一种基于软件无线电技术的通信实验设备及其实验方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Communication experiment equipment based on software radio technology and experiment method thereof

The invention discloses a communication equipment software radio technology and its experimental method based on communication is new experimental equipment and experiment method, experimental equipment communication using software radio architecture, including radio frequency division, data processing and routing segment, control and display division, the project management module. The invention relates to an experimental method of a communication experiment equipment based on software radio technology, which comprises three parts of generating and adding an experimental method, an experimental operation method and an experimental analysis module. High performance general hardware platform of the device of the invention ensures that the life cycle of the equipment, can support a number of professional communication subject experiments, the user can use it to carry out the innovation of communication technology; network virtualization and equipment greatly improve the user experience, can at any time anywhere to do experiments, remote use and support equipment. Greatly improve the effect of experimental teaching.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于软件无线电技术的通信实验设备及实验方法，具体为一种应用于通信专业教学领域的实验教学设备，以及与实验设备对应的实验方法，属无线电通信

技术介绍
近年来我国通信行业呈快速发展趋势，然而要保持这种势头则必须有通信教学领域的支撑，通信专业的教学包括理论教学与实践教学，这些都需要有相应的通信教学实验设备，但目前国内市场上的通信实验设备主要存在以下不足：⑴通信技术的不断进步对目前的通信实验设备提出了挑战，很多现有通信实验设备已不能满足新兴通信技术的教学要求，面临淘汰，现代通信实验室迫切需要一种具有较长生命周期的实验教学设备。⑵通信专业各细分学科（如信号与系统、通信原理、移动通信技术、光纤通信等）的实验设备有一定相似性，但它们并不能完全共用，各细分学科还有专门的实验设备，导致通信专业的实验设备资金投入很大，但设备的利用率不高。⑶目前的通信实验设备一旦成型，则功能固化，存在不可扩展性弊端，依托这些设备则无法进行通信技术的进一步创新研究，支持创新研究的设备又需耗时费钱另购，从而加重了通信实验室的资金负担，也影响了通信科学研究的进程。另一方面，当前通信实验设备的信号观察一般借助多通道示波器，存在的缺陷一是硬件成本高，二是进行实验时，要求用户必须在现场进行实验，使用者不在实验设备现场则无法进行实验，不利于学生对相关知识进行深入学习和巩固，不能随时随地实验，最终实验课程的实施并不理想。综上所述，一种可以在高性能的通用硬件平台上加载不同的实验软件，实现不同的功能，并通过实验设备的网络接口，支持用户远程实施实验过程，同时，通过使用虚拟仪器技术，支持用户方便地观测实验结果的模块化实验设备及方法——基于软件无线电技术的通信实验设备及其实验方法成为必需。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
提出问题，提供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，所述通信实验设备满足具有较长生命周期的要求，具有通用性、可扩展性，且支持设备的远程使用，通信实验设备采用软件无线电架构实现，包含硬件平台与软件。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：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。一种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；其特征在于：所述实验分析模块是按照通信专业课程中涉及的各种信源产生、信源编码、信道编码、基带调制与解调、信道解码、信源解码等各个环节的要求，编写相关程序，实现各个通信子过程；所述生成与添加实验的方法如下：首先通过界面控制软件中设计实验原理呈现模块，按照教材的内容设计实验原理的框图，将教材中复杂的实验原理分解为若干模块，通过模块之间的组合方式来解释实验原理；实验原理框图设计好后，利用实验分析模块按照实验原理设计实验算法和编写好实验程序，针对通信课程中的各个环节的不同要求，都对应设计了实验算法和实验程序；然后利用界面控制软件，将设计好的实验算法和程序集成到一起，完成实验数据与波形显示模块设计，实现实验数据、实验波形的输出，并且统一设计与硬件平台的接口，完成硬件系统控制与数据收发模块设计，使得所有的实验都可以通过软件平台上统一的接口进行控制。设计好所有实验后，利用界面控制软件设计实验项目管理模块，按照教材中的实验内容建立起实验目录，最底层的实验目录，都包含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，所有的实验项目都可以通过实验项目管理模块统一的操作与管理；所述实验操作方法如下：利用高速本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
1.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡永明，张攀，刘忠诚，王程涛，顾豪爽，王波，朱富利，龚伦齐，刘冬，周治坤，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42