CN102685931A - 一种基于软件无线电的无线通讯传输系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于软件无线电的无线通讯传输系统，前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元采用通用总线互连互通，核心处理单元用于从前端模拟接口单元获取前端处理的数据，按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将前端处理的数据选择传输给数模转换及模数转换单元。本发明还公开了一种基于软件无线电的无线通讯传输方法，包括核心处理单元按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将所述前端处理的数据，选择传输给数模转换及模数转换单元。采用本发明的系统及方法，能适应多制式无线通讯标准共存的情况，同时能将每个结构的优势进行互补。
Description
技术领域
本发明涉及无线移动通信领域，尤其涉及一种基于软件无线电(SDR，SoftDefined Radio)理论的无线通讯传输系统及方法。
背景技术
随着无线移动通讯技术的快速发展，出现了多制式无线通讯标准，具体包括：第二代无线移动通讯标准--全球移动通讯系统(GSM，Global System forMobile Communications)技术、第三代无线移动通讯--码分多址接入(CDMA2000，Code Division Multiple Access 2000)技术、宽带码分多址接入(WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access)技术、时分同步码分多址(TD-SCDMA，Time Division Synchronous CDMA)技术、和第三代无线移动通讯演进标准-长期演进(LTE，Long Term Evolution)技术，以及其他形式的无线移动通讯标准，比如蓝牙(Bluetooth)、无线局域网(WLAN，Wireless LocalArea Network)等。
当上述这么多的无线通讯标准共存系统时，在系统设计上就要考虑多制式适应性，SDR理论就是解决这一问题的，目前现有技术基于SDR解决这个问题所采用的传输方案包括：流水线结构、总线式结构、交互网络结构。其中，流水线结构是在无线通讯系统的每个处理模块都以级联方式连接；总线式结构是在无线通讯系统的每个处理模块都以总线方式互连；交互网络结构是所有处理模块通过一个交互矩阵互连互通。这几种结构虽然能适应多制式无线通讯标准共存的情况，但是不能将每个结构的优势进行互补，针对这个优势互补问题目前并未有解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于SDR的无线通讯传输系统及方法，能适应多制式无线通讯标准共存的情况，同时能将每个结构的优势进行互补。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于软件无线电的无线通讯传输系统，该系统包括：前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元，且前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元采用通用总线互连互通；其中，
所述前端模拟接口单元，用于采集兼容不同无线通讯标准的数据并进行前端处理；
所述数模转换及模数转换单元，用于在核心处理单元控制下进行模拟数字转换和数字模拟转换处理；
所述核心处理单元，用于从前端模拟接口单元获取前端处理的数据，按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将所述前端处理的数据选择传输给数模转换及模数转换单元；采用通用总线控制存储单元的数据写入或读取；
所述存储单元，用于存储写入的数据或读取的数据。
其中，所述通用总线分为：控制数据传输的并行处理总线和控制指令信号传输的串行处理总线。
其中，所述前端模拟接口单元包括天线和射频部分，进一步用于进行包括天线接收、低噪音放大、混频及滤波处理在内的所述前端处理。
其中，所述核心处理单元，进一步用于按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式选择将所述前端处理的数据传输给数模转换及模数转换单元情况下，
当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式相同时，当前数据对应的无线通讯标准符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据直接传输给数模转换及模数转换单元；当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式不同时，当前数据对应的无线通讯标准不符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据暂时存储到存储单元，等待当前工作模式空闲时再处理。
一种基于软件无线电的无线通讯传输方法，前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元采用通用总线互连互通，该方法包括：
前端模拟接口单元采集兼容不同无线通讯标准的数据并进行前端处理；
核心处理单元按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将所述前端处理的数据，选择传输给数模转换及模数转换单元。
其中，所述通用总线分为：控制数据传输的并行处理总线和控制指令信号传输的串行处理总线。
