CN208675205U - 一种基于软件无线电的集群信道机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于软件无线电的集群信道机，包括FPGA、DSP、ADC、DDC、DUC/DAC、Flash1、Flash2、SDRAM、双工器、多载波线性功放模块、低噪放下变频模块、模拟上变频模块、时钟模块和时钟管理芯片；采用通用的硬件平台(FPGA+DSP+DUC+DDC)加载软件的方式来实现同时完成四个信道接收和发射，收发异频，接收频率在376～379MHz频段，发射频率在386～389MHz频段，收发频率间隔10MHz，信道间隔25kHz，调制方式为BT＝0.3的GMSK调制。本实用新型的有益效果是：其一、其电路简单、系统稳定性高、调试方便；其二、其通用性强、产品寿命长，硬件标准化使得产品的生产更加方便，风险降低，更有利于降低研发生产成本，提高生成效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通讯技术领域，具体地讲是涉及一种基于软件无线电的集群信道机。
背景技术
海湾战争时期，以美国为首的多国部队间存在着各式不同种类的通讯设备，通讯设备之间的互联互通没有得到很好的解决，一时间部队间的通讯成了一大难题。为了解决这一难题，美国军方制定了具体的发展计划，研究三军通用软件无线电台“易通话”。除此以外，还有英国“弓箭手”战斗无线电系统计划、加拿大的“可重构全频带电台计划”等等。
随着4G技术不断地成熟并最终进入市场进行运营，国际电信联盟(ITU)已经开始研究制订第五代移动通信标准，并已达成共识：把移动通信同其他系统结合起来，产生5G技术。在5G众多关键技术之中，软件无线电技术是通向未来5G的桥梁。近几年来，软件无线电的体系结构发生了一些新的发展趋势。具体体现在体系结构分层化、软件模块化、结构数字分析化、面向对象化、智能化、计算机化、网络化和信息安全化等等。从长远发展上看，软件无线电发展的目标是实现具有可以根据无线电环境变化而自适应地配置收/发信机的数据速率，信道编/译码方式，调制/解调方式，甚至调整信道频率、带宽以及无线接入方式的智能化无线通信系统。
软件无线电以开放性、通用性、可扩展性的通用硬件平台，通过加载各种应用软件来适应不同用户、不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能，并且软件无线电与传统的设计相比较，具有明显的优势。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种基于软件无线电的设计一种基于软件无线电的集群信道机。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于软件无线电的集群信道机，包括FPGA、DSP、ADC、DDC、DUC/DAC、Flash1、Flash2、SDRAM、双工器、多载波线性功放模块、低噪放下变频模块、模拟上变频模块、时钟模块和时钟管理芯片；FPGA可编程逻辑器件分别连接DSP数字信号处理器、ADC模数转换器、DDC数字下变频器、DUC/DAC数字上变频器/数模转换器、时钟模块、时钟管理芯片和Flash2；DSP数字信号处理器分别连接SDRAM、Flash1和FPGA；ADC模数转换器外接有低噪放下变频模块，DUC/DAC数字上变频器/数模转换器分别连接FPGA、模拟上变频模块和时钟管理芯片，时钟模块分别连接低噪放下变频模块、模拟上变频模块和时钟管理芯片；双工器分别连接天线、低噪放下变频模块和多载波线性功放模块；多载波线性功放模块又与模拟上变频模块相连；通过DSP数字信号处理器与上位机交换指令。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，该集群信道机可同时完成四个信道接收和发射，收发异频，接收频率在376～379MHz频段，发射频率在386～389MHz频段，收发频率间隔10MHz，信道间隔25kHz，调制方式为BT＝0.3的GMSK调制。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，接收通道：信号从天线接收后送至双工器，经过低噪放下变频模块进行低噪声放大、滤波、自动增益控制和模拟下变器后得到四个固定频点的中频信号，分别是69.1MHz、69.55MHz、70.4MHz和71.85MHz，信号幅度-25dBm～-15dBm；这四个固定频点的中频信号经合路器合路后送入ADC模数转换器采样，采样频率30.72MHz，采样后的数字信号送至FPGA可编程逻辑器件，数字信号完成格式转换后送至DDC数字下变频器，在DDC数字下变频器中，同时完成四路的数字混频、CIC、FIR、AGC后得到基带的IQ信号；该基带的IQ信号被送至FPGA可编程逻辑器件中，在FPGA可编程逻辑器件中做相关、判决及GMSK解调等处理；解调后的信号被送至DSP数字信号处理器进行后续处理，包括信道的解码、去交织以及MAC层的相关处理。