專利名稱：一種多域協同多模兼容的無線通信方法
技術領域：
本發明涉及一種多域協同多模兼容的無線通信方法，尤其涉及一種射頻模塊、中頻模 塊和基帶模塊多域協同多模兼容的無線通信方法，屬于無線通信技術領域。
背景技術：
在無線通信中，各種不同標準并存的現象，將在一定時間內存在。目前業界采用的終 端，大多只能適應一種通信標準，現有的雙模或者多模終端，其機理是通過特定功能硬件 的捆綁，體積大、功耗大、成本高，而且模式切換只能手動完成，不能根據實際通信環境 自主進行識別和切換。
SDR技術是實現多模通信的理想技術，通過統一的硬件平臺，利用可重構技術實現配 置和重加載，動態地適應不同的通信標準。而重加載的基礎，首先是必須正確的檢測到信 號，并識別出該信號是在哪種通信標準下進行的傳輸。目前，模式識別方面的技術還處于 摸索階段，單獨基于射頻的檢測算法和基于基帶DSP計算參數檢測的方法都沒有很好的解 決智能模式識別的難題。起步較早的如美國軍方的研究結果涉及機密，不可能對外公開并 投入民用。
多域協同技術是數據網絡中數據服務的一種重要技術。 一個域包括了數據和數據方法 以及外部訪問的服務。多域協同就是在多個域之間共享信息并協同工作。多域協同技術的 應用有助于攻克信號檢測和模式識別的難題，滿足下一代無線通信智能化、可升級重加載 等目標。
發明內容
本發明的目的是提出一種多域協同多模兼容的無線通信方法，以在現存的多種通信標 準中，檢測并識別正在使用的通信標準，通過控制波形的重加載來實現模式切換。該發明 能解決當前3G網絡與現有網并存的情況下模式識別和切換的問題，并對軟件無線電中可 能的模式識別和切換的場景提供了解決的方法。
本發明提出的多域協同多模兼容的無線通信方法，包括以下步驟
(1) 建立一個通信頻段與通信模式之間的映射表；
(2) 設定無線通信的接收端天線的工作狀態為全頻段輪詢、開啟判決、釋放緩存；
(3) 上述接收端天線在頻段f處搜索到一個信號，對該信號進行功率檢測，得到頻 段f內的平均功率；
3(4) 設定一個平均功率閾值，將上述檢測得到的頻段f內的平均功率與平均功率閾 值進行比較，若檢測功率大于設定閾值，則進入步驟(5)，若檢測功率小于設定閾值，則
返回步驟(2);
(5) 根據上述頻段f，從上述映射表中確定上述信號的通信模式，并根據確定的通
信模式產生配置信息，將配置信息分別發送到上述接收端的射頻模塊、中頻模塊和基帶模
塊；
(6) 上述射頻模塊、中頻模塊和基帶模塊完成配置后，進入步驟(6)，若在時間T內， 未完成配置，則返回步驟(5);
(7) 使上述接收端天線的工作狀態由全頻段輪詢轉為在f頻段接收信號，并接收信
號；
(8) 將上述接收的f頻段信號進行混頻和A/D轉換后，進入中頻緩存，中頻模塊對 緩存中的數據進行數字下變頻后，進入基帶緩存，基帶模塊對基帶緩存中的信號進行基帶 處理后顯示；
(9) 上述中頻模塊從中頻緩存中讀取信號，進行相關檢測，上述基帶模塊從基帶緩 存中讀取信號并進行基帶處理，計算誤碼率；
(10) 設定中頻相關檢測閾值和誤碼率閾值，將上述計算結果與設定閾值進行比較， 若相關檢測結果大于閾值，且誤碼率小于閾值，進入步驟(11)，若相關檢測結果小于閾 值，或誤碼率大于閾值，則返回步驟(2);
(11) 停止判決。
