功率小于设定阈值，则返回步骤(2)；

(5)根据上述频段f，从上述映射表中确定上述信号的通信模式，并根据确定的通信模式产生配置信息，将配置信息分别发送到上述接收端的射频模块、中频模块和基带模块；

(6)上述射频模块、中频模块和基带模块完成配置后，进入步骤(6)，若在时间T内，未完成配置，则返回步骤(5)；

(7)使上述接收端天线的工作状态由全频段轮询转为在f频段接收信号，并接收信号；

(8)将上述接收的f频段信号进行混频和A/D转换后，进入中频缓存，中频模块对缓存中的数据进行数字下变频后，进入基带缓存，基带模块对基带缓存中的信号进行基带处理后显示；

(9)上述中频模块从中频缓存中读取信号，进行相关检测，上述基带模块从基带缓存中读取信号并进行基带处理，计算误码率；

(10)设定中频相关检测阈值和误码率阈值，将上述计算结果与设定阈值进行比较，若相关检测结果大于阈值，且误码率小于阈值，进入步骤(11)，若相关检测结果小于阈值，或误码率大于阈值，则返回步骤(2)；

(11)停止判决。

本发明提出的多域协同多模兼容的无线通信方法，其特点和优点是：

1、现存的模式识别方法都是依赖单纯的射频或者中频或者基带的检测，检测手段都不够严谨，无法对通信模式做定论。本发明方法是依次在射频、中频和基带三个模块分别对信号做处理，处理的结果均与设定的阈值进行比较，当满足比较条件时，才接纳该模式。该特征的优点在于，通过三个模块联合判定可以充分利用射频端检测简单易行的特点，迅速的确定检测的通信模式，同时在中频和基带的检测能避免单一射频检测的不严格性，排除噪声信号。

2、本发明方法中，射频、中频和基带三个模块的信号处理和检测是一个多域协同的过程，如图3所示的链路式协同。中频的信号来源于射频模块的下变频，基带的数据来源于中频模块的数字下变频处理，三者之间存在数据交互。同时，射频模块的功率检测结果决定了其他两个模块的配置信息，同时中频和基带的检测结果也会通过反馈给控制和判决模块，从而决定系统的下一步工作状态。该特征的优点在于多域协同的检测方法更有利于系统的模块化，更适应于软件无线电技术发展的需要，在相对独立的模块上进行处理和检测，同时模块之间通过控制器反馈相互制约，可以灵活的配置每个模块的功能，完成软件无线电中多变情况下信号处理和检测的目的。

3、本发明方法中，模式的切换是一个自动控制重加载的过程。本发明是基于自主开发的软件无线电系统，通过软件加载实现模式的切换，具体过程是：在射频模块功率检测后，如果检测结果满足阈值设定，控制和判决模块会根据接收到信号的频段f确定假定的通信模式，依据假定的通信模式对射频、中频和基带三个模块发送配置信息。配置主要是射频模块混频器的选择、中频和基带的波形加载、中频和基带的检测算法的加载。射频模块混频器则通过发送控制信令进行切换，中频模块和基带模块的配置过程通过读取配置信息，并依据配置信息自动的加载波形组件和检测算法来实现。该特征的优点在于，整个模式切换的过程是根据设定的控制算法自动运行的，通过域配置文件加载波形，使采用软件无线电技术的系统智能的完成重加载和重配置，真正意义上实现软件无线电技术的智能化、模块化和可重构，波形组件库中存储的波形可以根据实际需要单独开发，也可以在不同系统中重用，避免了重复开发的损失。

附图说明

图1是本发明的射频、中频和基带多域协同多模兼容的无线通信方法流程框图。

图2是本发明的射频、中频和基带多域协同多模兼容的无线通信方法模块示意图，图中，粗线表示控制和判决信号通路、细线表示接收信号通路、虚线表示重加载通路。

图3是本发明的射频、中频和基带多域协同工作示意图，图中，粗线表示控制信号流向、细线表示接收信号流向、虚线表示判决信号流向。

图4以WiMAX模式检测为例的具体实施方案示意图。

具体实施方式

本发明提出的多域协同多模兼容的无线通信方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：

(1)建立一个通信频段与通信模式之间的映射表；

(2)设定无线通信的接收端天线的工作状态为全频段轮询、开启判决、释放缓存；

(3)上述接收端天线在频段f处搜索到一个信号，对该信号进行功率检测，得到频段f内的平均功率；

(4)设定一个平均功率阈值，将上述检测得到的频段f内的平均功率与平均功率阈值进行比较，若检测功率大于设定阈值，则进入步骤(5)，若检测功率小于设定阈值，则返回步骤(2)；

