CN103117761B - 基于单核dsp的多模接收装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于单核DSP的多模接收装置及其应用方法，该装置包括：天线模块，用于通过多频段天线完成射频信号的接收；与所述天线模块相连的射频处理模块，用于控制射频信道，完成射频下变频、模数转换操作；与所述射频处理模块相连的控制切换模块，用于以单核DSP芯片完成各种波形的基带数字信号处理，其中包括信号检测及同步、信道估计解调及译码。由于本发明装置的灵活性主要通过软件应用模块来体现，硬件使用统一通用平台，因此硬件结构维护简单，能够减少后期保障人员的投入，节省成本。

Description

基于单核DSP的多模接收装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及嵌入式无线通信领域，特别是涉及基于单核DSP的多模接收装置及其应用方法。

背景技术

多模通信电台突出多模特征即应用软件的多样性，强调以开放性的硬件为通用平台，尽可能的通过升级或者可重配置应用软件来实现各种无线通信接收机功能，以满足不同时期、不同使用环境的不同功能需求，节省大量硬件投资，缩短新产品的研发周期。

多模通信技术在现代通信中占据着极其重要的位置，被广泛应用于商业、气象、军事、民用等领域。各种通信系统由于其自身的特点而应用与不同的场合，传统的无线电台针对特定用途进行设计，设计思路以硬件为核心，功能单一，可扩展性差，这种电台与电台之间极大的差异性使各种通信系统无法做到相互兼容，限制了系统之间的互联互通和互操作，给军事和民用通信造成了极大的不便。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于单核DSP的多模接收装置及其应用方法，能够减少了后期保障的人员投入，节省成本。

一种基于单核DSP的多模接收装置，包括：

天线模块，用于通过多频段天线完成射频信号的接收；

与所述天线模块相连的射频处理模块，用于控制射频信道，完成射频下变频、数模转换操作；

与所述射频处理模块相连的控制切换模块，用于以单核DSP芯片完成各种波形的基带数字信号处理，其中包括信号检测及同步、信道估计解调及译码；

其中，所述控制切换模块包括：

与所述射频处理模块相连的基带处理单元，用于分析前端的数字信号，提取原始数据，完成信号同步、信号解调、信道均衡、信道译码、多址分离和比特流处理；

与所述基带处理单元相连的端口检测单元，用于通过设置对应的GPIO端口电平状态来控制基带处理单元，进行对应波形的基带数字信号处理切换操作；所述端口检测单元根据要加载的波形程序配置对应的GPIO端口电平状态，并使用IDLE线程循环检测GPIO端口电平状态，当检测到GPIO端口电平状态变化时，根据GPIO端口电平状态将程序指针重置到对应波形程序的程序入口位置。

相应地，一种基于单核DSP的多模接收装置的应用方法，包括：

通过天线模块的多频段天线完成射频信号的接收；

通过射频处理模块控制射频信道，完成射频下变频、模数转换操作；

以单核DSP芯片完成各种波形的基带数字信号处理，其中包括信号检测及同步、信道估计解调及译码；该过程包括以下步骤：

通过基带处理模块分析前端的数字信号，提取原始数据，完成信号同步、信号解调、信道均衡、信道译码、多址分离和比特流处理；

通过端口检测单元设置对应的GPIO端口电平状态来控制基带处理单元，进行对应波形的基带数字信号处理切换操作；该过程包括：根据要加载的波形程序配置对应的GPIO端口电平状态，并使用IDLE线程循环检测GPIO端口电平状态，当检测到GPIO端口电平状态变化时，根据GPIO端口电平状态将程序指针重置到对应波形程序的程序入口位置。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明单核DSP多模接收装置使用多DSP程序内部无缝切换的实现方法，仅使用芯片自带的BootLoader完成芯片启动，并通过在IDLE线程中动态进行指针的跳转进行程序运行状态的切换操作，此多模接收装置具有很多优势。第一，具有较强的灵活性，系统可以通过增加软件加载模块来很容易的增加新的功能；第二，具有较强的开放性，应用软件通过标准的软件模块化结构进行编程，即能够同既有软件兼容，又能够不断升级，保证了无线电台具有很长的生命周期；第三，硬件结构维护简单，由于装置的灵活性主要通过软件应用模块来体现，硬件使用统一通用平台，因此配件操作维护简单，减少了后期保障的人员投入，从开发源头控制了成本。

