CN202602626U

CN202602626U - 一种开放式软件无线电平台

Info

Publication number: CN202602626U
Application number: CN2011203264766U
Authority: CN
Inventors: 钱国明; 陈涛; 陈毅华; 程玉才; 吴金娇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2021-09-02

Abstract

本实用新型公布了一种开放式软件无线电平台，由开放式物理层处理模块、后台处理机和开放式硬件接口模块组成。开放式物理层处理模块的基带处理模块实现物理层信号的基带和中频信号之间的转换；AD/DA模块实现高速模拟/数字转换；可配置收发机模块根据用户配置的不同通信协议和标准，选择不同频段范围的射频模块。后台处理机实现对本平台的配置和控制，将结果返回至GUI界面，并采用一定的安全机制。开放式硬件接口，实现本平台数据信号和控制信号的传输。本实用新型为无线通信研究提供了一个功能强大的可编程、易修改和成本低的开放式软件无线电平台。

Description

一种开放式软件无线电平台

技术领域

本实用新型属于无线通信技术领域，特别涉及一种可编程、易修改和成本低的开放式软件无线电平台。本实用新型可应用于第三代移动通信、认知无线电、射频识别等多种应用领域。

背景技术

现有无线通信系统大多使用专用芯片以及专用的硬件电路实现，其不足之处在于：

1)功能单一：为了降低成本而使用的专用芯片，仅具有相对单一的功能，无法与其它系统具有较好的兼容性。例如，GSM的基带信号处理芯片无法完成WCDMA的基带信号处理功能。

2)灵活性差：随着通信系统以及通信协议的快速发展，专用的硬件电路升级换代难，灵活性差。

3)开发成本高：专用芯片和硬件电路的开发过程复杂，尤其是芯片的开发周期长，成本难以降低。

如现有技术中，2010年11月23日公布的“基于移动GPRS无线通信平台的通信方法”(申请号：201010555050.8)就公布了一种使用GPRS技术进行数据传输的方法。但是这种采用GPRS的方法存在灵活性差得缺点，即当公网GPRS出现故障是，无法切换到其他的无线网络继续正常工作。

近年来，软件无线电技术的出现为解决上述问题提供了思路。软件无线电(Software Radio)，也称为软件定义的无线电(Software Defined Radio)，是基于软件定义的无线通信体系结构。软件无线电的基本思想是通过加载在通用化、标准化、模块化硬件上的开放体系结构，摆脱面向用途而完全依赖硬件的传统无线电设计思路，即通信协议的空中接口、频带等主要功能由软件来确定和完成，工作参数具有可编程特性，并且由软件提供操作、控制、管理和维护功能，而不用完全更换硬件。

近年来，软件无线电技术的出现为解决上述问题提供了思路。软件无线电技术广泛应用于无线电通信领域，其首先应用于军事上，可以实现各种军用电台的互联互通和军用雷达的软件化与智能化。在民用方面，多频段/多模式移动电话通用手机、移动电话通用基站、通用无线局域网及通用无线网关都是软件无线电的应用方向。

软件无线电将模块化、标准化和通用化的硬件单元以总线或交换方式连接起来构成通用平台，通过在这种平台上加载模块化、通用化的软件，实现各种无线通信功能。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，全部可编程包括可编程射频(RF)波段、信道接入方式和信道调制，基本思想就是将宽带模数变换器(A/D)及数模变换器(D/A)尽可能地靠近射频天线。常用的软件无线电平台采用通用硬件(例如：商用服务器、普通PC)作为信号处理软件的平台，纯软件的信号处理具有很大的灵活性，可采用通用的高级语言(如C/C++)进行软件开发，扩展性和可移植性强。但是，通用硬件平台在处理速度、效率、体积、功耗以及实时性方面仍然比不上现场可编程门阵列FPGA和数字信号处理器DSP这样的专用硬件，且多为非开源系统。在专用硬件方面，FPGA相对DSP而言，速度快，能够更好的实现并行处理；功耗较低，具有可动态配置的灵活性，能够提高性能并节省资源。

实用新型内容

为了解决现有软件无线电技术在硬件资源上的制约，本实用新型提出一种可编程、易修改和成本低的开放式软件无线电平台，基于软件无线电的基本思想，提供一种通用的无线通信平台，将系统从长期依赖于固定电路的方式中解放出来，可以根据用户需求灵活地进行配置。