(5)根据上述频段f，从上述映射表中确定上述信号的通信模式，并根据确定的通信模式产生配置信息，将配置信息分别发送到上述接收端的射频模块、中频模块和基带模块；

(6)上述射频模块、中频模块和基带模块完成配置后，进入步骤(7)，若在时间T内，未完成配置，则返回步骤(5)；

(7)使上述接收端天线的工作状态由全频段轮询转为在f频段接收信号，并接收信号；

(8)将上述接收的f频段信号进行混频和A/D转换后，进入中频缓存，中频模块对缓存中的数据进行数字下变频后，进入基带缓存，基带模块对基带缓存中的信号进行基带处理后显示；

(9)上述中频模块从中频缓存中读取信号，进行相关检测，上述基带模块从基带缓存中读取信号并进行基带处理，计算误码率；

(10)设定中频相关检测阈值和误码率阈值，将上述计算结果与设定阈值进行比较，若相关检测结果大于阈值，且误码率小于阈值，进入步骤(11)，若相关检测结果小于阈值，或误码率大于阈值，则返回步骤(2)；

(11)停止判决。

本发明方法可以实现的检测的通信标准范围包含有：GSM，CDMA IS-95，WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA，WiMAX，包含了2G和3G时代的全部主流通信标准，并可以根据通信的发展，扩展支持LTE和4G的相关标准的检测与识别。

本发明所涉及的信号检测和模式识别的方式，是利用多域联合处理的检测和识别，主要包含有：射频处理域的功率检测、中频处理域的相关识别、基带处理域的检错识别。系统模块框图如图2和图3所示，其中粗线表示控制和判决信号通路、细线表示接收信号通路、虚线表示重加载通路。

本发明方法中的天线是全频段天线，可以接收到覆盖主流标准的频点的信号。所述主流标准的频点包括GSM，CDMA IS-95，WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA，WiMAX的工作频点。该天线模块可以根据实际需要进行扩展，支持所需工作频点。

本发明方法中的射频模块，采用可调节中心频率和带宽的射频模块，可以将中心频率固定在各个主流无限通信标准的频点上，同时对信号进行放大和下变频到中频。中频模块，可重构的数字中频模块由可编程门阵列和数字信号处理器组成，内部加载了相应的处理电路和程序，目的在于对高速的数字中频信号做相关，同时降低数据率，以方便基带部分的处理。中频模块的处理主要是数字变频。基带模块，是运行在高性能计算机上的各个物理层算法实体。主要用到的算法包括同步、信道解码、星座映射、解交织、解扰和信源解码等部分，CDMA IS-95中还有解扩。

本发明方法是基于自主开发的软件无线电平台，其中一个重要的模块是波形组件库模块，模式切换是通过从波形组件库中加载相应的波形来实现不同模式下中频和基带的配置。该模块内部存储有：待加载到可编程逻辑模块中的数据处理子模块和PC基带处理的波形组件，所述波形组件中至少会有：数字中频子组件、调制解调子组件、纠错编解码子组件、跳频控制子组件、接入与链路控制子组件、网络路由与传输控制子组件，每个子组件内部还有多个可选的模块实现不同模式的传输功能，各子组件之间通过预先定义的标准组件接口进行通信；待加载到可编程逻辑模块中每种通信模式下重加载的配置文件；待加载到可编程逻辑模块中数据流控制子模块的用于数据处理流程控制的配置文件。为了达到更有效的后向兼容特性，这一波形组件库是预留有扩展接口以便添加或升级。

本发明方法中的控制和判决模块，可以在可编程门阵列上运行，实现控制和判决的功能。控制部分负责整个系统工作状态的切换和各模块的配置，包括检测状态和正常工作状态的切换、判决的开启和关闭、射频模块混频器的选择、中频和基带模块波形组件的加载、读取缓存、释放缓存。模式识别的过程需要多域协同，即对射频、中频、基带的检测过程进行一个协调，如射频端功率检测的结果和频点等数据会通过控制总线给判决和控制模块，由控制模块对中频和基带进行相应的配置。同时，控制模块还应对波形组件的加载进行控制，依据波形组件库中的配置文件，对各模块内的波形组件进行重加载。在检测状态下，控制模块会开启判决，一旦转入正常工作状态，判决会被关闭，控制部分会控制释放中频和基带的缓存。判决部分，即对检测结果进行判决的判决算法，在检测状态下由控制模块控制开启，根据事先制定的判决算法(每种不同的频段下对应的判决机制会有不同)对射频模块，中频模块，基带模块的检测与识别结果进行分析，判定是否满足条件(如阈值、误码率)。本文后面说到的控制单元和判决单元均为此模块的子部分。

