CN105049076A

CN105049076A - 软件无线电通信方法及系统

Info

Publication number: CN105049076A
Application number: CN201510526910.8A
Authority: CN
Inventors: 何敏; 王红林
Original assignee: Sichuan Jiuzhou Electric Group Co Ltd
Current assignee: Sichuan Jiuzhou Electric Group Co Ltd
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-08-25
Also published as: CN105049076B

Abstract

本发明涉及无线通信领域，公开了一种软件无线电通信方法及系统。该方法包括步骤：接收射频信号，根据所述射频信号所在波段选择本振，将所述射频信号所在波段搬移至固定中频；将宽带中频信号数字化转换并将其下变频至零中频，再进行多速率变换得到低速基带信号；采用软件方式调用预设的模式对所述低速基带信号解调并完成解调信号的信息恢复，得到接收信息。本发明的技术方案不仅能够实现多波段、多速率、多模式信号调制解调，而且具有很强灵活性、开放性、可扩展性，使真正的软件无线电系统成为现实，并将在无线通信领域得到广泛应用。

Description

软件无线电通信方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，具体涉及一种软件无线电通信方法及系统。

背景技术

近年来随着移动通信技术的发展，早期各自独立发展的设备或服务方往往采用不同的方式实现通信，这导致当前多种数字无线通信标准共存。虽然在硬件结构上各通信系统可能具有基本相似的基本结构，但实质上各自信号差异很大，如频段、调制方式、编码方式、加密模式等均会有不同的实现方式，造成了设备的实际细节存在明显不同。

由于每一种信号制式对其通信设备都有不同的要求，不同制式间的设备根本无法兼容，不同通信方式间无法简单互连互通，给用户的交互和协同造成了极大不便。软件无线电概念被提出以求解决这个问题，其方案提出将2MHz～2000MHz的空中信号全部接收并进行抽样、量化，用软件处理将其转化成数字信号。换句话说，就是把空中所有可能存在的无线通信信号全部接收下来进行数字化处理，从而与任何一种无线通信标准的基站进行通信。从理论上说，使用软件无线电技术的设备与任何一种无线通信制式都兼容。

虽然在理论上软件无线电有良好的应用前景，但在实际应用时，它需要极高速的软、硬件处理能力。由于硬件工艺水平的限制，直到今天，纯粹的软件无线电概念也没有在实际产品中得到广泛的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现切实可行的软件无线电通信方法及系统。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种软件无线电通信方法，该方法包括以下步骤：

S1，接收射频信号，根据所述射频信号所在波段选择本振，将所述射频信号所在波段搬移至固定中频；

S2，将宽带中频信号数字化转换并将其下变频至零中频，再进行多速率变换得到低速基带信号；

S3，采用软件方式调用预设的模式对所述低速基带信号解调并完成解调信号的信息恢复，得到接收信息。

进一步地，所述方法还包括步骤：

S1'，采用软件方式调用预设的模式对发送信息进行处理并完成基带信号调制；

S2'，根据要发送信号在中频中的位置控制数模转换器输出中心频率，将基带信号搬移至宽带中频中的指定频点；

S3'，根据要发送信号所在波段，将宽带中频信号搬移至所在波段，完成信号发送。

进一步地，在全部步骤之前还包括步骤：

S0，配置所述方法的工作参数，完成各步骤处理过程的设置。

进一步地，所述步骤S1中，基于模拟下变频技术将所述射频信号所在波段搬移至固定中频，并对宽带中频信号进行带通滤波，滤除带外信号。

更进一步地，，所述调制/解调根据信号速率、信号码速、调制方式的参数进行数字调制/解调；根据数据格式、加密模式、通信协议对数据内容进行处理，实现多模式的信息处理/信息恢复。

