CN109218095B - 一种智能无线云sdr平台架构及其重构方法 - Google Patents

一种智能无线云sdr平台架构及其重构方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能无线云SDR平台架构及其重构方法,所述架构包括SDR管理中心和SDR云，所述SDR云包括至少一个可重构SDR平台；所述SDR管理中心和可重构SDR平台均接入用户所在网络中，实现用户对SDR管理中心或可重构SDR平台的访问；可重构SDR平台包括：控制面，提供用户接口，实现用户信息和用户权限管理，根据用户的配置信息对应用面进行管控；应用面，在控制面的管控下进行不同功能的部署，并对空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽等特性实施重构。所述SDR管理中心，根据用户的资源使用请求，为用户分配适合的SDR平台，并对各SDR进行可重构综合管理。本发明有效地整合了SDR平台资源，隔离了用户与SDR平台硬件，并实现了SDR平台控制面和应用面的分离。

Description

一种智能无线云SDR平台架构及其重构方法
技术领域
本发明涉及软件定义无线电技术，特别是涉及一种智能无线云SDR平台架构及其重构方法。
背景技术
软件定义的无线电 (SDR)技术基于软件定义的无线通信协议实现，而非通过硬连线实现，频带、空中接口协议和功能可通过软件下载和更新来升级，不用完全更换硬件，在无线通信领域有着广泛的应用。
但是，目前而言，现有SDR以单板或单机为平台，单纯地强调的是“采样前移、数字处理代替模拟电路、重编程能力”。随着网络和共享经济模式的发展，现有SDR平台很难实现隔离用户与具体硬件资源，且未出现整合多个SDR平台的通过智能无线云方案。故SDR传统特征存在一定局限性，为生产、科研和经济发展带来不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能无线云SDR平台架构及其重构方法，本发明有效地整合了SDR平台资源，隔离了用户与SDR平台硬件，并实现了SDR平台控制面和应用面的分离。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种智能无线云SDR平台架构，包括SDR管理中心和SDR云，所述SDR云包括至少一个可重构SDR平台；所述SDR管理中心和可重构SDR平台通过无线云的方式接入用户所在网络中，实现用户对SDR管理中心或可重构SDR平台的访问；
所述可重构SDR平台包括：
控制面，用于提供用户接口，实现用户信息和用户权限管理，并根据用户的配置信息对应用面进行管控；
应用面，用于在控制面的管控下，加载不同的空口波形进行不同功能的部署，并对空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽实施重构，配合空口波形进行发射与接收；
所述SDR管理中心，根据用户的资源使用请求，为用户分配适合的SDR平台，满足用户的服务需求，并对各个可重构SDR平台进行重构综合管理。
其中，所述的用户所在网络包括局域网、广域网和互联网。
进一步地，所述控制面包括：
用户管控单元，对用户信息和和用户的资源使用权限进行管理，并提供用户接口，供用户进行配置操作；
通信服务单元，提供用户与SDR平台应用面之间通信桥梁；
操作维护单元，供用户实现对SDR平台的参数获取和参数配置，并在SDR管理中心的控制指令下，对SDR平台进行管理；
应用面管控单元，解析来自用户的配置信息，并据此对应用面的功能部署和射频通道重构进行控制。
所述控制面还包括管理接口单元，用于向SDR管理中心提供SDR平台的管理接口，建立SDR管理中心与操作维护单元的通信，实现SDR管理中心对SDR平台的统一管理。
进一步地，所述应用面包括可重构算力和可重构外设；
所述可重构外设包括中频交换网络、可重构模拟前端、射频交换网络和天线阵列；所述可重构算力在应用面的管控下，加载不同的空口波形来实现不同的功能部署，完成空口波形重构；可重构算力与中频交换网络连接，中频交换网络与可重构模拟前端连接，可重构模拟前端通过射频交换网络与天线阵列连接；
所述可重构模拟前端包括多路可重构射频通道，各路可重构射频通道在应用面的管控下进行配置，实现空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽的重构，配合空口波形进行发射与接收。
其中，所述可重构算力包括至少一片基带处理芯片，所述基带处理芯片包括FPGA芯片、DSP处理芯片、SoC芯片或CPU芯片。
所述的一种智能无线云SDR平台架构的重构方法，包括以下步骤：
