CN106788473B - 基于软件无线电的宽频带波形可重构射频收发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于软件无线电的宽频带波形可重构射频收发方法。使用本发明能够实现不同频段的射频收发，真正实现用软件实现硬件配置的无线电系统。本发明射频收发模块包括发射子模块和接收子模块；主控模块通过CPCI总线设置发频收发模块的指定收发频带以及射频收发制式，可以灵活地配置实现不同频率段的射频收发，从而实现2MHz～3GHz范围带宽的信号收发，以及实现不同通信调制方式的通信；并且，将低频信号(小于1Ghz)通过接口路径进行数据传输，高频信号(大于或等于1Ghz)通过CPCI总线进行数据传输，实现2MHz～3GHz范围带宽的信号的快速实时传递。

Description

基于软件无线电的宽频带波形可重构射频收发方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于软件无线电的宽频带波形可重构射频收发方法。

背景技术

软件无线电技术是上世纪九十年代在美国被提出的，最早是从军事通信技术上发展而来，其基本思想是通过软件技术实现硬件配置，可以实现灵活的可重构特性。其中的关键技术之一就是实现宽频带中任意频带的射频收发功能。软件无线电射频收发的作用是将射频收发机配置成很多模式的工作状态来满足现有的和将来不同的通信标准要求。这些通信标准有蜂窝通信系统(2G～3G)、无线个人局域网通信系统，广播通信系统和导航通信系统。很明显，每一个通信标准都会有各自不同的中心频率、波道带宽、噪声指标、功率指标、动态范围等。因此软件无线电收发射频电路必须同时具有动态范围的可配置性和满足不同通信标准的性能指标要求。

关于软件无线电所使用的宽频带波形可动态重构的通用射频收发装置，国内外存在少数的专利成果，如专利号为CN201010272348的《一种基于软件无线电的无线通信系统终端设备》中，该终端设备中包括可控的发射接收模块与控制系统，但是此终端设备是通过不同的射频收发模块来实现不同频段的射频收发，而非在一块射频收发模块上实现宽频段的射频收发和通信波形部署，真正实现具有实时性、功能参数可重构、波形参数及通信模式可用软件实现硬件配置的无线电系统。在目前关于软件无线电的专利中，并没有专门的宽频带波形可重构的软件无线电设备。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于软件无线电的宽频带波形可重构射频收发方法，能够实现不同频段的射频收发，真正实现用软件实现硬件配置的无线电系统。

本发明的基于软件无线电的宽频带波形可重构射频收发方法，采用的系统包括通过接口依次相连的射频收发模块、模数数模转化模块、数据处理模块和主控模块；同时，射频收发模块、主控模块、模数数模转化模块和数据处理模块分别接在CPCI总线上；所述射频收发模块包括发射子模块和接收子模块；

在发送过程中，首先，主控模块通过CPCI总线设置发射子模块的指定发送频带以及射频发送制式，然后将需要发送的小于1GHz的数字信号数据通过接口发送至数据处理模块，将需要发送的1GHz以上的数字信号数据通过CPCI总线发送至数据处理模块；所述数据处理模块对数字信号数据进行数字信号处理，处理后的信号中，小于1GHz的数字信号数据通过接口发送至模数数模转换模块，1GHz以上的数字信号数据通过CPCI总线发送至模数数模转换模块；所述模数数模转换模块将数据处理模块处理后的数字信号数据转换成模拟信号，并通过接口发送至发射子模块；所述发射子模块根据主控模块经CPCI总线发送的指定发送频带，利用频率综合器实现快速跳频，实时改变当前发射频率为指定发送频带内的频率，采用设定的射频发送制式将模拟信号通过发送天线以指定发送频带内频率发送出去；

在接收过程中，首先，主控模块通过CPCI总线设置接收子模块的指定接收频带以及射频接收制式，接收子模块根据指定的射频接收制式接收指定接收频带内的射频信号，并将射频信号通过接口发送至模数数模转换模块；模数数模转换模块将射频信号转换成数字信号，并将小于1GHz的数字信号数据通过接口发送至数据处理模块，将1GHz以上的数字信号数据通过CPCI总线发送至数据处理模块；所述数据处理模块对模数数模转换模块转换后的数字信号进行信号处理后，将小于1GHz的数字信号数据通过接口发送至主控模块，将1GHz以上的数字信号数据通过CPCI总线传至主控模块；所述主控模块将数据处理模块处理后的数字数据进行采集或转发至外部设备。