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，其ADC模数转换器采样采用欠采样方式。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，发射通道：从接收通道接收到的信号在DSP数字信号处理器中做完处理后进入发射通道，首先进行信道编码、交织、形成突发帧以及MAC层的相关处理，然后该信号以16kHz速率被送到FPGA可编程逻辑器件，在FPGA可编程逻辑器件中，完成四个信道的GMSK调制，形成基带的零中频的IQ信号，速率2.048MHz，经过数字合路后的四个信道的基带IQ信号送入DUC/DAC数字上变频器/数模转换器9中，该器件完成数字滤波、插值、直接数字频率合成器DDS、高性能高速的14位数模转换器DAC，在无线通信系统中为数据传输提供基带上变频，输出的模拟中频信号的频率为90±1.5MHz；该中频信号连接至模拟上变频模块，该模块将频谱搬移至所需的更高频段386～389MHz，模拟上变频模块的输出连接至多载波线性功放模块，信号经多载波线性功放模块放大后由天线发射。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，时钟控制：由时钟模块统一提供时钟，整个系统时钟由频率稳定度为0.01PPB的恒温晶振提供，频率16.8MHz，从而保证集群信道机时钟同源、同相，FPGA可编程逻辑器件控制时钟模块的锁相环ADF4113锁定各个模块所需要的不同时钟频率，低噪放下变频模块需要的四路接收通道的时钟频率，模拟上变频模块的时钟频率476.5MHz,时钟管理芯片的时钟频率262.144MHz，该时钟经时钟管理芯片分成二路，一路262.144MHz提供给DUC/DAC数字上变频器/数模转换器，另一路65.536MHz提供给FPGA可编程逻辑器件，在该器件中，由DCM提供出数字中频基带模块各个部分所需要的时钟，FPGA可编程逻辑器件系统时钟61.44MHz，ADC模数转换器时钟30.72MHz，FPGA可编程逻辑器件提供给DSP数字信号处理器的时钟为30.72MHz，经DSP数字信号处理器内部20倍频后，DSP数字信号处理器内部时钟为614.4MHz。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，指令控制：上位机的指令包括：DSP数字信号处理器软件更新、集群信道机的工作模式、工作频率、功率和IP地址等各种参数，上位机的指令通过网口发送至DSP数字信号处理器，由DSP数字信号处理器进行相关处理，或者是由DSP数字信号处理器转发至FPGA可编程逻辑器件，由FPGA可编程逻辑器件进行相关处理。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，其DSP数字信号处理器的型号为TMS320C6416。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，其FPGA可编程逻辑器件的型号为XC3SD3400A。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，ADC模数转换器的型号为AD9444，DDC数字下变频器的型号为GC5016，DUC/DAC数字上变频器/数模转换器的型号为AD9957，时钟管理芯片的型号为AD9513。
本实用新型的有益效果是：其一、基于软件无线电的设计思想，采用通用的硬件平台(FPGA+DSP+DUC+DDC)加载软件的方式来实现，其电路简单、系统稳定性高、通用性强、调试方便；在该硬件平台下，可以加载不同的波形实现不同的功能；当用户需增加新的功能时，可以在不改变硬件的基础上通过更新软件的方法进行升级，大大地降低了研发和使用成本。其二、研发生产成本低，且产品寿命长，这就意味着投资风险的降低。同时，由于其标准化硬件使得产品的生产更加方便，特别对产品的调试工艺，将大大降低要求，更有利于提高生成效率。
附图说明