为实现上述实用新型目的，本实用新型一种开放式软件无线电平台，其特征在于，该系统由开放式物理层处理模块、后台处理机和开放式硬件接口组成。

开放式物理层处理模块，包括基带处理模块、AD/DA模块、可配置收发机模块和时钟模块。基带处理模块采用FPGA芯片，从输入的中频信号中提取所需的窄带信号，并将数据速率降低以便数据能通过开放式硬件接口传到后台处理机上。AD/DA模块采用复数(IQ)采样，对得到两组复数输入和两组复数输出进行配对。可配置收发机模块根据配置的不同通信协议和标准，选择不同的射频收发模块，分为接收机部分和发射机部分，接收机能将300MHz～3GHz范围内的RF输入信号通过两级可变增益放大器，送至混频器，直接将输入信号下变频为基带同相/正交分量，基带输出经过独立的I/Q通道可变增益放大器，获得的增益具有自动控制功能。发射机的分相器PHASE SPLITTER电路产生两路正交的本振，混频电路将产生两路调制信号并通过求和后输出，模拟信号被直接调制到射频载波上并送入后级射频功放器放大，最终通过天线辐射。基带处理模块和可配置收发机模块之间必须使用E²PROM进行标示和配对，且多个E²PROM同时使用时，需要通过地址来区分。时钟模块可以使用有源晶振，或者使用无源晶振，或者脉冲发生器等产生时钟信号，将时钟信号通过MMCX接口送至可配置收发机模块用以提供本地振荡，以及送至基带处理模块和AD/DA模块用以进行时钟同步；对于不同的通信系统，可以更换晶振或者通过分频电路产生不同的频率，以满足系统需求。

后台处理机，实现对所述的开放式物理层处理模块的配置和控制，并将结果返回至GUI界面。

开放式硬件接口，实现开放式物理层处理模块和后台处理机以及开放式物理层处理模块内部中的数据信号和控制信号的传输，采用通用串行总线接口与后台处理机进行通信，开放式物理层处理模块内部中的数据信号和控制信号则通过串行外围设备总线接口和芯片间串行传输总线接口进行传输。

进一步地，后台处理机根据用户所选择无线通信协议，发送所需要的配置信息至开放式物理层处理模块，则开放式软件无线电平台可以成为第三代移动通信平台，或者认知无线电平台，或者射频识别读写器等。用户可以在同一开放式平台上，通过计算机软件配置的方法灵活选择通信系统，节省硬件开销成本，灵活并及时地根据用户需要对通信系统的升级改造。

进一步地，开放式物理层处理模块中的射频收发模块将无线信号接受下来，通过开放式硬件接口将通信协议的MAC层和PHY层反馈给后台处理机，并将结果通过GUI界面显示出来。用户可以通过GUI界面，直观地了解到MAC层和PHY层，并在此基础上进一步提高通信系统的有效性。

本实用新型为无线通信研究提供了一个的功能强大的可选择性配置的平台，开放式物理层处理模块和后台处理机提供了强大的运算能力；开放式基带处理模块、开放式接口模块和后台处理机的可重构性提供了较强的可选择配置性，可以在对未来的应用需求进行扩展。

附图说明

图1是本实用新型的一种具体实施方式原理框图。

图2是本实用新型的信息流程框图。

图3是本实用新型的另一种具体实施方式原理框图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例1，如图1所示，是本实用新型的一种具体实施方式原理框图，由开放式物理层处理模块1、后台处理机2和开放式硬件接口3组成。

开放式物理层处理模块1包括基带处理模块101、AD/DA模块102、多套可配置收发机模块103和时钟模块104。

基带处理模块101从输入的中频信号中提取所需的窄带信号，并将数据速率降低以便数据能通过开放式硬件接口3传到后台处理机2上。本实用新型采用一片高性能FPGA支持系统高度的可重构性和可编程性，能够以开放式的硬件资源的可重构性来灵活提供多种业务功能。在接收路径上，FPGA对ADC采样得到的数字信号进行数字下变频DDC，并通过层叠梳状滤波器CIC对数据进行可变速率的抽取。在发送路径上，FPGA对数据进行的是梳状内插，数字上变频DUC是在AD/DA模块102里进行的。