另一方面，本发明还同时提供了一种软件无线电通信系统，该系统包括：

接收模块，用于接收射频信号，根据所述射频信号所在波段选择本振，将所述射频信号所在波段搬移至固定中频；

第一预处理模块，用于将宽带中频信号数字化转换并将其下变频至零中频，再进行多速率变换得到低速基带信号；

第一信号处理模块，用于采用软件方式调用预设的模式对所述低速基带信号解调并完成解调信号的信息恢复，得到接收信息。

进一步地，所述系统还包括：

第二信号处理模块，用于采用软件方式调用预设的模式对发送信息进行处理并完成基带信号调制；

第二预处理模块，用于根据要发送信号在中频中的位置控制数模转换器输出中心频率，将基带信号搬移至宽带中频中的指定频点；

发送模块，用于根据要发送信号所在波段，将宽带中频信号搬移至所在波段，完成信号发送。

进一步地，所述系统还包括：

控制模块，用于配置所述系统的工作参数，完成各模块处理过程的设置。

进一步地，所述第一信号处理模块和所述第二信号处理模块为同一个信号处理模块，所述第一预处理模块和所述第二预处理模块为同一个预处理模块。

进一步地，所述接收模块和所述发送模块通过同一个天线进行信号收发。

本发明提供了一种软件无线电通信方法及系统，其不仅能够实现多波段、多速率、多模式信号调制解调，而且具有很强灵活性、开放性、可扩展性，本发明的技术方案使真正的软件无线电系统成为现实，并将在无线通信领域得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中软件无线电通信方法的流程示意图；

图2是本发明的一个实施例中软件无线电通信系统的模块结构图；

图3是本发明的一个实施例中多波段信号调制解调方式示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了克服目前无线通信领域各个系统的兼容性、可升级性、自适应性不足等问题，本发明提出一种适合于多波段、多速率、多模式通信的软件无线电架构。本发明的实施例中采用频谱搬移技术将信号所在波段搬移至固定的中心频率，同时采用数字下变频技术实现宽带内任意频点信号提取、采用高效的数字信号处理结构进行多速率变换、低通滤波等；采用软件完成各种模式信号的调制解调与处理，从而实现了多波段、多速率、多模式通信设备的互联互通。

参见图1，在本发明的实施例中，软件无线电通信方法包括步骤：

由此，无论系统接收到的射频信号的波段和速率存在何种差异，本发明的方法均可将其预处理为统一的形式，随后采用软件方式调用预设的模式对信号处理，最终获得原始信息内容。这样无论原发射方采用哪种制式发送信号，本发明的方法均能正确接收信息，从而实现了接收方的兼容性。在理想的情况下，如果全部设备均采用上述接收方式，则无论采用什么方式发送信号均可轻易实现各种通信系统的互联互通。

当然，在实际情况中，要实现全部设备均采用上述接收方式并不现实，尤其是对于现有的通信设备，要全部改变其接收方式所需的成本巨大，基本不可能也没必要完成。因此，在本发明的优选实施例中，所述软件无线电通信方法还包括信号发送过程，如图1中虚线部分所示，所述信号发送过程包括步骤：

通过这种方式，本发明的方法实现了发送方的兼容性，可以将信息转换成任意模式、速率和波段的信号进行发送，完成与预期的接收设备的交互。结合了上述接收过程和发送过程的方法，显然可以与任何指定系统进行通信交互协同，又由于软件调制解调方式具有极强的可控性，从而使本发明实现了可兼容多波段、多速率、多模式的信号的无线通信方式。

基于上述方法，本发明同时提供了一种软件无线电通信系统，参见图2，该系统包括：

接收模块1，用于接收射频信号，根据所述射频信号所在波段选择本振，将所述射频信号所在波段搬移至固定中频；

第一预处理模块2，用于将宽带中频信号数字化转换并将其下变频至零中频，再进行多速率变换得到低速基带信号；

第一信号处理模块3，用于采用软件方式调用预设的模式对所述低速基带信号解调并完成解调信号的信息恢复，得到接收信息。

基于上述同样的理由，本发明的优选实施例中，所述软件无线电通信系统还完成兼容信号的发送，与之相对应地，所述系统还包括：

发送模块4，用于根据要发送信号所在波段，将宽带中频信号搬移至所在波段，完成信号发送。

从上文的描述可以看出，发送阶段的信号处理与接收阶段的信号处理互为逆过程，发送阶段的预处理与接收阶段的预处理也互为逆过程。由于软件无线电主要通过软件控制程序完成设定和处理，互逆过程的实际处理较为近似，因此在更优选的实施例中，上述逆过程可以采用同一模块实现，亦即第一和第二信号处理模块为同一个信号处理模块3，第一和第二预处理模块为同一个预处理模块2，图2所展示的就是这种更优选的实施例。

更优选地，在上述接收或发送过程之前，本发明还可以进一步由控制模块5进行控制步骤S0，配置系统工作参数，如工作频段、信号带宽、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等，完成各模块处理过程的设置。优选地，接收模块1和发送模块4通过同一个天线6进行信号收发。当然，本领域相关技术人员可以理解，多天线的方式显然也可适用于本发明，甚至同一接收模块或发送模块也可配置多天线，在此不对本发明做出限制。

