CN103259546A - 一种软件无线电接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软件无线电接收机，支持N个子信道，N为正整数，包括：上位机和下位机；其中，上位机，用于针对每个子信道X，分别进行以下处理：获取子信道X的数据速率及子信道X对应的信号的调制模式，并确定在获取到的数据速率及调制模下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，将子信道X的标识、数据速率、调制模式及ROM参数地址下发给下位机；下位机，用于根据接收到的信息完成信号的接收和解调。本发明所述软件无线电接收机具有较强的通用性。

Description

一种软件无线电接收机

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种软件无线电接收机。

背景技术

现有技术中，针对信号的不同调制模式、不同数据速率等会设计不同的软件无线电接收机，也就是说，现有软件无线电接收机均具有专一性，通用性不够强。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种软件无线电接收机，具有较强的通用性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种软件无线电接收机，支持N个子信道，N为正整数，包括：上位机和下位机；

上位机，用于针对每个子信道X，分别进行以下处理：获取子信道X的数据速率及子信道X对应的信号的调制模式，并确定在获取到的数据速率及调制模下所需配置的接收参数对应的只读存储器ROM参数地址，将子信道X的标识、数据速率、调制模式及ROM参数地址下发给下位机；

下位机，用于根据接收到的信息完成信号的接收和解调。

可见，采用本发明所述的软件无线电接收机，其中的上位机可针对不同的调制模式、不同的数据速率对下位机的接收参数进行不同的配置，从而使得下位机能够对不同调制模式、不同数据速率的信号进行处理，相比于现有技术，本发明所述软件无线电接收机具有较强的通用性。

附图说明

图1为本发明软件无线电接收机实施例的组成结构示意图。

图2为本发明所述识别单元的具体工作流程示意图。

具体实施方式

针对现有技术中存在的问题，本发明中提出一种软件无线电接收机，具有较强的通用性。

本发明所述软件无线电接收机的中频可为140MHz，可支持N个子信道，N为正整数，通常，N的取值为3，总信道带宽可为40MHz，每个子信道的带宽可为10MHz，各子信道的带宽划分可如表一所示：

子信道	中心频率f0(MHz)	下边带fL(MHz)	上边带fH(MHz)	带宽B(MHz)
					1	127	122	132	10
2	140	135	145	10
					3	153	148	158	10

表一

每个子信道支持的最大数据速率可为5M，最小数据速率可为1K，其中，数据速率为1K-100K时100bit步进可变，100K-1M时1Kbit步进可变，1M-5M时10K步进可变。

本发明所述软件无线电接收机可支持多种信号调制模式，包括：二相相移键控(BPSK，Binary Phase Shift Keying)、四相相移键控(QPSK，Quadrature PhaseShift Keying)、偏移四相相移键控(OQPSK，Offset Quadrature Phase ShiftKeying)、八进制相移键控(8PSK，8 Phase Shift Keying)、π/4偏置四相相移键控(π/4-QPSK，π/4 Offset Quadrature Phase Shift Keying)等。

为使本发明的技术方案更加清楚、明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。

图1为本发明软件无线电接收机实施例的组成结构示意图。如图1所示，采用PC+下位机，即上位机+下位机的结构模式，上位机的操作界面可采用LabView开发，上位机和下位机之间可通过通用串行总线(USB，UniversalSerial BUS)接口进行通信。

其中，上位机，用于针对每个子信道X(为便于描述，用子信道X来代表任意一个子信道)，分别进行以下处理：获取子信道X的数据速率及子信道X对应的信号的调制模式，并确定在获取到的数据速率及调制模下所需配置的接收参数对应的只读存储器(ROM，Read Only Memory)参数地址，将子信道X的标识、数据速率、调制模式及ROM参数地址下发给下位机；

下位机，用于根据接收到的信息完成信号的接收和解调。

在实际应用中，如果预先已经知道子信道X对应的信号的调制模式，那么用户可在上位机的操作界面中输入子信道X的调制模式，并可根据实际需要设定子信道X的数据速率；相应地，上位机会自动确定出在用户设定的数据速率及调制模式下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，并将子信道X的标识、数据速率、调制模式和ROM参数地址下发给下位机。

