CN102611652A

CN102611652A - 基于参数控制的多模方式基带处理实现方法

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Publication number: CN102611652A
Application number: CN2012100427309A
Authority: CN
Inventors: 刘建成; 高俊文; 龙渃春; 杨新盛; 徐存东; 徐献灵
Original assignee: Guangdong Baiyun University
Current assignee: Guangdong Baiyun University
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种基于参数控制的多模方式基带处理实现方法，方法包括：(1)构建一个模块化、标准化的硬件单元；(2)在中频进行采样；(3)下载外部参数增加帧头和帧尾，并把数据转换成帧后输入到编码模块；(4)生成的调制信号进入开关切换单元，选取合适的开关进行连接；(5)用宽带ADC将整个频段数字化，然后用软件完成中频处理，滤出窄带信号并将其搬移到基带；(6)基带处理。本发明能够在不同协议下进行通信，采用一种参数控制的软件无线电系统的方法来达到DSP不需要调用整个软件模块，只需要通过调用不同的可控制参数即可实现不同的软件模块，完成基带处理功能，实现不同的滤波模块调制解调方式、信源的编解码等，从而减少DSP的运算量。

Description

基于参数控制的多模方式基带处理实现方法

技术领域

本发明涉及通信电子技术领域，特别涉及一种基于参数控制的多模方式基带处理实现方法。

背景技术

短程通信系统的多模无线通信终端可以在一个终端设备上接收多种通信业务，为了接收不同的通信业务，势必要安装许多通信终端设备来接收不同的通信业务来满足其实时性、准确性及传输速率高的要求。在短程通信中，也就是把不同的通信协议综合到一个设备上，使得终端设备能够在不同的协议标准情况下(即可任意改变信道接入方式、调制方式、频率等)进行车与路之间的通信，以适应不同标准。

目前，从硬件和软件两方面建立了基于DSP和FPGA的软件无线电平台，现有技术中一般是重点研究了该实验平台多模式数字调制解调的硬件实现结构、软件实现结构和不同模式之间的切换等，充分体现了软件无线电系统的灵活性、开放性和兼容性等特点。在软件无线电系统中，DSP要处理的数据量较大，处理的实时性要求比较高，目前采用DSP并行处理是提高DSP数据处理能力最切实可行的方法之一。有研究人员分析了DSP多通道缓冲串行口McBSP多通道工作方式的特点，提出了一种新的基于McBSP的DSP多机通信设计方案，很大程度上提高了DSP在软件无线电系统中的数据处理能力。同时还有研究人员提出并讨论了能满足软件无线电需求的多主DSP系统结构，探讨了软件无线电总线的选择原则，例如推荐VME总线作为软件无线电的首选总线，分析VME多种并行处理的总线仲裁原理等。

图1所示的是传统窄带接收系统，每一个信道需配备一个射频接收机和中频接收机，射频接收机将射频信号转换成中频信号，而中频接收机再将中频信号降到基带，信号在基带被采样后由每信道独立的DSP进行处理。这种窄带接收方式无法满足以无缝地连接不同的ITS的通信业务；无法满足高速多模、多频段的无线电通信系统；无法满足通信软件的自动更新，同时DSP通过各自信道和实现不同协议的基带处理，且极大的运算量无法满足DSP很高的处理能力要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于参数控制的多模方式基带处理实现方法，不需要调用整个软件模块，只需要通过调用不同的可控制参数即可实现不同的软件模块，完成基带处理功能，实现不同的滤波模块调制解调方式、信源的编解码等，从而减少DSP的运算量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明基于参数控制的多模方式基带处理实现方法，包括下述步骤：

(1)运用SWR技术构建一个模块化、标准化的硬件单元，并以总线方式连接成基本平台，并通过软件加载实现各种无线通信功能的一种开放式体系结构；

(2)其中宽带转换定义了软件的起止点，并在中频进行采样，即将通信系统的整个频段搬移到中频后，用宽带ADC将整个频段数字化，然后用软件完成中频处理单元并将没信道的窄款信号搬移到基带，再进行基带处理；

(3)当需要进行数据发射时，待发射的数据首先进入帧模块，在帧模块中根据不同的标准，下载外部参数增加帧头和帧尾，并把数据转换成帧后输入到编码模块；在编码模块中，编码方法和交织码率成为外部参数，经过编码模块进行编码以后的信号再进入调制模块进行处理生成调制信号；

