專(zhuān)利名稱(chēng)：基于以太網(wǎng)交換的軟件無(wú)線電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于以太網(wǎng)交換的軟件無(wú)線電系統(tǒng)及其體系結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景軟件無(wú)線電(SDR, Software Defined Radio)是近幾年來(lái)提出的一種實(shí)現(xiàn) 無(wú)線通信的新技術(shù)、新體制。它以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號(hào)處理為核 心，以微電子技術(shù)為支持，將硬件單元模塊以標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的形式連接起來(lái)，形 成一個(gè)通用的硬件平臺(tái)，通過(guò)專(zhuān)用軟件加載來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的開(kāi)放式無(wú)線通信 設(shè)備，從而將無(wú)線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)逐步轉(zhuǎn)移到軟件上來(lái)。軟件無(wú)線電系統(tǒng)主要由天線、射頻前端、數(shù)字前端、信號(hào)處理單元以及各 種軟件組成。其中射頻前端負(fù)責(zé)完成模擬信號(hào)的收發(fā)工作；數(shù)字前端(包括 A/D-D/A以及相應(yīng)的硬件處理單元)完成數(shù)字信號(hào)的濾波，插值/抽取，上/下 變頻等工作，并通過(guò)特定接口與信號(hào)處理單元完成數(shù)字信號(hào)的交互；信號(hào)處理 單元主要由特定的硬件平臺(tái)構(gòu)成，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)其具體功能。軟件無(wú)線電是一種嶄新的體系結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)如下(1) 系統(tǒng)硬件模塊化模塊化就是將定義系統(tǒng)的各個(gè)任務(wù)分解為相互獨(dú)立的軟件和硬件模塊，這 些模塊通過(guò)相應(yīng)接口以邏輯的方式連接起來(lái)形成所需要的系統(tǒng)功能。模塊化系 統(tǒng)可以通過(guò)增加或替換模塊動(dòng)態(tài)來(lái)改變功能，而不會(huì)與系統(tǒng)中的其它模塊產(chǎn)生 沖突。模塊間定義良好的接口有助于增強(qiáng)模塊化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(2) 可重構(gòu)性軟件無(wú)線電最根本的特性是可重構(gòu)性，就是系統(tǒng)功能隨著需求改變的能力， 也可稱(chēng)為可編程性。軟件無(wú)線電必須在軟件和硬件兩方面都支持系統(tǒng)重構(gòu)，才 具有通過(guò)改變所運(yùn)行的軟件來(lái)定義系統(tǒng)功能的能力。具備可重構(gòu)性是作為軟件 無(wú)線電的必需條件，軟件無(wú)線電具有系統(tǒng)級(jí)的重構(gòu)能力。 (3 )靈活性工作模式可由軟件編程改變，包括可編程的射頻頻段寬帶信號(hào)接入方式和 可編程調(diào)制方式等。所以可任意更換信道接入方式，改變調(diào)制方式或接收不同系統(tǒng)的信號(hào)；可通過(guò)軟件工具來(lái)擴(kuò)展業(yè)務(wù)、分析無(wú)線通信環(huán)境、定義所需增強(qiáng) 的業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)環(huán)境測(cè)試，升級(jí)便捷，減少設(shè)備費(fèi)用的開(kāi)支，因而大大降低了整 個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本。傳統(tǒng)的軟件無(wú)線電分為兩類(lèi)(1 )將多種不同制式的設(shè)備集成在一起，例如現(xiàn)在市場(chǎng)上的GSM-CDMA 雙模手機(jī)。顯然，這種方式只能在預(yù)置的幾種制式下切換，要增加對(duì)新的制式 的支持則意味著集成更多的電路，重配置能力十分有限。(2)基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),這類(lèi) 可編程硬件，重配置的能力得到了很大提高。但是用于FPGA的VHDL、 Verilog 等語(yǔ)言以及DSP的匯編語(yǔ)言都是針對(duì)特定廠商的產(chǎn)品，使得這種方式下的軟件 過(guò)分依賴(lài)于具體的硬件，可移植性較差。此外，對(duì)廣大技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA 和DSP開(kāi)發(fā)的門(mén)檻依然較高，開(kāi)發(fā)過(guò)程也相對(duì)比較繁瑣。發(fā)明內(nèi)容為了解決傳統(tǒng)軟件無(wú)線電系統(tǒng)中所存在的問(wèn)題，并且構(gòu)建一個(gè)更加通用、 更為靈活、便于開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的軟件無(wú)線電系統(tǒng)，本發(fā)明提出了一種基于以太網(wǎng) 交換的軟件無(wú)線電系統(tǒng)。本發(fā)明的特征在于基于包含商用服務(wù)器、或PC機(jī)、或嵌入式系統(tǒng)在內(nèi)的信號(hào)處理軟件的平臺(tái)，該平臺(tái)具有唯一的MAC地址；具有設(shè)定功能的硬件單元，該單元具有唯一的MAC地址；以太網(wǎng)，供所述信號(hào)處理軟件平臺(tái)和所述硬件單元間的通信，它們之間的數(shù)據(jù)以及控制信息的交互采用符合IEEE802.3的MAC包通過(guò)所述的以太網(wǎng)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。依此所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的靈活性以及可重構(gòu)性，模塊間定義良好的 標(biāo)準(zhǔn)接口有助于增強(qiáng)模塊化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使硬件部分的設(shè)計(jì)以及驗(yàn)證得到極大 的簡(jiǎn)化，此外，核心處理軟件可以使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性 和可移植性。


