CN109889226B - 基于rtx的双向通信软件无线电实现装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于RTX的双向通信软件无线电实现装置及方法，所述装置至少包括：射频前端模块，用于接收和发送射频信号；通用计算机数据接口模块，与射频前端模块相连，用于传输控制命令及数据；数据缓存模块，与通用计算机数据接口模块相连，用于存储数据；RTX驱动模块，与数据缓存模块以及通用计算机数据接口模块分别相连，用于控制射频前端模块的参数初始化配置，同时用于读取数据缓存模块的数据；应用层处理模块，与RTX驱动模块相连，用于接收所述RTX驱动模块的数据，进行应用层处理后将数据传输给所述RTX驱动模块。本发明的装置利用RTX驱动模块提升了Windows操作系统实时性和CPU资源的利用效率，同时具有虚拟无线电系统的优点，具有良好的应用前景。

Description

基于RTX的双向通信软件无线电实现装置及方法

技术领域

本发明属于数字通信领域，特别是涉及一种基于RTX的双向通信软件无线电实现装置及方法。

背景技术

伴随着现代通信方式和需求的飞速发展，以硬件为主的传统通信方式和体制难以适应多种通信体制并存、各种标准层出不穷和频率资源匮乏的局面。针对多种无线通信标准和体制之间无法相互兼容的问题，人们提出了软件无线电的概念。现存的双向通信软件无线电大多是基于FPGA和DSP的软件无线电上研发，这类通信系统具备高速的计算能力和处理过程的实时性，但是在系统灵活性和开放性不强，系统开发成本高、不易于维护。基于通用处理器的虚拟无线电具有易于实现、开发快捷、易与其他应用结合、便于功能升级与维护等优点。目前，虚拟无线电系统主要基于Linux和Windows两种操作系统。相比于Linux的操作系统，Windows操作系统具有更友好的用户界面和开发环境，更广泛的应用接口和开发群体等优点，因此基于Windows操作系统的软件无线电在开发门槛、实现周期，与其他上层应用软件结合等方面具有显著优势。然而Windows操作系统具有实时性不强的缺点，从而限制了基于Windows操作系统的软件无线电系统在实时性要求高的双向通信场景下的应用。

RTX是由Intervalzero公司针对Windows操作系统开发的实时性扩展操作系统,能保障对中断请求(IRQs)、输入输出(I/O)和内存的精确控制，以及严格基于优先级执行任务，极大提升任务执行时序的可靠性。采用RTX增强是提高Windows操作系统实时性的有效手段，因此基于RTX的增强Windows操作系统的虚拟无线电具有广泛的应用前景。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于RTX的双向通信软件无线电实现装置及方法，用于解决现有技术中Windows操作系统实时性不强而限制了基于Windows操作系统的软件无线电系统在双向通信场景下的应用的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于RTX的双向通信软件无线电实现装置，所述装置至少包括：

射频前端模块，用于接收和发送射频信号；

通用计算机数据接口模块，与所述射频前端模块相连，用于传输控制命令及数据；

数据缓存模块，与所述通用计算机数据接口模块相连，用于存储接收和发送的基带信号数据；

RTX驱动模块，与所述数据缓存模块以及所述通用计算机数据接口模块分别相连，用于控制所述射频前端模块的参数初始化配置，同时用于读取所述数据缓存模块的接收数据进行基带信号处理或将待发送基带信号处理输出数据写入所述数据缓存模块；

应用层处理模块，与所述RTX驱动模块相连，用于接收所述RTX驱动模块的数据，进行应用层处理或将应用层处理输出数据传输给所述RTX驱动模块以备基带处理。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现装置的一种优化的方案，所述射频前端模块包括：

接收射频模块，用于接收来自天线的射频信号，并将所述射频信号转换为接收数字基带信号数据；

射频前端数据接口模块，与所述接收射频模块相连以及所述通用计算机数据接口模块分别相连，用于与所述通用计算机数据接口模块配合，传输控制命令及数字基带信号数据；

发送射频模块，与所述射频前端数据接口模块相连，用于从所述射频前端数据接口模块中读取发送数字基带信号数据，并将所述发送数字基带信号数据转换为射频信号，以通过天线发射。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现装置的一种优化的方案，所述数据缓存模块包括：

接收数据缓存模块，与所述通用计算机数据接口模块相连，且所述接收数据缓存模块还连接至所述RTX驱动模块，用于存储接收数字基带信号数据；

发送数据缓存模块，与所述RTX驱动模块相连，且所述发送数据缓存模块还连接至所述通用计算机数据接口模块，用于存储发送数字基带信号数据；

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现装置的一种优化的方案，所述RTX驱动模块包括：

接收基带处理模块，与所述接收数据缓存模块相连，用于对从所述接收数据缓存模块获取的接收数字基带信号数据进行通信系统接收物理层基带信号处理，获得接收基带信息比特数据；

通信高层协议处理模块，与所述接收基带处理模块相连，用于从所述接收基带处理模块输出的所述接收基带信息比特数据中解析出接收的高层协议源数据，如IP包，并将所述接收的高层协议源数据传输给应用层处理模块进行应用层处理；且所述通信高层协议处理模块还连接至所述发送基带处理模块，用于对应用层处理后的待发送的高层协议源数据进行协议封装，形成与发送基带处理输入数据格式匹配的发送基带信息比特数据，并输出给发送基带处理模块；

发送基带处理模块，与所述通信高层协议处理模块相连，同时所述发送基带处理模块连接至所述发送数据缓存模块，用于读取所述通信高层协议处理模块输出的基带信息比特数据，进行通信系统发送物理层基带处理，如编码、星座调制和波形调制等；

