CN213879811U - 一种小型化低功耗多通道软件无线电平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型化低功耗多通道软件无线电平台，包括：标准频率生成器、第一射频集成芯片、第二射频集成芯片、控制处理器、程序存储器、数据存储器、数据接口电路、控制接口电路和电源管理器。本实用新型采用集成芯片零中频软件无线电方案，基于集成的宽带射频芯片和FPGA的软件无线电平台设计方案，平台具备通用性、开放性、标准化及模块化等特性，具有宽频段、大动态范围、小型化的特征，能够应用于便携式设备。

Description

一种小型化低功耗多通道软件无线电平台

技术领域

本实用新型涉及通信系统技术领域，具体涉及一种小型化低功耗多通道软件无线电平台，应用于无线通信设备收发信道的硬件设计。

背景技术

传统的无线电通信系统大多都是根据用户的具体需求来设计不同的硬件平台，以此来支持不同频段、不同制式、不同数据格式，功能相对单一，不同种类设备独立组网通信，因此造成各种体制互联互通困难、兼容性差，从而导致通信不畅。同时，随着用户通信业务需求增长和通信技术快速发展，导致无线电频谱日益拥挤，电磁环境日益变差，干扰越来越严重，对系统的通信能力又提出了新的要求。

软件无线电的基本思想是信号的A/D、D/A处理尽量靠近天线射频前端进行，硬件平台通用化，具有模块化和标准化的特点；用软件来完成尽可能多的无线电功能，并具备可编程、可重构特点。未来的通信设备需覆盖2MHz～3000MHz频段或更宽频段，涵盖HF、VHF、UHF、S、C等频段现役及扩展功能，因此通信平台应具有很好的通用性、灵活性，使得系统互联和升级非常方便，满足可编程、可重构、综合化的功能需求。

目前出现的软件无线电平台已实现部分频段的射频集成，如分别在V、U和L频段实现通用信道，但从使用需求来看，还是存在频段范围窄、扩展性差、体积大、在线编程能力有限等缺点，而且现有无线电信道采用超外差方案，利用离散器件实现，但离散器件构成的电路一致性差、功耗大，系统成本高，同时对软件编程的要求也很高。

现有的数字信号处理、波形算法、协议及接口处理等基本都基于ARM+DSP+FPGA的架构实现，虽然可以满足通用化、标准化、可重构的功能需求，但存在硬件开销大、功耗高的缺点，无法满足便携式设备对功耗、体积以及成本等的要求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提出一种小型化低功耗多通道软件无线电平台，采用集成芯片零中频软件无线电方案，基于集成的宽带射频芯片和FPGA的软件无线电平台设计方案，平台具备通用性、开放性、标准化及模块化等特性，具有宽频段、大动态范围、小型化的特征，能够应用于便携式设备。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。

一种小型化低功耗多通道软件无线电平台，包括：标准频率生成器、第一射频集成芯片、第二射频集成芯片、控制处理器、程序存储器、数据存储器、数据接口电路、控制接口电路和电源管理器；

所述标准频率生成器分别与第一射频集成芯片、第二射频集成芯片和控制处理器信号连接，将生成的基准频率信号分别输送给第一射频集成芯片、第二射频集成芯片和控制处理器；

所述第一射频集成芯片和第二射频集成芯片分别与控制处理器信号连接；所述控制处理器向第一射频集成芯片和第二射频集成芯片分别发送相应的频率控制字、时钟、控制信号，所述第一射频集成芯片和第二射频集成芯片根据接收的频率控制字、时钟、控制信号进行相应频率信号收发及信号处理；

接收信号时：所述控制处理器分别将第一射频集成芯片和第二射频集成芯片送来的基带信号进行解调；发射信号时，所述控制处理器将数据信号进行基带调制后分别送至第一射频集成芯片和第二射频集成芯片；

所述控制处理器分别与控制接口电路和数据接口电路电连接；所述控制接口电路生成频率及控制字输送给控制处理器，同时将控制处理器的数字接口变换为对外的RS422接口；所述数据接口将控制处理器的数字接口转换为对外的网口信号；

所述控制处理器分别与程序存储器和数据存储器信号连接，程序存储器内存放各种通信波形软件、信号处理程序、引导程序和数据常数，供控制处理器根据控制接口电路生成的控制命令进行相应程序调用；数据存储器内存放所述控制处理器运行过程中产生的中间处理数据、中间结果、缓冲和标志位，并供控制处理器调用；