其中，所述前端处理具体包括：天线接收、低噪音放大、混频及滤波处理。
其中，所述按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式选择将所述前端处理的数据传输给数模转换及模数转换单元具体包括：
如果当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式相同时，则当前数据对应的无线通讯标准符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据直接传输给数模转换及模数转换单元；
如果当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式不同时，则当前数据对应的无线通讯标准不符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据暂时存储到存储单元，等待当前工作模式空闲时再处理
其中，将所述前端处理的数据传输给数模转换及模数转换单元之前，该方法还包括：核心处理单元通过所述串行处理总线向数模转换及模数转换单元发送准备接受数据的控制指令，数模转换及模数转换单元收到所述控制指令后，通过所述并行处理总线接受所述前端处理的数据。
本发明的前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元采用通用总线互连互通，核心处理单元用于从前端模拟接口单元获取前端处理的数据，按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将所述前端处理的数据选择传输给数模转换及模数转换单元；采用通用总线控制存储器的数据写入或读取。
本发明的系统架构不同于任一种单一的系统结构，既不同于串行处理的流水线结构，也不同于并行处理的总线式结构，更不同于交互式网络结构，也不同于目前总线式结构的专用总线设计，采用这些架构的优势互补，大量数据的传输走总线传输并行处理，少量的实时控制信号走流水线串行传输。系统架构利用通用总线实现各个模块间的互连互通，除了兼容多个无线通讯标准共存于系统，而且由于是通用总线也利用后续标准演进的扩展。
附图说明
图1为本发明系统实施例的组成结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元采用通用总线互连互通，核心处理单元用于从前端模拟接口单元获取前端处理的数据，按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将所述前端处理的数据选择传输给数模转换及模数转换单元；采用通用总线控制存储器的数据写入或读取。
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。
一种基于软件无线电的无线通讯传输系统，该系统主要包括以下内容：
该系统包括前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元。前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元采用通用总线互连互通。其中，前端模拟接口单元用于采集兼容不同无线通讯标准的数据并进行前端处理。数模转换及模数转换单元用于在核心处理单元控制下进行模拟数字转换和数字模拟转换处理。核心处理单元用于从前端模拟接口单元获取前端处理的数据，按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将所述前端处理的数据选择传输给数模转换及模数转换单元；采用通用总线控制存储单元的数据写入或读取。存储单元用于存储写入的数据或读取的数据。
进一步的，通用总线分为：控制数据传输的并行处理总线和控制指令信号传输的串行处理总线。
进一步的，前端模拟接口单元包括天线和射频部分，进一步用于进行包括天线接收、低噪音放大、混频及滤波处理在内的所述前端处理。
进一步的，核心处理单元进一步用于按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式选择将所述前端处理的数据传输给数模转换及模数转换单元情况下，当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式相同时，当前数据对应的无线通讯标准符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据直接传输给数模转换及模数转换单元；当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式不同时，当前数据对应的无线通讯标准不符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据暂时存储到存储单元，等待当前工作模式空闲时再处理。
一种基于软件无线电的无线通讯传输方法，该方法主要包括以下内容：
前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元采用通用总线互连互通。
一、前端模拟接口单元采集兼容不同无线通讯标准的数据并进行前端处理。
二、核心处理单元按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将所述前端处理的数据，选择传输给数模转换及模数转换单元。
进一步的，通用总线分为：控制数据传输的并行处理总线和控制指令信号传输的串行处理总线。
进一步的，前端处理具体包括：天线接收、低噪音放大、混频及滤波处理。
进一步的，按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式选择将所述前端处理的数据传输给数模转换及模数转换单元具体包括：
