CN101656582B - 双频段宽带电台室内联试通信仿真方法与平台 - Google Patents

Abstract

本发明为双频段宽带电台室内联试通信仿真方法与平台。它是基于以软件控制技术的自上向下的整体设计思路，采用嵌入式操作***，开展模块化电路结构设计，明确接口标准，内插扩展信号处理技术，以简明的机械结构和搭建硬件平台为依托，侧重以软件代替硬件，设置发送信号通路和接收信号通路处理方法及提供仿真平台，由终端或网控设备，通过RS232或RS422与PC机或网控设备连接，在室内以有线传输方式模拟空中无线传输过程，对电台在实际应用中可能出现的问题进行分析，排查与诊断，由同一平台实现双频段宽带多信道，多功能自动切换。具有人机界面友好，接入灵活快捷，整体结构合理，操作方便可靠等特点。

Description

双频段宽带电台室内联试通信仿真方法与平台

技术领域

本发明设计一种电台室内联试通信方法与平台，特别是一种双频段宽带电台室内通信仿真方法与平台。 

背景技术

如今，车载电台、船载电台和机载电台已被人们广泛使用。以车载电台为例，在现行的车载体制中，为了适应不同频段通信的需求，往往在一辆车上装有两台不同频段、不同信道、不同功能的电台，这样在本来就很有限的空间内，就显得更加拥挤，既不便于操作，又难于确保通信质量，严重影响实时通信效果。 

同样，随着电信市场的迅速开放和通信与信息产业技术的迅猛发展，各种高速率的宽带无线接入技术的发展趋势也极为神速。因为无线接入是对有线接入的有效支持、补充与延伸，是实现快速、灵活通信服务的重要途径。 

然而，如何在保证与现有车载电台、船载电台和机载电台一致性兼容的基础上，利用软件控制技术，在有限的室内空间内以有线传输的方式模拟空中无线传输过程，对电台在实际应用中可能出现的问题进行分析、排查与诊断，由同一个平台实现多频段、多信道、多功能自动切换，取代现行各种不同频段、不同信道、不同功能的电台，以完成不同频段、不同无线数据网络之间以及无线与有线网络之间的各自的组网、数据接入、交换和路由功能，使无线通信可以与各种有线 终端接口进行连接，为网络用户提供现场数据服务和通信联络，并满足室内联试通信要求与升级服务需求。这是业内人士急待解决的一个重要课题。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服已有技术的不足，提供一种设计合理、接入有效、工作可靠、快捷灵活的双频道宽带电台室内联试通信方法与平台。 

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种双频道宽带电台室内联试通信仿真方法，其仿真方法含有发送信号通路处理方法和接收信号通路处理方法，皆含有2个频段，即A频段和B频段。 

所述发送信号通路处理方法，分为2条通路，共由9个步骤完成，即步骤201至步骤203为话音通路，步骤204至步骤205为数据通路，步骤206至步骤209依次完成MAC层控制、纠错编码，完成数据、话音的发送时隙控制，将编码后的信号进行填充，添加同步头，经485接口送至信道模拟器。 

所述接收信号通路处理方法，共由11个步骤完成，步骤401至步骤406依次完成从485接口接收信道模拟器发送过来的数据，实现帧同步，根据相关结果进行比特同步，调整定时时序，提供MAC层、纠错编码各层收处理的定时时序，完成解交织、纠删及RS的译码和对接收加密数据的解密工作，实现MAC层控制的TDMA、CSMA的时隙控制；步骤407和步骤408为接收数据通路，完成数据的组帧、路由算法维护和数据的重新确识工作，将接收到的数据通过异步串口、以太网口或K口送给用户。步骤409至步骤411为接收话音通路， 将接收到的话音CVSD编码或者其它编码，完成PCM解码工作，进一步实现话音信道的DA数模成形，将DA后的模拟话音经前面板的放大、滤波及电平控制后送至耳机还原出声音。 

一种双频道宽带电台室内联试通信仿真平台，其仿真平台包括：综合业务单元电路模件、前面板、电源与接口模件、后盖板、壳体和上盖板。其特征是： 

所述综合业务单元电路模件为模块化结构，包括有2个ARM嵌入式微处理器，2个FPGA大规模现场可编程门阵列，2个中频DSP信号处理器，2个音频DSP信号处理器，1个音频AD/DA转换器，1个K接口，1个以太网口，1个面板通信串口，1个通用异步串口，1个RS422接口，1个PRAM电可写存储器，1个实时时钟，1个FLASH可电子擦除存储器，1个SDRAM静态数据存储器，整个电路模件和电源与接口模件均设置在壳体内，与前面板和后盖板各接口经插头、插座呈插拔式连接，连同上盖板相结合构成一个整体。 