(4)生成的调制信号进入开关切换单元，根据实际的网络系统，选取合适的开关进行连接；

(5)将射频接收机的整个频段搬移到中频后，用宽带ADC将整个频段数字化，然后用软件完成中频处理，滤出窄带信号并将其搬移到基带，然后再进行基带处理；

(6)在基带处理部分，基带处理单元进行发送处理和接受处理两部分，基带处理单元配置不同的软件模块，DSP通过调用不同的处理软件模块来实现不同协议的基带处理，DSP不需要调用整个软件模块，通过调用不同的可控制参数实现不同的软件模块，完成基带处理，实现不同的滤波模块调制解调方式以及信源的编码解码。

优选的，所述发送处理包括发送扰码、差分编码变换、前向均衡以及调制波形的形成，把协议处理部分送来的发送数据流处理成适合射频调制的数字I、Q基带信号，使发射信号具有合适的占用带宽，提高无线频谱的效率，降低带外射；当需要进行数据发射时，待发射的数据首先进入帧模块，在帧模块中根据不同的标准，下载外部参数增加帧头和帧尾，并把数据转换成帧后输入到编码模块；在编码模块中，编码方法和交织码率成为外部参数，经过编码模块进行编码以后的信号再进入调制模块进行处理生成调制信号；生成的调制信号进入开关切换单元，根据实际的网络系统，选取第一开关或第二开关进行连接。

优选的，若从调制模块进入开关单元的信号是CDMA信号，调节模块进行调节后的调制信号在开关切换单元中选择第一开关进行连接，并在扩频模块中与一扩频码相乘，进行相关运算；若从调制模块进入开关单元的信号不是CDMA信号，则在开关切换单元中选择第二开关进行连接，信号直接进入滤波器进行滤波，最后通过D/A转换器在射频频段发射出去。

优选的，接收处理包括接收基带匹配滤波、载波提取、相关解调、AGC控制、解调差分译码以及接收去扰码，在接收端，信号在射频转换单元下进行变频到中频，并且在宽带A/D/A转换部分进行过采样，然后进入DDC进行滤波，此时滤波器的参数由DSP给出，进入开关运算单元，根据实际的网络选择第一开关或是第二开关。

优选的，如果选用了扩频技术，那么选择第一开关，输入信号进入相关模块，此时相关模块、检测、门限判决、时钟以及生成PN码模块共同来捕捉同步信号，并产生与发送的PN码相关性一致的伪随机序列来进行解扩，如果没有选择扩频技术，也就是采用ETC和GSM系统，选择第二开关，于是信号经过时间同步模块进行解调和译码，恢复传输信号。

优选的，步骤(1)中，采用硬件模块化结构宽带A/D/A及DSP，建立标准环境公开硬件平台，支持并行、流水线、及异种处理机。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明能够在不同协议下进行通信，采用一种参数控制的软件无线电系统的方法来达到DSP不需要调用整个软件模块，只需要通过调用不同的可控制参数即可实现不同的软件模块，完成基带处理功能，实现不同的滤波模块调制解调方式、信源的编解码等，从而减少DSP的运算量。

2、本发明能够实现在一个终端设备上接收多种通信业务，无缝地连接不同的通信业务，提供一种能兼容各种通信协议的短程通信系统多模设备。

3、本发明能实现信息交换与共享，为各相关部门制定运行控制方案和科学决策提供依据。

4、本发明能提高系统传输的可靠性，降低信道传输的误码率，提高无线频谱的利用率。

5、本发明采用参数控制的软件无线电技术，控制信道通过对传输结果进行分析，得到合适的控制参数，系统通过控制参数控制内容信道的传输。根据网络时延、丢包率、连续丢包次数等环境参数的变化，系统自动的解调算法。

附图说明

图1是现有技术传统窄宽带接收系统框图；

图2是本发明模块化、标准化的硬件单元基本平台结构；

图3是本发明共用前端的数字接收系统框图；

图4是本发明基带计算机仿真模型发射单元结构图；

图5是本发明基带计算机仿真模型接收单元结构图；

图6是本发明基带处理单元与射频连接部分的框图；

图7为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例基于参数控制的多模方式基带处理实现方法，如图7所示，包括下述步骤：

(6)在基带处理部分，基带处理单元配置不同的软件模块，DSP通过调用不同的处理软件模块来实现不同协议的基带处理，DSP不需要调用整个软件模块，通过调用不同的可控制参数实现不同的软件模块，完成基带处理，实现不同的滤波模块调制解调方式以及信源的编码解码。