通信系统状态机模块，与所述应用层处理模块及所述通用计算机数据接口模块相连，同时所述通信系统状态机模块分别连接至所述接收数据缓存模块、所述发送数据缓存模块、所述接收基带处理模块、所述通信高层协议处理模块以及所述发送基带处理模块，用于控制所述射频前端模块中发送射频模块和接收射频模块的参数初始化配置和所述接收基带处理模块、所述发送基带处理模块及所述通信高层协议处理模块的启动；

通信系统配置模块，与所述通信系统状态机模块相连，同时连接至所述通用计算机数据接口模块，用于配置所述接收射频模块和所述发送射频模块的参数，并控制所述接收射频模块和所述发送射频模块的启动和停止。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现装置的一种优化的方案，所述通用计算机数据接口模块包括PCIE接口和USB接口中的至少一种，所述射频前端数据接口模块包括PCIE接口和USB接口中的至少一种。

本发明还提供一种基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，所述方法至少包括：

利用RTX驱动模块中的通信系统状态机模块，控制射频前端模块中的接收射频模块和发送射频模块进行参数初始化配置；

所述通信系统状态机模块进入发送状态，利用所述通信系统状态机模块启动所述RTX驱动模块中的通信高层协议处理模块和发送基带处理模块；之后，所述发送基带处理模块从所述通信高层协议处理模块获取其输出的基带信息比特数据，并将所述基带信息比特数据进行通信系统发送物理层基带处理后存储至发送数据缓存模块；接着，射频前端模块中的射频前端数据接口模块和发送射频模块收到所述通信系统状态机模块的发送命令，然后由所述射频前端数据接口模块通过通用计算机数据接口模块从所述发送数据缓存模块中读取数据，再由所述发送射频模块从所述射频前端数据接口模块读取数据并转换成射频信号发射，完成发射过程；

所述通信系统状态机模块进入接收状态，所述射频前端模块中的接收射频模块收到所述通信系统状态机模块的接收命令后，接收射频信号并转换为数字基带信号数据；然后，依次通过所述射频前端模块中的射频前端数据接口模块以及通用计算机数据接口模块将信号数据传输至接收数据缓存模块；利用所述通信系统状态机模块启动所述RTX驱动模块中的接收基带处理模块和所述通信高层协议处理模块，所述接收基带处理模块从所述接收数据缓存模块读取信号数据并进行通信系统接收物理层基带信号处理，获得接收基带信息比特数据；所述通信高层协议处理模块从所述接收基带处理模块输出的所述接收基带信息比特数据中解析出接收的高层协议源数据，如IP包，并将所述接收的高层协议源数据传输给应用层处理模块，完成接收过程。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现方法的一种优化的方案，利用RTX驱动模块中的通信系统状态机模块，控制所述射频前端模块中的接收射频模块和发送射频模块进行参数初始化配置，过程为：

1)所述RTX驱动模块中的通信系统配置模块收到所述通信系统状态机模块的初始化参数配置命令后，从应用层处理模块获取系统初始化参数和系统模式参数；

2)所述通信系统配置模块根据所述系统初始化参数，通过通用计算机数据接口模块和射频前端数据接口模块，配置所述接收射频模块和所述发送射频模块的参数。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现方法的一种优化的方案，所述系统模式参数包括主设备模式和从设备模式中的一种。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现方法的一种优化的方案，所述系统模式参数为主设备模式，则先完成所述发射过程后完成所述接收过程。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现方法的一种优化的方案，所述系统模式参数为从设备模式，则先完成所述接收过程后完成所述发射过程。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现方法的一种优化的方案，所述系统模式参数还包括固定帧结构模式和动态帧结构模式中的一种。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现方法的一种优化的方案，所述系统模式参数包括固定帧结构模式，则在进行所述参数初始化配置时，所述接收射频模块的配置参数包括固定的接收帧长参数，所述发送射频模块的配置参数包括固定的发送帧长参数。

作为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现方法的一种优化的方案，所述系统模式参数包括动态帧结构模式，则在接收过程中，由所述通信系统配置模块通过所述通用计算机数据接口模块和所述射频前端数据接口模块，动态配置所述接收射频模块的接收帧长参数；在发送过程中，由所述通信系统配置模块通过所述通用计算机数据接口模块和所述射频前端数据接口模块，动态配置所述发送射频模块的发送帧长参数。

如上所述，本发明的基于RTX的双向通信软件无线电实现装置及方法，具有以下有益效果：本方法中利用RTX驱动模块可以保障对中断请求(IRQs)、输入输出(I/O)和内存的精确控制，通过使用中断的方式实现硬件板卡与通用处理器时钟对齐与数据交互，提升了基于通用处理器(GPP)和Windows操作系统的双向通信系统基带处理的实时性和CPU资源的利用效率，同时又具有虚拟无线电系统的优点，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明基于RTX的双向通信软件无线电实现装置示意图。

图2为本发明实施例二中基于RTX的双向通信软件无线电实现方法的流程示意图。

图3为本发明实施例三中基于RTX的双向通信软件无线电实现方法的流程示意图。

元件标号说明

10 射频前端模块

101 接收射频模块

102 发送射频模块

103 射频前端数据接口模块

20 通用计算机数据接口模块

30 数据缓存模块

301 接收数据缓存模块

302 发送数据缓存模块

40 RTX驱动模块

401 接收基带处理模块

402 发送基带处理模块

403 通信高层协议处理模块

404 通信系统配置模块

405 通信系统状态机模块

50 应用层处理模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

传统的软件无线电系统基于DSP和FPGA架构，具有实时性强、处理速度快等优点，目前已有广泛应用。但该类系统存在通用性不强、测试环境复杂、用户界面不友好、可植入性差、硬件的依赖对开发人员要求很高等不足。与之相比，基于通用处理器(GPP)和通用操作系统的虚拟无线电系统具有开发成本低、周期短、无需可编程器件，在通用环境上开发即可，开发人员能相对快速熟悉体系架构和开发环境，系统升级快捷，灵活性高。

