軟件無線電物理層基帶處理群架構的制作方法

本發明屬于通信技術領域，特別涉及一種面向移動側和面向基站側的軟件無線電物理層基帶處理群架構。

背景技術：

軟件無線電是通過某種可編程的架構和編程，用軟件靈活的實現基于某種架構的通信系統。本發明的軟件無線電物理層基帶處理器系統包括處理器頂層控制器、來自ADC的輸入接口、來自DAC的輸出接口、接收機數字前端子系統、接收機符號處理(包括變換、信道估計、信道均衡、解調)、接收機糾錯與查錯處理、接收機MAC接口；發射機MAC接口、發射機查錯糾錯編碼、發射機符號處理(包括調制、預編碼、變換、射頻功放預畸變校正、和成型濾波)。

目前，現有的物理層無線基帶處理多用數字信號處理單元和專用集成電路的混合構架。一方面，這種構架混入了大量的定制特定功能的集成電路，集成電路生產后無法后續更改功能，不能根據不同的通信制式進行適應性調配，使得現有的構架無法滿足現代無線通信系統具有多模式、可更新功能的要求，導致產品的應用范圍窄，使用壽命降低。另一方面，通用數字信號處理單元提供過度的靈活性，導致目前的無線基帶處理系統價格和功耗不理想。

技術實現要素：

(一)發明目的

本發明提供了一種軟件無線電物理層基帶處理群架構，用于解決現有的軟件無線電物理層基帶處理群架構無法根據實際的通信情況進行適應性調配，無法滿足各類通信應用的問題。

(二)發明內容

為解決上述問題，本發明一種軟件無線電物理層基帶處理群架構，包括：基帶控制單元、鏈接總線單元、輸入輸出接口單元、存儲單元以及基帶物理層數字信號處理單元；

其中，基帶物理層數字信號處理單元被劃分為符號處理器、前向糾錯處理器和并行比特處理器，所述輸入輸出接口單元包括ADC輸入接口、DAC輸出接口和主處理器接口；

所述基帶控制單元，用于在ADC輸入接口接收到未處理的接收信號或主處理器接口準備發送發送信號時，通過所述鏈接總線單元對存儲單元和基帶物理層數字信號處理單元的配置進行適應性調整，以使經過所述基帶物理層數字信號處理單元處理的數字信號滿足當前的通信制式和場景的要求，并控制所述主處理器接口處理所述接收信號或DAC輸出接口輸出所述處理后的發送信號；

所述存儲單元進一步包括內置存儲單元以及用于與外置存儲單元連接的存儲接口，所述內置存儲單元用于緩存所述架構接收到的外部數據，或緩存所述基帶物理層數字信號處理單元在處理過程中生成的暫存數據。

可選地，所述符號處理器用于進行復數變量的處理，包括成形濾波與數字前端處理器、變換與同步處理器、矩陣處理器以及解調處理器。

可選地，所述成形濾波與數字前端處理器，用于對準備發射的信號或接收到的信號進行數字中頻處理、降采樣處理、單頻陷波處理、采樣相位修正處理、采樣頻率修正處理、帶通濾波處理、以及成型濾波處理。

可選地，所述變換與同步處理器，用于對準備發射的信號或接收到的信號進行信號的變換，具體包括FFT變換、2的DFT變換、余弦變換、Walsh變換、k變換，并完成相應的FFT、DFT、Walsh、K變換的符號預處理。

可選地，所述矩陣處理器，用于對準備發射的信號或接收到的信號基于天線數目、制式以及不同信道的均衡算法進行信道估計和均衡，并去除信道失真、外部干擾、和外部引入的噪聲。

可選地，所述解調處理器，用于對準備發射的信號或接收到的信號進行最大似然度估計和判決，對每個信道均衡后的符號基于預設的編碼方式進行解調。

可選地，所述前向糾錯處理器，用于在所述基帶控制單元的控制下，在軟件編程的基礎上完成具有前后向迭代的Viterbi類、Turbo類、和LDPC類的糾錯運算；所述前向糾錯處理器包含的交織尋址運算與交織運算處理器，用于進行塊和卷積類的交織運算尋址和交織以及速率匹配運算。