有益效果：

本发明主控模块通过CPCI总线设置发频收发模块的指定收发频带，可以通过软件灵活的配置实现不同频率段的射频收发，能够实现2MHz～3GHz范围带宽的信号收发；主控模块通过CPCI总线设置发频收发模块的射频收发制式，可以通过在线软件加载的方式实现不同通信调制方式的通信；可以通过软件配置应用于多种制式的无线通信系统中，如可以应用于通信中继、电子侦察、电子干扰、信息分发/广播等多功能终端设备中。并且，本发明将低频信号(小于1Ghz)通过接口路径进行数据传输，高频信号(大于或等于1Ghz)通过CPCI总线进行数据传输，实现2MHz～3GHz范围带宽的信号的快速实时传递。

附图说明

图1为本发明射频收发装置结构示意图。

图2为本发明射频收发装置收发方法流程示意图。

图3为本发明射频收发装置的一种应用结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于软件无线电的宽频带波形可重构射频收发方法，采用如如图1所示的系统，该系统包括：射频收发模块、模数数模转化模块、数据处理模块、CPCI总线和主控模块；其中，射频收发模块、模数数模转换模块、数据处理模块、主控模块通过接口依次相连，射频收发模块、模数数模转化模块、数据处理模块和主控模块通过CPCI总线互联。其中，模数数模转换模块、数据处理模块和主控模块之间的数据传输过程中，低频信号(小于1Ghz)通过接口路径进行数据传输，高频信号(大于或等于1Ghz)通过CPCI总线进行数据传输。

所述射频收发模块与接收天线和发送天线连接，用于接收或者发送射频信号；其中，射频信号的带宽范围为2MHz～3GHz。所述的射频收发模块包括发射子模块和接收子模块，其中，发射子模块主要是将中频基带通过滤波、放大、功率控制、三级混频等电路变频到2Mhz～3Ghz的射频输出信号，整个发射子模块主要包括发射通道、频率综合器和控制系统，可以在线更改频率；接收子模块主要是将2Mhz～3Ghz的射频输入信号通过滤波、放大、变频等操作转变为数字基带系统要求的中频信号。射频收发模块中最主要的就是频率综合器，频率综合器是整个系统的核心，决定着系统整体性能的好坏和功能的正确性，频综主要实现快速跳频，并产生系统所需要的多个点频本振。

其中，射频收发模块还包括射频天线接口、CPCI总线接口、模数数模转换接口；所述射频天线接口包括发射天线接口和接收天线接口。射频收发模块分别通过发射天线接口、接收天线接口与发送天线和接收天线连接；通过模数数模转换接口与数模模数转换模块连接，实现射频信号或数字信号的传递；通过CPCI总线接口与CPCI总线连接，所述CPCI总线接口为控制射频收发模块的核心通道，主控模块经CPCI总线控制射频收发模块的收发频段选择。

所述数模模数转换模块用于完成射频信号与模拟基带信号间的模数与数模转换；所述模数数模转换模块包括模数转换接口、数模转换接口和CPCI总线接口；所述模数数模转换模块通过模数转换接口与射频接收模块相连，通过数模转换接口与射频发送模块相连，交互低频信号数据；通过CPCI总线接口与CPCI总线连接，并通过CPCI总线与数据处理模块交互高频信号数据。

所述数据处理模块用于完成数字基带信号的数字信号处理，并通过接口与模数数模转换模块、主控模块连接，交互低频信号数据；通过CPCI总线接口与CPCI总线相连，并通过CPCI总线与模数数模转换模块、主控模块交互高频信号数据。

所述主控模块完成射频收发模块频带的选择和通信制式的选择，并通过CPCI总线发送至射频收发模块；通过CPCI总线实现与所述射频收发模块、数模模数转换模块、数据处理模块的数据的上传与转发，用于控制所述收发射频模块、数模模数转换模块、数据处理模块、CPCI总线控制模块的工作。

本发明在软件无线电系统装置中通过设置射频收发模块，通过在线加载不同的通信制式来实现不同频段范围的无线电信号的接收与发送，具有以下特征：

1、该装置中的软件可以对硬件特别是射频收发模块的频段范围进行灵活的配置。

2、该装置可以在线完成不同频段的通信波形加载。

3、基于CPCI总线接口的装置具有易实现、可随意扩展等功能，可以根据不同的需要进行硬件平台的配置。

在射频接收方法中，主控模块设置接收数据频率、接收数据频率带宽等参数，并通过CPCI总线传输到所述射频接收模块，进行参数配置。参数配置完毕之后，射频接收模块接受到的数据就通过接口进入所述模数数模转化模块，将数据由模拟信号转为高速数字信号，根据信号频率高低，如果是低频数字信号，则直接通过接口进入到所述数据处理模块进行数字解调、滤波等功能，如果是高频数字信号，则通过CPCI总线进入到所述数据处理模块进行数字解调、滤波等；所述数据处理模块将处理好的高速数字信号数据，根据信号频率高低，如果是低频数字信号，则直接通过接口传输到主控模块完成数据的接收，如果是高频数字信号，则通过CPCI总线传输到主控模块完成数据的接收。