传统基于通用处理器(GPP)和通用操作系统的虚拟无线电系统普遍存在实时性差的缺点，从而限制了其在实时性要求高的双向通信场景下的应用。本发明采用了RTX对Windows实时性扩展特性，设计了一种基于Windows操作系统可增强实时性的双向通信系统实现装置及方法。本方法通过使用中断的方式实现硬件板卡与通用处理器时钟对齐与数据交互，提升了基于GPP和Windows操作系统的双向通信系统基带处理的实时性和CPU资源的利用效率，同时又具有虚拟无线电系统的优点，具有良好的应用前景。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种基于RTX的双向通信软件无线电实现装置，所述装置至少包括：射频前端模块10、通用计算机数据接口模块20、数据缓存模块30、RTX驱动模块40及应用层处理模块50。

所述射频前端模块10用于接收和发送射频信号。

所述通用计算机数据接口模块20与所述射频前端模块10相连，用于传输控制命令及数据；

所述数据缓存模块30与所述通用计算机数据接口模块20相连，用于存储接收和发送的基带信号数据；

所述RTX驱动模块40与所述数据缓存模块30以及所述通用计算机数据接口模块20分别相连，用于控制所述射频前端模块10的参数初始化配置，同时用于读取所述数据缓存模块30的接收数据进行基带信号处理或将待发送基带信号处理输出数据写入所述数据缓存模块30；

所述应用层处理模块50与所述RTX驱动模块40相连，用于对来自所述RTX驱动模块40的数据，进行应用层处理或将应用层处理输出数据传输给所述RTX驱动模块40以备基带处理。

其中，具体地，所述射频前端模块10包括：接收射频模块101、射频前端数据接口模块103以及发送射频模块102。

所述接收射频模块101用于接收来自天线的射频信号，并通过下混频器和模数转换器将所述射频信号转换为接收数字基带信号数据。

所述射频前端数据接口模块103与所述接收射频模块101相连以及所述通用计算机数据接口模块20分别相连，用于与所述通用计算机数据接口模块20配合，传输控制命令及数字基带信号数据。更具体地，所述射频前端数据接口模块103用于与通用计算机数据接口模块20配合实现所述射频前端模块10与通用计算机之间进行接收和发送信号数据、系统参数、控制命令的传输，以及存储发射数据。

所述发送射频模块102与所述射频前端数据接口模块103相连，用于从所述射频前端数据接口模块103中读取发送数字基带信号数据，并通过数模转换器和上混频器将所述发送数字基带信号数据转换为射频信号，以通过天线发射。

具体地，所述数据缓存模块30包括：接收数据缓存模块301和发送数据缓存模块302。

所述接收数据缓存模块301与所述通用计算机数据接口模块20相连，且所述接收数据缓存模块301还连接至所述RTX驱动模块40，用于存储接收数字基带信号数据。

所述发送数据缓存模块302，与所述RTX驱动模块40相连，且所述发送数据缓存模块302还连接至所述通用计算机数据接口模块20，用于存储发送数字基带信号数据。

具体地，所述RTX驱动模块40包括：接收基带处理模块401、通信高层协议处理模块403、发送基带处理模块402、通信系统状态机模块405以及通信系统配置模块404。

所述接收基带处理模块401与所述接收数据缓存模块301相连，用于对从所述接收数据缓存模块301获取的接收数字基带信号数据进行信道均衡、符号解调和信道解码等通信系统接收物理层基带信号处理，获得接收基带信息比特数据。

所述通信高层协议处理模块403与所述接收基带处理模块401相连，用于从所述接收基带处理模块401输出的所述接收基带信息比特数据中解析出接收的高层协议源数据，如IP包，并将所述接收的高层协议源数据传输给应用层处理模块50进行应用层处理；且所述通信高层协议处理模块403还连接至所述发送基带处理模块402，用于对应用层处理后的待发送的高层协议源数据进行协议封装，形成与发送基带处理输入数据格式匹配的发送基带信息比特数据，并输出给发送基带处理模块402。

所述发送基带处理模块402与所述通信高层协议处理模块403相连，同时所述发送基带处理模块402连接至所述发送数据缓存模块302，用于对所述通信高层协议处理模块403的输出的基带信息比特数据，进行编码、星座调制和波形调制等通信系统发送物理层基带处理。

所述通信系统状态机模块405与所述应用层处理模块50及所述通用计算机数据接口模块20相连，同时所述通信系统状态机模块405分别连接至所述接收数据缓存模块301、所述发送数据缓存模块302、所述接收基带处理模块401、所述通信高层协议处理模块403以及所述发送基带处理模块402，用于控制所述射频前端模块10中发送射频模块102和接收射频模块101的参数初始化配置和所述接收基带处理模块401、所述发送基带处理模块402及所述通信高层协议处理模块403的启动。

所述通信系统配置模块404与所述通信系统状态机模块405相连，同时连接至所述通用计算机数据接口模块20，用于配置所述接收射频模块101和所述发送射频模块102的参数，并控制所述接收射频模块101和所述发送射频模块102的启动和停止。例如，配置所述接收射频模块101的载波频率、采样率、接收增益等参数和发所述送射频模块102的载波频率、采样率、发送增益等参数，以及预置或动态配置所述接收射频模块101的接收帧长参数和所述发送射频模块102的发送帧长参数。

