CN104883331A - 基于软件无线电的基带信号处理平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于软件无线电的基带信号处理平台，包括数字信号处理器、与数字信号处理器连接的现场可编程门阵列和与现场可编程门阵列连接的中频接口模块，中频接口模块包括数字上变频器和数字下变频器；其中，数字信号处理器用于对数字基带信号进行编码调制或解调解码；现场可编程门阵列用于对经过编码调制或解调解码的数字基带信号进行逻辑编程；数字上变频器用于将经过逻辑编程的数字基带信号转换为中频模拟信号；数字下变频器用于接收所述中频模拟信号，并将其转换为数字基带信号。利用本发明，可以通过软件的加载来实现多种无线通信功能，使基带信号处理平台具有通用性强，结构灵活，有较强的软件可升级与可重配置能力。

Description

基于软件无线电的基带信号处理平台

技术领域

本发明涉及一种数传电台的通信传输技术，更为具体地，涉及一种基于软件无线电的单载波或OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)传输技术。

背景技术

随着科技的快速发展，无线电技术作为一种新的通信体系已受到人们的广泛关注。在无线电技术中，数字式无线数据传输电台(简称数传电台)得到广泛的应用，数传电台是指通过DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台，但现有的数传电台存在以下问题：

1、数传电台全部由硬件组成,存在硬件结构功能单一、可扩展性差的缺点；

2、数据平台的系统带宽窄,处理的数据类型单一，在传输不同类型数据时，误码率较高，且传输速率慢、时延高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于软件无线电的基带信号处理平台，以解决现有数传电台硬件结构功能单一、可扩展性差等问题。

本发明提供一种基于软件无线电的基带信号处理平台，包括数字信号处理器、与数字信号处理器连接的现场可编程门阵列和与现场可编程门阵列连接的中频接口模块，中频接口模块包括数字上变频器和数字下变频器；其中,

数字信号处理器，用于对数字基带信号进行编码调制或解调解码；

现场可编程门阵列，用于对经过编码调制或解调解码的数字基带信号进行逻辑编程；

数字上变频器，用于将经过逻辑编程的数字基带信号转换为中频模拟信号；

数字下变频器，用于接收中频模拟信号，并将其转换为数字基带信号。

利用本发明提供的基于软件无线电的基带信号处理平台，能够取得的有益效果如下：

1、处理的数据类型多样性,包括图像、音频、报文等类型数据；

2、基于软件无线电技术和DSP技术相结合的方式实现,通过软件的加载能够实现多种无线通信功能；

3、软件可升级可重配置,通用性强、结构灵活。

4、该处理平台的系统带宽较宽,数据的传输速率快、时延低、误码率低。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的基于软件无线电的基带信号处理平台的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的各元器件之间的连接方式示意图。

其中的附图标记包括：数字信号处理器1、现场可编程门阵列2、中频接口模块3、数字上变频器4、数字下变频器5。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解,阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

首先对本发明中的技术术语作出解释：

DSP(digital signal processing)：即数字信号处理，是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术，数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。

FPGA(Field－Programmable Gate Array)：即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

本发明的总体构思是通过DSP技术与软件无线电技术的结合构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，实现各种无线通信功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等，用软件编程来完成。该硬件平台是可用软件控制和再定义的平台，选用不同软件模块就可以实现不同的功能，而且软件可以升级更新，其硬件也可以像计算机一样不断地更新模块和升级换代。由于软件无线电的各种功能是用软件实现的，如果要实现新的业务或调制方式只要增加一个新的软件模块即可。同时，由于硬件平台能形成各种调制波形和通信协议，故还可以与旧体制的各种电台通信，可以延长电台的使用周期，同时节约成本开支。

上述内容构思出了本发明的一个总体框架，在该框架下，采用DSP芯片(数字信号处理器)+FPGA芯片(现场可编程门阵列)的架构方式组成本发明的基于软件无线电的基带信号处理平台。

