CN107370514B - 基于北斗一代的大容量信息收发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗一代的大容量信息收发方法，属于北斗通信技术领域。本发明收发装置包括控制单元、用于收发信号的全频段射频收发单元、用于产生时钟树的时钟电路单元以及用于进行基带信号处理的多个基带处理单元，射频收发单元以及基带处理单元均与控制单元连接，每个基带处理单元均包括一个基带处理芯片以及一个通信卡插槽。本发明使用一套射频收发链路，经由一个控制单元实现了大量卫星数据和多个基带处理芯片之间的串并转换，实现了大容量数据的实时通信，具有设备结构简单、集成化程度高、成本低廉、功耗低的特点，是对现有技术的一种重要改进。

Description

基于北斗一代的大容量信息收发方法
技术领域
本发明涉及北斗通信技术领域，特别是指基于北斗一代的大容量信息收发方法。
背景技术
近年来，卫星导航技术发展迅猛，已经被广泛地应用到民用领域和军事领域，在个人导航、防灾救灾和公共安全保障等多个领域发挥着越来越重要的作用。正是由于卫星导航具有显著经济效益和国家效益，中国必须掌握自主知识产权的卫星导航系统。北斗一代卫星导航系统是中国正在自主研发并独立运行的全球卫星导航系统，该系统由空间卫星、地面控制中心站以及用户设备三部分组成，能够对覆盖区域的用户提供定位、授时以及通信服务。
和其它的卫星导航系统相比，北斗一代导航系统属于有源卫星导航系统，所以可以支持短消息通信功能。也就是说北斗导航系统能够以短报文的方式实现用户设备到用户设备或者用户设备到地面控制中心站的通信。这样用户就可以主动报告自己所在的位置，在野外作业和救灾救援等领域意义重大。但是，由于普通民用用户能申请到的IC卡的通信频度一般都在60秒/次，并且短报文通信每次最多只能发送144个字节，可以说通信能力非常有限。
发明内容
有鉴于此，本发明提出基于北斗一代的大容量信息收发方法，其能够通过北斗一代导航卫星进行大容量的信息传输，具有维护简单、通信成功率高的特点。
基于上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种基于北斗一代的大容量信息发送方法，其通过基于北斗一代的大容量信息收发装置进行信息发送，所述基于北斗一代的大容量信息收发装置包括控制单元、用于收发信号的全频段射频收发单元、用于产生时钟树的时钟电路单元以及用于进行基带信号处理的多个基带处理单元，射频收发单元以及基带处理单元均与控制单元连接，每个基带处理单元均包括一个基带处理芯片以及一个通信卡插槽；射频收发单元包括收发天线、发射功率放大器、低噪声放大器、上变频和下变频模块以及数模和模数转换模块；控制单元为现场可编程门阵列；
本方法包括以下步骤：
(1)通过控制单元将待发信息转化为由信息片段组成的序列，每个信息片段的长度均不超过北斗一代通信的单次传输字节长度；
(2)通过控制单元将每个信息片段对应于一个空闲的基带处理单元，并将信息片段发送给相应的基带处理单元；
(5)基带处理单元对信息片段进行编码处理，然后将编码后的数据回传给控制单元；
(6)控制单元在每个回传数据的头部添加序列信息，然后将处理后的数据存储到控制单元的缓存中；序列信息包括序列中信息片段的总个数以及回传数据的对应信息片段在序列中的位置；
(7)通过控制单元将缓存中的数据发送给射频发射单元，并由射频发射单元将数据发送出去。
可选的，步骤(2)中通过控制单元选择空闲的基带处理单元的具体方式为：
(201)在控制单元中对所有基带处理单元进行编号，并将编号组织成一个环形数据结构；
(202)从环形数据结构中沿特定方向连续地选择空闲的基带处理单元。
可选的，步骤(6)中数据在缓存中的存储方式为乒乓存储，步骤(7)与步骤(6)同时进行。
本发明还提供一种基于北斗一代的大容量信息接收方法，通过基于北斗一代的大容量信息收发装置接收如上所述发生方法所发送的原始信息，所述基于北斗一代的大容量信息收发装置包括控制单元、用于收发信号的全频段射频收发单元、用于产生时钟树的时钟电路单元以及用于进行基带信号处理的多个基带处理单元，所述射频收发单元以及基带处理单元均与所述控制单元连接，每个基带处理单元均包括一个基带处理芯片以及一个通信卡插槽；所述射频收发单元包括收发天线、发射功率放大器、低噪声放大器、上变频和下变频模块以及数模和模数转换模块；所述控制单元为现场可编程门阵列；
本方法包括以下步骤：
(1)通过射频收发单元接收所有频段的通信数据，并将通信数据输出给控制单元；
(2)通过控制单元将通信数据发送给所有基带处理单元进行处理；
(3)每个基带处理单元对接收到的数据进行处理，处理成功的基带处理单元获得数据中的通信信息；
(4)每个基带处理单元将得到的通信信息传输给控制单元，控制单元根据通信信息中的序列信息将所有通信信息整合，得到发送端发送的原始信息。