本發明提出的多域協同多模兼容的無線通信方法，其特點和優點是 1、現存的模式識別方法都是依賴單純的射頻或者中頻或者基帶的檢測，檢測手段都 不夠嚴謹，無法對通信模式做定論。本發明方法是依次在射頻、中頻和基帶三個模塊分別 對信號做處理，處理的結果均與設定的閾值進行比較，當滿足比較條件時，才接納該模式。 該特征的優點在于，通過三個模塊聯合判定可以充分利用射頻端檢測簡單易行的特點，迅 速的確定檢測的通信模式，同時在中頻和基帶的檢測能避免單一射頻檢測的不嚴格性，排 除噪聲信號。
2、本發明方法中，射頻、中頻和基帶三個模塊的信號處理和檢泖I是一個多域協同的 過程，如圖3所示的鏈路式協同。中頻的信號來源于射頻模塊的下變頻，基帶的數據來源 于中頻模塊的數字下變頻處理，三者之間存在數據交互。同時，射頻模塊的功率檢測結果 決定了其他兩個模塊的配置信息，同時中頻和基帶的檢測結果也會通過反饋給控制和判決 模塊，從而決定系統的下一步工作狀態。該特征的優點在于多域協同的檢測方法更有利于 系統的模塊化，更適應于軟件無線電技術發展的需要，在相對獨立的模塊上進行處理和檢 測，同時模塊之間通過控制器反饋相互制約，可以靈活的配置每個模塊的功能，完成軟件無線電中多變情況下信號處理和檢測的目的。
3、本發明方法中，模式的切換是一個自動控制重加載的過程。本發明是基于自主開 發的軟件無線電系統，通過軟件加載實現模式的切換，具體過程是在射頻模塊功率檢測 后，如果檢測結果滿足閾值設定，控制和判決模塊會根據接收到信號的頻段f確定假定的 通信模式，依據假定的通信模式對射頻、中頻和基帶三個模塊發送配置信息。配置主要是 射頻模塊混頻器的選擇、中頻和基帶的波形加載、中頻和基帶的檢測算法的加載。射頻模 塊混頻器則通過發送控制信令進行切換，中頻模塊和基帶模塊的配置過程通過讀取配置信 息，并依據配置信息自動的加載波形組件和檢測算法來實現。該特征的優點在于，整個模 式切換的過程是根據設定的控制算法自動運行的，通過域配置文件加載波形，使采用軟件 無線電技術的系統智能的完成重加載和重配置，真正意義上實現軟件無線電技術的智能 化、模塊化和可重構，波形組件庫中存儲的波形可以根據實際需要單獨開發，也可以在不 同系統中重用，避免了重復開發的損失。
圖1是本發明的射頻、中頻和基帶多域協同多模兼容的無線通信方法流程框圖。
圖2是本發明的射頻、中頻和基帶多域協同多模兼容的無線通信方法模塊示意圖，圖 中，粗線表示控制和判決信號通路、細線表示接收信號通路、虛線表示重加載通路。
圖3是本發明的射頻、中頻和基帶多域協同工作示意圖，圖中，粗線表示控制信號 流向、細線表示接收信號流向、虛線表示判決信號流向。
圖4以WiMAX模式檢測為例的具體實施方案示意圖。
具體實施例方式
本發明提出的多域協同多模兼容的無線通信方法，其流程框圖如圖l所示，包括以下
步驟
(1) 建立一個通信頻段與通信模式之間的映射表；
(2) 設定無線通信的接收端天線的工作狀態為全頻段輪詢、開啟判決、釋放緩存；
(3) 上述接收端天線在頻段f處搜索到一個信號，對該信號進行功率檢測，得到頻 段f內的平均功率；
(4) 設定一個平均功率閾值，將上述檢測得到的頻段f內的平均功率與平均功率閾 值進行比較，若檢測功率大于設定閾值，則迸入步驟(5)，若檢測功率小于設定閾值，則 返回步驟(2);
(5) 根據上述頻段f，從上述映射表中確定上述信號的通信模式，并根據確定的通 信模式產生配置信息，將配置信息分別發送到上述接收端的射頻模塊、中頻模塊和基帶模塊；
