本發(fā)明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種無線通信綜合系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

背景技術：

無線通信系統(tǒng)在國家工業(yè)中得到了越來越廣泛的應用。目前的各類無線通信系統(tǒng)大多數(shù)采用分立式設計實現(xiàn)方法，即由獨立的基帶設備、射頻設備及天線設備組成，并且根據(jù)無線系統(tǒng)的功能采用不同的設計手段和實現(xiàn)方法。隨著電子信息技術和無線通信技術的發(fā)展，綜合化的設計方法也主要采用模塊化的綜合設計方法，如《通信技術》2014年第1期中“基于軟件無線電的射頻綜合一體化設計”一文，提出了采用軟件無線電技術的無線通信系統(tǒng)的綜合化設計方法。因此，現(xiàn)有無線通信綜合系統(tǒng)組成比較龐大，信號及信息處理程序比較復雜，而且信號及信息的綜合處理及應用能力較弱，系統(tǒng)的資源及效能沒有完全發(fā)揮，根據(jù)實際需求進行系統(tǒng)快速重構的能力比較弱。

為此需要提供一種能夠對多種無線通信信號進行一體化處理的通信系統(tǒng)，以大幅提升無線通信信號及信息的處理能力，并能夠根據(jù)實際處理需求進行系統(tǒng)的快速重構。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種采用分層式體系架構和基于微內核技術的無線通信綜合系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對多種無線通信信號的一體化處理，大幅提高基于操作系統(tǒng)的系統(tǒng)資源及信息管理能力，進而提升系統(tǒng)的智能化水平。

本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，采用分層式體系架構進行設計，包括任務管理層、功能軟件層和物理資源層，所述任務管理層依據(jù)外部輸入的功能需求，完成系統(tǒng)的任務模式管理、軟件調用和物理資源管理功能；所述任務模式對應不同的任務模板，每個任務模板明確了調用的具體功能軟件及與所述功能對應的具體參數(shù)；所述任務管理層生成任務模板并向所述功能軟件層和物理資源層下發(fā)，在下發(fā)的過程中動態(tài)實現(xiàn)對所述物理資源層硬件資源的管理，為軟件的運行提供匹配的硬件環(huán)境；

所述功能軟件層對系統(tǒng)預置的不同功能軟件及組件進行管理，依據(jù)所述任務管理層下發(fā)的任務模板，調用相應的組件進行功能軟件的加載，并在不同的硬件環(huán)境下運行；

所述物理資源層為所述無線通信綜合系統(tǒng)的實現(xiàn)提供物理硬件資源，依據(jù)所述任務管理層下發(fā)的任務模板，基于嵌入式微內核系統(tǒng)將物理硬件資源進行統(tǒng)一管理與使用，以實現(xiàn)不同功能軟件與物理資源之間的關聯(lián)，為所述功能軟件層的運行提供物理平臺。

進一步地，所述物理資源層硬件資源包括CPU、RAM、FPGA、DSP、FLASH、IO及硬件模塊。

進一步地，所述功能軟件層中的功能軟件及組件采用組合化的設計方法，包括任務管理軟件、系統(tǒng)管理軟件和信號處理軟件；所述任務管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的任務判別及分解管理、任務模板管理和多參數(shù)配置管理，所述系統(tǒng)管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的狀態(tài)管理、系統(tǒng)資源管理和信息數(shù)據(jù)管理，所述信號處理軟件用以完成一種或多種無線通信信號的處理；

所述任務管理軟件對所述系統(tǒng)管理軟件及信號處理軟件的執(zhí)行過程進行控制管理，并通過VPX背板總線實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的收發(fā)。

進一步地，所述任務管理軟件包括任務判別及分解管理組件、任務模板管理組件和參數(shù)配置管理組件；所述任務判別及分解管理組件進一步包括外部任務指令解析管理組件、任務分解及組件調用管理組件，所述任務模板管理組件進一步包括遙測模板管理組件、外測模板管理組件、衛(wèi)星導航模板管理組件及全功能模板管理組件，參數(shù)配置管理進一步包括系統(tǒng)參數(shù)配置管理組件、信號處理參數(shù)配置管理組件；