具体地，所述应用层处理模块50用于接收来自所述通信高层协议处理模块403的接收的高层协议源数据，并进行应用层处理；同时，将来自相关应用需要传输的待发送的高层协议源数据，发给所述信高层协议处理模块403。

实施例二

本实施例提供一种基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，所述方法可以利用实施例一中的装置来实现。本实施例中的系统模式参数选择主设备模式，即所述通信系统状态机模块先启动主设备发送过程，后启动主设备接收过程。如图1和图2所示，所述方法包括如下步骤：

S1，利用RTX驱动模块40中的通信系统状态机模块405，控制射频前端模块10中的接收射频模块101和发送射频模块102进行参数初始化配置；

S2，所述通信系统状态机模块405进入发送状态，利用所述通信系统状态机模块405启动所述RTX驱动模块40中的通信高层协议处理模块403和发送基带处理模块402；之后，所述发送基带处理模块402从所述通信高层协议处理模块403中获取其输出的基带信息比特数据，并将所述基带信息比特数据进行通信系统发送物理层基带处理后存储至发送数据缓存模块302；接着，射频前端模块10中的射频前端数据接口模块103和发送射频模块102收到所述通信系统状态机模块405的发送命令，然后由所述射频前端数据接口模块103通过通用计算机数据接口模块20从所述发送数据缓存模块302中读取数据，再由所述发送射频模块102从所述射频前端数据接口模块103读取数据并转换成射频信号发射，完成发射过程；

S3，所述通信系统状态机模块405进入接收状态，所述射频前端模块10中的接收射频模块101收到所述通信系统状态机模块405的接收命令后，接收射频信号并转换为数字基带信号数据；然后，依次通过所述射频前端模块10中的射频前端数据接口模块103以及通用计算机数据接口模块20将信号数据传输至接收数据缓存模块301；利用所述通信系统状态机模块405启动所述RTX驱动模块40中的接收基带处理模块401和所述通信高层协议处理模块403，所述接收基带处理模块401从所述接收数据缓存模块301读取信号数据并进行通信系统接收物理层基带信号处理，获得接收基带信息比特数据；所述通信高层协议处理模块403从所述接收基带处理模块401输出的所述接收基带信息比特数据中解析出接收的高层协议源数据，如IP包，并将所述接收的高层协议源数据传输给应用层处理模块50，完成接收过程。

需要说明的是，本方法主要由所述通信系统状态机模块405来进行控制。

步骤S1中，利用RTX驱动模块40中的通信系统状态机模块405，控制所述射频前端模块10中的接收射频模块101和发送射频模块102进行参数初始化配置，过程具体为：

1)所述RTX驱动模块40中的通信系统配置模块404收到所述通信系统状态机模块405的初始化参数配置命令后，从应用层处理模块50获取系统初始化参数和系统模式参数。

本步骤中，更为具体地，当所述通信系统状态机模块405判断进入初始化状态时，该模块向通信系统配置模块404发送“初始化参数配置命令”；所述通信系统配置模块404收到“初始化参数配置命令”后，获取来自应用层处理模块50的系统初始化参数和系统模式参数。

2)所述通信系统配置模块404根据所述系统初始化参数，通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103，配置所述接收射频模块101和所述发送射频模块102的参数。

本步骤中，更为具体地，所述通信系统配置模块404根据系统初始化参数，通过所述通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103，一方面向接收射频模块101发送“预置接收参数”，配置接收射频模块101的载波频率、采样率、接收增益等参数；另一方面向发送射频模块102发送“预置发送参数”，配置发送射频模块102的载波频率、采样率、发送增益等参数。同时，本步骤中，通信系统配置模块404根据输入的系统模式参数，判断通信系统是否采用固定帧结构模式，若是，则通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103，一方面向接收射频模块101发送“预置接收参数”，配置接收射频模块101的接收帧长参数；另一方面向发送射频模块102发送“预置发送参数”，配置发送射频模块102的发送帧长参数；否则，在后续的接收和发送过程中动态配置接收射频模块101的接收帧长参数和发送射频模块102的发送帧长参数。

所述接收射频模块101完成参数配置后，等待通信系统状态机模块405发出的“接收命令”，若收到“接收命令”则进入通信接收状态，否则等待接收状态。

所述发送射频模块102完成参数配置后，等待通信系统状态机模块405发出的“发送命令”，若收到“发送命令”则进入通信发送状态，否则等待发送状态。

由于本实施例的系统模式参数为主设备模式，所以先启动完成步骤S2的发送过程，再启动完成步骤S3的接收过程。

步骤S2为主设备发送过程，更为具体的步骤如下：

(1)通信系统状态机模块405进入发送状态。

(2)通信系统状态机模块405根据获取的系统模式参数，判断是否采用固定帧结构模式，若是则直接运行步骤(3)，否则采用动态帧结构模式，运行步骤(11)。

(3)通信系统状态机模块405根据射频前端模块采用的外部时钟或计算机内部定义的时钟确定发送起始时间，并将发送起始时间通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103发给发送射频模块102。

(4)通信系统状态机模块405启动通信高层协议处理模块403和发送基带处理模块402，并向发送基带处理模块传输发送帧长参数。

(5)通信高层协议处理模块403获取来自应用层处理模块的待发送的高层协议源数据，如IP包，若未获得处于查询等待状态；若获得，则对该高层协议源数据进行协议封装，形成与发送基带处理输入数据格式匹配的发送基带信息比特数据，存于通信高层协议处理模块的输出缓存中，以备发送基带处理模块402从其输出缓存中读取及处理。

