CN111200450B - 一种宽带软件可重构射频装置和浮标 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于宽带软件可重构射频装置和浮标，用以在正常频率无法使用导致通信中断时，提供一种具有动态范围的可配置带宽频率和满足不同通信标准的性能指标要求的无线电收发射频电路，满足紧急状态时的通信需求。宽带软件可重构射频装置，包括：日常通信单元，用于在正常通信频率可用时，接收发送端通过正常通信频率发送的无线射频信号并处理后输出；应急通信单元，用于在正常通信频段不可用时，在除所述正常通信频段以外的可用通信频段上构建预设带宽的无线通信信道；利用重构的无线通信信道处理接收到的无线射频信号后输出；综合处理机，用于控制宽带软件可重构射频装置在日常通信单元和应急通信单元之间的切换。

Description

一种宽带软件可重构射频装置和浮标

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种基于宽带软件可重构射频装置和浮标。

背景技术

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。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。

在一些特殊应用场景中，例如，紧急状态时，正常通信频段由于通信链路被压制无法使用将导致通信中断，因此，如何保障紧急状态时的通信成为现有技术中亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明实施例提供一种基于宽带软件可重构射频装置和浮标，用以在正常频段无法使用导致通信中断时，提供一种具有动态范围的可配置带宽频段和满足不同通信标准的性能指标要求的无线电收发射频电路，满足紧急状态时的通信需求。

本发明实施例提供一种宽带软件可重构射频装置，包括日常通信单元、应急通信单元和综合处理机，其中：

所述日常通信单元，用于在正常通信频段可用时，接收发送端通过所述正常通信频率发送的无线射频信号并处理后输出；

所述应急通信单元，用于在所述正常通信频段不可用时，在除所述正常通信频段以外的可用通信频段上构建预设带宽的无线通信信道；利用重构的无线通信信道处理接收到的无线射频信号后输出；

所述综合处理机，用于控制所述宽带软件可重构射频装置在日常通信单元和应急通信单元之间的切换。

在一种实施方式中，所述日常通信单元，包括以下至少一项：短波通信信道、特高频UHF卫星通信信道、全球定位系统GPS卫星通信信道、北斗卫星通信信道和无人机通信信道。

在一种实施方式中，所述正常通信频段包括短驳通信频段、UHF卫星通信频段、GPS卫星通信频段、北斗卫星通信频段和无人机通信频段。

在一种实施方式中，所述日常通信单元，还包括多路耦合器；

所述多路耦合器，用于隔离各个通信信道以及每一通信信道内的接收信道和发射信道。

在一种实施方式中，所述应急通信单元包括发射信道和接收信道，其中，所述发射信道由数模转换模块、可重构信道选择滤波器、可变增益放大器、本振、可重构带通滤波器和功率放大器PA依次连接组成；所述接收通道由低噪声放大器LNA、可重构带通滤波器、本振、可重构信道选择滤波器、可变增益放大器、模数转换模块依次连接组成。

在一种实施方式中，所述应急通信单元还包括多路耦合器，用于隔离所述发射信道和所述接收信道。

本发明实施例还提供了一种浮标，所述浮标搭载有上述的任一宽带软件可重构射频装置。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明提供的宽带软件可重构射频装置和浮标，包括日常通信单元和应急通信单元，其中，日常通信单元用于在正常通信频段可以使用的情况下，对在正常通信频段接收到的无线射频信号进行处理，当正常通信频段不可用时，通过应急通信单元在除正常通信频段以外的可用频段上重构相应带宽的无线通信信道，并利用重构的无线通信信道对接收到的射频信号进行处理，由此实现了在正常频段无法使用导致通信中断时，重构了一种具有动态范围的可配置带宽频段以满足不同通信标准的性能指标要求和紧急状态时的通信需求。

附图说明

图1为根据本发明实施例的宽带软件可重构射频装置的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

如图1所示，其为本发明实施例提供的宽带软件可重构射频装置，包括日常通信单元11，应急通信单元12和综合处理机13，其中：

所述日常通信单元11，用于在正常通信频段可用时，接收发送端通过所述正常通信频率发送的无线射频信号并处理后输出；

所述应急通信单元12，用于在所述正常通信频段不可用时，在除所述正常通信频段以外的可用通信频段上构建预设带宽的无线通信信道；利用重构的无线通信信道处理接收到的无线射频信号后输出；

所述综合处理机13，用于控制所述宽带软件可重构射频装置在日常通信单元和应急通信单元之间的切换。

具体实施时，日常通信单元11可以包括以下至少一项：短波通信信道、UHF(特高频)卫星通信信道、铱星通信信道、北斗卫星通信信道和无人机通信信道。

具体地，在日常通信环境良好情况下，可以满足短波通信、UHF卫星通信、GPS卫星通信、北斗卫星通信以及无人机无线通信等不同体制窄带通信能力，各体制可同时独立工作，为了避免各个通信信道之间以及同一信道内收发信道的干扰，本发明实施例，采用了多路耦合器。多路耦合器同时满足各通信信道之间和同一信道的接收与发射信道之间具有良好的隔离，实现多信道同时收发正常工作。