S1.用户向SDR管理中心发起资源使用请求，SDR管理中心为用户分配适合的SDR平台，并向用户提供对应的SDR平台用户接口；
S2.基于SDR平台的用户接口，用户根据需要对SDR平台进行功能配置和射频通道参数配置；
S3.SDR平台的控制面根据用户的功能配置和射频通道参数配置，控制应用面进行功能部署加载不同的空口波形，并控制应用面进行射频通道重构，配合空口波形进行发射与接收。
其中，所述步骤S3包括：
SDR平台的控制面解析来自用户的功能配置信息，并据此对应用面的可重构算力进行控制；可重构算力在控制面的控制下，从本地或SDR管理中心加载不同空口波形所对应的软件程序包，实现不同功能的部署；
SDR平台的控制面解析来自用户的射频通道参数配置信息，并基于此对应用面的可重构模拟前端进行重构控制；可重构模拟前端在控制面的控制下，进行各路可重构射频通道的配置，从而实现空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽的重构，配合空口波形进行发射与接收。
进一步地，所述重构方法还包括SDR平台自重构步骤：SDR平台按照用户配置的功能和射频通道参数运行，并实时监测通信链路状况，并据此从本地或SDR管理中心加载不同空口波形所对应的软件程序包，实现不同功能的重新部署，并对射频通道参数进行重新配置。
进一步地，所述重构方法还包括空口感知重构步骤：SDR平台按照用户配置的功能和射频通道参数运行，对接收到的空口数据进行解析，从空口数据中获取空口波形的重构指令、软件程序包和射频通道参数，并按照重构指令，对相应的软件程序包进行加载，并对相应的射频通道参数进行重新配置。
本发明的有益效果是：本发明通过互联网和SDR管理中心有效实现了SDR平台资源的整合，由SDR中心为用户分配对应的SDR平台，并向用户提供对应的SDR平台用户接口，实现了SDR的整机粒度级的抽象，让用户只需关注SDR功能，而无需知道正在操控的是具体那一部SDR；同时本发明实现了用户与SDR平台中应用面的隔离，实现了对应用面的粒度级的抽象，用户只需配置SDR平台的功能和射频通道参数，即可满足用户服务需求，无需关注于SDR平台中的具体硬件设施，为用户对SDR平台的使用带来了很大便利。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为SDR平台的原理示意图；
图3为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1~2所示，一种智能无线云SDR平台架构，包括SDR管理中心和SDR云，所述SDR云包括至少一个可重构SDR平台；所述SDR管理中心和可重构SDR平台通过无线云的方式接入用户所在网络中，实现用户对SDR管理中心或可重构SDR平台的访问；其中，SDR平台可分布式部署在网络的任何位置，SDR管理中心的网络地址公开，用户和可重构SDR平台已知SDR管理中心的IP地址或域名，并与SDR管理中心相互可见；
所述可重构SDR平台包括：
控制面，用于提供用户接口，实现用户信息和用户权限管理，并根据用户的配置信息对应用面进行管控；
应用面，用于在控制面的管控下，加载不同的空口波形进行不同功能的部署，并对空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽实施重构，配合空口波形进行发射与接收；
所述SDR管理中心，根据用户的资源使用请求，为用户分配适合的SDR平台，满足用户的服务需求，并对各个可重构SDR平台进行重构综合管理。
所述的用户所在网络包括局域网、广域网和互联网；在本申请的一些实施例中，SDR管理中心和SDR平台也可以采用有线连接的方式接入用户所在网络中。
在本申请的实施例中，所述应用面与控制面之间相互分离，分离的实现方式包括：1、使控制面与应用面分属不同的芯片（组）；2、使控制面芯片（组）与具体应用解耦；3、控制面芯片（组）对用户透明；4、SDR具体功能不能影响控制面芯片（组）；5、控制面可以完全重构应用面，包括上电、去电、待机、自检、上报运行状态和健康状态等；6、由应用面芯片（组）实现SDR具体功能。
其中，所述控制面包括：
用户管控单元，对用户信息和和用户的资源使用权限进行管理，并提供用户接口，供用户进行配置操作；
通信服务单元，提供用户与SDR平台应用面之间通信桥梁；
操作维护单元（O&M），供用户实现对SDR平台的参数获取和参数配置，并在SDR管理中心的控制指令下，对SDR平台进行管理；
应用面管控单元，解析来自用户的配置信息，并据此对应用面的功能部署和射频通道重构进行控制。
所述控制面还包括管理接口单元，用于向SDR管理中心提供SDR平台的管理接口，建立SDR管理中心与操作维护单元的通信，实现SDR管理中心对SDR平台的统一管理。