(6)发送基带处理模块402根据发送帧长参数，从通信高层协议处理的输出缓存中读取一定量的发送基带信息比特数据，进行信道编码、符号调制、成帧等通信系统发送物理层处理，并将成帧的发送信号数据存入发送数据缓存模块302内置的存储单元中，同时通知状态机待发数据以完成。通知方式可以采用消息触发方式。

(7)通信系统状态机模块405收到来自发送基带处理模块402的发送数据已备触发消息后，通过通用计算机数据接口模块20向射频前端数据接口模块103和发送射频模块102发送“发送命令”。

(8)射频前端数据接口模块103收到“发送命令”后，根据初始化获得的发送帧长参数，通过通用计算机数据接口模块20从发送数据缓存模块读取相应长度的发送数据，存于射频前端数据接口模块内置的存储单元中。

(9)发送射频模块102，根据获得的发送起始时间，从射频前端数据接口模块内置的存储单元中读取数据，并将其转换射频信号通过天线发射；同时启动发送射频模块103内置的发送数据计时器，该计时器的计时值与初始化时或动态获得的发送帧长进行比较。

(10)当发送数据计时器的计时值达到发送帧长时，停止步骤(9)。

(11)通信系统状态机模块405向通信系统配置模块404发送“动态发送参数配置命令”。

(12)通信系统配置模块404根据动态获取的系统参数，通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103，向发送射频模块102发送“动态接收参数”，配置发送射频模块101的发送帧长参数。

步骤S3为主设备接收过程，更为具体的步骤如下：

(1)通信系统状态机模块405进入接收状态。

(2)通信系统状态机模块405判断是否采用固定帧结构模式，若是，则运行步骤(3)，否则采用动态帧结构模式，运行步骤(14)。

(3)通信系统状态机模块405根据获得的发送起始时间以及接收帧长参数和发送帧长参数，计算获得接收起始时间，并将接收起始时间通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103发给接收射频模块101。

(4)通信系统状态机模块405通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103向接收射频模块101发送“接收命令”。

(5)接收射频模块101收到“接收命令”后，根据获得的接收起始时间，开始从天线接收射频信号并转换为数字基带信号数据，同时启动射频前端数据接口模块103内置的接收数据计时器，该计时器与初始化时获得的预设接收帧长进行比较。射频前端数据接口模块103，通过通用计算机数据接口模块20，将接收数字基带信号数据写入接收数据缓存模块301内置的存储单元中。

(6)当射频前端数据接口模块103向接收数据缓存模块301内置的存储单元写入的数据达到一定量后，在保持将数字信号数据写入接收数据缓存模块内置的存储单元的同时，射频前端数据接口模块103，通过通用计算机数据接口20，向通用计算机发送一个“开始数据接收”IRQ中断。

(7)通信系统状态机405接收到“开始数据接收”IRQ中断，启动接收基带处理模块401和通信高层协议处理模块403。

(8)接收基带处理模块401按既定的“更新数据标识”，从接收数据缓存模块301内置的存储单元中读取接收的数字基带信号数据。其中“更新数据标识”由射频前端数据接口模块103生成，并随信号数据一并写入数据缓冲模块内置的存储单元中。对于已读取的数据，由接收基带处理模块重置“更新数据标识”，以免数据重复读取。

(9)当接收基带处理模块401读取的数据达到一定量后，开始对接收信号进行同步检测。通过定时检测获得接收信号的起始时间，并将该接收起始时间通知通信系统状态机。

(10)接收基带处理模块401根据接收信号的起始时间，对获取的接收信号数据进行信道均衡、符号解调和信道解码等通信系统接收物理层处理，获得接收的基带信息比特数据，并存于接收基带处理模块的输出缓存中，同时通知通信高层协议处理模块403从接收基带处理模块401的输出缓存中读取。

(11)通信高层协议处理模块403从接收基带处理模块401的输出缓存中读取接收的基带信息比特数据后，进行MAC层协议解封装等通信高层协议层处理，获得接收的高层协议源数据，如IP包，传输给应用层处理模块50。

(12)当步骤(5)中射频前端数据接口模块103内置的接收数据计时器的计时值达到初始化时获得的预设接收帧长时，一方面，射频前端数据接口模块向接收射频模块101发送“停止接收命令”，接收射频模块收到该命令后进入等待状态；另一方面，射频前端数据接口模块103，在最后接收的信号数据尾部添加既定的“数据结束标示”，并通过通用计算机数据接口20，写入数据缓冲模块内置的存储单元中。

(13)当接收基带处理模块401从接收数据缓存模块301内置的存储单元中读取接收的信号数据中查询到“数据结束标示”，结束从接收数据缓存模块301内置的存储单元中读取接收的信号数据，并且当完成已读取数据的通信系统接收物理层处理后，该模块结束运行退出。

(14)通信系统状态机模块405向通信系统配置模块404发送“动态接收参数配置命令”。

(15)通信系统配置模块404根据动态获取的系统参数，通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103，向接收射频模块101发送“动态接收参数”，配置接收射频模块101的接收帧长参数。

(16)执行步骤(3)。

实施例三

本实施例提供一种基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，所述方法可以利用实施例一中的装置来实现。本实施例中的系统模式参数选择从设备模式，即所述通信系统状态机模块先启动从设备接收过程，后启动从设备发送过程。如图1和图3所示，所述方法包括如下步骤：