具体实施时，短波通信的通信频段为3-30MHz，UHF卫星通信的通信频段为0.24-0.4GHz，铱星通信的通信频段为1.578GHz-1.588GHz，北斗卫星通信的通信频段为1.56-1.63GHz，无人机通信的通信频段为1.8GHz-2.4GHz。本发明实施例中，将上述各通信信道的通信频段称为正常通信频段。在日常通信环境下，宽带软件可重构射频装置可以通过上述通信频段接收无线射频信号，以及通过上述通信频段向相应的对端设备发送无线射频信号。

但是，在一些紧急状态时，例如，在正常通信频段发射的无线射频信号被压制或者被干扰的情况下导致接收到的无线射频信号质量较差或者无法接收到无线射频信号，这种情况下，为了满足紧急状态下的通信需求，本发明实施例提供的宽带软件可重构射频装置根据通信环境进行自适应调整，根据通信质量，接入最佳的无线通信网络，射频通道需要具备对3MHz-18GHz频带宽带可重构能力。

有鉴于此，本发明实施例提供的宽带软件可重构射频装置采用3MHz-18GHz的可重构滤波器技术，实现全频段任意可调谐，调谐速度小于1ms。其中，频段可重构滤波器是十分关键的技术，为满足紧急状态下的通信需求采用频率和带宽均可重构滤波器，实现工作频段和带宽的任意选择以及连续可调，使用不同体制的信号。通过高灵敏度、大动态技术通道满足紧急状态时不同应用场景下系统对射频通道灵敏度和动态的要求。具体实施时，可以在除正常可用通信频段以外的可用通信频段上构建一定带宽的无线通信信道，并在构建的无线通信信道上接收发送方发送的无线射频信号。其中，可用通信频段可以根据当前测量的信号强度确定。

基于此，在正常通信频段不可用时，宽带软件可重构射频装置可以切换到应急通信单元进行信号处理，如图1所示，应急通信单元包括发射信道和接收信道，其中，所述发射信道由数模转换模块、可重构信道选择滤波器、可变增益放大器、本振、可重构带通滤波器和功率放大器PA依次连接组成；所述接收通道由低噪声放大器LNA、可重构带通滤波器、本振、可重构信道选择滤波器、可变增益放大器、模数转换模块依次连接组成。

具体实施时，应急通信单元还可以包括多路耦合器，用于应急通信单元的隔离发射信道和接收信道。

本发明实施例中，可以由综合处理机来判断正常工作频段是否可用，例如，在一种实施方式中，如果上述5个通信信道内均未接收到无线射频信号的时长超过预设时长阈值时，可以控制宽带软件可重构射频装置切换到应急通信单元进行信号处理；或者，如果上述5个通信信道内接收到的信号质量均低于预设信号质量阈值，则控制宽带软件可重构射频装置切换到应急通信单元进行信号处理等等。

具体实施时，综合处理机13主要实现信号收发处理、工作单元切换、软硬件可重构控制等，通过配置不同调制、编码方式及控制组网协议的动态加卸载，满足通信系统的要求。综合处理机硬件模块主要包括可编程门阵列模块(FPGA)、通用处理器模块(GPP)、数字信号处理器模块(DSP)，采用FPGA、GPP和DSP融合的可重构模块能满足系统处理的性能要求。综合处理机软件主要由综合操作系统、任务系统、设备驱动软件协议软件组成，根据通信系统的对象的运行状况和通信环境状态产生一个优化的配置和方案从而实现工作模式可软件切换以及收发通道动态重构。

在一个实施例中，本发明实施例还提供了一种浮标，其搭载有本发明实施例所提供的宽带软件可重构射频装置。浮标作为建立水下平台与水面平台、卫星通信的节点，根据任务开展浮标通信电路的设计，实现其各项功能和性能。根据本发明实施例提供的浮标，可重构射频信道满足为浮标系统提供短波通信(3MHz-30MHz)、UHF卫星通信(240MHz-400MHz)、GPS定位通信(1.22-1.57GHz)、北斗定位及短报文功能(1.56-1.62GHz)、无人机通信(840MHz-2.4GHz)、国际海事卫星通信(1.6-2.5GHz)，同时还具备超宽谱电磁信号(0.24GHz～18GHz)分布式感知的能力。