AD/DA模块102用于在不同的协议和标准中完成数字信号和模拟信号之间的转换，将从天线接收下来的射频信号再次下变频输出模拟信号到通用AD模块输入端和把DA模块输出端的模拟中频信号上变频成射频信号，并通过天线发射出去。本实用新型AD/DA模块102适应复杂的电磁环境，具有较大的动态范围和较高的采样速率、采样精度。

可配置收发机模块103分为接收机部分和发射机部分，根据配置的不同通信协议和标准，选择不同的射频收发模块，以实现射频信号的收发，覆盖频段范围300M～3GHz。

时钟模块104使用有源晶振，或者无源晶振，或者脉冲发生器等产生时钟信号，并通过时钟总线送至基带处理模块和射频收发模块。

后台处理机2，实现对所述的开放式物理层处理模块的配置和控制，并将结果返回至GUI界面。本实用新型采用普通的PC机来实现，用C++语言来实现通信协议的编程和修改，使用wxPython来完成GUI界面。

开放式硬件接口3，实现开放式物理层处理模块和后台处理机以及开放式物理层处理模块内部中的数据信号和控制信号的传输。在本实用新型中使用USB、SPI、I²C、GPIO等通用的总线结构来实现开放式物理层处理模块和后台处理机以及开放式物理层处理模块内部中的数据信号和控制信号的传输。

实施例2，如图2所示，是本实用新型的信息流程框图。可配置发射接收机模块103将无线射频信号接收下来，经过两次下变频，将信号变为所需信息，最后通过开放式硬件接口3送至后台处理机2。

实施例3，如图3所示，是本实用新型的一种具体实施方式原理框图。使用本实用新型完成认知无线电系统的频谱感知流程图。利用本平台的可配置性和强大的运算能力，可以完成频谱感知、频谱管理和频谱预测，并将信道容量、流量统计等信息通过开放式硬件接口3在本平台中进行数据传递。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种开放式软件无线电平台，其特征在于，包括开放式物理层处理模块、后台处理机和开放式硬件接口，开放式物理层处理模块包括基带处理模块、AD/DA模块、可配置收发机模块和时钟模块。

2.根据权利要求1所述的一种开放式软件无线电平台，其特征在于，所述的基带处理模块采用FPGA芯片，从输入的中频信号中提取所需的窄带信号，并将数据速率降低以便数据能通过开放式硬件接口传到后台处理机上。

3.根据权利要求1所述的一种开放式软件无线电平台，其特征在于，所述的可配置收发机模块分为接收机部分和发射机部分，接收机能将300MHz～3GHz范围内的RF输入信号通过两级可变增益放大器，送至混频器，直接将输入信号下变频为基带同相/正交分量，基带输出经过独立的I/Q通道可变增益放大器，获得的增益具有自动控制功能，发射机的分相器PHASE SPLITTER电路产生两路正交的本振，混频电路将产生两路调制信号并通过求和后输出，模拟信号被直接调制到射频载波上并送入后级射频功放器放大，最终通过天线辐射。

4.根据权利要求1所述的一种开放式软件无线电平台，其特征在于，所述的AD/DA模块采用复数采样，对得到两组复数输入和两组复数输出进行配对。

5.根据权利要求1所述的一种开放式软件无线电平台，其特征在于，所述的时钟模块可以使用有源晶振，或者无源晶振，或者脉冲发生器等产生时钟信号，将时钟信号通过MMCX接口送至射频模块用以提供本地振荡，以及送至基带处理模块和AD/DA模块用以进行时钟同步。

6.根据权利要求1所述的一种开放式软件无线电平台，其特征在于，所述的开放式硬件接口采用通用串行总线接口与后台处理机进行通信，开放式物理层处理模块内部中的数据信号和控制信号则通过串行外围设备总线接口和芯片间串行传输总线接口进行传输。

7.根据权利要求1所述的一种开放式软件无线电平台，其特征在于，基带处理模块和可配置收发机模块之间必须使用E²PROM进行标示和配对，且多个E²PROM同时使用时，需要通过地址来区分。