S1’，利用RTX驱动模块40中的通信系统状态机模块405，控制射频前端模块10中的接收射频模块101和发送射频模块102进行参数初始化配置；

S2’，所述通信系统状态机405模块进入接收状态，所述射频前端模块10中的接收射频模块101收到所述通信系统状态机模块405的接收命令后，接收射频信号并转换为数字基带信号数据；然后，依次通过所述射频前端模块10中的射频前端数据接口模块103以及通用计算机数据接口模块20将信号数据传输至接收数据缓存模块301；利用所述通信系统状态机模块405启动所述RTX驱动模块40中的接收基带处理模块401和通信高层协议处理模块403，所述接收基带处理模块401从所述接收数据缓存模块301读取信号数据并进行通信系统接收物理层基带信号处理，获得接收基带信息比特数据；所述通信高层协议处理模块403从所述接收基带处理模块401输出的所述接收基带信息比特数据中解析出接收的高层协议源数据，如IP包，并将所述接收的高层协议源数据传输给应用层处理模块50，完成接收过程；

S3’，所述通信系统状态机模块405进入发送状态，利用所述通信系统状态机模块405启动所述RTX驱动模块40中的通信高层协议处理模块403和发送基带处理模块402；之后，所述发送基带处理模块402从所述通信高层协议处理模块403获取其输出的发送基带信息比特数据，并将所述发送基带信息比特数据进行通信系统发送物理层基带处理后存储至发送数据缓存模块302；接着，射频前端模块10中的射频前端数据接口模块103和发送射频模块102收到所述通信系统状态机模块405的发送命令，然后由所述射频前端数据接口模块103通过通用计算机数据接口模块20从所述发送数据缓存模块302中读取数据，再由所述发送射频模块102从所述射频前端数据接口模块103读取数据并转换成射频信号发射，完成发射过程。

需要说明的是，本方法主要由所述通信系统状态机模块405来进行控制。

本实施例中的步骤S1’与实施例二中的步骤S1相同，在此不再赘述。

由于本实施例的系统模式参数为从设备模式，所以先启动完成步骤S2’的接收过程，再启动完成步骤S3’的发送过程。

步骤S2’为从设备接收过程，更为具体的步骤如下：

(1)通信系统状态机模块405进入接收状态。

(2)通信系统状态机模块405判断是否采用固定帧结构模式，若是，则运行步骤(3)，否则采用动态帧结构模式，运行步骤(13)。

(3)通信系统状态机模块405通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103向接收射频模块101发送“接收命令”。

(4)接收射频模块101收到“接收命令”后，进入接收状态，并开始将从天线接收的射频信号转换为接收数字基带信号数据，同时启动射频前端数据接口模块103内置的接收数据计时器，该计时器与初始化时获得的预设接收帧长进行比较。射频前端数据接口模块103，通过通用计算机数据接口模块20，将信号数据写入接收数据缓存模块301内置的存储单元中。

(5)当射频前端数据接口模块103向接收数据缓存模块301内置的存储单元写入的数据达到一定量后，在保持将数字信号数据写入接收数据缓存模块内置的存储单元的同时，射频前端数据接口模块103，通过通用计算机数据接口20，向通用计算机发送一个“开始数据接收”IRQ中断。

(6)通信系统状态机接收到“开始数据接收”IRQ中断，启动接收基带处理模块401和通信高层协议处理模块403。

(7)接收基带处理模块401按既定的“更新数据标识”，从接收数据缓存模块301内置的存储单元中读取接收的数字基带信号数据。其中“更新数据标识”由射频前端数据接口模块103生成，并随信号数据一并写入数据缓冲模块内置的存储单元中。对于已读取的数据，由接收基带处理模块重置“更新数据标识”，以免数据重复读取。

(8)当接收基带处理模块401读取的数据达到一定量后，开始对接收信号进行同步检测。通过定时检测或得接收信号的起始时间，并将该接收起始时间通知通信系统状态机。

(9)接收基带处理模块401根据接收信号的起始时间，对获取的接收信号数据进行信道均衡、符号解调和信道解码等通信系统接收物理层处理，获得发送端的发送基带信息比特数据，并存于接收基带处理模块的输出缓存中，同时通知通信高层协议处理模块403从接收基带处理模块401的输出缓存中读取。

(10)通信高层协议处理模块403从接收基带处理模块401的输出缓存中读取接收的基带信息比特数据后，进行MAC层协议解封装等通信高层协议层处理，获得接收的高层协议源数据，如IP包，传输给应用层处理模块50。

(11)当步骤(4)中射频前端数据接口模块103内置的接收数据计时器的计时值达到初始化时获得的预设接收帧长时，一方面，射频前端数据接口模块向接收射频模块101发送“停止接收命令”，接收射频模块收到该命令后进入等待状态；另一方面，射频前端数据接口模块103，在最后接收的信号数据尾部添加既定的“数据结束标示”，并通过通用计算机数据接口20，写入数据缓冲模块内置的存储单元中。

(12)当接收基带处理模块401从接收数据缓存模块301内置的存储单元中读取接收的信号数据中查询到“数据结束标示”，结束从接收数据缓存模块301内置的存储单元中读取接收的信号数据，并且当完成已读取数据的通信系统接收物理层处理后，该模块结束运行退出。

(13)通信系统状态机模块405向通信系统配置模块404发送“动态接收参数配置命令”。

(14)通信系统配置模块404根据动态获取的系统参数，通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103，向接收射频模块101发送“动态接收参数”，配置接收射频模块101的接收帧长参数。

(15)执行步骤(3)。

步骤S3’为从设备发送过程，更为具体的步骤如下：

(1)通信系统状态机模块405进入发送状态。

(2)通信系统状态机模块405根据获取的系统模式参数，判断是否采用固定帧结构模式，若是则直接运行步骤(3)，否则采用动态帧结构模式，运行步骤(11)。

(3)通信系统状态机模块405根据获得的接收起始时间以及接收帧长参数和发送帧长参数，计算获得发送起始时间，并将发送起始时间通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103发给发送射频模块102。