圖1表示本發(fā)明所述的基于以太網(wǎng)交換的軟件無(wú)線電系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)框2表示本發(fā)明所述的系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
從系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上而言，本發(fā)明中所提出的軟件無(wú)線電系統(tǒng)采用通用硬件 (例如商用服務(wù)器、普通PC以及嵌入式系統(tǒng))作為信號(hào)處理軟件的平臺(tái)， 具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)純軟件的信號(hào)處理具有很大的靈活性；可采用通用的 高級(jí)語(yǔ)言(如C/C++)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，擴(kuò)展性和可移植性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)周期短；基 于通用硬件的平臺(tái)，成本較低，并可享受計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的各種優(yōu)勢(shì)(如 CPU處理能力的不斷提高以及軟件技術(shù)的進(jìn)步等)。以上述信號(hào)處理軟件平臺(tái)為核心，將系統(tǒng)的關(guān)鍵處理工作利用標(biāo)準(zhǔn)CPU完 成，可以大大降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，便于系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)，系統(tǒng)的處理能力 也隨著CPU運(yùn)算能力的提高而提高。但從實(shí)現(xiàn)的角度而言，有很多功能并不適 合由純軟件實(shí)現(xiàn)，如信號(hào)濾波、信道譯碼等，這就需要將系統(tǒng)各部分處理工作 在軟硬件之間進(jìn)行合理劃分，對(duì)于某些不適合完全采用軟件實(shí)現(xiàn)的處理算法， 采用相應(yīng)的專(zhuān)用硬件處理單元來(lái)加速，從而形成以基于通用硬件(例如商用 服務(wù)器、普通PC以及嵌入式系統(tǒng))平臺(tái)的軟件處理為主，其他各種完成特定 功能的硬件單元模塊為輔的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的通信系統(tǒng)，完成相應(yīng) 的信號(hào)處理功能。通過(guò)專(zhuān)用信號(hào)處理軟件以及控制軟件的加載，并輔以相應(yīng)的 完成某些特定功能的硬件模塊，就可以實(shí)現(xiàn)各種功能的無(wú)線通信設(shè)備。基于通用硬件(例如商用服務(wù)器、普通PC以及嵌入式系統(tǒng))的核心軟 件處理平臺(tái)以及其他各種完成特定功能的硬件單元模塊之間，需要具有定義良 好的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)以及控制信息的交互。這樣更有利于實(shí)現(xiàn)具體特定功能的 模塊化，增強(qiáng)模塊化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并保證系統(tǒng)的靈活性以及良好的可重構(gòu)性。本發(fā)明中，基于通用硬件(例如商用服務(wù)器、普通PC以及嵌入式系統(tǒng)) 的核心軟件處理平臺(tái)以及其他各種完成特定功能的硬件單元模塊之間利用標(biāo)準(zhǔn) 以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，彼此之間的數(shù)據(jù)以及控制信息的交互均通過(guò)以太網(wǎng)交換來(lái)實(shí) 現(xiàn)。各模塊(包括信號(hào)處理軟件平臺(tái)以及各種輔助硬件單元模塊)都具有唯一 的MAC地址，彼此之間的數(shù)據(jù)以及控制信息的交互均釆用符合IEEE 802.3標(biāo) 準(zhǔn)的MAC包，并通過(guò)以太網(wǎng)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面參照附圖來(lái)描述本發(fā)明。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于以太網(wǎng)交換的軟件無(wú)線電系統(tǒng)，主要分為以下幾步(1) 結(jié)合系統(tǒng)需求及相應(yīng)算法，合理劃分軟硬件功能。絕大部分的信號(hào)處 理工作可以由基于通用硬件(例如商用服務(wù)器、普通PC以及嵌入式系統(tǒng)) 的核心軟件處理平臺(tái)來(lái)完成，系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的控制工作也很適合利用軟件 來(lái)實(shí)現(xiàn)。但有些特定的處理，具有功能明確，算法流程確定以及運(yùn)算量較大等 特點(diǎn)，非常適合用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，如數(shù)字信號(hào)的濾波，插值/抽取，上/下變頻以 及信道譯碼等。(2) 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)完成特定功能的硬件單元模塊。此類(lèi)模塊具有功能明確，算 法流程確定，運(yùn)算量大等特點(diǎn)，可以將其設(shè)計(jì)成專(zhuān)用的硬件單元模塊，并采用 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口作為對(duì)外的數(shù)據(jù)以及控制接口 。