CN106817135A - 基于软件无线电技术实现的地空通信系统 - Google Patents

基于软件无线电技术实现的地空通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其包括天馈模块，用于同时实现频段内信号的接收和发射；接收通道模块，用于实现信号的滤波、放大预处理功能；模数转换模块，用于将不同信道的信号信息进行采样，转换为数字信号；发射通道模块，用于实现已调至发射信号的滤波、放大处理并进行功率放大的功能；数模转换模块，用于将数字处理模块输出的数字信号转换为模拟信号；数字处理模块，用于实现接收信号的解调、发射信号的调制以及相关信息的控制；本地信息交互模块，用于实现本地音频输入输出、信息显示及本地操作控制等。本发明实现多信道接收机和发信机集成；大幅度节约硬件设备成本；通过软件配置提升性能冗余，系统可靠性提高。

Description

基于软件无线电技术实现的地空通信系统
技术领域
本发明涉及一种地空通信系统，特别是涉及一种基于软件无线电技术实现的地空通信系统。
背景技术
地空通信系统，其原理通过是天馈模块接收信号，经过滤波、放大预处理后再通过地空通信话音设备解调输出模拟和数字信号；或模拟和数字信号通过地空话音通信设备调制，再经过放大，通过天馈模块发送出去。由此可见地空话音通信设备在地空话音通信系统中起到核心作用。当前的地空通信系统中都采用数百台模拟(数字)地空通信电台构成的多信道来完成空域内数百架飞行器的飞行控制。整个系统硬件设备复杂且数量繁多，存在可靠性较低、控制和维护复杂且通道间的相互干扰也不好解决等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其实现多信道接收机和发信机集成；大幅度节约硬件设备成本；通过软件配置提升性能冗余，系统可靠性提高。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其包括：
天馈模块，用于同时实现频段内信号的接收和发射；
接收通道模块，用于实现信号的滤波、放大预处理功能；
模数转换模块，用于将不同信道的信号信息进行采样，转换为数字信号；
发射通道模块，用于实现已调至发射信号的滤波、放大处理并进行功率放大的功能；
数模转换模块，用于将数字处理模块输出的数字信号转换为模拟信号；
数字处理模块，用于实现接收信号的解调、发射信号的调制以及相关信息的控制；
本地信息交互模块，用于实现本地音频输入输出、信息显示及本地操作控制；
远端信息交互模块，用于实现远端音频输入输出、系统信息传送及远端操作控制。
优选地，所述接收通道模块包括：
天馈接收模块，用于完成通带内所有信道射频信号的接收；
滤波器，用于实现对信号的频率预选等；
放大器，用于实现对接收信号的放大以便后级处理；
接收模数转换模块，用于完成对接收信号的模数转换；
数字信号接收处理模块，用于实现对接收信号的解调、各模块状态控制等功能；
基带音频信号数模转换模块，用于完成对基带音频信号的数模转换；
模拟接受音频信号处理模块，用于实现对音频信号的相关处理；
本地音频输出扩音器，用于完成对模拟音频信号的输出；
接收数据交换模块，用于实现本地、远端相关控制及数据业务与数字信号处理模块的数据交换；
远端接收数据传输监测及控制模块，用于实现与远端设备的信息传输控制；
本地接收显示模块，用于实现关键参数等的本地化显示。
优选地，所述发射通道模块包括：
天馈发送模块，用于完成通带内各个信道射频信号的发射；
功率放大器模块，用于实现对信号功率的放大以备天馈模块的发射；
放大器阵列模块，用于实现对信号的基本放大；
输出滤波器，用于实现对信号的滤波；
发射数模转换模块，用于实现将数字信号处理模块处理完成的数字信号转换为模拟信号；
数字信号发射处理模块，用于实现对传输信号的调制、各模块状态控制等功能；
基带音频信号模数转换模块，用于将基带模拟音频信号转换为数字信号；
模拟发射音频信号处理模块，用于实现对音频信号的相关处理；
本地模拟音频送话器，用于完成本地模拟音频的输入；
发射数据交换模块，用于实现本地、远端相关控制及数据业务与数字信号处理模块的数据交换；