图1为本实用新型一种基于软件无线电的集群信道机的功能框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示，本实用新型一种基于软件无线电的集群信道机，包括FPGA、DSP、ADC、DDC、DUC/DAC、Flash1、Flash2、SDRAM、双工器、多载波线性功放模块、低噪放下变频模块、模拟上变频模块、时钟模块和时钟管理芯片；FPGA可编程逻辑器件分别连接DSP数字信号处理器、ADC模数转换器、DDC数字下变频器、DUC/DAC数字上变频器/数模转换器、时钟模块、时钟管理芯片和Flash2；DSP数字信号处理器分别连接SDRAM、Flash1和FPGA；ADC模数转换器外接有低噪放下变频模块，DUC/DAC数字上变频器/数模转换器分别连接FPGA、模拟上变频模块和时钟管理芯片，时钟模块分别连接低噪放下变频模块、模拟上变频模块和时钟管理芯片；双工器分别连接天线、低噪放下变频模块和多载波线性功放模块；多载波线性功放模块又与模拟上变频模块相连；通过DSP数字信号处理器与上位机交换指令。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，该集群信道机可同时完成四个信道接收和发射，收发异频，接收频率在376～379MHz频段，发射频率在386～389MHz频段，收发频率间隔10MHz，信道间隔25kHz，调制方式为BT＝0.3的GMSK调制。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，接收通道：信号从天线接收后送至双工器，经过低噪放下变频模块进行低噪声放大、滤波、自动增益控制和模拟下变器后得到四个固定频点的中频信号，分别是69.1MHz、69.55MHz、70.4MHz和71.85MHz，信号幅度-25dBm～-15dBm；这四个固定频点的中频信号经合路器合路后送入ADC模数转换器采样，采样频率30.72MHz，采样后的数字信号送至FPGA可编程逻辑器件，数字信号完成格式转换后送至DDC数字下变频器，在DDC数字下变频器中，同时完成四路的数字混频、CIC、FIR、AGC后得到基带的IQ信号；该基带的IQ信号被送至FPGA可编程逻辑器件中，在FPGA可编程逻辑器件中做相关、判决及GMSK解调等处理；解调后的信号被送至DSP数字信号处理器进行后续处理，包括信道的解码、去交织以及MAC层的相关处理。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，其ADC模数转换器采样采用欠采样方式。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，发射通道：从接收通道接收到的信号在DSP数字信号处理器中做完处理后进入发射通道，首先进行信道编码、交织、形成突发帧以及MAC层的相关处理，然后该信号以16kHz速率被送到FPGA可编程逻辑器件，在FPGA可编程逻辑器件中，完成四个信道的GMSK调制，形成基带的零中频的IQ信号，速率2.048MHz，经过数字合路后的四个信道的基带IQ信号送入DUC/DAC数字上变频器/数模转换器9中，该器件完成数字滤波、插值、直接数字频率合成器DDS、高性能高速的14位数模转换器DAC，在无线通信系统中为数据传输提供基带上变频，输出的模拟中频信号的频率为90±1.5MHz；该中频信号连接至模拟上变频模块，该模块将频谱搬移至所需的更高频段386～389MHz，模拟上变频模块的输出连接至多载波线性功放模块，信号经多载波线性功放模块放大后由天线发射。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，时钟控制：由时钟模块统一提供时钟，整个系统时钟由频率稳定度为0.01PPB的恒温晶振提供，频率16.8MHz，从而保证集群信道机时钟同源、同相，FPGA可编程逻辑器件控制时钟模块的锁相环ADF4113锁定各个模块所需要的不同时钟频率，低噪放下变频模块需要的四路接收通道的时钟频率，模拟上变频模块的时钟频率476.5MHz,时钟管理芯片的时钟频率262.144MHz，该时钟经时钟管理芯片分成二路，一路262.144MHz提供给DUC/DAC数字上变频器/数模转换器，另一路65.536MHz提供给FPGA可编程逻辑器件，在该器件中，由DCM提供出数字中频基带模块各个部分所需要的时钟，FPGA可编程逻辑器件系统时钟61.44MHz，ADC模数转换器时钟30.72MHz，FPGA可编程逻辑器件提供给DSP数字信号处理器的时钟为30.72MHz，经DSP数字信号处理器内部20倍频后，DSP数字信号处理器内部时钟为614.4MHz。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，指令控制：上位机的指令包括：DSP数字信号处理器软件更新、集群信道机的工作模式、工作频率、功率和IP地址等各种参数，上位机的指令通过网口发送至DSP数字信号处理器，由DSP数字信号处理器进行相关处理，或者是由DSP数字信号处理器转发至FPGA可编程逻辑器件，由FPGA可编程逻辑器件进行相关处理。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，其DSP数字信号处理器的型号为TMS320C6416。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，其FPGA可编程逻辑器件的型号为XC3SD3400A。