(4)通信系统状态机模块405启动通信高层协议处理模块403和发送基带处理模块402，并向发送基带处理模块传输发送帧长参数。

(5)通信高层协议处理模块403获取来自应用层处理模块的待发送的高层协议源数据，如IP包，若未获得处于查询等待状态；若获得，则对该高层协议源数据进行协议封装，形成与发送基带处理输入数据格式匹配的发送基带信息比特数据，存于通信高层协议处理模块的输出缓存中，同时通知发送基带处理模块402从其输出缓存中读取及处理。

(6)发送基带处理模块402根据发送帧长参数，从通信高层协议处理的输出缓存中读取一定量的发送基带信息比特数据，进行信道编码、符号调制、成帧等通信系统发送物理层处理，并将成帧的发送信号数据存入发送数据缓存模块302内置的存储单元中，同时通知状态机待发数据以完成。通知方式可以采用消息触发方式。

(7)通信系统状态机模块405收到来自发送基带处理模块402的发送数据已备触发消息后，通过通用计算机数据接口模块20向射频前端数据接口模块103和发送射频模块102发送“发送命令”。

(8)射频前端数据接口模块103收到“发送命令”后，根据初始化获得的发送帧长参数，通过通用计算机数据接口模块20从发送数据缓存模块读取相应长度的发送数据，存于射频前端数据接口模块内置的存储单元中。

(9)发送射频模块102，根据获得的发送起始时间，从射频前端数据接口模块内置的存储单元中读取数据，并将其转换射频信号通过天线发射；同时启动发送射频模块103内置的发送数据计时器，该计时器的计时值与初始化时或动态获得的发送帧长进行比较。

(10)当发送数据计时器的计时值达到发送帧长时，停止步骤(9)。

(11)通信系统状态机模块405向通信系统配置模块404发送“动态发送参数配置命令”。

(12)通信系统配置模块404根据动态获取的系统参数，通过通用计算机数据接口模块20和射频前端数据接口模块103，向发送射频模块102发送“动态接收参数”，配置发送射频模块101的发送帧长参数。

作为示例，所述通用计算机数据接口模块20包括PCIE接口和USB接口中的至少一种，所述射频前端数据接口模块103包括PCIE接口和USB接口中的至少一种，当然，所述通用计算机数据接口模块20和所述射频前端数据接口模块103也可以是其他适合的通用高速接口，在此不限。本实施例中，所述通用计算机数据接口模块20中的数据接口以及射频前端数据接口模块103采用PCIE接口和USB接口实现。数据传送采用DMA方式实现。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种基于RTX的双向通信软件无线电实现装置，其特征在于，所述装置至少包括：

射频前端模块，用于接收和发送射频信号；所述射频前端模块包括接收射频模块，射频前端数据接口模块和发送射频模块；当系统模式参数选择主设备模式时，先完成发送过程后完成接收过程，发送射频模块收到来自通信系统状态机模块的发送控制命令后，根据获得的发送起始时间，从射频前端数据接口模块中读取数据，并将其转换为射频信号通过天线发射，通信系统状态机模块根据获得的发送起始时间以及接收帧长参数和发送帧长参数，计算获得接收起始时间，接收射频模块根据获得的接收起始时间，开始从天线接收射频信号并转换为数字基带信号数据；当系统模式参数选择从设备模式时，先完成接收过程后完成发送过程，接收射频模块收到来自通信系统状态机模块的接收控制命令后，从天线接收的射频信号转换为接收数字基带信号数据，通信系统状态机模块根据获得的接收起始时间以及接收帧长参数和发送帧长参数，计算获得发送起始时间，发送射频模块根据获得的发送起始时间，从射频前端数据接口模块内置的存储单元中读取数据，并将其转换射频信号通过天线发射；

通用计算机数据接口模块，与所述射频前端模块相连，用于传输控制命令及数据；

数据缓存模块，与所述通用计算机数据接口模块相连，用于存储接收和发送的基带信号数据；

RTX驱动模块，与所述数据缓存模块以及所述通用计算机数据接口模块分别相连，用于控制所述射频前端模块的参数初始化配置，同时用于读取所述数据缓存模块的接收数据进行基带信号处理或将待发送基带信号处理输出数据写入所述数据缓存模块；

应用层处理模块，与所述RTX驱动模块相连，用于接收所述RTX驱动模块的数据，进行应用层处理或将应用层处理输出数据传输给所述RTX驱动模块以备基带处理；

所述RTX驱动模块包括接收基带处理模块、通信高层协议处理模块、发送基带处理模块、通信系统状态机模块以及通信系统配置模块，所述通信系统状态机模块与所述应用层处理模块及所述通用计算机数据接口模块相连，同时所述通信系统状态机模块分别连接至接收数据缓存模块、发送数据缓存模块、接收基带处理模块、通信高层协议处理模块以及发送基带处理模块，用于控制所述射频前端模块中发送射频模块和接收射频模块的参数初始化配置和所述接收基带处理模块、所述发送基带处理模块及所述通信高层协议处理模块的启动；所述通信系统配置模块与所述通信系统状态机模块相连，同时连接至所述通用计算机数据接口模块，用于根据所述系统初始化参数，配置所述接收射频模块和所述发送射频模块的参数，并控制所述接收射频模块和所述发送射频模块的启动和停止，所述通信系统配置模块收到所述通信系统状态机模块的初始化参数配置命令后，从应用层处理模块获取系统初始化参数和系统模式参数。

2.根据权利要求1所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现装置，其特征在于：所述射频前端数据接口模块与所述接收射频模块相连以及所述通用计算机数据接口模块分别相连，用于与所述通用计算机数据接口模块配合，传输控制命令及数字基带信号数据。