所述电源管理器用于将外部输入电压转换成各器件所需供电电压。

本实用新型的特点和进一步的改进在于：

进一步的，所述第一射频集成芯片和第二射频集成芯片分别为LMS7002M集成射频收发芯片。

更进一步地，所述LMS7002M集成射频收发芯片内部集成有低噪放单元、上/下混频器、多模滤波器、自动增益控制器、直流偏移对消器、功率强度检测器、ADC/DAC、驱动放大器、电源管理器、小数分频频率合成器、逻辑控制器、抽取/插值滤波、数字下变频和自动校准单元；其射频工作频率为100kHz～3800MHz。

进一步的，所述控制处理器包含嵌入双核ARM的Zynq-7000系列基带SOC芯片Xc7z020FPGA，且ARM和FPGA集成于一个芯片。

进一步地，所述第一射频集成芯片、第二射频集成芯片分别包含两路接收通道和两路发射通道。

进一步地，所述数据存储器采用SDRAM，具体型号为MT41K512M8，该RAM为DDR3电路，时钟速率达到800MHz。

进一步地，所述数据接口电路为88E1111芯片。

进一步地，所述控制接口电路为MAX485芯片。

进一步地，所述电源管理器包含电源芯片TPS79533、TPS79525、TPS79518和LTC3080f；所述TPS79533将外部输入电压转换为+3.3V，所述TPS79525将外部输入电压转换为+2.5V，所述TPS79518将外部输入电压转换为+1.8V，所述LTC3080f将外部输入电压转换为+1.4V、+1.2V和+1.0V。

进一步地，所述标准频率生成器采用温补晶振电路，其工作频率为40MHz。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型设计的软件无线电平台采用数模混合集成芯片+数字集成芯片设计，集成度高，体积小、功耗低；射频工作频率覆盖100kHz～3.8GHz，频率范围宽；每个射频集成芯片支持两路收通道和两路发通道，收发通道仅进行一次混频，没有镜频干扰，功耗小、易于集成；平台通用性好，硬件可配置，支持软件可编程、可重构，支持多频段多模式多功能设备开发，适用范围广。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

图1为本实用新型的一种小型化低功耗多通道软件无线电平台的连接示意图；

以上图中，1标准频率生成器；2第一射频集成芯片；3第二射频集成芯片；4控制处理器；5程序存储器；6数据存储器；7数据接口电路；8控制接口电路；9电源管理器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。

参考图1，本实用新型提供一种小型化低功耗多通道软件无线电平台，包括：标准频率生成器1、第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3、控制处理器4、程序存储器5、数据存储器6、数据接口电路7、控制接口电路8和电源管理器9；

所述标准频率生成器1分别与第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3和控制处理器4信号连接，将生成的基准频率信号分别输送给第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3和控制处理器4；

所述第一射频集成芯片2和第二射频集成芯片3分别与控制处理器4信号连接；所述控制处理器4向第一射频集成芯片2和第二射频集成芯片3分别发送相应的频率控制字、时钟、控制信号，所述第一射频集成芯片2和第二射频集成芯片3根据接收的频率控制字、时钟、控制信号进行相应频率信号收发及信号处理；

接收信号时：所述控制处理器4分别将第一射频集成芯片2和第二射频集成芯片3送来的基带信号进行解调；发射信号时，所述控制处理器4将数据信号进行基带调制后分别送至第一射频集成芯片2和第二射频集成芯片3；

所述控制处理器4分别与控制接口电路8和数据接口电路7电连接；所述控制接口电路8生成频率及控制字输送给控制处理器4，同时将控制处理器4的数字接口变换为对外的RS422接口；所述数据接口电路7将控制处理器4的数字接口转换为对外的网口信号；

所述控制处理器4分别与程序存储器5和数据存储器6信号连接，程序存储器5内存放各种通信波形软件、信号处理程序、引导程序和数据常数，供控制处理器4根据控制接口电路8生成的控制命令进行相应程序调用；数据存储器6内存放所述控制处理器4运行过程中产生的中间处理数据、中间结果、缓冲和标志位，并供控制处理器4调用；所述电源管理器9用于将外部输入电压转换成各器件所需供电电压。