附图说明

图1为本发明基于单核DSP的多模接收装置的示意图；

图2为本发明基于单核DSP的多模接收装置的应用方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

图1为本发明基于单核DSP的多模接收装置的示意图，包括：

天线模块，用于通过多频段天线完成射频信号的接收；

与所述天线模块相连的射频处理模块，用于控制射频信道，完成射频下变频、模数转换操作；

与所述射频处理模块相连的控制切换模块，用于以单核DSP芯片完成各种波形的基带数字信号处理，其中包括信号检测及同步、信道估计解调及译码。

上述单核DSP的多模接收装置，通过天线模块进行射频信号的接收，多频段天线能够适应绝大部分传输环境和不同应用，从而保证接收到的射频信号最强，经射频转换模块处理之后，将下变频之后的中频信号送至中频处理模块，由中频处理模块进行数字下变频送入基带处理单元，最后由基带处理单元进行对应的数字信号处理操作，此装置在基带处理单元使用多DSP程序内部无缝切换，装置运行过程中可以通过控制切换模块来实时切换不同的波形处理模式，从而实现单DSP芯片的对多模式信号的处理。

相应地，一种基于单核DSP的多模接收装置的应用方法，包括：

通过天线模块的多频段天线完成射频信号的接收；

控制射频信道，完成射频下变频、模数转换操作；

以单核DSP芯片完成各种波形的基带数字信号处理，其中包括信号检测及同步、信道估计解调及译码。

同现有技术相比，本发明具有如下优点及有益成果：

1、软件功能丰富，升级简单，具有较强的灵活性。仅通过一个电台就可以完成多种模式接收和解调，且系统通过软件升级就可以增加相应的新功能，无需更改硬件设备；

2、具有较强开放性，有利于独立模块的知识产权保护和移植。应用软件通过标准的软件模块化结构进行编程，即能够同既有软件兼容，又能够不断升级，软件模块独立封装，各模块不用综合编译，保护独立的知识产权。

3、硬件结构简单，便于升级维护。由于硬件使用统一通用平台，因此配件操作维护简单，减少了后期保障的人员投入，从开发源头控制了成本。

在其中一个实施例当中，所述射频处理模块，包括：

与所述天线模块相连的射频转换单元，用于控制射频信道，完成射频下变频操作，获得中频模拟信号；

连接在所述射频转换单元与所述控制切换模块之间的中频处理单元，用于将所述中频模拟信号进行模数转换以及下变频操作。

通过组合式多频段天线，完成射频信号的接收，设计使用的多频段天线通过覆盖所需无线通信频段中不同频段窗口来进行智能信号处理，将接收到的多径信号分离成不相关的多路信号，然后将这些信号按照一定的规则合并，使接收的有用信号能量最大；

射频转换单元主要负责射频信号的模拟下变频，射频部分分频段工作，将UHF/VHF段的射频信号转化到对应的中频信号；

中频处理单元主要负责将射频模块下变频之后的中频信号进行AD采样后进行数字下变频，输出基带数字信号。其中ADC部分使用采样率很高的AD芯片(12位左右)，来实现中频信号的数字采样，可实现高带宽信号的中频数字化；数字下变频部分(DDC)采用FPGA来实现，主要包括使用FPGA编程进行“CIC滤波+FIR滤波”来完成数字信号的抽取、插值和低通滤波操作。

在另外一个实施例当中，所述控制切换模块，包括：

与所述射频处理模块相连的基带处理单元，用于分析前端的数字信号，提取原始数据，完成信号同步、信号解调、信道均衡、信道译码、多址分离和比特流处理；

与所述基带处理单元相连的端口检测单元，用于通过设置对应的GPIO端口状态来控制基带处理单元，进行对应波形的基带数字信号处理切换操作。

基带处理单元主要负责各种波形的基带数字信号处理，包括完成分析前端的数字信号，为正确的提取出原始数据，要完成信号同步、信号解调、信道均衡、信道译码、多址分离和比特流处理等一系列功能。考虑到速度和灵活性两方面的使用需求，设计采用DSP芯片来完成基带部分的相关操作。

端口检测单元主要通过设置对应的GPIO端口状态来控制基带处理单元进行对应波形的基带数字信号处理操作。由于基带处理单元均采用标准的模块化封装，内部使用IDLE线程循环进行GPIO端口状态的检测操作，当检测到GPIO端口状态同当前波形处理程序状态不一致时，就切换到对应的波形处理程序执行新的波形接收流程。