如果当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式相同时，则当前数据对应的无线通讯标准符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据直接传输给数模转换及模数转换单元；
如果当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式不同时，则当前数据对应的无线通讯标准不符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据暂时存储到存储单元，等待当前工作模式空闲时再处理。这里需要指出的是：这种工作模式空闲的模式一般发生在多种通讯模式的情况下，比如当前工作模式是建立在GSM通讯模式，而待检测信号是用于LTE通讯模式，在这种情况下需要等待当前工作模式(GSM)空闲时，再去处理LTE模式的信号，这种应用场景是经常存在的，因为如果当前通话是在GSM模式下进行，同时系统需要检测是否其他模式(如LTE模式)下是否信号质量更好，需要随时检测其他模式信号准备随时切换到信号最好的模式中进行以保证通讯质量最优。
进一步的，将所述前端处理的数据传输给数模转换及模数转换单元之前，该方法还包括：核心处理单元通过所述串行处理总线向数模转换及模数转换单元发送准备接受数据的控制指令，数模转换及模数转换单元收到所述控制指令后，通过所述并行处理总线接受所述前端处理的数据。
以下对本发明进行举例阐述。
系统实施例：如图1所示为系统实施例的组成结构示意图。图1中包括前端模拟接口单元，它支持多个模拟前端接口11，模拟前端接口11还包括天线及射频部分；数模转换(D/A)及模数转换(A/D)单元21，数模转换及模数转换单元21还包括部分前端数字处理功能；核心处理单元31，它基于SDR架构，SDR技术的核心点就是尽可能用软件来实现硬件的功能，这样的好处是修改和更新都极大的方便，但同时也对运行软件的硬件架构提出更高要求，本发明就是提出一种新的SDR架构方式使软件能充分发挥效率；存储单元41，它可以根据需要灵活配置，比如很容易的扩展存储单元的容量；对于通用总线来说，有多种总线的灵活选择，通过总线51和总线61实现上述各个单元间的互连互通。总线51和总线61可以是标准总线如PCI，其中总线61也可以是自定义接口，因为它传送的只是些控制信号，可以理解为控制指令信号传输的串行处理总线，而总线51可以理解为控制数据传输的并行处理总线，需要适用多种无线通讯标准。
数据从多个模拟前端接口11输入，进行放大，去噪声，下变频到零中频，滤波等前端处理后，数据通过总线51输入到数模转换及模数转换单元21，在数模转换及模数转换单元21中进行模数转换和数模转换后，再通过总线51输入到核心处理单元31，核心处理单元31对基带数据进行处理恢复原始信号，核心处理单元31通过总线61上传原始信号给协议栈处理。模拟前端接口11，数模转换及模数转换单元21，核心处理单元31之间的控制信号可以通过总线61连接。
由于基于SDR电理论设计的系统的初衷就是要支持多种无线通讯标准，无线移动通讯的各种标准在制定过程中对于数据交换形式(包括波特率，调制方式，带宽等)各不相同，一方面要求兼容各种标准，另一方面各种标准需求不同，所以设计一种通用型的接口就势在必行，只要能重复使用的硬件资源尽量复用，因此，上述的数模转换及模数转换单元21，核心处理单元31，存储单元41通过标准的通用总线(总线51和总线61)实现互连互通。由于模拟前端接口11包括的天线和射频部分复用的可能性较小，因此，为了兼容多种无线通讯标准，模拟前端接口11可以采用针对性设计，每种无线通讯标准设计一个专用模拟前端接口。
利用上述系统实施例中的各个单元通过通用总线实现互连互通，实现数据流具体传输的过程包括以下内容：
1、首先模拟前端接口11对需要检测的频段(根据具体兼容的无线通讯标准，检测的频段也不同)的数据采集后进行前端处理，前端处理具体包括天线接收，低噪声放大，混频，滤波处理等。
2、采集的数据进行前端处理后根据目前系统工作的模式，选择如何处理，如果系统当前工作模式所需的数据格式就是当前处理后数据的格式，或者说系统当前工作模式所需的数据就是当前处理后数据，则当前数据对应的无线通讯标准符合当前工作模式，核心处理单元31通过控制总线51，直接输出当前处理后数据给数模转换及模数转换单元21处理；如果系统当前工作模式所需的数据格式不是当前处理后数据的格式，或者说系统当前工作模式所需的数据不是当前处理后数据，则当前数据对应的无线通讯标准不符合当前工作模式，核心处理单元31通过控制通用控制总线61，暂时把当前处理后数据存储到存储单元41，等待当前工作模式空闲时再处理。
3、当需要处理的数据通过核心处理单元31写入到数模转换及模数转换单元21后，数模转换及模数转换单元21受控于核心处理单元31对数据进行处理，处理后的数据根据类型输出给核心处理单元31或存储单元41。例如核心处理单元31通过通用控制总线61发出准备接受数据的控制指令给数模转换及模数转换单元21，数模转换及模数转换单元21接到该指令后通过总线51接受数据进行处理，处理后的数据根据核心处理单元31通过通用控制总线61发出的存储指令把数据存储到核心处理单元31或存储单元41。
4、核心处理单元31是整个架构的核心，通过标准的通用总线(总线51和总线61)控制系统的正常运行。总线51和总线61是一种标准总线，比如PCI等，根据具体应用可以自行决定。比如在需要高速率需求应用中，可以考虑采用AXI总线，在速率要求不高的应用中可以采用AMBA总线。
5、存储单元41受控于核心处理单元31对数据进行写入或读取操作。