本发明基于以软件升级比硬件升级更为容易，同时在开发过程中用软件调试一般不会造成硬件物理损坏的自上而下的整体设计思想，采用嵌入式操作***，开展模块化电路结构设计，明确接口标准，内插扩展信号处理技术，以简明的机械结构和建立硬件平台为依托，侧重以软件代替硬件，充分利用软件控制技术在室内以有线传输方式模拟空中无线传输过程，对电台在实际应用中可能出现的问题进行分析、排查与诊断，由同一个平台实现双频段宽带多信道、多功能自动切换，在满足车载电台或船载电台或机载电台实时通信要求的前提下，力求用软件代替硬件，不仅减小了硬件电路的开销和电路模件的尺寸，同时又方便了调试，减少了硬件损坏的可能性，进一步降低了 成本，提高了性价比，具有整体结构合理、人机界面友好、工作可靠、接入灵活、快捷方便等特点。 

附图说明

图1为本发明室内联试通信整体连接工作状态示意图 

图2为本发明发送信号通路处理方法步骤流程图 

图3为本发明发送信号通路电原理框图 

图4为本发明接收信号通路处理方法步骤流程图 

图5为本发明接收信号通路电原理框图 

图6为本发明整体结构示意图 

图7为本发明整体电原理框图 

图8为本发明综合业务单元电路模件电原理框图 

图9为本发明综合业务单元电路模件PCB板布局图 

图10为本发明后盖板结构示意图 

图中符号说明： 

1为综合业务单元电路模件，2为前面板，3为电源与接口模件，4为后盖板，5为壳体，6为上盖板； 

1.1为ARM处理器S3C2410； 

1.1.1为音频DSP(C5416)； 

1.1.1.1为音频AD/DA转换器(TLV320AC14)；1.1.1.2为K接口。 

1.1.2为以太网；1.1.3为与面板通信串口；1.1.4为通用异步串口；1.1.5为RS422接口；1.1.6为PRAM；1.1.7为实时钟；1.1.8为FLASH；1.1.9为SDRAM。 

1.2为A频段FPGA(XC3S1200E)； 

1.3为A频段IFDSP(C5510)； 

1.4为B频段FPGA(XC3S1600E)； 

1.5为B频段IFDSP(C6416)； 

2.1为控制开关；2.2为显示器；2.3为键盘；2.4为I/O接口； 

4.1为电源接口；4.2为加注调试网口；4.3为RS485接口；4.4为RS232/422接口。 

具体实施方式

请参阅图1至图10所示，为本发明具体实施例。 

从图1可以看出：本发明在室内联试通信中整体连接工作状态是：由终端PC机或网控设备通过RS232或RS422接口控制仿真平台的收/发，继而经RS485接口将基带信号传送至信道模拟器，由信道模拟器模拟空中传输环境，对干扰信号进行控制，以有线传输方式在有限的空间内实现无线传输过程，对电台在实际应用中可能出现的问题进行分析、排查与诊断。 

从图2至图5可以看出：一种双频道宽带电台室内联试通信仿真方法，其仿真方法设置有发送信号通路处理方法和接收信号通路处理方法，皆含有2个频段。 

所述发送信号通路处理方法，分为话音和数据两条通路，共由9个步骤完成，具体软件处理方法步骤如下： 

步骤201至步骤203为话音通路，完成从外设输入的话音经前面板的放大、滤波及自动电平控制，送至AD采样将模拟话音信号进行模数转换，然后对采样后的话音信号进行PCM调制编码，继而进行语音压缩成CVSD信号； 

步骤204和步骤205为数据通路，完成从外设通过异步串口、以太网口或K口送来的数据信号进入网络层处理，实现数据的成帧、路由算法维护和数据的重传确认工作； 

步骤206至步骤209，分别对话音通路处理的信号和数据通路处理的信号，依次完成MAC层控制、纠错编码，完成数据、话音的发送时隙控制，将编码后的信号进行填充，添加同步头，经485接口送至信道模拟器。 