可選地，所述比特并行處理器群，用于在基帶控制單元的控制下，將遞歸算法通過編譯級變換為并行的查表，對CRC、CC、擾碼進行并行的基于查表的編碼與查錯等運算；用附帶的查表調制機完成調制運算；用軟件查找伽羅瓦表的方法實現前向糾錯Reed Solomon解碼器。

可選地，所述基帶控制單元，為面向基帶主程序和為實現零存儲搬移時間的硬件模塊動態互聯的MCU處理器，用于執行基帶的接收機主程序、基帶的發射機主程序、硬件資源管理、以及和上層系統間的通信。

可選地，所述鏈接總線單元為低延遲互聯性能的鏈接總線單元，用于在基帶控制單元的控制下與所述存儲單元相連，還用于與基帶物理層數字信號處理單元相連，完成存儲單元與基帶物理層數字信號處理單元的動態互聯和無延遲數據搬移。

(三)有益效果

本發明實施例提供的軟件無線電物理層基帶處理群架構中，基帶物理層數字信號處理單元可以被劃分為符號處理器、前向糾錯處理器和并行比特處理器。基于這樣的劃分方法，既可以保證軟件無線電基帶數字信號處理的效率，又可以保證低開銷前提下的數據精度、靈活度和功能覆蓋，使得軟件無線電基帶的數字信號處理涵蓋OFDM和單載波，基帶處理和數字中頻處理、符號處理和硬軟比特處理、以及數據流處理的管理。因此基帶控制單元可以對基帶物理層數字信號處理單元中各個處理器的配置進行適應性更改，以使經過基帶物理層數字信號處理單元各個處理器處理后的接收與發送數字信號能夠適應于當前通信制式，從而可以實現在不同的通信制式采用不同的信號處理方式的目的，能夠滿足現代無線通信系統具有多模式、可更新功能的要求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些示例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明提供的一種軟件無線電物理層基帶處理群架構示意圖；

圖2是本發明提供的一種軟件無線電物理層基帶處理群架構具體示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明實施例提供了一種軟件無線電物理層基帶處理群架構，如圖1、2所示，包括：基帶控制單元1、鏈接總線單元2、輸入輸出接口單元3、存儲單元4以及基帶物理層數字信號處理單元5；

其中，基帶物理層數字信號處理單元5可以被劃分為符號處理器51、前向糾錯處理器52和并行比特處理器53。輸入輸出接口單元3還可以包括ADC輸入接口31、DAC輸出接口32和主處理器接口33；

基帶控制單元1，可以用于在ADC輸入接口31接收到未處理的接收信號或主處理器接口33準備發送發送信號時，通過鏈接總線單元2對存儲單元4和基帶物理層數字信號處理單元5的配置進行適應性調整，以使經過基帶物理層數字信號處理單元5處理的數字信號滿足當前的通信制式和場景的要求，并控制主處理器接口33處理接收信號或DAC輸出接口32輸出處理后的發送信號；

存儲單元4，進一步可以包括內置存儲單元41以及用于與外置存儲單元連接的存儲接口42。其中，內置存儲單元41用于緩存架構接收到的外部數據，或緩存基帶物理層數字信號處理單元在處理過程中生成的暫存數據。存儲接口42用于將外置存儲單元與本發明提供的架構連接，從而可以在基帶控制單元1的控制下進行數據交互。

本發明實施例提供的軟件無線電物理層基帶處理群架構中，基帶物理層數字信號處理單元可以被劃分為符號處理器、前向糾錯處理器和并行比特處理器。基于這樣的劃分方法，既可以保證軟件無線電基帶數字信號處理的效率，又可以保證低開銷前提下的數據精度、靈活度、和功能覆蓋，使得軟件無線電基帶的數字信號處理涵蓋OFDM和單載波，基帶處理和數字中頻處理、符號處理和硬軟比特處理、以及數據流處理的管理。因此基帶控制單元可以對基帶物理層數字信號處理單元中各個處理器的配置進行適應性更改，以使經過基帶物理層數字信號處理單元各個處理器處理后的接收與發送數字信號能夠適應于當前通信制式，從而可以實現在不同的通信制式采用不同的信號處理方式的目的，能夠滿足現代無線通信系統具有多模式、可更新功能的要求。