具体地，图1示出了本发明实施例的基于软件无线电的基带信号处理平台的结构。

如图1所示，本发明实施例的基于软件无线电的基带信号处理平台包括数字信号处理器1、现场可编程门阵列2和中频接口模块3，数字信号处理器1与现场可编程门阵列2相连，现场可编程门阵列2与中频接口模块3相连。

数字信号处理器1通过数据接口采集外部的数字基带信号，对采集到的数字基带信号进行编码和调制，再传送给现场可编程门阵列2；其中，数字信号处理器1对数字基带信号的编码包括信源编码和信道编码，对数字基带信号的调制包括16QAM调制和OFDM调制，数字信号处理器1对数字基带信号进行编码调制必须按照信源编码、信道编码、16QAM调制、OFDM调制的顺序执行。与编码调制相对应，对数字基带信号进行解调解码必须按照OFDM解调、16QAM解调、信道解码、信源解码的顺序执行。

现场可编程门阵列2对数字信号处理器1传送来的数字基带信号进行逻辑编程，逻辑编程包括数据格式的转换、数据的组帧和数据链路的重组，在对数字基带信号进行逻辑编程的过程中，必须按照数据格式的转换、数据的组帧和数据链路的重组这个顺序操作。

中频接口模块3包括数字上变频器4和数字下变频器5，数字上变频器4可将数字基带信号转换成中频模拟信号，而数字下变频器5可将中频模拟信号转换成数字基带信号，由此可见，本发明的提供的基于软件无线电的基带信号处理平台可以实现两个功能：

1、采集外部的数字基带信号，对其进行一系列的处理形成中频模拟信号发射出去；

2、接收前述中频模拟信号，对其进行前述处理的逆处理,最终形成所需要的数字基带信号。

从上述两个功能可以看出，本发明的提供的基于软件无线电的基带信号处理平台需要配对使用，基于一发一收原理，该处理平台可以单独具有数字上变频器或数字下变频器，实现单一的发或收功能，也可以同时具有数字上变频器或数字下变频器，实现收发双功能。

对于本发明提供的基于软件无线电的基带信号处理平台的发射功能,其数据处理流程为：

1)数字信号处理器1通过数据接口采集外部传来的数字基带信号,并对数字基带信号进行信源编码、信道编码、16QAM调制、OFDM调制；

2)数字信号处理器1将处理过的数字基带信号传送给现场可编程门阵列2；

3)现场可编程门阵列2对数字基带信号进行逻辑编程，其顺序为数据格式的转换、数据的组帧和数据链路的重组；

4)现场可编程门阵列2将经过逻辑编程的数字基带信号发送给数字上变频器4；

5)数字上变频器4对数字基带信号进行内插、滤波、数/模转换,形成中频模拟信号；

需要说明的是,内插是指通过数字上变频器4自带的内插滤波器进行内插滤波,经过混频后将基带信号搬移至中频频段上。

6)数字上变频器4将形成的中频模拟信号发射出去。

对于本发明提供的基于软件无线电的基带信号处理平台的接收功能,其数据处理流程为：

1)数字下变频器5接收数字上变频器4发射的中频模拟信号,并对中频模拟信号进行模/数转换、混频、抽取、滤波处理,将中频模拟信号转化为数字基带信号；

2)数字下变频器5将转换成的数字基带信号发送给现场可编程门阵列2；

3)现场可编程门阵列2对数字基带信号进行数据格式的转换、数据的组帧、数据链路的重组处理；

4)现场可编程门阵列2对数字基带信号进行逻辑编程，顺序为数据格式的转换、数据的组帧和数据链路的重组；

5)现场可编程门阵列2将经过逻辑编程的数字基带信号发送给数字信号处理器1；

6)数字信号处理器1对数字基带信号进行OFDM解调、16QAM解调、信道解码、信源解码；

7)数字基带信号经数字信号处理器1的数据接口传送出去。

上述内容详细说明了本发明提供的基于软件无线电的基带信号处理平台的工作原理，下面将详细说明处理平台中各个元器件的连接方式。

图2示出了根据本发明实施例的各元器件之间的连接方式。如图2所示，数字信号处理器1为TMS320VC5509型号的DSP芯片(以下简称DSP芯片)，现场可编程门阵列2为XC6SLX9型号的FPGA芯片(以下简称FPGA芯片)，数字上变频器4为AD9957型号(以下简称AD9957),数字下变频器5为AD6654型号(以下简称AD6654)，需要说明的是，各个元器件的型号并不仅局限于图2所示出的型号。