所述接收信号通路处理方法，共由11个步骤完成，具体软件处理方法步骤如下： 

步骤401至步骤406依次完成从485接口接收信道模拟器发送过来的数据，实现帧同步，根据相关结果进行比特同步，调整定时时序，提供MAC层、纠错编码各层收处理的定时时序，完成解交织、纠删及RS的译码和对接收加密数据的解密工作，实现MAC层控制的TDMA、CSMA的时隙控制； 

步骤407和步骤408为接收数据通路，完成数据的组帧、路由算法维护和数据的重新确识工作，将接收到的数据通过异步串口、以太网口或K口送给用户； 

步骤409至步骤411为接收话音通路，完成将接收到的话音CVSD编码或者其它编码，完成PCM解码工作，进一步实现话音信道的DA数模成形，将DA后的模拟话音经前面板的放大、滤波及电平控制后送至耳机还原出声音。 

从图6至图10可以看出：一种双频道宽带电台室内联试通信仿真平台，其仿真平台包括：综合业务单元电路模件1、前面板2、电源与接口模件3、后盖板4、壳体5和上盖板6，其特征是： 

所述综合业务单元电路模件1为模块化结构，包括有2个ARM嵌入式微处理器1.1(D1和D30)，1个A频段FPGA1.2(D13)，1个A频段IFDSP1.3(D12)，1个B频段FPGA1.4(D61)，1个B频段IFDSP1.5(D41)，2个音频DSP信号处理器1.1.1(D18和D44)，1个音频AD/DA转换器1.1.1.1，1个K接口1.1.1.2，1个以太网口1.1.2，1个面板通信串口1.1.3，1个通用异步串口1.1.4，1个RS422接口1.1.5，1个PRAM1.1.6，1个实时时钟1.1.7，1个FLASH1.1.8，1个SDRAM1.1.9，整个综合业务单元电路模件1和电源与接口模件3均设置在壳体5内，与前面板2和后盖板4上各接口经插头、插座呈插拔式连接，连同上盖板6相结合构成一个整体。 

所述前面板2，从左至右依次设置有控制开关2.1，显示器2.2，键盘2.3和I/O接口2.4。 

所述后盖板4，从上至下依次设置有电源接口4.1，加注调试网口4.2，RS485接口4.3和RS232/RS422接口4.4。 

下面结合图2和图3，图4和图5，以B频段为例，分别对发送信号通路和接收信号通路各软件处理流程步骤实施任务及相应硬件的功能作用，加以进一步说明： 

请参阅图2所示，本发明发送信号通路处理方法软件流程步骤为： 

步骤201.模拟话音：设备外接手柄等设备输入的话音信号经过前面板的放大、滤波及自动电平控制后送给AD采样。 

步骤202.采样：完成模拟话音的模数转换。 

步骤203.语音压缩：完成采样后的话音信号的编码工作，将128K的PCM信号编码成16K的CVSD信号。 

步骤204.数据：外部设备通过异步串口、以太网口、K口传送给 设备的数据信号。 

步骤205.网络层处理：完成数据的成帧，路由算法维护和数据的重传确认工作。 

步骤206.MAC处理：完成TDMA、CSMA的时隙控制，并根据业务类型安排不同的时隙启动发送。 

步骤207.纠错编码：完成数据的RS编码交织等工作，增强数据的抗干扰能力。 

步骤208.加密：完成话音、数据信号的加密工作。 

步骤209.模拟信道：完成信号的填充，同步头的添加。通过485接口送到信道仿真器。 

请参阅图3和图8所示，本发明发送信号通路处理方法中采用的硬件模块电路功能作用如下： 

ARM微处理器1.1，提供对外的异步串行接口和以太网接口，这两个接口过来的数据在ARM处理器1.1里面主要完成数据的网络层协议处理，并在ARM处理器1.1里完成数据话音信号的调度工作。在完成了网络层协议的处理后，ARM通过HPI口将数据送往IFDSP处理器1.5进行处理。 

音频DSP处理器1.1.1，主要完成话音的压缩编码工作。模拟话音经过AD采样后在该芯片完成编码工作后送往ARM处理器1.1。K口的话音、数据信号被该处理器收下来之后不做任何处理，直接送往ARM处理器1.1。 