远端发射数据传输监测及控制模块，用于实现与远端设备的信息传输控制；
本地发射显示模块，用于实现关键参数等的本地化显示。
优选地，所述基于软件无线电技术实现的地空通信系统的工作频段为100MHz–500MHz。
优选地，所述接收通道模块直接对整个通带进行滤波放大处理。
优选地，所述发射通道模块将经过数模转换的不同信道的模拟信号进行滤波、放大处理，通过功率放大器阵列对各个信道信号进行功率放大。
优选地，所述模数转换模块通过采样将通带内所有模拟信号转换成数字信号。
优选地，所述数模转换模块将经数字信号处理模块处理后的各个信道对应的数字调制信号转换成模拟调制信号。
优选地，所述数字信号处理模块具有将通带内所有信道的接收信号解调，将不同信道的发射信号分配到相应的信道并完成调制的功能，同时还具有各部分状态控制，远程控制信息响应，本地各项参数上传的功能。
优选地，所述本地信息互交模块包括接收信号的本地模拟输出发射信号的本地模拟输入、状态显示和本地控制信息录入；远端信息互交模块中远端设备控制信息输入，本地状态参数上传及收发信号的远端数字化传输。
本发明的积极进步效果在于：本发明实现多信道接收机和发信机集成；大幅度节约硬件设备成本；通过软件无线电和数字信号处理技术提出多信道一体化通信模式大大降低了硬件规模，采用数字处理技术，可以方便构成数个冗余处理信道，大大降低了整个系统的体积并大幅提高了系统可靠性。
附图说明
图1为本发明基于软件无线电技术实现的地空通信系统的框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明基于软件无线电技术(SDR)实现的地空通信系统包括天馈模块1、接收通道模块2、模数转换模块3、发射通道模块4、数模转换模块5、数字处理模块6、本地信息交互7、远端信息交互8，其中：
天馈模块1，用于同时实现频段内(100MHz～500MHz)信号的接收和发射；
接收通道模块2，用于实现信号的滤波、放大预处理功能；
模数转换模块3，用于将不同信道的信号信息进行采样，转换为数字信号；
发射通道模块4，用于实现已调至发射信号的滤波、放大处理并进行功率放大的功能；
数模转换模块5，用于将数字处理模块输出的数字信号转换为模拟信号；
数字处理模块6，用于实现接收信号的解调、发射信号的调制以及相关信息的控制；
本地信息交互模块7，用于实现本地音频输入输出、信息显示及本地操作控制；
远端信息交互模块8，用于实现远端音频输入输出、系统信息传送及远端操作控制。
接收通道模块包括天馈接收模块、滤波器、放大器、模数转换模块、数字信号处理模块、基带音频信号数模转换模块、模拟音频信号处理模块、本地音频输出扩音器、数据交换模块、远端数据传输监测及控制模块、本地显示模块，其中：
天馈接收模块，用于完成通带内所有信道射频信号的接收；
滤波器(电调谐滤波器)，用于实现对信号的频率预选等；
放大器，用于实现对接收信号的放大以便后级处理；
模数转换模块，用于完成对接收信号的模数转换；
数字信号接收处理模块，用于实现对接收信号的解调、各模块状态控制等功能；
基带音频信号数模转换模块，用于完成对基带音频信号的数模转换；
模拟接受音频信号处理模块，用于实现对音频信号的相关处理；
本地音频输出扩音器，用于完成对模拟音频信号的输出；
接收数据交换模块，用于实现本地、远端相关控制及数据业务与数字信号处理模块的数据交换；
远端接收数据传输监测及控制模块，用于实现与远端设备的信息传输控制；
本地接收显示模块，用于实现关键参数等的本地化显示。
在信号接收中，射频信号经过天馈模块将所有信道信号接收，通过滤波器及信号放大器等模块，实现对信号的频率预选、滤波及信号放大预处理，然后利用模数转换将接收信号转化为数字信号，通过数字处理模块将所有信道信息进行解调等处理，得出各个信道基带数字音频信号，根据实际需要，将基带数字音频信号通过基带音频信号数模转换模块转化为模拟信号，经过相关基带处理后进行单路或者多路同时输出。与此同时，数字信号处理模块将解调得到的各个信道数字音频信号及相关设备参数等控制信息通过数据交换网络传送至远端设备，方便其他信息处理及利用，在本地同时完成相关信息参数的显示。此处的数据交换模块可以进行单独的构建，也可以根据需要将其集成与数字处理模块。