这里需要指出的是：本发明只是强调数据流传输的核心系统架构的设计，所以其他接口设计并没有包含在内。
综上所述，本发明实现了基于通用总线构建基于SDR理论的无线通讯系统架构，一方面，基于PC和LAN的结构，设计新颖，架构简单实用；另一方面，适用于基于SDR技术的无线基站，可以灵活扩展射频接口和数模和模数转换接口，符合SDR技术的多频点，高带宽的需求。因为，PC和LAN的架构是目前采用广泛的一种通用系统架构，它的硬件结构精简，软件运行效率高，在本发明中采用标准的通用总线(总线51和总线61)实现的互联架构形式就是体现了PC和LAN的架构优点，通过总线51和总线61软件也实现了高效率。同时SDR技术本身要求的频点多，高带宽，本发明中模拟前端接口11，数模转换及模数转换单元21，核心处理单元31和存储单元41都采用了通用接口进行互联，并不是专用接口，通用接口也就意味着通用性和兼容性都好，当SDR基站需要更多频点和更高带宽时可以很好的兼容新频点和更高带宽。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于软件无线电的无线通讯传输系统，其特征在于，该系统包括：前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元，且前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元采用通用总线互连互通；其中，
所述前端模拟接口单元，用于采集兼容不同无线通讯标准的数据并进行前端处理；
所述数模转换及模数转换单元，用于在核心处理单元控制下进行模拟数字转换和数字模拟转换处理；
所述核心处理单元，用于从前端模拟接口单元获取前端处理的数据，按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将所述前端处理的数据选择传输给数模转换及模数转换单元；采用通用总线控制存储单元的数据写入或读取；
所述存储单元，用于存储写入的数据或读取的数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通用总线分为：控制数据传输的并行处理总线和控制指令信号传输的串行处理总线。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述前端模拟接口单元包括天线和射频部分，进一步用于进行包括天线接收、低噪音放大、混频及滤波处理在内的所述前端处理。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述核心处理单元，进一步用于按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式选择将所述前端处理的数据传输给数模转换及模数转换单元情况下，
当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式相同时，当前数据对应的无线通讯标准符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据直接传输给数模转换及模数转换单元；当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式不同时，当前数据对应的无线通讯标准不符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据暂时存储到存储单元，等待当前工作模式空闲时再处理。
5.一种基于软件无线电的无线通讯传输方法，其特征在于，前端模拟接口单元、数模转换及模数转换单元、核心处理单元和存储单元采用通用总线互连互通，该方法包括：
前端模拟接口单元采集兼容不同无线通讯标准的数据并进行前端处理；
核心处理单元按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式，采用通用总线控制将所述前端处理的数据，选择传输给数模转换及模数转换单元。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通用总线分为：控制数据传输的并行处理总线和控制指令信号传输的串行处理总线。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述前端处理具体包括：天线接收、低噪音放大、混频及滤波处理。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述按照当前数据的无线通讯标准是否符合当前工作模式选择将所述前端处理的数据传输给数模转换及模数转换单元具体包括：
如果当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式相同时，则当前数据对应的无线通讯标准符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据直接传输给数模转换及模数转换单元；
如果当前工作模式所需的数据格式与所述前端处理的数据格式不同时，则当前数据对应的无线通讯标准不符合当前工作模式，核心处理单元采用所述并行处理总线将所述前端处理的数据暂时存储到存储单元，等待当前工作模式空闲时再处理
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述前端处理的数据传输给数模转换及模数转换单元之前，该方法还包括：核心处理单元通过所述串行处理总线向数模转换及模数转换单元发送准备接受数据的控制指令，数模转换及模数转换单元收到所述控制指令后，通过所述并行处理总线接受所述前端处理的数据。
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