IFDSP处理器1.5，主要完成MAC层控制、纠错编码相关工作。从ARM送过来的话音数据信号，在该处理器完成数据、话音的发送时隙控制，然后经过纠错编码后送给FPGA1.4进行处理。 

FPGA1.4，主要完成信道模拟器的接口，把编码后的信号经过填充后通过485接口发往信道模拟器。 

请参阅图4所示，本发明接收信号通路处理方法软件流程步骤为： 

步骤401.模拟信道：从485接口接收信道仿真器发送过来的数据。 

步骤402.相关器：完成接收信号的帧同步工作，并根据相关的结果完成比特同步等工作。 

步骤403.定时控制：并依据收到的相关器信息调整定时时序，提供MAC层、纠错编码各层收处理的定时时序。 

步骤404.纠错编码：完成解交织，纠删及RS的译码工作。 

步骤405.解密：完成接收的加密数据的解密工作。 

步骤406.MAC层控制：完成TDMA、CSMA的时隙控制； 

步骤407.网络层处理：完成数据的组帧，路由算法维护和数据的重传确认工作。 

步骤408.数据：将收到的数据通过异步串口、以太网口或K口送给用户。 

步骤409.语音解压缩：完成收到的16KCVSD或其它编码的话音到PCM的解码工作。 

步骤410.成形：完成话音信道的DA成形工作。 

步骤411.模拟话音：DA之后的模拟话音通过面板的放大滤波及电平指控后送给耳机还原出声音。 

请参阅图5和图8所示，本发明接收信号通路处理方法中采用的硬件模块电路功能作用如下： 

FPGA1.4，主要完成信道模拟器过来的485总线信号的接收，同时在该芯片里完成帧同步检测，帧同步检测主要是依靠相关器完成， 当接收的信号与预先设置的系列对齐时，这时相关器会计算出峰值，表示帧数据的接收开始。检测到的有用帧信号送给IFDSP处理器1.5处理，同时配合完成TDMA等时隙的控制。 

IFDSP处理器1.5，主要完成FEC解码及MAC层的相关控制工作。在内场仿真平台里主要采用RS编解码方案。 

ARM微处理器1.1，主要完成网络层协议的处理。如果接收的是数据信号，ARM处理器1.1会给发方肯定应答或否定应答。正确收到数据信号后将通过以太网口，异步串行口或经1.1.1上的K接口送给终端。如果接收的话音信号，则通过HPI口送给1.1.1。 

音频DSP处理器1.1.1，主要完成话音的解码工作，由于发方发过来的是CVSD或声码话编码的话音信号，需要经过对应解码工作完成数字话音信号的恢复。恢复出的话音信号，送给数模转换器完成数字话音到模拟话音的转换。 

以上实施例，仅为本发明的较佳实施例而已，用以说明本发明的技术特征和可实施性，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专业人士应可明了并加以实施，因此，其他在未脱离本发明所揭示的前提下所完成的等效的改变或修饰，均应包含在所述的申请专利范围之内。 

本发明为一个不可多得的极具双频段宽带电台室内联试通信仿真方法与平台的创造性、新颖性、实用性和进步性，完全符合发明专利申请要件，故依专利法提出申请。 

Claims (4)

1.双频段宽带电台室内联试通信仿真方法，其仿真方法设置有发送信号通路处理方法和接收信号通路处理方法，皆含有2个频段，即A频段和B频段，其特征是：

a、所述发送信号通路处理方法，分为话音和数据两条通路，共由9个步骤完成，具体方法步骤如下：

步骤201至步骤203为话音通路，完成从外设输入的话音信号经前面板的放大，滤波及自动电平控制，送至AD采样将模拟话音信号进行模数转换，然后对采样后的话音信号进行PCM调制编码，继而进行语音压缩成CVSD信号；

步骤204和步骤205为数据通路，完成从外设通过异步串口，以太网口或K口送来的数据信号进入网络层处理，实现数据的成帧，路由算法维护和数据的重传确认工作；

步骤206至步骤209分别对话音通路处理的信号和数据通路处理的信号，依次完成MAC层控制，纠错编码，完成数据话音的发送时隙控制，将编码后的信号进行填充，添加同步头，经RS485接口送至信道模拟器；

b、所述接收信号通路处理方法，共由11个步骤完成，具体方法步骤如下：

步骤401至步骤406依次完成从RS485接口接收信道模拟器发送过来的数据，实现帧同步，根据相关结果进行比特同步调整定时时序，提供MAC层，纠错编码各层收发处理的定时时序，完成解交织，纠删及RS的译码和对接收加密数据的解密工作，实现MAC层控制的TDMA、CSMA的时隙控制；