如果预先不知道子信道X对应的信号的调制模式，那么用户通过上位机的操作界面设定子信道X的数据速率后，上位机会自动确定出在用户设定的数据速率下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，并将子信道X的标识、数据速率和ROM参数地址下发给下位机；下位机可根据接收到的信息进行信号采集，即对子信道X对应的信号进行采集，并将采集到的信号发送给上位机；上位机对采集到的信号进行调制模式识别，并确定出在用户设定的数据速率及识别出的调制模式下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，将子信道X的标识、数据速率、调制模式和ROM参数地址下发给下位机。

基于上述介绍，如图1所示，上位机中可包括：

第一处理模块，用于接收用户设定的数据速率，并确定是否接收到用户设定的调制模式，如果是，则通知第二处理模块执行自身功能，否则，通知第三处理模块执行自身功能；

第二处理模块，用于确定在用户设定的数据速率及调制模式下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，并将子信道X的标识、数据速率、调制模式和ROM参数地址下发给下位机；

第三处理模块，用于确定在用户设定的数据速率下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，并将子信道X的标识、数据速率和ROM参数地址下发给下位机，当接收到下位机发送来的根据接收到的信息采集到的信号时，通知第四处理模块对采集到的信号进行调制模式识别，并接收第四处理模块返回的识别结果；

进一步确定出在用户设定的数据速率及识别出的调制模式下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，并将子信道X的标识、数据速率、调制模式和ROM参数地址下发给下位机；

第四处理模块，用于对采集到的信号进行调制模式识别，并将识别结果发送给第三处理模块。

其中，第四处理模块中又可具体包括(为简化附图，未图示)：

识别单元，用于根据高阶累积量定义计算出采集到的信号的四阶累积量期望值，并根据计算出的四阶累积量期望值得到第一特征参数和第二特征参数，根据第一特征参数和第二特征参数确定出采集到的信号的调制模式为BPSK、QPSK或OQPSK，还是8PSK或π/4-QPSK；

如果是QPSK或OQPSK，则对采集到的信号进行差分运算，并计算差分信号的四阶累积量期望值，根据计算出的四阶累积量期望值得到第三特征参数，根据第三特征参数确定出采集到的信号的调制模式为QPSK还是OQPSK；

如果是8PSK或π/4-QPSK，则对采集到的信号进行差分运算，并计算差分信号的八阶累积量期望值，根据计算出的八阶累积量期望值得到第四特征参数，根据第四特征参数确定出采集到的信号的调制模式为8PSK还是π/4-QPSK；

发送单元，用于将识别结果发送给第三处理模块。

其中，所述识别单元的具体工作流程可如图2所示，以下进行详细说明。

1)理论上，不同调制模式下信号的四阶累积量期望值分别如表二所示：

	|C40|	|C41|	|C42|
				x(BPSK)	2E2	2E2	2E2
x(QPSK)	E2	0	E2
				x(OQPSK)	E2	0	E2
x(8PSK)	0	0	E2
				x(π/4-QPSK)	0	0	E2

表二

构造两个特征参数f₁和f₂：

$f_1=\frac{\left|C_{40}\right|}{\left|C_{42}\right|},$ $f_2=\frac{\left|C_{41}\right|}{\left|C_{42}\right|};$

可以看出，对于任一信号S(t)，在不同的调制模式下，特征参数[f₁，f₂]会有不同的取值：

$[f_1,f_2]=\left\{\begin{array}{cc}\left[\mathrm{1,1}\right]& S\left(t\right)\∈\mathrm{BPSK}\\ \left[\mathrm{1,0}\right]& S\left(t\right)\∈\{\mathrm{QPSK},\mathrm{OQPSK}\}\\ \left[\mathrm{0,0}\right]& S\left(t\right)\∈\{8\mathrm{PSK},\mathrm{\π}/4-\mathrm{QPSK}\}\end{array}\right..$