(6) 上述射頻模塊、中頻模塊和基帶模塊完成配置后，進入步驟(7)，若在時間T內， 未完成配置，則返回步驟(5);
(7) 使上述接收端天線的工作狀態由全頻段輪詢轉為在f頻段接收信號，并接收信
號；
(8) 將上述接收的f頻段信號進行混頻和A/D轉換后，進入中頻緩存，中頻模塊對 緩存中的數據進行數字下變頻后，進入基帶緩存，基帶模塊對基帶緩存中的信號進行基帶 處理后顯示；
(9) 上述中頻模塊從中頻緩存中讀取信號，進行相關檢測，上述基帶模塊從基帶緩 存中讀取信號并進行基帶處理，計算誤碼率；
(10) 設定中頻相關檢測閾值和誤碼率閾值，將上述計算結果與設定閾值進行比較， 若相關檢測結果大于閾值，且誤碼率小于閾值，進入步驟(11)，若相關檢測結果小于閾 值，或誤碼率大于閾值，則返回步驟(2);
(11) 停止判決。
本發明方法可以實現的檢測的通信標準范圍包含有GSM， CDMA IS-95 ， WCDMA， CDMA2000 , TD-SCDMA， WiMAX，包含了 2G和3G時代的全部主流通信標準，并可以根據通信 的發展，擴展支持LTE和4G的相關標準的檢測與識別。
本發明所涉及的信號檢測和模式識別的方式，是利用多域聯合處理的檢測和識別，主 要包含有射頻處理域的功率檢測、中頻處理域的相關識別、基帶處理域的檢錯識別。系 統模塊框圖如圖2和圖3所示，其中粗線表示控制和判決信號通路、細線表示接收信號通 路、虛線表示重加載通路。
本發明方法中的天線是全頻段天線，可以接收到覆蓋主流標準的頻點的信號。所述主 流標準的頻點包括GSM， CDMA IS-95 ， WCDMA， CDMA2000 ， TD-SCDMA， WiMAX的工作頻點。
該天線模塊可以根據實際需要進行擴展，支持所需工作頻點。
本發明方法中的射頻模塊，采用可調節中心頻率和帶寬的射頻模塊，可以將中心頻率 固定在各個主流無限通信標準的頻點上，同時對信號進行放大和下變頻到中頻。中頻模塊， 可重構的數字中頻模塊由可編程門陣列和數字信號處理器組成，內部加載了相應的處理電 路和程序，目的在于對高速的數字中頻信號做相關，同時降低數據率，以方便基帶部分的 處理。中頻模塊的處理主要是數字變頻。基帶模塊，是運行在高性能計算機上的各個物理 層算法實體。主要用到的算法包括同步、信道解碼、星座映射、解交織、解擾和信源解碼 等部分，CDMA IS-95中還有解擴。
本發明方法是基于自主開發的軟件無線電平臺，其中一個重要的模塊是波形組件庫模 塊,模式切換是通過從波形組件庫中加載相應的波形來實現不同模式下中頻和基帶的配
6置。該模塊內部存儲有待加載到可編程邏輯模塊中的數據處理子模塊和PC基帶處理的 波形組件，所述波形組件中至少會有數字中頻子組件、調制解調子組件、糾錯編解碼子 組件、跳頻控制子組件、接入與鏈路控制子組件、網絡路由與傳輸控制子組件，每個子組 件內部還有多個可選的模塊實現不同模式的傳輸功能，各子組件之間通過預先定義的標準 組件接口進行通信；待加載到可編程邏輯模塊中每種通信模式下重加載的配置文件；待加 載到可編程邏輯模塊中數據流控制子模塊的用于數據處理流程控制的配置文件。為了達到 更有效的后向兼容特性，這一波形組件庫是預留有擴展接口以便添加或升級。