相应地，本实施例提供了一种基于单核DSP的多模接收装置的应用方法，包括：通过天线模块的多频段天线完成射频信号的接收；控制射频信道，完成射频下变频操作，获得中频模拟信号；将所述中频模拟信号进行模数转换以及下变频；分析前端的数字信号，提取原始数据，完成信号同步、信号解调、信道均衡、信道译码、多址分离和比特流处理；通过设置对应的GPIO端口状态来控制基带处理单元，进行对应波形的基带数字信号处理操作。

图2为本发明基于单核DSP的多模接收装置的应用方法的流程图。下面结合图2对本实施例做进一步的说明。从图中可以看到，要完成对应的波形切换，需要如下几个过程：

首先，控制切换模块根据要加载的波形程序配置对应的GPIO端口电平状态；

然后，当前运行的波形程序内部会使用IDLE线程持续检测GPIO端口的电平状态，当检测到GPIO端口电平状态变化时，根据GPIO端口电平的状态将程序指针重置到对应波形程序的程序入口位置，完成波形程序的切换操作。

最后，当切换操作成功之后，新加载的波形程序开始运行，并在IDLE线程内部持续检测对应的GPIO端口状态，当GPIO端口状态出现变化时，按照步骤(2)进行波形程序切换操作，整个装置通过各个波形程序之间的动态加载来实现多模接收。

针对现有结构以硬件为设计核心，可扩展性差及功能单一的现状，本发明的单核DSP的多模接收机装置，能够在不改变现有基带处理单元硬件结构的前提下，通过升级基带处理单元软件，增加天线模块的多频段天线以及相应模块的功能来实现各种波形的多模接收，且波形软件模块化，升级简单，各模块之间独立编译，有利于保护知识产权，此装置能够有效的弥补传统无线设备功能单一、可扩展性差、维修复杂的等缺点，满足不同时期、不同使用环境的不同功能需求，节省大量硬件投资，缩短新产品的研发周期。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于单核DSP的多模接收装置，其特征在于，包括：

天线模块，用于通过多频段天线完成射频信号的接收；

与所述天线模块相连的射频处理模块，用于控制射频信道，完成射频下变频、模数转换操作；

与所述射频处理模块相连的控制切换模块，用于以单核DSP芯片完成各种波形的基带数字信号处理，其中包括信号检测及同步、信道估计解调及译码；

其中，所述控制切换模块包括：

与所述射频处理模块相连的基带处理单元，用于分析前端的数字信号，提取原始数据，完成信号同步、信号解调、信道均衡、信道译码、多址分离和比特流处理；

与所述基带处理单元相连的端口检测单元，用于通过设置对应的GPIO端口电平状态来控制基带处理单元，进行对应波形的基带数字信号处理切换操作；所述端口检测单元根据要加载的波形程序配置对应的GPIO端口电平状态，并使用IDLE线程循环检测GPIO端口电平状态，当检测到GPIO端口电平状态变化时，根据GPIO端口电平状态将程序指针重置到对应波形程序的程序入口位置。

2.根据权利要求1所述的基于单核DSP的多模接收装置，其特征在于，所述射频处理模块，包括：

与所述天线模块相连的射频转换单元，用于控制射频信道，完成射频下变频操作，获得中频模拟信号；

连接在所述射频转换单元与所述控制切换模块之间的中频处理单元，用于将所述中频模拟信号进行模数转换及下变频操作。

3.一种基于单核DSP的多模接收装置的应用方法，其特征在于，包括：

通过天线模块的多频段天线完成射频信号的接收；

通过射频处理模块控制射频信道，完成射频下变频、模数转换操作；

以单核DSP芯片完成各种波形的基带数字信号处理，其中包括信号检测及同步、信道估计解调及译码；所述基带数字信号处理的过程包括以下步骤：

通过基带处理模块分析前端的数字信号，提取原始数据，完成信号同步、信号解调、信道均衡、信道译码、多址分离和比特流处理；

通过端口检测单元设置对应的GPIO端口电平状态来控制基带处理单元，进行对应波形的基带数字信号处理切换操作；所述切换操作的过程包括：根据要加载的波形程序配置对应的GPIO端口电平状态，并使用IDLE线程循环检测GPIO端口电平状态，当检测到GPIO端口电平状态变化时，根据GPIO端口电平状态将程序指针重置到对应波形程序的程序入口位置。

4.根据权利要求3所述的基于单核DSP的多模接收装置的应用方法，其特征在于，所述控制射频信道，完成射频下变频、模数转换操作，具体包括：

控制射频信道，完成射频下变频操作，获得中频模拟信号；

将所述中频模拟信号进行模数转换以及下变频。