DSP芯片自带有EMIF接口，EMIF接口可以实现DSP芯片与不同类型的存储器连接，一般与FPGA芯片相连接,可以实现双向高速数据通信，数据通信具体包括数据总线、控制总线和地址总线的通信。

由图2可知，DSP芯片包括PU、DP、DN、USBVDD、15、C[14,0]、D[15,0]和A[13,0]引脚；FPGA芯片包括P[20,34]、P[39,54]、P[70,83]、P55、P[0,15]、P18、P19、P35、P36、P[85,99]、P37、P38、P60和P62引脚；AD9957包括D[15,0]、40、41、70、80和81引脚；AD6654包括T4、PA[15,0]、A8、A9、B8、N6、AIN+和AIN-引脚。

其中，DSP芯片的PU、DP、DN和USBVDD四个引脚与数据接口连接(图2中为USB接口)，实现DSP芯片与外部数据传输的功能；

DSP芯片的15引脚与FPGA芯片的P55引脚相连，为FPGA芯片提供时钟功能；

DSP芯片的C[14,0]引脚与FPGA芯片的P[20,34]引脚相连，为控制线，实现控制FPGA芯片的功能

DSP芯片的D[15,0]引脚与FPGA芯片的P[39,54]引脚相连，为数据线，实现两者数据传输的功能；

DSP芯片的A[13,0]引脚与FPGA芯片的P[70,83]引脚相连，为地址线，实现寻址功能，确保DSP的数据能够正确地存储在FPGA芯片内。

上述引脚连接方式为DSP芯片与FPGA芯片的连接方式，下面将说明FPGA芯片分别与AD9957和AD6654的连接方式。

FPGA芯片与AD9957的连接方式为：

FPGA芯片的P[0,15]引脚和AD9957的D[15,0]引脚相连，实现数据传输的功能；

FPGA芯片的P18引脚和AD9957的40引脚相连，为并行数据时钟信号；

FPGA芯片的P19引脚与AD9957的41引脚相连，实现FPGA芯片向AD9957发送使能信号；

FPGA芯片的P35引脚与AD9957的70引脚相连，为片选信号，低电平时有效。

需要说明的是,AD9957的80、81引脚为模拟信号输出引脚。

FPGA芯片与AD6654的连接方式为：

FPGA芯片的P[85,99]引脚与AD6654的PA[15,0]引脚相连，为并行数据传输引脚；

FPGA芯片的P36引脚与AD6654的T4引脚(PCLK)相连，是并行时钟信号，为并行数据传输提供时钟；

FPGA芯片的P37引脚与AD6654的A8引脚相连，为并行端口A同向正交信号控制引脚；

FPGA芯片的P38引脚与AD6654的A9引脚相连，为并行端口A增益指示引脚；

FPGA芯片的P60引脚与AD6654的B8引脚相连，为并行A端口的应答信号引脚,高电平时有效；

FPGA芯片的P62引脚与AD6654的N6引脚相连，为并行A端口的请求信号引脚，高电平时有效。

需要说明的是，AD6654的AIN+、AIN-引脚为模拟信号输入引脚，也是模/数转换输入通道。

以上内容详细描述了本发明提供的基于软件无线电的基带信号处理平台，将模块化、标准化的硬件单元以总线方式进行连接，以此构成了基带信号处理平台，通过软件的加载来实现多种无线通信功能，使本发明的基带信号处理平台具有通用性强,结构灵活，有较强的软件可升级与可重配置能力等优点。