在射频发送方法中，上位机通过设置接收数据频率、接收数据频率带宽等参数通过CPCI总线传输到所述射频发送模块，进行参数配置。然后再把要发送的数据，通过CPCI总线先发送给所述数据处理模块进行数字信号的调制和滤波，数据处理完毕之后，就发送给所述模数数模转化模块，将数据转化为高速模拟信号，然后再发送给所述射频发射模块完成数据的发送。

当所述软件无线电系统装置工作在通信模式时，所述软件无线电系统射频收发装置收发方法如图2所示，具体如下：

在发送过程中，所述软件无线电系统装置中的主控模块会首先设置射频收发模块的收发频率，然后设置需要设置射频收发制式，是完成FM的调制方式和DPQSK的调制方式的选择。然后将上位机需要发送的数据通过CPCI总线发送至数据处理模块；所述数据处理模块对数据进行数字信号处理；所述模数数模转换模块将数据处理模块的数据转换成模拟信号；所述射频收发模块将模数数模转换模块中的数据通过发送天线发送出去。

在接收过程中，利用射频收发模块接收无线电射频信号；模数数模转换模块将射频信号转换成数字信号；所述数据处理模块对模数数模转换模块发来的数据进行数字信号处理再通过CPCI总线传至主控模块；所述主控模块将数字信号处理模块接收的数据进行采集或转发至外部设备。

下面结合一个应用实例进行说明。

本发明的射频收发装置的一种应用结构如图3所示，此应用结构包括FPGA芯片、RF芯片、AD/DA芯片、PowerPC芯片、PCI控制芯片。其中FPGA芯片处于所描述的装置中的数据处理模块中；RF芯片即为该装置中的射频收发模块中；AD/DA芯片处于所描述的模数数模转换模块中；PowerPC模块处于所描述的主控模块中；PCI控制芯片处于所描述的装置中的CPCI总线控制模块中。

本实施例通过CPCI总线33M的速率接口与外部设备进行数据交换和控制信息，该CPCI总线接口可以支持33MHZ/32bit的数据传输，满足射频板卡与外部设备之间的数据传输带宽要求。

综上所述，以上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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于软件无线电的宽频带波形可重构射频收发方法，其特征在于，该方法采用的系统包括通过接口依次相连的射频收发模块、模数数模转化模块、数据处理模块和主控模块；同时，射频收发模块、主控模块、模数数模转化模块和数据处理模块分别接在CPCI总线上；所述射频收发模块包括发射子模块和接收子模块；

在发送过程中，首先，主控模块通过CPCI总线设置发射子模块的指定发送频带以及射频发送制式，然后将需要发送的小于1GHz的数字信号数据通过接口发送至数据处理模块，将需要发送的1GHz以上的数字信号数据通过CPCI总线发送至数据处理模块；所述数据处理模块对数字信号数据进行数字信号处理，处理后的信号中，小于1GHz的数字信号数据通过接口发送至模数数模转换模块，1GHz以上的数字信号数据通过CPCI总线发送至模数数模转换模块；所述模数数模转换模块将数据处理模块处理后的数字信号数据转换成模拟信号，并通过接口发送至发射子模块；所述发射子模块根据主控模块经CPCI总线发送的指定发送频带，利用频率综合器实现快速跳频，实时改变当前发射频率为指定发送频带内的频率，采用设定的射频发送制式将模拟信号通过发送天线以指定发送频带内频率发送出去；

在接收过程中，首先，主控模块通过CPCI总线设置接收子模块的指定接收频带以及射频接收制式，接收子模块根据指定的射频接收制式接收指定接收频带内的射频信号，并将射频信号通过接口发送至模数数模转换模块；模数数模转换模块将射频信号转换成数字信号，并将小于1GHz的数字信号数据通过接口发送至数据处理模块，将1GHz以上的数字信号数据通过CPCI总线发送至数据处理模块；所述数据处理模块对模数数模转换模块转换后的数字信号进行信号处理后，将小于1GHz的数字信号数据通过接口发送至主控模块，将1GHz以上的数字信号数据通过CPCI总线传至主控模块；所述主控模块将数据处理模块处理后的数字数据进行采集或转发至外部设备。