以上实施例中，控制处理器4根据控制接口电路8送来的控制命令，调用程序存储器5的相应算法程序，在控制处理器4内完成数据接口电路7输入的数据信号调制，或将第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3送来的基带调制信号解调，送往数据接口电路7输出；

第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3根据各自接收到的频率控制字、时钟、控制信号进行信道收或发工作。

第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3的接收通道工作时，输入射频信号经过放大、增益控制后，与内部宽带频率合成器送出的本振信号混频完成下变频到零中频；之后完成滤波、模/数转换变成数字基带信号，再通过高速数据接口送到控制处理器4进行解调；

第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3的射频发射通道工作时，控制处理器4送来的调制基带信号先进行数/模转换、滤波变为零中频信号，零中频信号与内部宽带频率合成器送出的本振信号混频完成上变频到射频，射频信号经过放大、增益控制后送出发射频信号；

标准频率生成器1产生40MHz的基准频率信号，分别送给第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3、控制处理器4作为工作时钟；

第一射频集成芯片2和第二射频集成芯片3共包含四路收通道、四路发通道，可以同时工作，因此支持多通道接收、多通道发送。

第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3分别由LMS7002M集成射频收发芯片及外围电路组成，LMS7002M内部集成低噪放、上/下混频器、多模滤波器、自动增益控制、直流偏移对消、功率强度检测、ADC/DAC、驱动放大器、电源管理、小数分频频率合成器、逻辑控制、抽取/插值滤波、数字下变频和自动校准等功能电路；完成多通道收发射频到基带信号变换。射频工作频率覆盖100kHz～3800MHz。

控制处理器4由嵌入双核ARM的Zynq-7000系列基带SOC芯片Xc7z020FPGA及外围电路组成，ARM处理器部分集成了存储器控制器、千兆网口、USB控制器、SD卡等外设；可编程逻辑部分采用Artix 7架构FPGA，具有8.5万个逻辑单元，10万个触发器，560kB的集成RAM，220个18×25硬件DSP。可编程平台为嵌入式系统的实现提供了极大的灵活性。ARM负责逻辑控制和接口处理，FPGA负责调制解调算法及高速数据流处理。ARM和FPGA集成在同一块芯片，保证了两者之间高速数据的可靠传输。

本实用新型的软件无线电平台中其他元件的电路说明。

标准频率生成器1采用温补晶振电路。工作频率40MHz，供电电源5V±0.3V，输出正弦波，温度稳定度：±0.5ppm@-40～85℃，单边带相位噪声：≤-120dBc/Hz@100Hz、≤-140dBc/Hz@1kHz、≤-150dBc/Hz@10kHz。

程序存储器5采用Flash存储器，该存储器在于它是按块擦除，按位编程，从而实现了快闪擦除的高速度。具体器件选用SPANSION公司的N25Q256A11E存储器。N25Q256A11E具有256Mbit的存储空间，访问速度为133MHz。

数据存储器6采用SDRAM，具体器件选用MICRON公司的MT41K512M8，该RAM为DDR3电路，具有512Mbit大小的存储空间，时钟速率可达800MHz。

数据接口电路7采用MARVELL公司的88E1111芯片，该芯片是一款集成10/100/1000超千兆以太网收发器。符合10/100/1000BASE-T IEEE802.3u标准,集成1.25千兆SERDES的1000BASE-X的光纤应用，IEEE802.3u标准兼容,支持IEEE1149.1 JTAG,自动校准的MAC接口输出，自动极性校正。

控制接口电路8采用MAXIM公司的MAX485芯片。该芯片是一款低功耗RS-422/485信号收发器。它用于RS-485和RS-422等串行数据接口标准系统中，内部有驱动和接收两个模块，具有全双工传输能力。最大传输速率为2.5Mbps。

电源管理器9由电源芯片TPS79533、TPS79525、TPS79518、LTC3080f及外围电路组成。将外部输入电压转换为+3.3V、+2.5V、+1.8V、+1.4V、+1.2V、+1.0V，作为第一射频集成芯片2、第二射频集成芯片3、控制器、程序存储器5、数据存储器6、数据接口电路7、控制接口电路8等电路的供电电压。