其中，所述应用面包括可重构算力和可重构外设；
所述可重构外设包括中频交换网络、可重构模拟前端、射频交换网络和天线阵列；所述可重构算力在应用面的管控下，加载不同的空口波形来实现不同的功能部署，完成空口波形重构；可重构算力与中频交换网络连接，中频交换网络与可重构模拟前端连接，可重构模拟前端通过射频交换网络与天线阵列连接；
所述可重构模拟前端包括多路可重构射频通道，各路可重构射频通道在应用面的管控下进行配置，实现空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽的重构，配合空口波形进行发射与接收。
其中，所述可重构算力包括至少一片基带处理芯片，所述基带处理芯片包括FPGA芯片、DSP处理芯片、SoC芯片或CPU芯片。
如图3所示，所述的一种智能无线云SDR平台架构的重构方法，包括以下步骤：
S1.用户向SDR管理中心发起资源使用请求，SDR管理中心为用户分配适合的SDR平台，并向用户提供对应的SDR平台用户接口；
S2.基于SDR平台的用户接口，用户根据需要对SDR平台进行功能配置和射频通道参数配置；
S3.SDR平台的控制面根据用户的功能配置和射频通道参数配置，控制应用面进行功能部署加载不同的空口波形，并控制应用面进行射频通道重构，配合空口波形进行发射与接收。
在本申请的实施例中，步骤S1之前，SDR平台会自动向SDR管理中心注册，完成SDR的开机-离线-上线-就绪的过程，SDR就绪后，才成为可被用户申请的资源。
在步骤S3的重构完成之后，SDR平台按照用户的配置运行，以满足用户所需，用户使用结束后，向SDR管理中心发起停止使用的请求，SDR管理中心切断用户与SDR平台的通信，用户不再能够对SDR平台进行控制，此时完成SDR平台的释放。释放过后的SDR平台可由SDR管理中心分配给其他用户使用，因此能够有效提高SDR平台的利用率。
其中，所述步骤S3包括：
SDR平台的控制面解析来自用户的功能配置信息，并据此对应用面的可重构算力进行控制；在SDR平台和SDR管理中心中均设置有功能配置存储模块，用于供用户预置不同空口波形所对应的软件程序包；可重构算力在控制面的控制下，从本地或SDR管理中心加载不同空口波形所对应的软件程序包，实现不同功能的部署；
SDR平台的控制面解析来自用户的射频通道参数配置信息，并基于此对应用面的可重构模拟前端进行重构控制；可重构模拟前端在控制面的控制下，进行各路可重构射频通道的配置，从而实现空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽的重构，配合空口波形进行发射与接收。
在本申请的实施例中，所述重构方法还包括SDR平台自重构步骤：步骤S3完成后，SDR平台按照用户配置的功能和射频通道参数运行，并实时监测通信链路状况，并据此从本地或SDR管理中心加载不同空口波形所对应的软件程序包，实现不同功能的重新部署，并对射频通道参数进行重新配置。其中，通信链路状况包括误码率、信噪比和频偏。
在本申请的实施例中，所述重构方法还包括空口感知重构步骤：SDR平台按照用户配置的功能和射频通道参数运行，对接收到的空口数据进行解析，从空口数据中获取空口波形的重构指令、软件程序包和射频通道参数，并按照重构指令，对相应的软件程序包进行加载，并对相应的射频通道参数进行重新配置。该重构方式其实是针对于通信目标的指令实现，能够有效提升SDR平台与通信目标的协作性。
综上，本发明通过互联网和SDR管理中心有效实现了SDR云资源的整合，由SDR中心为用户分配对应的SDR平台，并向用户提供对应的SDR平台用户接口，实现了SDR的整机粒度级的抽象，让用户只需关注SDR功能，而无需知道正在操控的是具体那一部SDR；同时本发明实现了用户与SDR硬件的隔离，实现了对应用面的粒度级的抽象，用户只需配置SDR平台的功能和射频通道参数，即可满足用户服务需求，无需关注于SDR平台中的具体硬件设施，为用户对SDR平台的使用带来了很大便利。
最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。例如所述模块的划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，可以结合或者可以分离，或一些特征可以忽略，或不执行；可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。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 (9)

1.一种智能无线云SDR平台架构，其特征在于：包括SDR管理中心和SDR云，所述SDR云包括至少一个可重构SDR平台；所述SDR管理中心和可重构SDR平台通过无线云的方式接入用户所在网络中，实现用户对SDR管理中心或可重构SDR平台的访问；