识别单元根据高阶累积量定义计算出采集到的信号的四阶累积量期望值后，可分别按照f₁和f₂的计算方式计算出第一特征参数

和第二特征参数

和为f₁和f₂的估计值(实际计算，因为各种原因，会有一定的误差)；

之后，针对[f₁＝1，f₂＝1]、[f₁＝1，f₂＝0]和[f₁＝0，f₂＝0]这三种情况，分别采用欧式距离法

计算出三个值，并找出这三个值中的最小值；

如果最小值对应的[f₁，f₂]为[f₁＝1，f₂＝1]，则确定采集到的信号的调制模式为BPSK，如果最小值对应的[f₁，f₂]为[f₁＝1，f₂＝0]，则确定采集到的信号的调制模式为QPSK或OQPSK，如果最小值对应的[f₁，f₂]为[f₁＝0，f₂＝0]，则确定采集到的信号的调制模式为8PSK或π/4-QPSK。

2)如果确定出采集到的信号的调制模式为QPSK或OQPSK，则可进一步进行以下处理。

对采集到的信号进行差分运算：

假设采集到的信号的抽样序列表达式为： $S^{\′}\left(n\right)=\sqrt{E}a\left(n\right)\exp \left(\mathrm{j\Δ\θ}\right)+k\left(n\right),n=\mathrm{1,2},...,N;$

那么，差分信号可表示为： $\mathrm{\Δ}{S}^{\′}\left(n\right)=S^{\′}(n+1)-S^{\′}\left(n\right)=\sqrt{E}(a(n+1)-a\left(n\right))\exp \left(\mathrm{j\Δ\θ}\right)+k(n+1)-k\left(n\right);$

其中，k(n)为均值为0，方差为N₀的复高斯白噪声，k(n+1)-k(n)即为均值为0，方差为2N₀的复高斯白噪声。

理论上，在QPSK和OQPSK模式下差分信号的四阶累积量期望值分别如表三所示：

	|C′40|	|C′41|	|C′42|
				x(QPSK)	0.5E2	0	0.5E2
x(OQPSK)	2E2	0	0

表三

构造特征参数f₃：

$f_3=\frac{\left|C_{42}^{\′}\right|}{\left|C_{40}^{\′}\right|};$

可以看出，对于任一差分信号S(t)，在QPSK和OQPSK模式下，特征参数f₃会有不同的取值：

$f_3=\left\{\begin{array}{cc}1& S\left(t\right)\∈\mathrm{QPSK}\\ 0& S\left(t\right)\∈\mathrm{OQPSK}\end{array}\right..$

识别单元计算出差分信号的四阶累积量期望值后，可按照f₃的计算方式计算出第三特征参数

并可将与预先设定的阈值thr1进行比较，如果

则可确定采集到的信号的调制模式为QPSK，否则，为OQPSK。thr1通常为一大于0且小于的数，具体取值可根据实际需要而定，比如为0.7。

3)如果确定出采集到的信号的调制模式为8PSK或π/4-QPSK，则可进一步进行以下处理。

对采集到的信号进行差分运算，具体实现与之前所述相同。

理论上，在8PSK和π/4-QPSK模式下差分信号的八阶累积量期望值分别如表四所示：

	|C′40|	|C′42|	|C′80|
				x(8PSK)	0	0.5E2	0
x(π/4-QPSK)	0	0.5E2	4E4

表四

构造特征参数f₄：

$f_4=\frac{\left|C_{80}^{\′}\right|}{{\left|C_{42}^{\′}\right|}^2};$

可以看出，对于任一差分信号S(t)，在调制模式8PSK和π/4-QPSK，特征参数f₄会有不同的取值：

$f_4=\left\{\begin{array}{cc}0& S\left(t\right)\∈8\mathrm{PSK}\\ 16& S\left(t\right)\∈\mathrm{\π}/4-\mathrm{QPSK}\end{array}\right..$

识别单元计算出差分信号的八阶累积量期望值后，可按照f₄的计算方式计算出第四特征参数

并可将

与预先设定的阈值thr2进行比较，如果则可确定采集到的信号的调制模式为π/4-QPSK，否则，为8PSK。thr2通常为一大于0且小于16的数，具体取值可根据实际需要而定，比如为13。

如何计算差分信号、四阶累计量期望值和八阶累积量期望值均为现有技术。

上位机中可保存有不同的调制模式、不同的数据速率与不同的接收参数及对应的ROM参数地址之间的对应关系，接收参数主要是指下位机中的多速率调整、数字低通滤波等部分所需配置的参数。