本实用新型采用集成芯片零中频软件无线电方案，选用LMS7002M设计射频收发前端，选用ZYNQ-7000系列FPGA构建数字处理平台。LMS7002M直接将射频信号混频至基带的I/Q两路信号，通过数据变换器对基带信号进行采样、量化，再使用数字处理器对基带信号解调。LMS7002M内部集成了宽带频率合成器、低噪声放大器、模拟滤波器、混频器、A/D、D/A、数字滤波器等，支持两路收通道和两路发信道，收发信道仅进行一次混频，没有镜频干扰，功耗小、易于集成。该软件无线电平台工作频率范围支持100kHz～3.8GHz，具有频率范围宽、多通道收发工作、外围元件少等特点。可满足要求具备多频段多模式多功能的新一代无线电通信设备的应用需求，在军民用无线通信领域具有广阔的应用前景。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，包括：标准频率生成器、第一射频集成芯片、第二射频集成芯片、控制处理器、程序存储器、数据存储器、数据接口电路、控制接口电路和电源管理器；

所述标准频率生成器分别与第一射频集成芯片、第二射频集成芯片和控制处理器信号连接，将生成的基准频率信号分别输送给第一射频集成芯片、第二射频集成芯片和控制处理器；

所述第一射频集成芯片和第二射频集成芯片分别与控制处理器信号连接；所述控制处理器向第一射频集成芯片和第二射频集成芯片分别发送相应的频率控制字、时钟、控制信号，所述第一射频集成芯片和第二射频集成芯片根据接收的频率控制字、时钟、控制信号进行相应频率信号收发及信号处理；

接收信号时：所述控制处理器分别将第一射频集成芯片和第二射频集成芯片送来的基带信号进行解调；发射信号时，所述控制处理器将数据信号进行基带调制后分别送至第一射频集成芯片和第二射频集成芯片；

所述控制处理器分别与控制接口电路和数据接口电路电连接；所述控制接口电路生成频率及控制字输送给控制处理器，同时将控制处理器的数字接口变换为对外的RS422接口；所述数据接口将控制处理器的数字接口转换为对外的网口信号；

所述控制处理器分别与程序存储器和数据存储器信号连接，程序存储器内存放各种通信波形软件、信号处理程序、引导程序和数据常数，供控制处理器根据控制接口电路生成的控制命令进行相应程序调用；数据存储器内存放所述控制处理器运行过程中产生的中间处理数据、中间结果、缓冲和标志位，并供控制处理器调用；

所述电源管理器用于将外部输入电压转换成各器件所需供电电压。

2.根据权利要求1所述的小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，所述第一射频集成芯片和第二射频集成芯片分别为LMS7002M集成射频收发芯片。

3.根据权利要求2所述的小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，所述LMS7002M集成射频收发芯片内部集成有低噪放单元、上/下混频器、多模滤波器、自动增益控制器、直流偏移对消器、功率强度检测器、ADC/DAC、驱动放大器、电源管理器、小数分频频率合成器、逻辑控制器、抽取/插值滤波、数字下变频和自动校准单元；其射频工作频率为100kHz～3800MHz。

4.根据权利要求2所述的小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，所述控制处理器包含嵌入双核ARM的Zynq-7000系列基带SOC芯片Xc7z020FPGA，且ARM和FPGA集成于一个芯片。

5.根据权利要求1所述的小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，所述第一射频集成芯片、第二射频集成芯片分别包含两路接收通道和两路发射通道。

6.根据权利要求1所述的小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，所述数据存储器采用SDRAM，具体型号为MT41K512M8，该RAM为DDR3电路，时钟速率达到800MHz。

7.根据权利要求1所述的小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，所述数据接口电路为88E1111芯片。

8.根据权利要求1所述的小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，所述控制接口电路为MAX485芯片。

9.根据权利要求1-8任一项所述的小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，所述电源管理器包含电源芯片TPS79533、TPS79525、TPS79518和LTC3080f；所述TPS79533将外部输入电压转换为+3.3V，所述TPS79525将外部输入电压转换为+2.5V，所述TPS79518将外部输入电压转换为+1.8V，所述LTC3080f将外部输入电压转换为+1.4V、+1.2V和+1.0V。

10.根据权利要求1所述的小型化低功耗多通道软件无线电平台，其特征在于，所述标准频率生成器采用温补晶振电路，其工作频率为40MHz。

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