阅读说明：本技术 基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备 (Multichannel universal wireless signal transmitting equipment based on software radio architecture ) 是由 钟声 钟友军 高洁 于 2019-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备。本发明中：信号产生模块产生的激励信号通过正交上变频模块将信号频率搬移到指定的射频频率；正交上变频模块将变频后的信号传输至射频多工器；射频多工器与宽带天线电性连接；信号产生模块中，FPGA芯片通过高速接口电路与四个DAC芯片电性连接，DAC芯片将信号通过滤波和放大组进行滤波和放大处理后传输至正交上变频模块；FPGA芯片通过高速总线接口电路与大容量高速存储颗粒电性连接。本发明通过构建了一个基于软件无线电架构的多通道通用无线信号产生与发射链路，在通用硬件电路架构的基础上通过软件可编程性来解决多种应用场景下的实时产生与发射控制问题。(The invention discloses a multi-channel general wireless signal transmitting device based on a software radio architecture. In the invention: the excitation signal generated by the signal generation module is transferred to the appointed radio frequency through the orthogonal up-conversion module; the orthogonal up-conversion module transmits the frequency-converted signal to a radio frequency multiplexer; the radio frequency multiplexer is electrically connected with the broadband antenna; in the signal generation module, the FPGA chip is electrically connected with the four DAC chips through a high-speed interface circuit, and the DAC chips are used for filtering and amplifying signals through a filtering and amplifying group and then transmitting the signals to the orthogonal up-conversion module; the FPGA chip is electrically connected with the high-capacity high-speed storage particles through a high-speed bus interface circuit. The invention solves the real-time generation and emission control problem under various application scenes through software programmability on the basis of a general hardware circuit architecture by constructing a multi-channel general wireless signal generation and emission link based on a software radio architecture.)

基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备

技术领域

本发明属于无线信号发射设备技术领域，特别是涉及基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备。

背景技术

在现代信息化社会的众多应用领域，都会涉及到无线信号发射的技术实现。现有的技术是根据所要发射的无线信号技术特性或波形参数来确定或设计其发射设备的硬件架构和组成电路，其组成部分通常包括基带信号产生电路、调制器电路、综合本振源电路、正交混频器电路、滤波器电路、射频小信号放大器电路、射频功率放大器电路等。如果所要发射的无线信号技术特性或波形参数需进行某些较小的变化，则需要对其基带信号产生电路、调制器电路、综合本振源电路、正交混频器电路、滤波器电路等硬件电路的设计参数进行微调，而如果所要发射的无线信号技术特性或波形参数需进行较大的调整，则需要对其基带信号产生电路、调制器电路、综合本振源电路、正交混频器电路、滤波器电路等硬件电路的设计方案进行调整或者重新设计。另外，不同应用场景和需求的无线发射设备，需要设计不同的硬件电路来适应。

现代软件无线电理论与技术的发展，为实现通用化多通道无线信号发射奠定了基础，而现代高性能FPGA芯片、高速DAC芯片、高速时钟源芯片、高速数据总线芯片等芯片技术的发展也为构建基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备奠定了工程技术基础。利用高性能FPGA芯片、高速DAC芯片、高速时钟源芯片、高速数据总线芯片等可以构建一个基于软件无线电架构的通用无线信号发射通道，通过软件编程改变相关芯片中的无线信号产生模型和波形参数，可以在不改***件电路的前提下，实现不同技术体制、调制样式、基带参数和调制参数等无线电信号的产生，利用大容量存储芯片存储待发射的无线电信号基带波形或中频波形(可利用Matlab仿真产生或其它方式产生)，再利用高性能FPGA芯片、高速DAC芯片、高速时钟源芯片、高速数据总线芯片等硬件资源，可以将该基带波形或中频波形搬移到指定的射频频率发射。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备，通过采用FPGA芯片、DAC芯片、高速时钟源芯片、高速数据总线芯片、高速大容量存储芯片等构建了一个基于软件无线电架构的多通道通用无线信号产生与发射链路，在通用硬件电路架构的基础上通过软件可编程性来解决多种应用场景下对不同无线通信信号或干扰信号技术体制、调制样式、调制参数及基带波形参数等的实时产生与发射控制问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备，包括信号产生模块、正交上变频模块、宽带射频功放模块、射频多工器、宽带天线；