在实际应用场景中，本发明提供的基于软件无线电的基带信号处理平台的系统带宽可以提升到4MHZ至20MHz，传输数据的类型可以为图像、音频或报文，在传输数据类型不同时，音频的误码率可以降低到BER<10^-3～10^-2，图像的误码率可以降低到BER<10^-6，报文的误码率可以降低到BER<10^-9。接收终端最大移动速度可以达到160Km/h,用户的接手速率可以达到512kbps，数据传输的最大多径时延为200ns,组网标准使用的是频分复用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于软件无线电的基带信号处理平台，包括：

数字信号处理器、与所述数字信号处理器连接的现场可编程门阵列和与所述现场可编程门阵列连接的中频接口模块，所述中频接口模块包括数字上变频器和数字下变频器；其中，

所述数字信号处理器，用于对数字基带信号进行编码调制或解调解码；

所述现场可编程门阵列，用于对经过编码调制或解调解码的数字基带信号进行逻辑编程；

所述数字上变频器，用于将经过逻辑编程的数字基带信号转换为中频模拟信号；

所述数字下变频器，用于接收所述中频模拟信号，并将其转换为数字基带信号。

2.如权利要求1所述的基于软件无线电的基带信号处理平台，在所述数字信号处理器对数字基带信号进行编码调制的过程中，

依次对数字基带信号进行信源编码、信道编码、16QAM调制和OFDM调制。

3.如权利要求1所述的基于软件无线电的基带信号处理平台，在所述数字信号处理器对数字基带信号进行解调解码的过程中，

依次对所述数字基带信号进行OFDM解调、16QAM解调、信道解码和信源解码。

4.如权利要求1所述的基于软件无线电的基带信号处理平台，在所述现场可编程门阵列对经过编码调制或解调解码的数字基带信号进行逻辑编程的过程中，

依次对所述数字基带信号进行数据格式转换、数据组帧和数据链路重组。

5.如权利要求1所述的基于软件无线电的基带信号处理平台，在所述数字上变频器将经过逻辑编程的数字基带信号转换为中频模拟信号的过程中，

依次对所述数字基带信号进行内插、滤波和数/模转换。

6.如权利要求1所述的基于软件无线电的基带信号处理平台，在所述数字下变频器将所述中频模拟信号转换为数字基带信号的过程中，

依次对所述中频模拟信号进行模/数转换、混频、抽取和滤波。

7.如权利要求1所述的基于软件无线电的基带信号处理平台，其中，

所述数字信号处理器具有与所述现场可编程门阵列的EMIF接口。

8.如权利要求1所述的基于软件无线电的基带信号处理平台，其中，

所述数字基带信号的类型为音频、报文或图像。

9.如权利要求1所述的基于软件无线电的基带信号处理平台，其中，

所述数字信号处理器包括15、C[14,0]、D[15,0]、A[13,0]、PU、DP、DN和USBVDD引脚；

所述现场可编程门阵列包括P[20,34]、P[39,54]、P[70,83]、P55、P[0,15]、P18、P19、P35、P36、P[85,99]、P37、P38、P60和P62引脚；

所述数字上变频器包括D[15,0]、40、41、70、80和81引脚；

所述数字下变频器包括T4、PA[15,0]、A8、A9、B8、N6、AIN+和AIN-引脚。

10.如权利要求9所述的基于软件无线电的基带信号处理平台，其中，

所述数字信号处理器与所述现场可编程门阵列的连接方式包括：

所述15引脚与所述P55引脚相连；

所述C[14,0]引脚与所述P[20,34]引脚相连；

所述D[15,0]引脚与所述P[39,54]引脚相连；

所述A[13,0]引脚与所述P[70,83]引脚相连；

所述现场可编程门阵列与所述数字上变频器的连接方式包括：

所述P[0,15]引脚与所述D[15,0]引脚相连；

所述P18引脚与所述40引脚相连；

所述P19引脚与所述41引脚相连；

所述P35引脚与所述70引脚相连；

所述现场可编程门阵列与所述数字下变频器的连接方式包括：

所述P[85,99]引脚与所述PA[15,0]引脚相连；

所述P36引脚与所述T4引脚相连；

所述P37引脚与所述A8引脚相连；

所述P38引脚与所述A9引脚相连；

所述P60引脚与所述B8引脚相连；

所述P62引脚与所述N6引脚相连。