一种基于软件无线电技术的通信实验设备及其实验方法

摘要

本发明公开一种基于软件无线电技术的通信实验设备及其实验方法，是全新的通信实验设备及其实验方法，通信实验设备采用软件无线电架构实现，包括：射频分部、数据处理与路由分部、控制及显示分部、实验项目管理模块。所述基于软件无线电技术的通信实验设备的实验方法，包括生成与添加实验方法、实验操作方法、实验分析模块三部分。本发明设备的高性能通用硬件平台保证了设备的生命周期，可支持通信专业多个细分学科的实验，用户可以利用它进行通信技术的创新研究；设备的网络化和虚拟化大大改善了用户体验，可随时随地做实验，且支持设备的远程使用，极大地提升了实验教学的效果。

主权项

一种基于软件无线电技术的通信实验设备，其特征在于：包括：射频分部、数据处理与路由分部、控制及显示分部、实验项目管理模块；所述射频分部包括：射频天线、射频处理模块；射频分部的工作频率范围和采样速率满足从2G至5G的全部通信技术；所述数据处理与路由分部包括：数据处理与路由模块、射频控制模块、主控模块、D/A模块、A/D模块、光纤收发模块；所述控制及显示分部包括：示波器、上位机、控制与分析模块；所述射频天线用于接收射频处理模块传输的已调信号，并将此信号以无线方式发送到空中；射频天线还用于接收空中的已调信号，并传给射频处理模块；射频天线支持MIMO技术；所述射频处理模块用于接收数据处理与路由模块传输过来的调制信号，再将调制信号传输给射频天线；射频处理模块还用于将射频天线接收并传输过来的已调信号，转变为原始信号，再传给数据处理与路由模块；射频处理模块采用高度集成的RF捷变收发器；所述数据处理与路由模块包括：高性能处理器、高速串行数据传输接口；数据处理与路由模块满足5G通信所需的高带宽基带数据传输要求，所述处理器用于：与上位机之间通过高速总线收发数据，并接收和响应上位机发送的路由控制指令，在A/D模块、D/A模块、光纤收发模块、射频分部之间建立数据收发通路；或者是，根据路由指令选择将从上位机接收的数据发送至D/A模块用于示波器呈现波形，或将从上位机接收的数据发送至射频处理模块后，再通过射频将信号发射出去，或将从上位机接收的数据发送至光纤收发模块后通过光纤发送出去；或者是，根据路由指令将来自射频分部的数据发送至上位机，或将光纤收发模块的数据传送至上位机，或将A/D模块的数据传送至上位机；所述射频控制模块和主控模块用于在上位机的控制下，完成对射频分部各芯片的功率、频率参数的控制；上位机通过低速总线接口与主控模块交互，主控模块与射频处理模块通过I/O口通信；主控模块基于通用CPU实现，使用自定义的协议与上位机进行指令交互，解析上位机指令并将其转化为射频控制模块所需要的指令编号与参数；射频控制模块基于可编程逻辑电路实现，其指令执行属于原子操作，不会被中断，保证与射频处理模块控制接口通信可靠；所述D/A模块用于接收数据处理与路由模块中传送的数据，将数字信号转变为模拟信号，传送给示波器显示屏；所述A/D模块用于将外界接收的模拟信号转变为数字信号，再传给数据处理与路由模块；所述光纤收发模块通过光纤接收来自外部数据，并传入数据处理与路由模块，或者是将数据处理与路由模块的数据，经光纤收发模块中的光纤发送出去；所述上位机也可以模拟光纤通信实验的数据，经高速总线将数据发送给数据处理与路由模块，再进一步发送给光纤收发模块，并由光纤收发模块经光纤发送出去；所述数据处理与路由模块中的数据经D/A模块转换后传输至示波器显示波形；所述实验项目管理模块包括：实验项目分类、实验数据与波形显示、硬件系统控制与数据收发；所述实验项目分类用于：管理不同类别实验的生成、添加与调用，以及，实验软件平台上实验目录采用分层分类设计；不同的实验课程对应不同的目录分类，同一实验下还有多级目录分层，多级目录的最底层对应为一个个具体的实验目录，包括单个实验项目的设计实验框图、实验程序；这些实验具有统一的数据接口、统一的文件布局方式，所有实验项目都遵循统一的操作与管理；所述实验数据与波形显示是使用虚拟示波器观察实验的全部的中间结果，虚拟示波器用于选择和切换数据源，并进行相关波形的对比分析；虚拟示波器的数据通过D/A模块同步送至真实示波器显示；虚拟示波器是实施远程操作实验的基础；所述硬件系统控制与数据收发模块用于完成硬件平台与软件平台上的控制命令交互和数据交换。