所述系統(tǒng)管理軟件包括系統(tǒng)狀態(tài)管理組件、系統(tǒng)資源管理組件和信息數(shù)據(jù)管理組件；所述系統(tǒng)狀態(tài)管理組件進一步包括系統(tǒng)運行狀態(tài)管理組件、物理硬件工作狀態(tài)管理組件和任務執(zhí)行狀態(tài)管理組件；系統(tǒng)資源管理組件進一步包括時鐘管理及分配組件、能源管理及分配組件和處理資源管理及分配組件；信息數(shù)據(jù)管理組件進一步包括外部交互信息管理組件、系統(tǒng)內部信息管理組件和信號處理數(shù)據(jù)管理組件；

信號處理軟件包括遙測信號處理組件、外測信號處理組件、衛(wèi)星導航信號處理組件和全功能信號處理組件。

本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，采用分層式體系架構進行設計，包括前臺硬件部分和后臺軟件部分；所述前臺硬件部分包括無線綜合設備、一體化可重構天線和綜合測試設備；所述綜合測試設備通過一體化可重構天線將測試指令發(fā)送至無線綜合設備，無線綜合設備將狀態(tài)數(shù)據(jù)通過一體化可重構天線發(fā)送至綜合測試設備；所述前臺硬件部分依據(jù)外部指令，通過調用所述后臺軟件部分實現(xiàn)無線通信功能。

進一步地，所述無線綜合設備和綜合測試設備采用相同的硬件架構；所述無線綜合設備包括基帶信號及信息處理模塊、射頻信號處理模塊和VPX背板，所述綜合測試設備包括通用綜合基帶測試模塊、通用綜合射頻測試模塊和VPX背板。

進一步地，所述基帶信號及信息處理模塊包括任務及信息管理單元、基帶信號處理單元、數(shù)字化寬帶信道處理單元、電源及時鐘管理單元和總線接口單元；所述任務及信息管理單元用于完成系統(tǒng)任務、物理資源、信息等的綜合化管理，一方面，依據(jù)外部指令，完成系統(tǒng)任務模板的生成，并將任務模板及配置參數(shù)下發(fā)到基帶信號處理單元；另一方面，將接收到的狀態(tài)參數(shù)、處理數(shù)據(jù)等內容通過總線接口單元上報至外部系統(tǒng)；所述基帶信號處理單元依據(jù)任務模板及配置參數(shù)，完成一種或多種無線通信信號的一體化基帶處理，同時將前端配置參數(shù)下發(fā)至數(shù)字化寬帶信道處理單元及信道選擇及開關矩陣；所述數(shù)字化寬帶信道處理單元用以完成對數(shù)字化寬帶的信道處理；

所述射頻信號處理模塊包括信道選擇及開關矩陣、信道濾波及放大單元、電源及時鐘管理單元和總線接口單元；所述信道選擇及開關矩陣單元通過接收前端參數(shù)配置指令，完成多路射頻信道前端收發(fā)的選擇及開關控制，并將所述射頻信號處理模塊的狀態(tài)參數(shù)上報給基帶信號處理單元；所述信道濾波及放大單元用以對多路射頻前端收發(fā)信號進行濾波和放大；

在所述基帶信號及信息處理模塊或射頻信號處理模塊中，所述電源及時鐘管理單元，用以為所述硬件模塊的其他單元提供供電及時鐘；所述總線接口單元用以完成對所述無線通信綜合系統(tǒng)外部和內部的通信；所述VPX背板通過總線接口單元為所述無線通信綜合系統(tǒng)中相關的模塊、板卡提供電源、信號及信息的交互通道。

進一步地，所述通用綜合基帶測試模塊包括任務及信息管理單元、基帶信號處理單元、數(shù)字化寬帶信道處理單元、電源及時鐘管理單元和總線接口單元；所述任務及信息管理單元用于完成系統(tǒng)任務、物理資源、信息等的綜合化管理，一方面，依據(jù)外部指令，完成系統(tǒng)任務模板的生成，并將任務模板及配置參數(shù)下發(fā)到基帶信號處理單元；另一方面，將接收到的狀態(tài)參數(shù)、處理數(shù)據(jù)等內容通過總線接口單元上報至外部系統(tǒng)；所述基帶信號處理單元依據(jù)任務模板及配置參數(shù)，完成一種或多種無線通信信號的一體化基帶處理，同時將前端配置參數(shù)下發(fā)至數(shù)字化寬帶信道處理單元及信道選擇及開關矩陣；所述數(shù)字化寬帶信道處理單元用以完成對數(shù)字化寬帶的信道處理；