(3 )設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)完成信號(hào)處理工作以及系統(tǒng)控制工作的軟件程序。此類(lèi)軟件 以通用硬件(例如商用服務(wù)器、普通PC以及嵌入式系統(tǒng))作為平臺(tái)，并采 用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口作為對(duì)外的數(shù)據(jù)以及控制接口 。采用純軟件的信號(hào)處理具有 很大的靈活性，可釆用通用的高級(jí)語(yǔ)言(如C/C++)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，擴(kuò)展性和 可移植性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)周期短?；谕ㄓ糜布钠脚_(tái)，成本較低，并可享受計(jì)算機(jī) 技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的各種優(yōu)勢(shì)(如CPU處理能力的不斷提高以及軟件技術(shù)的進(jìn)步 等)。之間的互聯(lián)。系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)以及控制信息的交互均通過(guò)以太網(wǎng)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用如上所述之方式所構(gòu)建的系統(tǒng)，通過(guò)專(zhuān)用信號(hào)處理軟件以及控制軟件 的加載，并輔以相應(yīng)的完成某些特定功能的硬件模塊，就可以實(shí)現(xiàn)各種功能的 無(wú)線通信設(shè)備。系統(tǒng)具有很強(qiáng)的靈活性以及良好的可重構(gòu)性。核心處理軟件可 以使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性和可移植性。例如，該發(fā)明可用于"無(wú)線移動(dòng)圖像傳輸系統(tǒng)"中，系統(tǒng)的中心站采用了基 于以太網(wǎng)交換的軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)，其體系架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)包含2個(gè) 基于通用平臺(tái)的軟件處理平臺(tái)，通過(guò)相應(yīng)的軟件程序完成基帶信號(hào)的處理工作。 由于系統(tǒng)采用多天線結(jié)構(gòu)，因此系統(tǒng)中包含若干個(gè)(M個(gè))數(shù)字前端模塊，由 硬件實(shí)現(xiàn)，與相應(yīng)的天線相連，完成收(發(fā))信號(hào)的抽取(插值)、濾波等工作， 相應(yīng)的基帶信號(hào)，通過(guò)以太網(wǎng)交換實(shí)現(xiàn)與軟件處理平臺(tái)之間的交互。此外，此 系統(tǒng)中還包含一個(gè)基于硬件實(shí)現(xiàn)的譯碼器，完成并不適合由軟件完成的信道譯碼工作，譯碼器也是通過(guò)以太網(wǎng)交換完成和軟件處理平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換。盡管已參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是， 可在不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明宗旨和范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1. 基于以太網(wǎng)交換的軟件無(wú)線電系統(tǒng)，其特征在于基于包含商用服務(wù)器、或PC機(jī)、或嵌入式系統(tǒng)在內(nèi)的信號(hào)處理軟件的平臺(tái)，該平臺(tái)具有唯一的MAC地址；具有設(shè)定功能的硬件單元，該單元具有唯一的MAC地址；以太網(wǎng)，供所述信號(hào)處理軟件平臺(tái)和所述硬件單元間的通信，它們之間的數(shù)據(jù)以及控制信息的交互采用符合IEEE802.3的MAC包通過(guò)所述的以太網(wǎng)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
基于以太網(wǎng)交換的軟件無(wú)線電系統(tǒng)涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，其特征在于采用通用硬件(例如商用服務(wù)器、普通PC以及嵌入式系統(tǒng))作為信號(hào)處理軟件的平臺(tái)，并以此平臺(tái)為主，輔以其他各種硬件單元模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的通信系統(tǒng)，完成相應(yīng)的信號(hào)處理功能。基于通用硬件的核心軟件處理平臺(tái)與其他各種硬件單元模塊之間利用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，彼此之間的數(shù)據(jù)以及控制信息的交互均通過(guò)以太網(wǎng)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。以此為基礎(chǔ)，通過(guò)專(zhuān)用信號(hào)處理軟件以及控制軟件的加載，并輔以相應(yīng)的完成某些特定功能的硬件模塊，就可以實(shí)現(xiàn)各種功能的無(wú)線通信設(shè)備。依此所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的靈活性以及可重構(gòu)性，并使系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到極大的簡(jiǎn)化。
文檔編號(hào)H04L12/28GK101272391SQ20081010617
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者周春暉, 琳 孟, 楊海斌, 欣 粟, 趙熠飛, 鐘曉峰, 明 韓 申請(qǐng)人:清華大學(xué);北京久華信信息技術(shù)有限公司