所述一种基于软件无线电的集群信道机，ADC模数转换器的型号为AD9444，DDC数字下变频器的型号为GC5016，DUC/DAC数字上变频器/数模转换器的型号为AD9957，时钟管理芯片的型号为AD9513。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下得出的其他任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于软件无线电的集群信道机，包括FPGA、DSP、ADC、DDC、DUC/DAC、Flash1、Flash2、SDRAM、双工器、多载波线性功放模块、低噪放下变频模块、模拟上变频模块、时钟模块和时钟管理芯片；其特征在于：FPGA可编程逻辑器件分别连接DSP数字信号处理器、ADC模数转换器、DDC数字下变频器、DUC/DAC数字上变频器/数模转换器、时钟模块、时钟管理芯片和Flash2；DSP数字信号处理器分别连接SDRAM、Flash1和FPGA；ADC模数转换器外接有低噪放下变频模块，DUC/DAC数字上变频器/数模转换器分别连接FPGA、模拟上变频模块和时钟管理芯片，时钟模块分别连接低噪放下变频模块、模拟上变频模块和时钟管理芯片；双工器分别连接天线、低噪放下变频模块和多载波线性功放模块；多载波线性功放模块又与模拟上变频模块相连；通过DSP数字信号处理器与上位机交换指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的集群信道机，其特征在于：该集群信道机可同时完成四个信道接收和发射，收发异频，接收频率在376～379MHz频段，发射频率在386～389MHz频段，收发频率间隔10MHz，信道间隔25kHz，调制方式为BT＝0.3的GMSK调制。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于软件无线电的集群信道机，其特征在于：接收通道：信号从天线接收后送至双工器，经过低噪放下变频模块进行低噪声放大、滤波、自动增益控制和模拟下变器后得到四个固定频点的中频信号，分别是69.1MHz、69.55MHz、70.4MHz和71.85MHz，信号幅度-25dBm～-15dBm；这四个固定频点的中频信号经合路器合路后送入ADC模数转换器采样，采样频率30.72MHz，采样后的数字信号送至FPGA可编程逻辑器件，数字信号完成格式转换后送至DDC数字下变频器，在DDC数字下变频器中，同时完成四路的数字混频、CIC、FIR、AGC后得到基带的IQ信号；该基带的IQ信号被送至FPGA可编程逻辑器件中，在FPGA可编程逻辑器件中做相关、判决及GMSK解调处理；解调后的信号被送至DSP数字信号处理器进行后续处理，包括信道的解码、去交织以及MAC层的相关处理。
4.根据权利要求3所述的一种基于软件无线电的集群信道机，其特征在于：ADC模数转换器采样采用欠采样方式。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于软件无线电的集群信道机，其特征在于：发射通道：从接收通道接收到的信号在DSP数字信号处理器中做完处理后进入发射通道，首先进行信道编码、交织、形成突发帧以及MAC层的相关处理，然后该信号以16kHz速率被送到FPGA可编程逻辑器件，在FPGA可编程逻辑器件中，完成四个信道的GMSK调制，形成基带的零中频的IQ信号，速率2.048MHz，经过数字合路后的四个信道的基带IQ信号送入DUC/DAC数字上变频器/数模转换器9中，该器件完成数字滤波、插值、直接数字频率合成器DDS、高性能高速的14位数模转换器DAC，在无线通信系统中为数据传输提供基带上变频，输出的模拟中频信号的频率为90±1.5MHz；该中频信号连接至模拟上变频模块，该模块将频谱搬移至所需的更高频段386～389MHz，模拟上变频模块的输出连接至多载波线性功放模块，信号经多载波线性功放模块放大后由天线发射。