步骤407和步骤408为接收数据通路完成数据的组帧，路由算法维护和数据的重传确识工作，将接收到的数据通过异步串口，以太网口或K口送给用户；

步骤409至步骤411为接收话音通路完成将接收到的话音CVSD编码或其他编码，完成PCM解码工作，进一步实现话音信道的DA数模成形，将DA之后的模拟话音经前面板的放大，滤波及电平控制后送至耳机还原出声音。

2.双频段宽带电台室内联试通信仿真平台，其仿真平台包括：综合业务单元电路模件(1)，前面板(2)，电源与接口模件(3)，后盖板(4)，壳体(5)和上盖板(6)，其特征是：

所述综合业务单元电路模件(1)为模块化结构，包括有2个ARM微处理器(1.1)D1和D30，1个A频段FPGA(1.2)D13，1个A频段IFDSP(1.3)D12，1个B频段FPGA(1.4)D61，1个B频段IFDSP(1.5)D41，2个音频DSP(1.1.1)D18和D44，1个音频AD/DA转换器(1.1.1.1)，1个K接口(1.1.1.2)，1个以太网口(1.1.2)，1个面板通信串口(1.1.3)，1个通用异步串口(1.1.4)，1个RS422接口(1.1.5)，1个PRAM(1.1.6)，1个实时时钟(1.1.7)，1个FLASH(1.1.8)，1个SDRAM(1.1.9)，整个综合业务单元电路模件(1)和电源与接口模件(3)均设置在壳体(5)内，与前面板(2)和后盖板(4)上各接口经插头、插座呈插拔式连接，连同上盖板(6)相结合构成一个整体；

其中在发送信号通路处：

ARM微处理器，提供对外的通用异步串口和以太网接口，这两个接口过来的数据在ARM微处理器里面完成数据的网路层协议处理，并在ARM微处理器里完成数据话音信号的调度工作，在完成了网路层协议的处理后，ARM微处理器通过HPI口将数据送往IFDSP处理器进行处理；

音频DSP处理器，完成话音的压缩编码工作，模拟话音经过AD采样后在所述音频DSP处理器完成编码工作后送往ARM微处理器，K口的话音、数据信号被所述音频DSP处理器收下来之后不做任何处理，直接送往ARM微处理器；

IFDSP处理器完成MAC层控制、纠错编码相关工作，从ARM微处理器送过来的数据话音信号，在所述IFDSP处理器完成数据、话音的发送时隙控制，然后经过纠错编码后送给FPGA进行处理；

FPGA完成信道模拟器的接口，把编码后的信号经过填充后通过RS485接口发往信道模拟器；

而在接收信号通路处：

FPGA完成信道模拟器过来的RS485总线信号的接收，同时在所述FPGA完成帧同步检测，帧同步检测依靠相关器完成，当接收的信号与预先设置的系列对齐时，相关器会计算出峰值，表示帧数据的接收开始，检测到的有用帧信号送给IFDSP处理器处理，同时配合完成TDMA时隙的控制；

IFDSP处理器，完成FEC解码及MAC层的相关控制工作；

ARM微处理器，完成网络层协议的处理，如果接收的是数据信号，ARM微处理器会给发方肯定应答或否定应答，正确收到数据信号后将通过以太网口、通用异步串口或经音频DSP处理器上的K接口送给终端；如果接收的是话音信号，则通过HPI口送给音频DSP处理器；

音频DSP处理器，完成话音的解码工作，将恢复出的话音信号，送给音频AD/DA转换器完成数字话音到模拟话音的转换。

3.如权利要求2所述的双频段宽带电台室内联试通信仿真平台，其特征是：

所述前面板(2)从左至右依次设置有控制开关(2.1)，显示器(2.2)，键盘(2.3)和I/O接口(2.4)。

4.如权利要求2所述的双频段宽带电台室内联试通信仿真平台，其特征是：

所述后盖板(4)从上至下依次设置有电源接口(4.1)，加注调试网口(4.2)，RS485接口(4.3)和RS232/RS422接口(4.4)。

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