下面对本发明的一些更具体的实施方式进行详细说明，以下说明以通信方法为例展开，本领域相关技术人员应能理解，在所述通信系统中也必然包括实现相关方法步骤的功能模块，此处主要为使描述简洁清晰而不再对其重复说明，未展开说明的模块不应理解为对本发明的通信系统的限制。

其中，在接收步骤S1中，接收模块根据信号所在波段选择本振，将射频信号所在波段搬移至固定中频(主要基于模拟下变频技术)，并对宽带中频信号进行带通滤波，滤除带外信号。

在预处理步骤S2中，预处理模块使用高速AD(模数转换器)将宽带中频信号进行数字化转换，根据信号在中频中的位置产生相应NCO(数字控制振荡器)频率，使用NCO与数字下变频技术将采样信号下变频至零中频，再进行低通滤波与多速率变换，最后将低速基带信号传送至信号处理模块。

在信号处理步骤S3中，信号处理模块根据配置的系统工作模式加载相应功能程序，软件实现基带信号解调，并根据数据格式、加密模式、通信协议完成解调信号的信息恢复，最后将信息内容上传至控制模块的显控终端。

在发送过程的信号处理步骤S1'中，信号处理模块根据调制模式、数据格式、加密模式、通信协议等，软件实现信息处理与基带信号调制。

图3详细了说明本发明如何实现多波段信号的调制解调。解调时(即信号接收过程)，首先将低频f_L到高频f_H间的射频信号划分为多个波段，每个波段宽度由现有器件水平决定的，特别是由AD采样芯片决定的，其划分原则是AD采样率应大于两倍波段宽度，以满足采样定理，AD采样率尽量高，减少波段分段数目，降低接收机复杂度。然后控制接收机本振频率，将信号所在波段下变频至固定中频f_o，对宽带中频进行带通采样，然后在数字域中将带内调制信号f_S下变频至零中频。调制时(即信号发射过程)则将上述过程逆转，即通过控制DA输出中心频率，将基带信号搬移至宽带中频中任意频点，然后通过发射机，将宽带中频信号搬移至相应波段。

在信号发射和接收时，控制模块可实时控制各模块工作参数，因此本发明可实时改变信号接收与发射频点，可用于跳频通信系统。

其中，在接收信号的预处理步骤中，使用高效数字处理结构对零中频信号进行降速、滤波处理，完成多速率信号变换，采用的主要途径是多速率FIR滤波器、积分级联梳状(CIC)滤波器和半带(HB)滤波器等。

在信号处理模块中，根据信号速率、信号码速、调制方式等参数，利用现代数字调制解调技术对基带信号进行调制解调。此外，根据数据格式、加密模式、通信协议对信息内容进行处理，如：纠错、加密、解密、同步、信息提取、完成信息封装与恢复等，实现多模式信息的处理与恢复。

本发明的架构不仅能够实现多波段、多速率、多模式信号调制解调，而且具有很强灵活性、开放性、可扩展性。典型地，采用宽带中频带通采样软件无线电结构，可以在多波段(全波段)进行信号接收与发射，可以根据需要对数字采样信号进行多速率变换，可以使用软件灵活实现各种调制方式、通信协议、编码方式、加密模式等信号处理。采用标准化、模块化软硬件设计，使得软硬件具有通用性、可升级性和兼容性。通过部分更新软硬件模块，可以增加新的功能、适应新的通信模式。因此，本发明将使真正的软件无线电系统成为现实，并将在无线通信领域得到广泛应用。

虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。

Claims

1.一种软件无线电通信方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在全部步骤之前还包括步骤：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，基于模拟下变频技术将所述射频信号所在波段搬移至固定中频，并对宽带中频信号进行带通滤波，滤除带外信号。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述调制/解调根据信号速率、信号码速、调制方式的参数进行数字调制/解调；根据数据格式、加密模式、通信协议对数据内容进行处理，实现多模式的信息处理/信息恢复。

6.一种软件无线电系统，其特征在于，所述系统包括：

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一信号处理模块和所述第二信号处理模块为同一个信号处理模块，所述第一预处理模块和所述第二预处理模块为同一个预处理模块。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述接收模块和所述发送模块通过同一个天线进行信号收发。