下位机根据上位机下发的信息进行信号的接收和解调，所述解调可包括：正交下变频、多速率调整和数字低通滤波等，如何实现接收和解调均为现有技术。

相应地，如图1所示，上位机中还可进一步包括：第五处理模块，用于将解调后的数据实时显示在对应子通道的窗口上等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种软件无线电接收机，其特征在于，支持N个子信道，N为正整数，包括：上位机和下位机；

上位机，用于针对每个子信道X，分别进行以下处理：获取子信道X的数据速率及子信道X对应的信号的调制模式，并确定在获取到的数据速率及调制模下所需配置的接收参数对应的只读存储器ROM参数地址，将子信道X的标识、数据速率、调制模式及ROM参数地址下发给下位机；

下位机，用于根据接收到的信息完成信号的接收和解调。

2.根据权利要求1所述的软件无线电接收机，其特征在于，所述上位机中包括：

第一处理模块，用于接收用户设定的数据速率，并确定是否接收到用户设定的调制模式，如果是，则通知第二处理模块执行自身功能，否则，通知第三处理模块执行自身功能；

第二处理模块，用于确定在用户设定的数据速率及调制模式下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，并将子信道X的标识、数据速率、调制模式和ROM参数地址下发给下位机；

第三处理模块，用于确定在用户设定的数据速率下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，并将子信道X的标识、数据速率和ROM参数地址下发给下位机，当接收到下位机发送来的根据接收到的信息采集到的信号时，通知第四处理模块对采集到的信号进行调制模式识别，并接收第四处理模块返回的识别结果；

进一步确定出在用户设定的数据速率及识别出的调制模式下所需配置的接收参数对应的ROM参数地址，并将子信道X的标识、数据速率、调制模式和ROM参数地址下发给下位机；

第四处理模块，用于对采集到的信号进行调制模式识别，并将识别结果发送给第三处理模块。

3.根据权利要求2所述的软件无线电接收机，其特征在于，所述调制模式包括：

二相相移键控BPSK、四相相移键控QPSK、偏移四相相移键控OQPSK、八进制相移键控8PSK、π/4偏置四相相移键控π/4-QPSK。

4.根据权利要求3所述的软件无线电接收机，其特征在于，所述第四处理模块中包括：

识别单元，用于根据高阶累积量定义计算出采集到的信号的四阶累积量期望值，并根据计算出的四阶累积量期望值得到第一特征参数和第二特征参数，根据第一特征参数和第二特征参数确定出采集到的信号的调制模式为BPSK、QPSK或OQPSK，还是8PSK或π/4-QPSK；

如果是QPSK或OQPSK，则对采集到的信号进行差分运算，并计算差分信号的四阶累积量期望值，根据计算出的四阶累积量期望值得到第三特征参数，根据第三特征参数确定出采集到的信号的调制模式为QPSK还是OQPSK；

如果是8PSK或π/4-QPSK，则对采集到的信号进行差分运算，并计算差分信号的八阶累积量期望值，根据计算出的八阶累积量期望值得到第四特征参数，根据第四特征参数确定出采集到的信号的调制模式为8PSK还是π/4-QPSK；

发送单元，用于将识别结果发送给第三处理模块。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的软件无线电接收机，其特征在于，

所述软件无线电接收机的中心频率为140MHz，总信道带宽为40MHz；

所述子信道的个数为3，每个子信道的带宽为10MHz。

6.根据权利要求5所述的软件无线电接收机，其特征在于，每个子信道支持的最大数据速率为5M，最小数据速率为1K。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的软件无线电接收机，其特征在于，所述解调包括：正交下变频、多速率调整和数字低通滤波。

8.根据权利要求1、2、3或4所述的软件无线电接收机，其特征在于，所述上位机中进一步包括：

第五处理模块，用于将解调后的数据实时显示在对应子通道的窗口上。

9.根据权利要求1、2、3或4所述的软件无线电接收机，其特征在于，所述上位机和下位机之间通过通用串行总线USB接口进行通信。

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