3.根据权利要求2所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现装置，其特征在于：所述数据缓存模块包括：

接收数据缓存模块，与所述通用计算机数据接口模块相连，且所述接收数据缓存模块还连接至所述RTX驱动模块，用于存储接收数字基带信号数据；

发送数据缓存模块，与所述RTX驱动模块相连，且所述发送数据缓存模块还连接至所述通用计算机数据接口模块，用于存储发送数字基带信号数据。

4.根据权利要求3所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现装置，其特征在于：所述RTX驱动模块包括：

接收基带处理模块，与所述接收数据缓存模块相连，用于对从所述接收数据缓存模块获取的接收数字基带信号数据进行通信系统接收物理层基带信号处理，获得接收基带信息比特数据；

通信高层协议处理模块，与所述接收基带处理模块相连，用于从所述接收基带处理模块输出的所述接收基带信息比特数据中解析出接收的高层协议源数据，并将所述接收的高层协议源数据传输给应用层处理模块进行应用层处理；且所述通信高层协议处理模块还连接至所述发送基带处理模块，用于对应用层处理后的待发送的高层协议源数据进行协议封装，形成与发送基带处理输入数据格式匹配的发送基带信息比特数据，并输出给发送基带处理模块；

发送基带处理模块，与所述通信高层协议处理模块相连，同时所述发送基带处理模块连接至所述发送数据缓存模块，用于读取所述通信高层协议处理模块输出的基带信息比特数据，进行通信系统发送物理层基带处理。

5.根据权利要求2所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现装置，其特征在于：所述通用计算机数据接口模块包括PCIE接口和USB接口中的至少一种，所述射频前端数据接口模块包括PCIE接口和USB接口中的至少一种。

6.一种基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，其特征在于，所述方法至少包括：

RTX驱动模块中的通信系统状态机模块进入发送状态，利用所述通信系统状态机模块启动所述RTX驱动模块中的通信高层协议处理模块和发送基带处理模块；之后，所述发送基带处理模块从所述通信高层协议处理模块获取其输出的基带信息比特数据，并将所述基带信息比特数据进行通信系统发送物理层基带处理后存储至发送数据缓存模块；接着，射频前端模块中的射频前端数据接口模块和发送射频模块收到所述通信系统状态机模块的发送命令，然后由所述射频前端数据接口模块通过通用计算机数据接口模块从所述发送数据缓存模块中读取数据，再由所述发送射频模块从所述射频前端数据接口模块读取数据并转换成射频信号发射，完成发射过程；

所述通信系统状态机模块进入接收状态，所述射频前端模块中的接收射频模块收到所述通信系统状态机模块的接收命令后，接收射频信号并转换为数字基带信号数据；然后，依次通过所述射频前端模块中的射频前端数据接口模块以及通用计算机数据接口模块将信号数据传输至接收数据缓存模块；利用所述通信系统状态机模块启动所述RTX驱动模块中的接收基带处理模块和所述通信高层协议处理模块，所述接收基带处理模块从所述接收数据缓存模块读取信号数据并进行通信系统接收物理层基带信号处理，获得接收基带信息比特数据；所述通信高层协议处理模块从所述接收基带处理模块输出的所述接收基带信息比特数据中解析出接收的高层协议源数据，并将所述接收的高层协议源数据传输给应用层处理模块，完成接收过程；

利用RTX驱动模块中的通信系统状态机模块，控制射频前端模块中的接收射频模块和发送射频模块进行参数初始化配置，该过程为：1）所述RTX驱动模块中的通信系统配置模块收到所述通信系统状态机模块的初始化参数配置命令后，从应用层处理模块获取系统初始化参数和系统模式参数；2）所述通信系统配置模块根据所述系统初始化参数，通过通用计算机数据接口模块和射频前端数据接口模块，配置所述接收射频模块和所述发送射频模块的参数；

所述通信系统配置模块根据输入的系统模式参数，判断通信系统是否采用固定帧结构模式，若是，通信系统配置模块向接收射频模块发送“预置接收参数”，配置接收射频模块的接收帧长参数，同时向发送射频模块发送“预置发送参数”，配置发送射频模块的发送帧长参数；否则，通信系统配置模块在后续的接收和发送过程中动态配置接收射频模块的接收帧长参数和发送射频模块的发送帧长参数。

7.根据权利要求6所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，其特征在于：所述系统模式参数包括主设备模式和从设备模式中的一种。

8.根据权利要求7所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，其特征在于：所述系统模式参数为主设备模式，则先完成所述发射过程后完成所述接收过程。

9.根据权利要求8所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，其特征在于：所述系统模式参数为从设备模式，则先完成所述接收过程后完成所述发射过程。

10.根据权利要求8或9所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，其特征在于：所述系统模式参数还包括固定帧结构模式和动态帧结构模式中的一种。

11.根据权利要求10所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，其特征在于：所述系统模式参数包括固定帧结构模式，则在进行所述参数初始化配置时，所述接收射频模块的配置参数包括固定的接收帧长参数，所述发送射频模块的配置参数包括固定的发送帧长参数。

12.根据权利要求10所述的基于RTX的双向通信软件无线电实现方法，其特征在于：所述系统模式参数包括动态帧结构模式，则在接收过程中，由所述通信系统配置模块通过所述通用计算机数据接口模块和所述射频前端数据接口模块，动态配置所述接收射频模块的接收帧长参数；在发送过程中，由所述通信系统配置模块通过所述通用计算机数据接口模块和所述射频前端数据接口模块，动态配置所述发送射频模块的发送帧长参数。

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