发射通道模块包括天馈发送模块、功率放大器模块、放大器阵列模块、输出滤波器、数模转换模块、数字信号发射处理模块、基带音频信号模数转换模块、模拟发射音频信号处理模块、本地模拟音频送话器、发射数据交换模块、远端发射数据传输监测及控制模块、本地发射显示模块，其中：
天馈发送模块，用于完成通带内各个信道射频信号的发射；
功率放大器模块，用于实现对信号功率的放大以备天馈模块的发射；
放大器阵列模块，用于实现对信号的基本放大；
输出滤波器，用于实现对信号的滤波；
数模转换模块，用于实现将数字信号处理模块处理完成的数字信号转换为模拟信号；
数字信号发射处理模块，用于实现对传输信号的调制、各模块状态控制等功能；
基带音频信号模数转换模块，用于将基带模拟音频信号转换为数字信号；
模拟发射音频信号处理模块，用于实现对音频信号的相关处理；
本地模拟音频送话器，用于完成本地模拟音频的输入；
发射数据交换模块，用于实现本地、远端相关控制及数据业务与数字信号处理模块的数据交换；
远端发射数据传输监测及控制模块，用于实现与远端设备的信息传输控制；
本地发射显示模块，用于实现关键参数等的本地化显示。
在信号发射中，位于远端的用户终端的音频信号通过模拟音频送话器输入，经过相应音频处理后，利用模数转换将其转换为基带数字音频信号，通过远端监控端口传输至数据交换模块，通过数据交换处理后交由数字处理模块。数字处理模块得到各个信道的数字音频信号后，将其对应至各个信道完成调制，输出相应的数字调制信号，然后通过各信道的数模转换将其转换为射频模拟信号，再通过滤波、放大处理后经由功率放大器阵列进行功率放大，然后根据相近频率规避的原则由阵列天线的不同天线发射出去。数字处理模块同时需要接受远端相关信息的传输，并实时上传设备各项参数以及在本地实现关键参数的显示。
所述基于软件无线电技术实现的地空通信系统的工作频段为100MHz–500MHz。
所述接收通道模块直接对整个通带进行滤波放大处理。
所述发射通道模块将经过数模转换的不同信道的模拟信号进行滤波、放大处理，通过功率放大器阵列对各个信道信号进行功率放大。
所述模数转换模块通过采样将通带内所有模拟信号转换成数字信号。
所述数模转换模块将经数字信号处理模块处理后的各个信道对应的数字调制信号转换成模拟调制信号。
所述数字信号处理模块具有将通带内所有信道的接收信号解调，将不同信道的发射信号分配到相应的信道并完成调制的功能，同时还具有各部分状态控制，远程控制信息响应，本地各项参数上传的功能。
所述本地信息互交模块包括接收信号的本地模拟输出(喇叭)、发射信号的本地模拟输入(送话器)、状态显示和本地控制信息录入；远端信息互交模块中远端设备控制信息输入，本地状态参数上传及收发信号的远端数字化传输。
发射通道模块，多路音频信号及相应控制信息通过同一数字信号处理模块将其对应至相应信道并完成调制，再通过数模装换后，进行滤波、放大处理后，送至功放阵列，从天馈模块发射输出。
接收通道模块，信号经过天馈模块及相关预处理之后进行采样处理，在数字信号处理模块对接收到的各个信道信号同时进行解调处理。处理完成的信号可通过相应的数模转换在本地相关设备进行音频输出。同时将相关数据通过网络接口传送到远端控制端口。
本发明的具体思路是将当前分立实现的各种地空通信设备的各项功能进行拆解，再将各个相同功能的部分整合，采用软件无线电技术实现多信道信号同时发射和接收。相比于当前的空管系统，本发明大大压缩了硬件成本和规模，提高了整个系统的可靠性。为当前的地空通信系统设计提供了新的思路和方法。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，其包括：
天馈模块，用于同时实现频段内信号的接收和发射；
接收通道模块，用于实现信号的滤波、放大预处理功能；
模数转换模块，用于将不同信道的信号信息进行采样，转换为数字信号；
发射通道模块，用于实现已调至发射信号的滤波、放大处理并进行功率放大的功能；
数模转换模块，用于将数字处理模块输出的数字信号转换为模拟信号；
数字处理模块，用于实现接收信号的解调、发射信号的调制以及相关信息的控制；