本發明方法中的控制和判決模塊，可以在可編程門陣列上運行，實現控制和判決的功 能。控制部分負責整個系統工作狀態的切換和各模塊的配置，包括檢測狀態和正常工作狀 態的切換、判決的開啟和關閉、射頻模塊混頻器的選擇、中頻和基帶模塊波形組件的加載、 讀取緩存、釋放緩存。模式識別的過程需要多域協同，即對射頻、中頻、基帶的檢測過程 進行一個協調，如射頻端功率檢測的結果和頻點等數據會通過控制總線給判決和控制模 塊，由控制模塊對中頻和基帶進行相應的配置。同時，控制模塊還應對波形組件的加載進 行控制，依據波形組件庫中的配置文件，對各模塊內的波形組件進行重加載。在檢測狀態 下，控制模塊會開啟判決， 一旦轉入正常工作狀態，判決會被關閉，控制部分會控制釋放 中頻和基帶的緩存。判決部分，即對檢測結果進行判決的判決算法，在檢測狀態下由控制 模塊控制開啟，根據事先制定的判決算法(每種不同的頻段下對應的判決機制會有不同) 對射頻模塊，中頻模塊，基帶模塊的檢測與識別結果進行分析，判定是否滿足條件(如閾 值、誤碼率)。本文后面說到的控制單元和判決單元均為此模塊的子部分。
本發明方法在射頻、中頻和基帶三個模塊分別進行了檢測，每個模塊具體的檢測工程 如下
1、 射頻的功率檢測射頻處理域主要利用假設檢驗的方法對接收信號進行功率檢測。 定義iV次采樣的平均功率為7，根據中心極限定理，若果iV足夠大可以依靠檢測平均功率 值是否達到閾值來進行判斷。設定一個參考閾值為^，如果7大于尺，則接受，如果"小 于A,則拒絕。
2、 中頻的相關識別對于發射的信號中存在偽隨機序列等相關性較好的序列的情況， 中頻處理域可以利用相關器來尋找相關峰。相關峰的幅度主要由衰減因子和頻偏共同決 定。設定一個相關峰的閾值A,若檢測相關峰的幅值超過A，則接受；若相關峰的幅值 低于A,則拒絕。
3、 基帶的檢錯識別基帶處理域主要應用計算誤碼率的方法來做檢測。如果發射端 對于發射的信號做了定義為^(')的信道編碼，則接收端，通過對應的^-(')譯碼則可以恢 復出信息。因為經過畸變的信道后會出現一定的誤碼，所以要求相應的^(")和H^")有
一定的糾錯和檢錯能力。設定一個誤碼率閾值&,如果誤碼率沒有超過&，則認為有效信號經過畸變的信道出現誤碼，可以接受，如果誤碼率超過A,則認為該信號非該模式下 的通信信號，拒絕。
下面以WiMAX信號的檢測為例，介紹本發明方法的一個實施例，其流程如圖4所示。
(1) 建立一個通信頻段與通信模式之間的映射表；
(2) 設定無線通信的接收端天線的工作狀態為全頻段輪詢、開啟判決、釋放緩存；
(3) 上述接收端天線在頻段fz2.4GHz處搜索到信號，對其進行功率檢測，通過對N 個測量周期的功率測量計算信號的平均功率，并將f和功率大小送入判決模塊。
(4) 設定一個平均功率閾值，將上述檢測得到的平均功率與平均功率閾值進行比較， 若檢測功率大于設定閾值，則進入步驟(5)，若檢測功率小于設定閾值，則返回步驟(2);
(5) 根據上述頻段f，從上述映射表中確定上述信號的通信模式，確定的通信模式 為WiMAX。控制單元依據WiMAX產生配置信息，將配置信息分別發送到上述接收端的射頻 模塊、中頻模塊和基帶模塊；
(6) 上述射頻模塊、中頻模塊和基帶模塊完成配置后，進入步驟(7)，若在時間T內， 未完成配置，則返回步驟(5);
(7) 使上述接收端天線的工作狀態由全頻段輪詢轉為在f=2. 4GHz處接收信號