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于软件无线电的集群信道机，其特征在于：时钟控制：由时钟模块统一提供时钟，整个系统时钟由频率稳定度为0.01PPB的恒温晶振提供，频率16.8MHz，从而保证集群信道机时钟同源、同相，FPGA可编程逻辑器件控制时钟模块的锁相环ADF4113锁定各个模块所需要的不同时钟频率，低噪放下变频模块需要的四路接收通道的时钟频率，模拟上变频模块的时钟频率476.5MHz,时钟管理芯片的时钟频率262.144MHz，该时钟经时钟管理芯片分成二路，一路262.144MHz提供给DUC/DAC数字上变频器/数模转换器，另一路65.536MHz提供给FPGA可编程逻辑器件，在该器件中，由DCM提供出数字中频基带模块各个部分所需要的时钟，FPGA可编程逻辑器件系统时钟61.44MHz，ADC模数转换器时钟30.72MHz，FPGA可编程逻辑器件提供给DSP数字信号处理器的时钟为30.72MHz，经DSP数字信号处理器内部20倍频后，DSP数字信号处理器内部时钟为614.4MHz。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于软件无线电的集群信道机，其特征在于：指令控制：上位机的指令包括：DSP数字信号处理器软件更新、集群信道机的工作模式、工作频率、功率和IP地址参数，上位机的指令通过网口发送至DSP数字信号处理器，由DSP数字信号处理器进行相关处理，或者是由DSP数字信号处理器转发至FPGA可编程逻辑器件，由FPGA可编程逻辑器件进行相关处理。
8.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的集群信道机，其特征在于：DSP数字信号处理器的型号为TMS320C6416。
9.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的集群信道机，其特征在于：FPGA可编程逻辑器件的型号为XC3SD3400A。
10.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的集群信道机，其特征在于：ADC模数转换器的型号为AD9444，DDC数字下变频器的型号为GC5016，DUC/DAC数字上变频器/数模转换器的型号为AD9957，时钟管理芯片的型号为AD9513。
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| CN201821279900.4U CN208675205U (zh) | 2018-08-09 | 2018-08-09 | 一种基于软件无线电的集群信道机 |
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| CN208675205U true CN208675205U (zh) | 2019-03-29 |
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| CN201821279900.4U Active CN208675205U (zh) | 2018-08-09 | 2018-08-09 | 一种基于软件无线电的集群信道机 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111147119A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-05-12 | 京信通信系统（中国）有限公司 | Das合路系统 |
| WO2022002001A1 (zh) * | 2020-06-29 | 2022-01-06 | 北京邮电大学 | 基于开源架构的信道模拟仪、信道模拟方法、电子设备和非瞬时性计算机存储介质 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111147119A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-05-12 | 京信通信系统（中国）有限公司 | Das合路系统 |
| CN111147119B (zh) * | 2019-12-23 | 2021-09-03 | 京信网络系统股份有限公司 | Das合路系统 |
| WO2022002001A1 (zh) * | 2020-06-29 | 2022-01-06 | 北京邮电大学 | 基于开源架构的信道模拟仪、信道模拟方法、电子设备和非瞬时性计算机存储介质 |
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