所述通用綜合射頻測試模塊包括信道選擇及開關矩陣、信道濾波及放大單元、電源及時鐘管理單元和總線接口單元；所述信道選擇及開關矩陣單元通過接收前端參數(shù)配置指令，完成多路射頻信道前端收發(fā)的選擇及開關控制，并將所述射頻信號處理模塊的狀態(tài)參數(shù)上報給基帶信號處理單元；所述信道濾波及放大單元用以對多路射頻前端收發(fā)信號進行濾波和放大；

在所述通用綜合基帶測試模塊或通用綜合射頻測試模塊中，所述電源及時鐘管理單元，用以為所述硬件模塊的其他單元提供供電及時鐘；所述總線接口單元用以完成對所述無線通信綜合系統(tǒng)外部和內部的通訊；所述VPX背板通過總線接口單元為所述無線通信綜合系統(tǒng)中相關的模塊、板卡提供電源、信號及信息的交互通道。

進一步地，所述后臺軟件部分包括各類功能軟件及組件，所述功能軟件及組件采用組合化的設計方法，包括任務管理軟件、系統(tǒng)管理軟件和信號處理軟件；所述任務管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的任務判別及分解管理、任務模板管理和多參數(shù)配置管理，所述系統(tǒng)管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的狀態(tài)管理、系統(tǒng)資源管理和信息數(shù)據(jù)管理，所述信號處理軟件用以完成多種無線通信信號的處理；所述任務管理軟件對所述系統(tǒng)管理軟件及信號處理軟件的執(zhí)行過程進行控制管理，并通過VPX背板總線實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的收發(fā)。

進一步地，所述任務管理軟件包括任務判別及分解管理組件、任務模板管理組件和參數(shù)配置管理組件；所述任務判別及分解管理組件進一步包括外部任務指令解析管理組件、任務分解及組件調用管理組件，所述任務模板管理組件進一步包括遙測模板管理組件、外測模板管理組件、衛(wèi)星導航模板管理組件及全功能模板管理組件，參數(shù)配置管理進一步包括系統(tǒng)參數(shù)配置管理組件、信號處理參數(shù)配置管理組件；

所述系統(tǒng)管理軟件包括系統(tǒng)狀態(tài)管理組件、系統(tǒng)資源管理組件和信息數(shù)據(jù)管理組件；所述系統(tǒng)狀態(tài)管理組件進一步包括系統(tǒng)運行狀態(tài)管理組件、物理硬件工作狀態(tài)管理組件和任務執(zhí)行狀態(tài)管理組件；系統(tǒng)資源管理組件進一步包括時鐘管理及分配組件、能源管理及分配組件和處理資源管理及分配組件；信息數(shù)據(jù)管理組件進一步包括外部交互信息管理組件、系統(tǒng)內部信息管理組件、信號處理數(shù)據(jù)管理組件；

所述信號處理軟件包括遙測信號處理組件、外測信號處理組件、衛(wèi)星導航信號處理組件和全功能信號處理組件。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，采用分層式體系架構，包括任務管理層、功能軟件層和物理資源層，將復雜系統(tǒng)的信號及信息處理過程清晰化，有利于快速、準確地確定系統(tǒng)的工作過程、資源構成及軟硬件之間的關聯(lián)關系，有效提高了系統(tǒng)的工作效能；

(2)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，基于微內核操作系統(tǒng)技術及軟件無線電處理技術，將包括衛(wèi)星導航、遙測、外測等多種類型的無線通信信號進行一體化綜合處理，實現(xiàn)從射頻處理到基帶處理的硬件平臺通用化、軟件參數(shù)可配置、系統(tǒng)功能可重構等能力，能夠構建從信號處理到信息管理的智能化處理系統(tǒng)；