从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：
1、现有技术中的北斗一代短报文通信收发机的传输频率为60秒/次，每次发送144字节，传输效率非常低，而本发明装置集成了多个基带处理单元，能够极大地提升传输效率，增大信息的传送量。
2、本发明装置并非简单地用多台北斗一代卫星导航通信收发机来满足发送大量信息的需求，而是，通过控制单元集中协调每个每个基带处理单元的处理工作，并通过一个射频单元统一发送数据，这样可以避免多台收发机一起工作而产生的竞争关系和相互干扰，提高通信的成功率。
3、本发明装置中合路和分路的实现都是在基带处理单元与控制单元之间通过数字信号完成的，数字信号电平明确，从而可以避免相互干扰，能够保证通信的可靠性。
总之，本发明使用一套射频收发链路，经由一个控制单元实现了大量卫星数据和多个基带处理芯片之间的串并转换，从而实现了大容量数据的实时通信，具有设备结构简单、集成化程度高、成本低廉、功耗低的特点，是对现有技术的一种重要改进。
附图说明
为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为示例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。
图1是本发明实施例中收发装置的一种结构框图；
图2是本发明实施例中射频收发单元的一种结构框图；
图3是本发明实施例中发送方法的一种流程图；
图4是本发明实施例中接收方法的一种流程图；
图5是本发明实施例中选择空闲基带处理单元的一种原理示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。
如图1所示，一种基于北斗一代的大容量信息收发装置，其包括控制单元、用于收发信号的全频段射频收发单元、用于产生时钟树的时钟电路单元以及用于进行基带信号处理的多个基带处理单元，射频收发单元以及基带处理单元均与控制单元连接，每个基带处理单元均包括一个基带处理芯片以及一个通信卡插槽。
时钟电路用于产生时钟树，因此其至少应具备以下功能：
(1)时钟晶振的多路时钟信号整形输出，
(2)多路时钟相位具有固定的相位差。
该实施例设备结构简单，具有高度的集成化特点，只使用了一套天线、射频及功放，节省了多块射频及功放模块，节省了终端体积，降低了生产成本，对功耗控制有较大的改善，有助于设备的后期维护。
可选的，如图2所示，射频收发单元包括收发天线、发射功率放大器、低噪声放大器、上变频和下变频模块以及数模和模数转换模块。
可选的，控制单元为现场可编程门阵列(FPGA，Field－Programmable GateArray)。
图3所示为一种基于北斗一代的大容量信息发送方法，其应用于如上所述的基于北斗一代的大容量信息收发装置，包括以下步骤：
(1)通过控制单元将待发信息转化为由信息片段组成的序列，每个信息片段的长度均不超过北斗一代通信的单次传输字节长度；
(2)通过控制单元将每个信息片段对应于一个空闲的基带处理单元，并将信息片段发送给相应的基带处理单元；
(5)基带处理单元对信息片段进行编码处理，然后将编码后的数据回传给控制单元；
(6)控制单元在每个回传数据的头部添加序列信息，然后将处理后的数据存储到控制单元的缓存中；序列信息包括序列中信息片段的总个数以及回传数据的对应信息片段在序列中的位置；
(7)通过控制单元将缓存中的数据发送给射频发射单元，并由射频发射单元将数据发送出去。
图4所示为一种基于北斗一代的大容量信息接收方法，其应用于上述基于北斗一代的大容量信息收发装置，并用于接收上述发送方法所发送的原始信息，包括以下步骤：
(1)通过射频收发单元接收所有频段的通信数据，并将通信数据输出给控制单元；
(2)通过控制单元将通信数据发送给所有基带处理单元进行处理；
(3)每个基带处理单元对接收到的数据进行处理，处理成功的基带处理单元获得数据中的通信信息；
(4)每个基带处理单元将得到的通信信息传输给控制单元，控制单元根据通信信息中的序列信息将所有通信信息整合，得到发送端发送的原始信息。
下面考虑一个具体的收发过程。
(1)FPGA有一段长度为L的原始信息待发送，基带处理单元有M个基带处理芯片备选，这些基带芯片的编号为{1,2,···,M},每个芯片配置一张IC卡。
(2)根据北斗一代通信格式传输协议，FPGA将信息序列分成N段(假设N＝3)。
(3)FPGA将M个(假设M＝8)基带处理芯片的索引号排成一个环状结构(如图5所示)，然后根据以顺时针方向从最后一个被占用的基带芯片开始连续地选择N个空闲的基带芯片(假设当前被占用的是7、8、1、2，那么被选出的则是3、4、5)。值得注意的是，FPGA不用记录所有被占用的基带芯片，而只要记录上一次选择的芯片中最后一个芯片的索引号即可，如果遇到待发信息长度大于当前可用基带芯片个数的情况，则会出现基带芯片忙碌的返回信息，从而导致发送失败或延迟发送。
