一種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無線通信領域，尤其涉及一種可廣泛適用于電子通信類專業使用的，多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統。
【背景技術】
[0002]軟件無線電(Software Defined Rad1，SDR)技術的迅速發展給無線通信系統構架帶來了極大變革。其基本思想是盡可能地將ADC靠近天線，減少模擬處理環節，并通過軟件來配置硬件，在硬件平臺不變的情況下，可以通過軟件功能靈活的可重構配置去適應不同的通信系統。因此，基于軟件無線電構架的通用性平臺可以將多頻段、多模式射頻前端與其緊密結合，從而滿足無線通信系統多頻段多模式、軟件設計靈活可重構的要求，使現代無線通信系統具有較高的靈活性和適應能力。
[0003]隨著軟件無線電技術的推廣與應用，利用軟件無線電思想構建的實驗教學系統也逐步涌現。在軟件無線電實驗教學系統的研究方面，文獻《多頻段、多模式軟件無線電臺基帶與主控模塊的研制》主要針對基帶處理環節進行了研究，不包括射頻以及上位機主控制器部分，與本發明有別;文獻《基于軟件無線電的教學實驗平臺設計與實現》和《基于軟件無線電實驗平臺的CDMA通信系統的設計與實現》也是針對中頻后續處理平臺設計的研究，不具備多頻段射頻前端及其主控制器系統，與本發明有別;專利《一種基于軟件無線電的四信道短波數字信號處理平臺》主要圍繞基帶信號處理平臺的設計，與本發明專利設計構架有另IJ;專利《一種基于PCIE接口的軟件無線電射頻收發裝置及方法》不包括多頻段多模式系統設計，與本發明有別。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種靈活性強的，多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統。
[0005]—種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統，包括覆蓋2MHz?8GHz的發射天線101與接收天線102、RF前端103、中頻數據采集與SDR處理平臺104、上位機主控制器105和CPCI總線 106;
[0006]接收天線102接收2MHz?8GHz的RF信號送入到RF前端103，RF前端103輸出中頻信號IF2到中頻數據采集與SDR處理平臺104，中頻數據采集與SDR處理平臺104輸出中頻信號IFl到RF前端103，RF前端103輸出RF信號經過發射天線101輻射出去;RF前端103、中頻數據采集與SDR處理平臺104、上位機主控制器105通過CPCI總線106實現數據通信。
[0007]本發明一種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統，還可以包括:
[0008]1、RF前端103部分包括發射通道和接收通道，采用多頻段劃分方式實現全雙工n)D/TDD，分別由2MHz?2GHz、2GHz?4GHz、4GHz?8GHz三個頻段實現2MHz?8GHz頻段的覆至
ΠΠ ο
[0009]2、RF前端103包括FPGA201，以及與FPGA201相連接的頻率配置202、衰減器203、增益控制204、邏輯開關控制205、PLL206、電源模塊207、FLASH208、射頻濾波器209、中頻濾波器210和CPCI211;
[0010]RF前端1 3采用CPCI標準總線結構，CPCI協議由FPGA201進行實現，通過FPGA210中的CPCI控制器對FPGA201中的SRAM進行訪問，通過事先約定的控制協議實現對從設備射頻的控制。
[0011]3、頻數據采集與SDR處理平臺104部分包括晶振301、DPLL302、第一高速D/A轉換器303、第二高速A/D轉換器304、FPGA305、DSP306和CPCI307;晶振301 為DPLL提供一個20MHz的參考時鐘;DPLL302在FPGA305的串行數據配置下，輸出一個所需采樣時鐘給第二高速A/D轉換器304，實現中頻IF2模擬數字轉換，得到采樣后的數字信號送到FPGA305中；DPLL302在FPGA305的串行數據配置下，輸出一個所需采樣時鐘給第一高速D/A轉換器303，把FPGA305輸出的數字量經過第一高速D/A轉換器303進行數字模擬轉換，得到所需的中頻IFl輸出。
[0012]有益效果:
[0013]本發明中的一種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統，其射頻前端可以覆蓋2MHz?2GHz、2GHz?4GHz、4GHz?8GHz三個頻段，可以實現全雙工方式的n)D/TDD模式的射頻發射和射頻接收，通過上位機實現射頻前端參數靈活設置，且實驗教學項目全部在中頻數據采集與SDR處理平臺上實現，模塊化設計方法使的該實驗教學系統具有更加靈活的操作環境，中頻數據采集與SDR處理平臺的通用一體化設計也為該實驗教學系統提供了更加廣泛的適用性，用戶可以借助該實驗教學系統，只需更改軟件程序即可滿足不同系統、不同功能和設計指標的任務，為電子通信類相關實驗教學提供了更加通用性的平臺。
【附圖說明】
[0014]圖1本發明的一種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統組成框圖；