本发明方法在射频、中频和基带三个模块分别进行了检测，每个模块具体的检测工程如下：

1、射频的功率检测：射频处理域主要利用假设检验的方法对接收信号进行功率检测。定义N次采样的平均功率为η，根据中心极限定理，若果N足够大可以依靠检测平均功率值是否达到阈值来进行判断。设定一个参考阈值为R₁，如果η大于R₁，则接受，如果η小于R₁，则拒绝。

2、中频的相关识别：对于发射的信号中存在伪随机序列等相关性较好的序列的情况，中频处理域可以利用相关器来寻找相关峰。相关峰的幅度主要由衰减因子和频偏共同决定。设定一个相关峰的阈值R₂，若检测相关峰的幅值超过R₂，则接受；若相关峰的幅值低于R₂，则拒绝。

3、基带的检错识别：基带处理域主要应用计算误码率的方法来做检测。如果发射端对于发射的信号做了定义为H(·)的信道编码，则接收端，通过对应的H^-(·)译码则可以恢复出信息。因为经过畸变的信道后会出现一定的误码，所以要求相应的H(·)和H(·)有一定的纠错和检错能力。设定一个误码率阈值R₃，如果误码率没有超过R₃，则认为有效信号经过畸变的信道出现误码，可以接受，如果误码率超过R₃，则认为该信号非该模式下的通信信号，拒绝。

下面以WiMAX信号的检测为例，介绍本发明方法的一个实施例，其流程如图4所示。

(1)建立一个通信频段与通信模式之间的映射表；

(2)设定无线通信的接收端天线的工作状态为全频段轮询、开启判决、释放缓存；

(3)上述接收端天线在频段f＝2.4GHz处搜索到信号，对其进行功率检测，通过对N个测量周期的功率测量计算信号的平均功率，并将f和功率大小送入判决模块。

(4)设定一个平均功率阈值，将上述检测得到的平均功率与平均功率阈值进行比较，若检测功率大于设定阈值，则进入步骤(5)，若检测功率小于设定阈值，则返回步骤(2)；

(5)根据上述频段f，从上述映射表中确定上述信号的通信模式，确定的通信模式为WiMAX。控制单元依据WiMAX产生配置信息，将配置信息分别发送到上述接收端的射频模块、中频模块和基带模块；

(6)上述射频模块、中频模块和基带模块完成配置后，进入步骤(7)，若在时间T内，未完成配置，则返回步骤(5)；

(7)使上述接收端天线的工作状态由全频段轮询转为在f＝2.4GHz处接收信号

(8)将上述接收的f频段信号进行混频和A/D转换后，进入中频缓存，中频模块对缓存中的数据进行数字下变频后，进入基带缓存，基带模块对基带缓存中的信号进行基带处理后显示；

(9)上述中频模块从中频缓存中读取信号，进行相关检测，上述基带模块从基带缓存中读取信号并进行基带处理，计算误码率；

(10)设定中频相关检测阈值和误码率阈值，将上述计算结果与设定阈值进行比较，若相关检测结果大于阈值，且误码率小于阈值，进入步骤(11)，若相关检测结果小于阈值，或误码率大于阈值，则返回步骤(2)；

(11)停止判决，系统正常工作在WiMAX模式下。

Claims (1)

1.一种多域协同多模兼容的无线通信方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)建立一个通信频段与通信模式之间的映射表；

(2)设定无线通信的接收端天线的工作状态为全频段轮询、开启判决、释放缓存；

(3)上述接收端天线在频段f处搜索到一个信号，对该信号进行功率检测，得到频段f内的平均功率；

(4)设定一个平均功率阈值，将上述检测得到的频段f内的平均功率与平均功率阈值进行比较，若检测功率大于设定阈值，则进入步骤(5)，若检测功率小于设定阈值，则返回步骤(2)；

(5)根据上述频段f，从上述映射表中确定上述信号的通信模式，并根据确定的通信模式产生配置信息，将配置信息分别发送到上述接收端的射频模块、中频模块和基带模块；

(6)上述射频模块、中频模块和基带模块完成配置后，进入步骤(7)，若在时间T内，未完成配置，则返回步骤(5)；

(7)使上述接收端天线的工作状态由全频段轮询转为在f频段接收信号，并接收信号；

(8)将上述接收的f频段信号进行混频和A/D转换后，进入中频缓存，中频模块对缓存中的数据进行数字下变频后，进入基带缓存，基带模块对基带缓存中的信号进行基带处理后显示；

(9)上述中频模块从中频缓存中读取信号，进行相关检测，上述基带模块从基带缓存中读取信号并进行基带处理，计算误码率；

(10)设定中频相关检测阈值和误码率阈值，将上述计算结果与设定阈值进行比较，若相关检测结果大于阈值，且误码率小于阈值，进入步骤(11)，若相关检测结果小于阈值，或误码率大于阈值，则返回步骤(2)；

(11)停止判决。

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