(4)每个接收到信息片段的基带处理芯片对数据进行处理，然后将处理后的数据回传给FPGA。
(5)FPGA收到回传数据，在每个数据的起始位置添加该芯片配置的ID卡的卡号，然后将信息以乒乓存储的方式存储到FPGA的RAM中。
(6)FPGA检测到RAM中有数据存储，将数据传输给射频收发单元，经过DA转换、上变频和发射功率放大器之后通过天线发出。
(7)接收数据时，卫星数据经由射频天线接收，经过低噪声放大器、下变频和AD转换之后输出给FPGA。
(8)FPGA将接收到的信号传送给所有基带芯片进行处理。
(9)每个基带处理芯片对接收到的信号进行捕获、跟踪和IC卡号验证，提取相应的信息，并对信息进行解码、解调处理，获得通信信息。
(10)处理成功的基带芯片将通信信息传输给FPGA，由FPGA汇总，最后传输给上位机进行处理。
总之，本发明使用一套射频收发链路，经由一个控制单元实现了大量卫星数据和多个基带处理芯片之间的串并转换，从而实现了大容量数据的实时通信，具有设备结构简单、集成化程度高、成本低廉、功耗低的特点，是对现有技术的一种重要改进。
需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。
此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。
出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。
总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于北斗一代的大容量信息发送方法，其特征在于，通过基于北斗一代的大容量信息收发装置进行信息发送，所述基于北斗一代的大容量信息收发装置包括控制单元、用于收发信号的全频段射频收发单元、用于进行基带信号处理的多个基带处理单元以及用于为各基带处理单元产生时钟树的时钟电路单元，所述射频收发单元以及基带处理单元均与所述控制单元连接，每个基带处理单元均包括一个基带处理芯片以及一个通信卡插槽；所述射频收发单元包括顺次连接的发射天线、发射功率放大器、上变频模块和数模转换模块，以及顺次连接的接收天线、低噪声放大器、下变频模块和模数转换模块；所述控制单元为现场可编程门阵列；
本方法包括以下步骤：
（1）通过控制单元将待发信息转化为由信息片段组成的序列，每个信息片段的长度均不超过北斗一代通信的单次传输字节长度；
（2）通过控制单元将每个信息片段对应于一个空闲的基带处理单元，并将信息片段发送给相应的基带处理单元；
（5）基带处理单元对信息片段进行编码处理，然后将编码后的数据回传给控制单元；
（6）控制单元在每个回传数据的头部添加序列信息，然后将处理后的数据存储到控制单元的缓存中；所述序列信息包括所述序列中信息片段的总个数以及回传数据的对应信息片段在所述序列中的位置；
（7）通过控制单元将缓存中的数据发送给射频收发单元，并由射频收发单元的发射天线将数据发送出去。
2.根据权利要求1所述的基于北斗一代的大容量信息发送方法，其特征在于，所述步骤（2）中通过控制单元选择空闲的基带处理单元的具体方式为：
（201）在控制单元中对所有基带处理单元进行编号，并将编号组织成一个环形数据结构；
（202）从所述环形数据结构中沿特定方向连续地选择空闲的基带处理单元。
3.根据权利要求1所述的基于北斗一代的大容量信息发送方法，其特征在于，所述步骤（6）中数据在缓存中的存储方式为乒乓存储，所述步骤（7）与所述步骤（6）同时进行。
4.一种基于北斗一代的大容量信息接收方法，其特征在于，通过基于北斗一代的大容量信息收发装置接收如权利要求1所述方法发送的原始信息，所述基于北斗一代的大容量信息收发装置包括控制单元、用于收发信号的全频段射频收发单元、用于进行基带信号处理的多个基带处理单元以及用于为各基带处理单元产生时钟树的时钟电路单元，所述射频收发单元以及基带处理单元均与所述控制单元连接，每个基带处理单元均包括一个基带处理芯片以及一个通信卡插槽；所述射频收发单元包括顺次连接的发射天线、发射功率放大器、上变频模块和数模转换模块，以及顺次连接的接收天线、低噪声放大器、下变频模块和模数转换模块；所述控制单元为现场可编程门阵列；
本方法包括以下步骤：
（1）通过射频收发单元的接收天线接收所有频段的通信数据，并将通信数据输出给控制单元；
（2）通过控制单元将通信数据发送给所有基带处理单元进行处理；
（3）每个基带处理单元对接收到的数据进行处理，处理成功的基带处理单元获得数据中的通信信息；
（4）每个基带处理单元将得到的通信信息传输给控制单元，控制单元根据通信信息中的序列信息将所有通信信息整合，得到发送端发送的原始信息。
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