(8) 將上述接收的f頻段信號進行混頻和A/D轉換后，進入中頻緩存，中頻模塊對 緩存中的數據進行數字下變頻后，進入基帶緩存，基帶模塊對基帶緩存中的信號進行基帶 處理后顯示；
(9) 上述中頻模塊從中頻緩存中讀取信號，進行相關檢測，上述基帶模塊從基帶緩 存中讀取信號并進行基帶處理，計算誤碼率；
(10) 設定中頻相關檢測閾值和誤碼率閾值，將上述計算結果與設定閾值進行比較， 若相關檢測結果大于閾值，且誤碼率小于閾值，進入步驟(11)，若相關檢測結果小于閾
值，或誤碼率大于閾值，則返回步驟(2);
(11) 停止判決，系統正常工作在WiMAX模式下。
權利要求
1、一種多域協同多模兼容的無線通信方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)建立一個通信頻段與通信模式之間的映射表；(2)設定無線通信的接收端天線的工作狀態為全頻段輪詢、開啟判決、釋放緩存；(3)上述接收端天線在頻段f處搜索到一個信號，對該信號進行功率檢測，得到頻段f內的平均功率；(4)設定一個平均功率閾值，將上述檢測得到的頻段f內的平均功率與平均功率閾值進行比較，若檢測功率大于設定閾值，則進入步驟(5)，若檢測功率小于設定閾值，則返回步驟(2)；(5)根據上述頻段f，從上述映射表中確定上述信號的通信模式，并根據確定的通信模式產生配置信息，將配置信息分別發送到上述接收端的射頻模塊、中頻模塊和基帶模塊；(6)上述射頻模塊、中頻模塊和基帶模塊完成配置后，進入步驟(7)，若在時間T內，未完成配置，則返回步驟(5)；(7)使上述接收端天線的工作狀態由全頻段輪詢轉為在f頻段接收信號，并接收信號；(8)將上述接收的f頻段信號進行混頻和A/D轉換后，進入中頻緩存，中頻模塊對緩存中的數據進行數字下變頻后，進入基帶緩存，基帶模塊對基帶緩存中的信號進行基帶處理后顯示；(9)上述中頻模塊從中頻緩存中讀取信號，進行相關檢測，上述基帶模塊從基帶緩存中讀取信號并進行基帶處理，計算誤碼率；(10)設定中頻相關檢測閾值和誤碼率閾值，將上述計算結果與設定閾值進行比較，若相關檢測結果大于閾值，且誤碼率小于閾值，進入步驟(11)，若相關檢測結果小于閾值，或誤碼率大于閾值，則返回步驟(2)；(11)停止判決。
全文摘要
本發明涉及一種多域協同多模兼容的無線通信方法，屬于無線通信技術領域。其特征在于，在一個軟件無線電的平臺上，射頻、中頻和基帶三個模塊協同完成通信模式的識別和切換。天線接收到信號之后，依次經過射頻、中頻和基帶的處理，最后進行顯示。射頻、中頻和基帶三個模塊分別對他們處理域的信號進行檢測，檢測結果送入控制和判決模塊。控制和判決模塊對檢測結果進行判決，同時給射頻、中頻和基帶三個模塊發送配置信息。中頻模塊和基帶模塊依據配置信息從波形組件庫中加載相應的波形完成模式切換。本發明的優點是檢測的過程是三個模塊協同來完成，模式的切換則通過自動重加載，達到準確檢測、智能切換的目的。
文檔編號H04W36/26GK101552996SQ20091008397
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月14日 優先權日2009年5月14日
發明者劉莉莉, 翼 徐, 李朝峰, 寬 王, 王海軍, 欣 粟, 鄧博韜, 宇 顏 申請人:清華大學