(3)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，基于嵌入式微內核系統(tǒng)將包括CPU、FPGA、DSP、FLASH、IO及硬件模塊等進行統(tǒng)一管理與使用，各功能軟件采用組合化的設計方法，有效簡化了現(xiàn)有的無線通信綜合系統(tǒng)的組成，有利于系統(tǒng)的資源及效能得以完全發(fā)揮；

(4)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，采用一體化的設計思路，通過綜合化軟件平臺和通用化硬件平臺實現(xiàn)對系統(tǒng)信號及信息的綜合化處理，有利于提高系統(tǒng)功能的快速重構，進而提高系統(tǒng)的智能化水平；

(5)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，前臺硬件部分包括的無線綜合設備和綜合測試設備采用相同的硬件架構，有效提高了系統(tǒng)的通用化和模塊化水平。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的無線通信綜合系統(tǒng)實現(xiàn)的體系架構示意圖；

圖2是本發(fā)明的無線通信綜合系統(tǒng)的前臺硬件部分組成示意圖；

圖3是本發(fā)明的無線通信綜合系統(tǒng)的后臺軟件部分組成示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的技術方案做進一步詳細說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明要求保護的范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明的無線通信綜合系統(tǒng)體系架構示意圖，整個系統(tǒng)分為任務管理層、功能軟件層和物理資源層。任務管理層主要依據(jù)外部輸入的功能需求，完成系統(tǒng)的任務模式管理、物理資源管理和軟件調用功能。任務模式對應不同的任務模板，每個任務模板明確了調用的具體功能軟件及對應功能的具體參數(shù)。同時，在進行任務模板生成及下發(fā)的過程中，動態(tài)的實現(xiàn)對物理資源層硬件資源的管理，確保為軟件的運行提供匹配的硬件環(huán)境；

功能軟件層主要實現(xiàn)對系統(tǒng)預置的不同功能軟件及組件的管理。每一種功能軟件由一個或多個功能組件組成，存儲在不同的FLASH和RAM中。當功能軟件層收到任務管理層下發(fā)的任務模板后，則依據(jù)任務需求及功能軟件的邏輯關系，調用相應的組件進行系統(tǒng)功能軟件的加載，并在相應的硬件環(huán)境下運行；

物理資源層主要指構成無線通信綜合系統(tǒng)的物理硬件資源，包括各類硬件及其之間的連接關系，并基于嵌入式微內核系統(tǒng)將CPU、RAM、FPGA、DSP、FLASH、IO及硬件模塊等進行統(tǒng)一管理與使用，實現(xiàn)不同功能軟件與物理資源之間的關聯(lián)，為功能軟件的運行提供物理平臺。

如圖2所示，無線通信綜合系統(tǒng)的前臺硬件部分包括無線綜合設備、一體化可重構天線和綜合測試設備。無線綜合設備為可應用于不同平臺上的載荷類設備，綜合測試設備是對無線綜合設備進行功能指標驗證的專用測試設備，一體化可重構天線既可作為載荷安裝于該平臺，也可作為地面測試設備使用，用來實現(xiàn)無線電磁信號的收發(fā)。綜合測試設備通過一體化可重構天線將測試指令發(fā)送至無線綜合設備，無線綜合設備將狀態(tài)數(shù)據(jù)通過一體化可重構天線發(fā)送至綜合測試設備。

無線綜合設備和綜合測試設備采用基本相同的硬件架構，以實現(xiàn)通用化和模塊化設計。無線綜合設備包括基帶信號及信息處理模塊、射頻信號處理模塊和VPX背板；綜合測試設備包括通用綜合基帶測試模塊、通用綜合射頻測試模塊和VPX背板。其中，基帶信號及信息處理模塊或通用綜合基帶測試模塊包括任務及信息管理單元、基帶信號處理單元、數(shù)字化寬帶信道處理單元、電源及時鐘管理單元、總線接口單元；射頻信號處理模塊或通用綜合射頻測試模塊包括信道選擇及開關矩陣單元、信道濾波及放大單元、電源及時鐘管理單元、總線接口單元。