所述可重构SDR平台包括：
控制面，用于提供用户接口，实现用户信息和用户权限管理，并根据用户的配置信息对应用面进行管控；
应用面，用于在控制面的管控下，加载不同的空口波形进行不同功能的部署，并对空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽实施重构，配合空口波形进行发射与接收；
所述应用面包括可重构算力和可重构外设；
所述可重构外设包括中频交换网络、可重构模拟前端、射频交换网络和天线阵列；所述可重构算力在应用面的管控下，加载不同的空口波形来实现不同的功能部署，完成空口波形重构；可重构算力与中频交换网络连接，中频交换网络与可重构模拟前端连接，可重构模拟前端通过射频交换网络与天线阵列连接；
所述可重构模拟前端包括多路可重构射频通道，各路可重构射频通道在应用面的管控下进行配置，实现空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽的重构，配合空口波形进行发射与接收；
所述SDR管理中心，根据用户的资源使用请求，为用户分配适合的SDR平台，满足用户的服务需求，并对各个可重构SDR平台进行重构综合管理。
2.根据权利要求1所述的一种智能无线云SDR平台架构，其特征在于：所述的用户所在网络包括局域网、广域网和互联网。
3.根据权利要求1所述的一种智能无线云SDR平台架构，其特征在于：所述控制面包括：
用户管控单元，对用户信息和用户的资源使用权限进行管理，并提供用户接口，供用户进行配置操作；
通信服务单元，提供用户与SDR平台应用面之间通信桥梁；
操作维护单元，供用户实现对SDR平台的参数获取和参数配置，并在SDR管理中心的控制指令下，对SDR平台进行管理；
应用面管控单元，解析来自用户的配置信息，并据此对应用面的功能部署和射频通道重构进行控制。
4.根据权利要求3所述的一种智能无线云SDR平台架构，其特征在于：所述控制面还包括管理接口单元，用于向SDR管理中心提供SDR平台的管理接口，建立SDR管理中心与操作维护单元的通信，实现SDR管理中心对SDR平台的统一管理。
5.根据权利要求1所述的一种智能无线云SDR平台架构，其特征在于：所述可重构算力包括至少一片基带处理芯片，所述基带处理芯片包括FPGA芯片、DSP处理芯片、SoC芯片或CPU芯片。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的一种智能无线云SDR平台架构的重构方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.用户向SDR管理中心发起资源使用请求，SDR管理中心为用户分配适合的SDR平台，并向用户提供对应的SDR平台用户接口；
S2.基于SDR平台的用户接口，用户根据需要对SDR平台进行功能配置和射频通道参数配置；
S3.SDR平台的控制面根据用户的功能配置和射频通道参数配置，控制应用面进行功能部署加载不同的空口波形，并控制应用面进行射频通道重构，配合空口波形进行发射与接收。
7.根据权利要求6所述的一种智能无线云SDR平台架构的重构方法，其特征在于：所述步骤S3包括：
SDR平台的控制面解析来自用户的功能配置信息，并据此对应用面的可重构算力进行控制；可重构算力在控制面的控制下，从本地或SDR管理中心加载不同空口波形所对应的软件程序包，实现不同功能的部署；
SDR平台的控制面解析来自用户的射频通道参数配置信息，并基于此对应用面的可重构模拟前端进行重构控制；可重构模拟前端在控制面的控制下，进行各路可重构射频通道的配置，从而实现空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽的重构，配合空口波形进行发射与接收。
8.根据权利要求6所述的一种智能无线云SDR平台架构的重构方法，其特征在于：所述重构方法还包括SDR平台自重构步骤：SDR平台按照用户配置的功能和射频通道参数运行，并实时监测通信链路状况，并据此从本地或SDR管理中心加载不同空口波形所对应的软件程序包，实现不同功能的重新部署，并对射频通道参数进行重新配置。
9.根据权利要求6所述的一种智能无线云SDR平台架构的重构方法，其特征在于：所述重构方法还包括空口感知重构步骤：SDR平台按照用户配置的功能和射频通道参数运行，对接收到的空口数据进行解析，从空口数据中获取空口波形的重构指令、软件程序包和射频通道参数，并按照重构指令，对相应的软件程序包进行加载，并对相应的射频通道参数进行重新配置。
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