所述信号产生模块产生的激励信号通过正交上变频模块将信号频率搬移到指定的射频频率；其中，所述正交上变频模块为宽带正交混频电路；

所述正交上变频模块将变频后的信号传输至射频多工器；所述射频多工器与宽带天线电性连接；

所述信号产生模块为8通道数字激励信号产生模块；所述信号产生模块包括FPGA芯片、DAC芯片、高速时钟源芯片、高速总线接口电路、大容量高速存储颗粒；

所述FPGA芯片通过高速接口电路与四个DAC芯片电性连接，产生8对 I/Q信号，所述DAC芯片将信号通过滤波和放大组进行滤波和放大处理后传输至正交上变频模块；

其中，所述FPGA芯片对需要在无线信道发射的技术体制、调制样式、调制参数等波形参数的信号进行编程，产生对应的基带数字信号；

其中，所述DAC芯片将接收的信号进行模数转换和正交变换；所述DAC 芯片通过变差控制采样率、输出中频信号的频率以及正交输出信号的幅相参数；

所述FPGA芯片通过高速总线接口电路与大容量高速存储颗粒电性连接；所述大容量高速存储颗粒向FPGA芯片传输信号。

优选地，所述DAC芯片输出的多通道正交信号频率范围在500MHz以下。

优选地，所述高速时钟源芯片为FPGA芯片、DAC芯片提供高速时钟，并为正交上变频模块提供本振信号。

优选地，所述大容量高速存储颗粒内存储有事先通过Matlab仿真产生或者事先由数据采集系统采集获取的需要在无线信道发射的各种技术体制、调制样式、调制参数等波形参数的基带通信信号/干扰信号波形。

优选地，所述FPGA芯片还连接有一WIFI接口控制电路、一以太网接口电路和一CF/SD卡接口电路；所述无线WiFi电路和以太网接口电路提供了对外数据与控制接口，通过对外数据交互将外部的数字基带信号波形输入到高速大容量存储颗粒；通过对外控制指令的交互，控制信号产生模块在指定的时间完成各种指定的技术体制、调制样式、调制参数等波形参数的无线信号产生与发射。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过高性能FPGA芯片、高速DAC芯片、高速时钟源芯片、高速数据总线芯片、高速大容量存储芯片等构建了一个基于软件无线电架构的多通道通用无线信号产生与发射链路，在通用硬件电路架构的基础上通过软件可编程性来解决多种应用场景下对不同无线通信信号或干扰信号技术体制、调制样式、调制参数及基带波形参数等的实时产生与发射控制问题。

2、本发明通过采用通用性且高性能的硬件电路，在不同的应用场景下只需要启用不同的应用软件及设置不同的信号波形参数，使得其无论是产生与发射无线电通信信号还是无线电干扰信号，其灵活性(通信信号/干扰信号技术体制、调制样式、调制参数及基带波形参数等)和性能(用于军用或民用通信时的抗干扰性能、用于军用或民用干扰时的干扰效能)都得到了很大的提高，而且能够实现无线电通信/无线电干扰的一体化。

3、本发明通过采用高速大容量存储芯片，可以将事先准备好(Matlab 等仿真工具产生的军用或民用基带通信信号/干扰信号波形)的波形数据通过数据接口存储在模块的高速大容量存储芯片中，由此大大减轻了FPGA生成复杂技术体制与调制样式的无线电通信信号或干扰信号占用的硬件资源以及底层编程的复杂性，为发射设备核心模块的通用化和高性能提供了更好的保障。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备的系统框图；

图2为8通道数字激励信号产生模块的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2所示，本发明为一种基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备，包括信号产生模块、正交上变频模块、宽带射频功放模块、射频多工器、宽带天线；

信号产生模块产生的激励信号通过正交上变频模块将信号频率搬移到指定的射频频率；其中，正交上变频模块为宽带正交混频电路；正交上变频模块将变频后的信号传输至射频多工器；射频多工器与宽带天线电性连接；