圖中的箭頭方向標識了模塊間的信號、信息及數(shù)據(jù)流向。

a)任務及信息管理單元主要完成系統(tǒng)任務、物理資源、信息等的綜合化管理。一方面，依據(jù)外部指令，完成系統(tǒng)任務模板的生成，并將任務模板及配置參數(shù)下發(fā)到基帶信號處理單元；另一方面，將接收到的狀態(tài)參數(shù)、處理數(shù)據(jù)等內容通過總線接口單元上報至外部系統(tǒng)。

b)基帶信號處理單元依據(jù)任務模板及配置參數(shù)，完成遙測、外測、衛(wèi)星導航等多種信號的基帶處理，同時將前端配置參數(shù)下發(fā)至數(shù)字化寬帶信道處理單元及信道選擇及開關矩陣。

c)數(shù)字化寬帶信道處理單元通過多個捷變收發(fā)器和高速ADC/DAC，完成寬帶的信道處理，處理過程包括上下變頻、濾波和模數(shù)/數(shù)模變換。

d)信道選擇及開關矩陣單元通過接收前端參數(shù)配置指令，完成一個或多個射頻信道前端收發(fā)的選擇及開關控制，并將射頻信號處理模塊的狀態(tài)參數(shù)上報給基帶信號處理單元。

e)信道濾波及放大單元主要由低噪放、功放及濾波器構成，完成多路射頻前端收發(fā)信號的濾波及放大功能。

f)電源及時鐘管理單元為多個硬件單元提供系統(tǒng)供電及時鐘。

g)總線接口單元完成系統(tǒng)對外部系統(tǒng)的SRIO、以太網(wǎng)、RS232接口互聯(lián)以及系統(tǒng)內部的差分信號互聯(lián)等。

h)VPX背板通過總線接口單元為系統(tǒng)中相關的模塊、板卡提供電源、信號及信息的交互通道。

一體化可重構天線為集成多種頻段電磁信號收發(fā)功能的可重構集成天線，具備極化可重構、頻率可重構及方向圖可重構的能力。

如圖3所示，系統(tǒng)的后臺軟件部分采用組件化的設計方法，包括任務管理軟件、系統(tǒng)管理軟件和信號處理軟件；所述任務管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的任務判別及分解管理、任務模板管理和多參數(shù)配置管理，所述系統(tǒng)管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的狀態(tài)管理、系統(tǒng)資源管理和信息數(shù)據(jù)管理，所述信號處理軟件用以完成包括遙測、外測、衛(wèi)星導航在內的一種或多種信號的處理；任務管理軟件對所述系統(tǒng)管理軟件及信號處理軟件的執(zhí)行過程進行控制管理，并通過VPX背板總線實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的收發(fā)；

任務管理軟件包括任務判別及分解管理組件、任務模板管理組件和參數(shù)配置管理組件；所述任務判別及分解管理組件進一步包括外部任務指令解析管理組件、任務分解和組件調用管理組件，所述任務模板管理組件進一步包括遙測模板管理組件、外測模板管理組件、衛(wèi)星導航模板管理組件和全功能模板管理組件，參數(shù)配置管理進一步包括系統(tǒng)參數(shù)配置管理組件、信號處理參數(shù)配置管理組件；

系統(tǒng)管理軟件包括系統(tǒng)狀態(tài)管理組件、系統(tǒng)資源管理組件和信息數(shù)據(jù)管理組件；所述系統(tǒng)狀態(tài)管理組件進一步包括系統(tǒng)運行狀態(tài)管理組件、物理硬件工作狀態(tài)管理組件和任務執(zhí)行狀態(tài)管理組件；系統(tǒng)資源管理組件進一步包括時鐘管理及分配組件、能源管理及分配組件和處理資源管理及分配組件；信息數(shù)據(jù)管理組件進一步包括外部交互信息管理組件、系統(tǒng)內部信息管理組件和信號處理數(shù)據(jù)管理組件；

信號處理軟件包括遙測信號處理組件、外測信號處理組件、衛(wèi)星導航信號處理組件、全功能信號處理組件。

上面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行了詳細描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制。只要采用了本發(fā)明的構思和技術方案進行的非實質性改進，或者未經(jīng)改進，將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其他場合的，均在本發(fā)明的保護范圍內。