[0015]圖2本發明的系統射頻前端控制部分組成框圖；
[0016]圖3本發明的系統中頻數據采集與SDR處理平臺結構框圖；
[0017]圖4本發明的軟件無線電實驗教學模塊化結構。
【具體實施方式】
[0018]下面將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0019]本發明的目的是提供一種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統。
[0020]本發明的目的是這樣實現的:一種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統，其組成包括覆蓋2MHz?8GHz的發射天線101、接收天線102、RF前端103、中頻數據采集與SDR處理平臺104、上位機主控制器105和CPCI總線106。接收天線102接收2MHz?8GHz的RF信號送入到RF前端103，其中RF前端103部分包括了發射通道和接收通道，采用了多頻段劃分方式實現了全雙工FDD/TDD，分別由2MHz?2GHz、2GHz?4GHz、4GHz?8GHz三個頻段實現2MHz?8GHz頻段的覆蓋;RF前端103輸出中頻信號IF2到中頻數據采集與SDR處理平臺104;中頻數據采集與SDR處理平臺104輸出中頻信號IFl到RF前端103，RF前端103輸出RF信號經過發射天線101輻射出去;RF前端103、中頻數據采集與SDR處理平臺104、上位機主控制器105通過CPCI總線106實現數據通信。
[0021]需要說明的是，RF前端103主控制電路部分包括了FPGA201、頻率配置202、衰減器203、增益控制204、邏輯開關控制205、PLL206、電源模塊207、FLASH208、射頻濾波器209、中頻濾波器210、CPCI211組成;RF前端103采用了 CPCI標準總線結構，CPCI協議由FPGA201進行實現，主設備通過FPGA210中的CPCI控制器對FPGA201中的SRAM進行訪問，通過事先約定的控制協議實現對從設備的射頻等各種功能的控制。
[0022]所述的一種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統，其中頻數據采集與SDR處理平臺104部分包括了晶振301、DPLL302、高速D/A轉換器303、高速A/D轉換器304、FPGA305、DSP306、CPCI307組成。其中晶振301為參考時鐘輸入，為DPLL提供一個20MHz的參考時鐘；DPLL302在FPGA305的串行數據配置下，輸出一個系統所需采樣時鐘給高速A/D轉換器304，實現中頻IF2模擬數字轉換，得到采樣后的數字信號送到FPGA305中；DPLL302在FPGA305的串行數據配置下，也同樣可以輸出一個系統所需采樣時鐘給高速D/A轉換器303，把FPGA305輸出的數字量經過高速D/A轉換器303進行數字模擬轉換，得到所需的中頻IFl輸出。
[0023]需要說明的是，所述的一種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統，其實驗教學項目采用模塊化開發，全部在中頻數據采集與SDR處理平臺上實現，其模塊化開發的對象是FPGA305和DSP306。
[0024]本發明提供的是一種多頻段多模式軟件無線電實驗教學系統，其組成包括覆蓋2MHz?8GHz的發射天線101、接收天線102、RF前端103、中頻數據采集與SDR處理平臺104、上位機主控制器105和CPCI總線106組成。接收天線102接收2MHz?8GHz的RF信號送入到RF前端103，RF前端103輸出中頻信號IF2到中頻數據采集與SDR處理平臺104;中頻數據采集與SDR處理平臺104輸出中頻信號IFl到RF前端103，RF前端103輸出RF信號經過發射天線101輻射出去；RF前端103、中頻數據采集與SDR處理平臺104、上位機主控制器105通過CPCI總線106實現數據通信。該實驗教學系統全部實驗項目均在中頻數據采集與SDR處理平臺上實現，中頻數據采集與SDR處理平臺的通用一體化設計為該實驗教學系統提供了更加廣泛的適用性。
[0025]RF前端103部分包括了發射通道和接收通道，采用了多頻段劃分方式實現了全雙工roD/TDD，分別由2MHz?2GHz、2GHz?4GHz、4GHz?8GHz三個頻段實現2MHz?8GHz頻段的覆蓋。
[0026]RF前端103主控制電路部分包括了FPGA201、頻率配置202、衰減器203、增益控制204、邏輯開關控制205、PLL206、電源模塊207、FLASH208、射頻濾波器209、中頻濾波器210、CPCI211組成。
[0027]RF前端103采用了CPCI標準總線結構，CPCI協議由FPGA201進行實現，主設備通過FPGA210中的CPCI控制器對FPGA201中的SRAM進行訪問，通過事先約定的控制協議實現對從設備的射頻等各種功能的控制。
[0028]中頻數據采集與SDR處理平臺104部分包括了晶振301、DPLL302、高速D/A轉換器303、高速 A/D 轉換器304、FPGA305、DSP306、CPCI307組成。
[0029]實驗教學項目采用模塊化開發，全部在中頻數據采集與SDR處理平臺上實現，其模塊化開發的對象是FPG