如图2所示，信号产生模块为8通道数字激励信号产生模块；信号产生模块包括FPGA芯片、DAC芯片、高速时钟源芯片、高速总线接口电路、大容量高速存储颗粒；

FPGA芯片通过高速接口电路与四个DAC芯片电性连接，产生8对I/Q信号，DAC芯片将信号通过滤波和放大组进行滤波和放大处理后传输至正交上变频模块；

通过采用采用1片高性能FPGA芯片带多片高速DAC芯片，且每片DAC 芯片能够输出多对正交信号的模式，由此保障多通道正交信号的输出；

其中，FPGA芯片对需要在无线信道发射的技术体制、调制样式、调制参数等波形参数的信号进行编程，产生对应的基带数字信号；其中，DAC芯片将接收的信号进行模数转换和正交变换；DAC芯片通过变差控制采样率、输出中频信号的频率以及正交输出信号的幅相参数；

FPGA芯片通过高速总线接口电路与大容量高速存储颗粒电性连接；大容量高速存储颗粒向FPGA芯片传输信号。

优选地，DAC芯片输出的多通道正交信号频率范围在500MHz以下，对于500MHz以上的输出信号需求(如500MHz～6000MHz)，通过宽带正交混频电路进行频率搬移即可。

优选地，高速时钟源芯片为FPGA芯片、DAC芯片提供高速时钟，并为正交上变频模块提供本振信号。

优选地，大容量高速存储颗粒内存储有事先通过Matlab仿真产生或者事先由数据采集系统采集获取的需要在无线信道发射的各种技术体制、调制样式、调制参数等波形参数的基带通信信号/干扰信号波形。

优选地，FPGA芯片还连接有一WIFI接口控制电路、一以太网接口电路和一CF/SD卡接口电路；无线WiFi电路和以太网接口电路提供了对外数据与控制接口，通过对外数据交互将外部的数字基带信号波形输入到高速大容量存储颗粒；通过对外控制指令的交互，控制信号产生模块在指定的时间完成各种指定的技术体制、调制样式、调制参数等波形参数的无线信号产生与发射；

其中，FPGA芯片通过WIFI接口控制电路/以太网接口电路和控制计算机 /手机/PAD操控端连接；控制计算机/手机/PAD操控端可以对对模块的工作状态和每个通道的波形参数进行设置。

其中，通过大容量高速存储颗粒和CF/SD卡接口电路，便于将通过采集设备采集存储的目标信号波形数据以及通过MATLAB仿真模拟的目标信号波形数据经由高性能FPGA芯片和高速DAC芯片直接产生其对应的中频信号波形或低频段(例如频率在1～500MHz范围)的射频信号进行存储。

实施例一：需要在无线信道发射的各种技术体制、调制样式、调制参数等波形参数的信号也可以事先通过Matlab仿真产生，或者事先由数据采集系统采集获取，而后通过CF卡读卡电路和高速大容量存储颗粒输入到大规模逻辑门阵列FPGA芯片进行快速的数据传输控制与管理；

需要在无线信道发射的各种技术体制、调制样式、调制参数等波形参数的信号首先由可编程的，产生对应的基带数字信号，而后通过高速数据总线送到高速DAC进行模数转换和正交变换，这里采用的高速DAC也是可以编程控制其采样率、输出中频信号的频率以及正交输出信号的幅相参数。

实施二：本发明为一种基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备，发射设备的各个组成部分在硬件上都是通用的，能够适应现代信息化社会电磁空间和电子信息领域不断更新的无线信号产生与发射的硬件需求，任意需求的新技术体制、调制样式、调制参数和基带波形参数的无线信号产生与发射均可以通过底层驱动程序和上位机控制程序的更改来实现。

实施例三：本实施例中一种基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备，的多通道通用无线信号发射单元的标准配置是4通道和8通道并行工作，通过软件上的时分和频分多目标设置，可以同时产生与发射更多路数的各种不同技术体制、调制样式、调制参数和基带波形参数的无线信号。

实施例四：本实施例为一种基于软件无线电架构的多通道通用无线信号发射设备，的多通道通用无线信号发射设备可以两个或更多个基本单元模块进行组合扩展；每个基本单元模块可以是8路并行输出，也可以通过射频合路器进行合路后实现8路以内的任意路数输出。

其中，硬件扩展也可以是或包含宽带射频功放模块及后续的射频多工器、宽带天线的工作频率范围扩展，目前基本配置的工作频率范围是1～6000MHz，可扩展到1～18000MHz、1～26500MHz、1～40000MHz等。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。