在具體實施時，這里的ADC輸入接口301可以用于接收接收機得到的模擬信號；這里的DAC輸出接口可以用于輸出所述處理后的基帶發送數字信號；這里的主處理器接口303可以用于輸出基帶已處理的接受比特流，還用于以及接收基帶將處理的發送比特流。

可以理解的是，這里的基帶物理層數字信號處理單元5對于接收與發送數字信號進行基于復數變量的符號處理、基于短字長整數的前向糾錯處理以及基于比特的并行比特處理分別可以通過多種方式來實現，下面對其中幾種可選的實施方式進行詳細說明。

(一)基于復數變量的符號處理

本發明實施例中，基帶物理層數字信號處理單元5中包括符號處理器。相應地，基帶控制單元1可以對符號處理器的配置進行適應性調整，以使符號處理器對數字信號進行基于復數變量的符號處理。

其中，如圖2所示，這里的符號處理器又可以具體包括發射與接收的成形濾波與數字前端處理器511、變換與同步處理器512、矩陣處理器513以及解調處理器514，下面對每一個處理器的具體功能進行具體說明。

圖2所示的成形濾波與數字前端處理器511是一個可編程的單指令多數據處理器子群，對于準備發射的信號或接收到的信號，它可以實現以下功能：

(1)載入數字中頻處理軟件后，數字前端執行數字中頻增益控制、調制解調、中頻濾波、和基帶信號提取；

(2)載入基帶處理軟件后，數字前端執行基帶增益控制、降采樣處理、單頻陷波處理、采樣相位修正處理、采樣頻率修正處理、帶通濾波處理、成型濾波處理、和部分射頻功放數字預畸變處理。

圖2所示的變換與同步處理器512是一個可編程的單指令多數據處理器子群，對于準備發射的信號或接收到的信號，它可以實現以下功能：

(1)完成信號的變換，包括2的整數冪的快速傅里葉變換(也即FFT變換)、2的非整數冪的離散傅里葉變換(也即DFT變換)、余弦變換、Walsh變換、k變換等等，并完成相應的FFT、DFT、Walsh、K等變換的符號預處理；

(2)在系統不需要變換處理時(單載波系統或OFDM的同步處理)完成自相關和互相關處理。

圖2所示的矩陣處理器513是一個可編程的單指令多數據處理器子群，對于準備發射的信號或接收到的信號，它可以實現以下功能：

(1)在限定時間內完成不同天線數目、不同制式、不同信道估計算法的信道估計，其信道估計結果用于信道均衡和解碼(解調)。

(2)該矩陣處理器513作為接收機符號處理信道均衡處理器，是一個可編程的單指令多數據處理器子群。該系統對每個接收采樣完成不同天線數目、不同制式、不同信道均衡算法的信道均衡。去除信道失真、外部干擾、和外部引入的噪聲。

圖2所示的接收機解調處理器514是一個可編程的單指令多數據處理器子群。對于準備發射的信號或接收到的信號，其可以實現以下功能，包括：最大似然度估計和判決。該系統對每個信道均衡后的符號進行不同調制和編碼方式的解調。

不難理解的是，由于上述發射與接收數字前端處理器511、變換與同步處理器512、矩陣處理器513以及解調處理器514均為可編程的單指令多數據處理器子群，因此基帶控制單元1可以對上述處理器進行有效的控制，使上述處理的配置更改為適應當前通信制式的配置。