具体实施时，由于浮标平台体积有限，宽带软件可重构射频装置可以采用高密度、轻量化、小型化集成技术，釆用标准化SEM-E模块结构(169.67*149.35*9.65mm)，利用高密度集成技术，单模块可以实现收发射频通道一体集成。宽带软件可重构射频装置使用四个标准SEM-E模块实现系统硬件冗余和动态重构。模块工作时功耗25W且具备超低功耗的待机能力，如果在通信系统运行过程中某一块模块发生故障，系统将启用备份模块或者将故障模块的任务分配给同类模块而确保继续工作，从而满足浮标通信系统不间断工作要求。另外基于应用环境的特殊性，模块集成采用了防水和内部的气密措施，并满足内部电子设备对冲击、振动、温度、湿度等的严格要求，提高系统工作寿命周期。

本发明实施例提供的宽带软件可重构射频装置，根据通信需求将通信模式设置为日常通信模块和应急通信模式两种，分别制定相应的射频通道方案，利用宽带软件可重构滤波器技术，实现工作模式可软件切换以及收发通道动态重构，实现通道任意频带的选择，以实现宽带通道对窄带目标的通信。

本发明实施例提供的浮标高度集成了宽带软件可重构射频装置，并进行了可靠性设计，满足浮标通信系统不间断工作要求，满足浮标海上恶劣环境生存要求。

为了更好地理解本发明，以下结合具体的实施例对本发明的实施过程进行说明。

以浮标的宽带软件可重构射频装置与空中无人机平台和北斗卫星通信为例：

1、空中无人机平台、北斗卫星通信同时向浮标的宽带软件可重构射频装置发起通信请求(发送固定频率的射频信号)；

2、宽带软件可重构射频装置成功接收无人机平台和北斗卫星的射频信号，并通过预设的五种不同体制窄带信道传输给综合处理机；

3、综合处理机判断该通信为日常工作模式，对接收的射频信号经处理，两种通信体制可同时独立工作且互不干扰；

4、利用无线信号干扰器模拟战时无线电信号(2GHz以下低频信号)被干扰或压制情况；

5、无人机平台和北斗卫星的射频信号不能为日常工作模式的浮标所接收，经综合处理机判断后可软件切换为应急通信模式；

6、利用无线信号通信机发送频率3GHz射频信号，模拟紧急状态时应急通信情况(未被干扰可用于通信信号)；

7、浮标的宽带软件可重构射频装置根据所面临的通信环境(2GHz以下低频信号被干扰或压制)产生一个优化的配置和方案，对收发通道动态重构，构建3GHz±100MHz射频信道；

8、浮标宽带软件可重构射频模块成功接收该应急通信信号，经综合处理机处理后发射给无线信号通信机，实现应急通信；

9、关闭无线信号干扰器(解除2GHz以下低频信号干扰或压制情况)，浮标宽带软件可重构射频装置切换为日常模式，与无人机平台和北斗卫星成功通信。

本发明实施例提供的宽带软件可重构射频装置和浮标，可以根据紧急状态下的通信环境状态产生一个优化的配置和方案，从而实现工作模式可软件切换以及收发通道动态重构，解决了浮标的不同通信需求。宽带软件可重构射频模块采用高密度、轻量化、小型化集成技术，使模块工作时功耗低且具备超低功耗的待机能力，从而满足浮标通信系统不间断工作要求，满足浮标海上恶劣环境生存要求，提高系统工作寿命周期，为浮标持续可靠的通信提供了一种基础装置。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (4)

1.一种宽带软件可重构射频装置，其特征在于，所述装置设置在浮标上，包括日常通信单元、应急通信单元和综合处理机，其中：

所述日常通信单元，用于在正常通信频率可用时，接收发送端通过所述正常通信频率发送的无线射频信号并处理后输出；

所述应急通信单元，用于在所述正常通信频段不可用时，在除所述正常通信频段以外的可用通信频段上构建预设带宽的无线通信信道；利用重构的无线通信信道处理接收到的无线射频信号后输出；

所述综合处理机，用于控制所述宽带软件可重构射频装置在日常通信单元和应急通信单元之间的切换；

所述日常通信单元，包括以下至少一项：短波通信信道、特高频UHF卫星通信信道、铱星通信信道、北斗卫星通信信道和无人机通信信道；

所述正常通信频段包括短波通信频段、UHF卫星通信频段、铱星通信频段、北斗卫星通信频段和无人机通信频段；

所述应急通信单元包括发射信道和接收信道，其中，所述发射信道由数模转换模块、可重构信道选择滤波器、可变增益放大器、本振、可重构带通滤波器和功率放大器PA依次连接组成；所述接收通道由低噪声放大器LNA、可重构带通滤波器、本振、可重构信道选择滤波器、可变增益放大器、模数转换模块依次连接组成。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述日常通信单元，还包括多路耦合器；

所述多路耦合器，用于隔离各个通信信道以及每一通信信道内的接收信道和发射信道。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述应急通信单元还包括多路耦合器，用于隔离所述发射信道和所述接收信道。

4.一种浮标，其特征在于，所述浮标搭载有权利要求1～3任一权利要求所述的宽带软件可重构射频装置。

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