下面对上述方法做一个具体的分析：

如图1所示，采用硬件模块化结构宽带A/D/A及高速DSP，建立标准虚拟机环境公共硬件平台，支持并行、流水线及异种处理机。支持开放式的模块化设计。设计中灵活应用硬软件模块可使终端设备对传播条件具有多种自适应能力(包括频率、功率、速率及多径分集)。其中宽带A/D/A转换定义了软件的起止点，也就是要求在中频进行采样，即将通信系统的整个频段搬移到中频后，用宽带ADC将整个频段数字化，然后用软件完成中频处理并将每信道的窄带信号搬移到基带，再进行基带处理。

根据上述连接成基本平台，短程通信系统将满足以下几点要求：(1)无缝地连接不同的的通信业务，兼容各种通信系统协议；(2)多模、多频段的无线电通信系统；(3)通信软件的自动更新。也就是在短程通信中，也就是把不同的通信协议综合到一个设备上，使得终端设备能够在不同的协议标准(如DSRC、GSM、第三代移动通信标准等)情况下(即可任意改变信道接入方式、调制方式、频率等)进行通信，以适应不同标准。

图3所示的是传统窄带接收系统图2的基础上，采用的共用前端的数字接收系统结构，即多个信道共用一个射频接收机，然后将中频信号用宽带ADC采样，采样后的信号为包含多个信道的数字中频信号，然后进入数字处理器进行基带处理。这样克服传统窄带接收系统的每一信道配备一个射频接收机和和中频接收机，信号在采样后由每一信道独立的DSP进行处理。也就是说在如图3所示的研究设计方法，是将射频接收机的整个频段搬移到中频后，用宽带ADC将整个频段数字化，然后用软件完成中频处理，滤出窄带信号并将其搬移到基带，然后再进行基带处理。但是即使采用最快的DSP处理器，用软件实现下变频功能还是不可实现的。因此，采用可编程的数字下变频来完成中频处理功能，其滤波器的参数由DSP软件来控制。最后达到该处理模块能够适应不同标准协议的情况。其重点解决基带处理的问题。

本实施例中AD转换器靠近前端，它利用DSP的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调制解调、信道编码译码等，因此要求高速芯片DSP、A/D，所以核心技术是构造总线结构和算法处理。基带信号处理部分的把数据流变换成适合信道传输的基带信号和解调基带信号(含定时恢复)包括针对非线性信道的予失真、栅格编码和软判决参数估计等。其中关键是目前还没有足够高速率下工作的A/D和D/A芯片，只能在中频(70MHz和140MHz)进行A/D和D/A变换。例如我们拟选择Analog Devices公司的AD6644精确地转换宽带模拟信号，输入带宽为200MHz，噪声只有74DB，SFDR失真为100DB，采用这种器件能以数字方式实现象滤波那样的非常复杂的功能。

在基带处理部分，为实现一种设备能够在不同协议下进行通信，必须配置不同的软件模块。DSP通过调用不同的处理软件来实现不同协议的基带处理，大量的运算对DSP的处理能力要求很高，所研究方法是采用一种参数控制来达到DSP不需要调用整个软件模块，只需要通过调用不同的可控制参数即可实现不同的软件模块，完成基带处理功能，实现不同的滤波模块调制解调方式、信源的编解码等，从而极大减少DSP的运算量。

图4、图5给出DSP处理基带部分的计算机仿真模型进行实验研究，采用ETC、GSM和CDMA三种通信协议标准如表1所示。

表1

图4所示的整个发射过程为：当需要进行数据发射时，待发射的数据首先进入帧模块，在帧模块中根据不同的标准，下载外部参数增加帧头和帧尾，并把数据转换成帧后输入到编码模块；在编码模块中，编码方法和交织码率成为外部参数，经过编码模块进行编码以后的信号再进入调制模块进行处理生成调制信号；生成的调制信号进入开关切换单元，根据实际的网络系统，选取合适的开关进行连接。由于CDMA是一直接序列扩频系统，因此经过调节模块进行调节后的调制信号在开关切换单元中选择开关1进行连接，并在扩频模块中与一扩频码相乘，进行相关运算。WCDMA采用正交可变参数码(OVSF)对信号进行加密，扩频后的信号进入滤波器进行滤波；若从调制模块进入开关切换单元的信号不是CDMA信号，则在开关切换单元中选择开关2进行连接，信号直接进入滤波器进行滤波，最后通过D/A转换器在射频频段发射出去。