本地信息交互模块，用于实现本地音频输入输出、信息显示及本地操作控制；
远端信息交互模块，用于实现远端音频输入输出、系统信息传送及远端操作控制。
2.如权利要求1所述的基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，所述接收通道模块包括：
天馈接收模块，用于完成通带内所有信道射频信号的接收；
滤波器，用于实现对信号的频率预选等；
放大器，用于实现对接收信号的放大以便后级处理；
接收模数转换模块，用于完成对接收信号的模数转换；
数字信号接收处理模块，用于实现对接收信号的解调、各模块状态控制等功能；
基带音频信号数模转换模块，用于完成对基带音频信号的数模转换；
模拟接受音频信号处理模块，用于实现对音频信号的相关处理；
本地音频输出扩音器，用于完成对模拟音频信号的输出；
接收数据交换模块，用于实现本地、远端相关控制及数据业务与数字信号处理模块的数据交换；
远端接收数据传输监测及控制模块，用于实现与远端设备的信息传输控制；
本地接收显示模块，用于实现关键参数等的本地化显示。
3.如权利要求1所述的基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，所述发射通道模块包括：
天馈发送模块，用于完成通带内各个信道射频信号的发射；
功率放大器模块，用于实现对信号功率的放大以备天馈模块的发射；
放大器阵列模块，用于实现对信号的基本放大；
输出滤波器，用于实现对信号的滤波；
发射数模转换模块，用于实现将数字信号处理模块处理完成的数字信号转换为模拟信号；
数字信号发射处理模块，用于实现对传输信号的调制、各模块状态控制等功能；
基带音频信号模数转换模块，用于将基带模拟音频信号转换为数字信号；
模拟发射音频信号处理模块，用于实现对音频信号的相关处理；
本地模拟音频送话器，用于完成本地模拟音频的输入；
发射数据交换模块，用于实现本地、远端相关控制及数据业务与数字信号处理模块的数据交换；
远端发射数据传输监测及控制模块，用于实现与远端设备的信息传输控制；
本地发射显示模块，用于实现关键参数等的本地化显示。
4.如权利要求1所述的基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，所述基于软件无线电技术实现的地空通信系统的工作频段为100MHz–500MHz。
5.如权利要求1所述的基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，所述接收通道模块直接对整个通带进行滤波放大处理。
6.如权利要求1所述的基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，所述发射通道模块将经过数模转换的不同信道的模拟信号进行滤波、放大处理，通过功率放大器阵列对各个信道信号进行功率放大。
7.如权利要求1所述的基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，所述模数转换模块通过采样将通带内所有模拟信号转换成数字信号。
8.如权利要求1所述的基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，所述数模转换模块将经数字信号处理模块处理后的各个信道对应的数字调制信号转换成模拟调制信号。
9.如权利要求1所述的基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，所述数字信号处理模块具有将通带内所有信道的接收信号解调，将不同信道的发射信号分配到相应的信道并完成调制的功能，同时还具有各部分状态控制，远程控制信息响应，本地各项参数上传的功能。
10.如权利要求1所述的基于软件无线电技术实现的地空通信系统，其特征在于，所述本地信息互交模块包括接收信号的本地模拟输出发射信号的本地模拟输入、状态显示和本地控制信息录入；远端信息互交模块中远端设备控制信息输入，本地状态参数上传及收发信号的远端数字化传输。
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