(二)基于短字長整數的前向糾錯處理

如圖2所示，本發明實施例中，基帶物理層數字信號處理單元5中包括前向糾錯處理器52。

這里的接收機前向糾錯處理器52是一個可編程的單指令多數據前向糾錯處理器和交織尋址運算與交織運算的子群，對于準備發射的信號或接收到的信號，它可以實現以下功能：

(1)其單指令多數據前向糾錯處理器在軟件編程的基礎上完成Viterbi類、Turbo類、和LDPC類糾錯算。

(2)其交織尋址運算與交織運算處理器完成塊和卷積類的交織運算尋址和交織以及速率匹配運算，并包含有各種素數模運算可編程加速。

在前向糾錯處理器52能夠實現上述功能的基礎上，基帶控制單元1可以對前向糾錯處理器52的配置進行適應性調整，以使前向糾錯處理器52對數字信號進行基于短字長整數的前向糾錯處理。

(三)基于比特的并行比特處理

如圖2所示，本發明實施例中，基帶物理層數字信號處理單元中包括比特并行處理器53。

這里的比特并行處理器53是一個帶有交織尋址運算與交織運算的、面向LFSR線性反饋移位寄存器類算法的并行計算的、基于查表的可編程的單指令多數據比特級并行處理器群，對于準備發射的信號或接收到的信號，它可以實現以下功能：

(1)該處理器通過將原不可并行的遞歸算法通過編譯級變換，變成可并行的查表，對CRC、CC、擾碼、等進行并行基于查表的編碼與查錯等運算。

(2)該處理器通過素數模等加速指令執行交織、速率匹配等運算。

(3)該處理器附帶的查表調制機完成各種調制運算。

(4)該處理器可用軟件實現前向糾錯Reed Solomon解碼器。

在比特并行處理器53能夠實現上述功能的基礎上，基帶控制單元1可以對比特并行處理器53的配置進行適應性調整，以使比特并行處理器53對數字信號進行基于比特的并行比特處理。

在具體實施時，上述實施例中的基帶控制單元1可以如圖2所示為MCU處理器。這里的MCN處理器可以用來協調全部基帶處理，包括運行基帶接收主程序、基帶發射主程序、基帶MAC接口程序、基帶與主存協調、數字模擬基帶協調、和系統主機協調，從而實現對于基帶物理層數字信號處理單元的控制，使得經過基帶物理層數字信號處理單元處理輸出的信號為滿足當前通信制式要求的信號，有效提高架構的實用性和適應性，擴展其應用范圍。當然這里的基帶控制單元1還可以通過其他方式實現，本發明對此不作具體限定。

此外，在具體實施時，所述鏈接總線單元為低延遲互聯性能的鏈接總線單元，用于在基帶控制單元的控制下與所述存儲單元相連，還用于與基帶物理層數字信號處理單元相連，完成存儲單元與基帶物理層數字信號處理單元的動態互聯和無延遲數據搬移。

通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到各實施方式可借助軟件加必需的通用和專用硬件平臺的方式來實現，也即本領域技術人員可以通過上述所述的架構設計并制造出相應的用于基站或終端設備的硬件設備，并使得該硬件設備能夠實現上述根據不同通信制式和場景，通過基帶物理層數字信號處理單元對數字信號進行相應的數字信號處理，從而能夠滿足現代無線通信系統具有多模式、可更新功能的要求。

在此處所提供的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本發明的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，并未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。

類似地，應當理解，為了精簡本公開并幫助理解各個發明方面中的一個或多個，在上面對本發明的示例性實施例的描述中，本發明的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本發明要求比在每個權利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如下面的權利要求書所反映的那樣，發明方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本發明的單獨實施例。

本領域那些技術人員可以理解，可以對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變并且把它們設置在與該實施例不同的一個或多個設備中。可以把實施例中的模塊或單元或組件組合成一個模塊或單元或組件，以及此外可以把它們分成多個子模塊或子單元或子組件。除了這樣的特征和/或過程或者單元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何組合對本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征以及如此公開的任何方法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的每個特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征來代替。

此外，本領域的技術人員能夠理解，盡管在此的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本發明的范圍之內并且形成不同的實施例。例如，在下面的權利要求書中，所要求保護的實施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。

應該注意的是上述實施例對本發明進行說明而不是對本發明進行限制，并且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可設計出替換實施例。在權利要求中，不應將位于括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本發明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當編程的計算機來實現。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬件項來具體體現。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序。可將這些單詞解釋為名稱。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。