图5整个接收过程为：在接收端，信号在射频转换单元下进行变频到中频，并且在宽带A/D/A转换部分进行过采样，然后进入DDC进行滤波，此时滤波器的参数由DSP给出，同样由于CDMA系统采用了扩频技术，因此，在接收端必须要有相关模块来进行处理，使得接收到的信号与扩频码具有相关性。如果选用了扩频技术，那么开关为1，输入信号进入相关模块，此时相关模块、检测、门限判决、时钟和生成PN码模块共同来捕捉同步信号，并产生与发送的PN码相关性一致的伪随机序列来进行解扩，在这里接收端采用的是解扩后解调的接收方式，而不是先解调后解扩的方式，这样可以通过解扩过程获得扩频增益，提高接收信号的信噪比。另一方面，如果没有选择扩频技术，也就是采用ETC和GSM系统，开关为2，于是信号经过时间同步模块进行解调和译码，恢复传输信号。

图6为基带处理单元的结构框图，基带处理单元起到协议处理和射频处理部分连接的桥梁作用提高系统传输的可靠性，降低信道传输的误码率，提高无线频谱的利用率。基本组成主要分为发送处理、接收处理两部分。

发送处理包括发送扰码、差分编码变换、前向均衡、调制波形的形成等，把协议处理部分送来的发送数据流处理成适合射频调制的数字I、Q基带信号，使发射信号具有合适的占用带宽，提高无线频谱的效率，降低带外射。

接收处理包括接收基带匹配滤波、载波提取、相关解调、AGC控制、解调差分译码、接收去扰码等。

实际系统中，ETC、GSM和CDMA中存在多种信道如随机信道、导频信道、广播信道、业务信道等。它们的帧结构不同，信道编码方式以及在CDMA中扩频序列也不同，参数比较复杂，所以在实际的系统中要具体分析考虑。

如果多次调整元器件参数仍不能达到预期要求，则应对电路结构进行调整，并重复上述步骤。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于参数控制的多模方式基带处理实现方法，其特征在与，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的基于参数控制的多模方式基带处理实现方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述发送处理包括发送扰码、差分编码变换、前向均衡以及调制波形的形成，把协议处理部分送来的发送数据流处理成适合射频调制的数字I、Q基带信号，使发射信号具有合适的占用带宽，提高无线频谱的效率，降低带外射；当需要进行数据发射时，待发射的数据首先进入帧模块，在帧模块中根据不同的标准，下载外部参数增加帧头和帧尾，并把数据转换成帧后输入到编码模块；在编码模块中，编码方法和交织码率成为外部参数，经过编码模块进行编码以后的信号再进入调制模块进行处理生成调制信号；生成的调制信号进入开关切换单元，根据实际的网络系统，选取第一开关或第二开关进行连接。

3.根据权利要求2所述基于参数控制的多模方式基带处理实现方法，其特征在于，若从调制模块进入开关单元的信号是CDMA信号，调节模块进行调节后的调制信号在开关切换单元中选择第一开关进行连接，并在扩频模块中与一扩频码相乘，进行相关运算；若从调制模块进入开关单元的信号不是CDMA信号，则在开关切换单元中选择第二开关进行连接，信号直接进入滤波器进行滤波，最后通过D/A转换器在射频频段发射出去。

4.根据权利要求1所述的基于参数控制的多模方式基带处理实现方法，其特征在于，接收处理包括接收基带匹配滤波、载波提取、相关解调、AGC控制、解调差分译码以及接收去扰码，在接收端，信号在射频转换单元下进行变频到中频，并且在宽带A/D/A转换部分进行过采样，然后进入DDC进行滤波，此时滤波器的参数由DSP给出，进入开关运算单元，根据实际的网络选择第一开关或是第二开关。

5.根据权利要求4所述的基于参数控制的多模方式基带处理实现方法，其特征在于，如果选用了扩频技术，那么选择第一开关，输入信号进入相关模块，此时相关模块、检测、门限判决、时钟以及生成PN码模块共同来捕捉同步信号，并产生与发送的PN码相关性一致的伪随机序列来进行解扩，如果没有选择扩频技术，也就是采用ETC和GSM系统，选择第二开关，于是信号经过时间同步模块进行解调和译码，恢复传输信号。

6.根据权利要求1所述的多模方式基带处理单元，其特征在于，步骤(1)中，采用硬件模块化结构宽带A/D/A及DSP，建立标准环境公开硬件平台，支持并行、流水线及异种处理机。