專利名稱：一種多域協(xié)同多模兼容的無線通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多域協(xié)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(xié)同多模兼容的無線通信方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在無線通信中，各種不同標準并存的現(xiàn)象，將在一定時間內(nèi)存在。目前業(yè)界采用的終 端，大多只能適應一種通信標準，現(xiàn)有的雙?；蛘叨嗄＝K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(jù)實際通信環(huán)境 自主進行識別和切換。
SDR技術(shù)是實現(xiàn)多模通信的理想技術(shù)，通過統(tǒng)一的硬件平臺，利用可重構(gòu)技術(shù)實現(xiàn)配 置和重加載，動態(tài)地適應不同的通信標準。而重加載的基礎(chǔ)，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(shù)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(shù)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(jié)果涉及機密，不可能對外公開并 投入民用。
多域協(xié)同技術(shù)是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)服務(wù)的一種重要技術(shù)。 一個域包括了數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)方法 以及外部訪問的服務(wù)。多域協(xié)同就是在多個域之間共享信息并協(xié)同工作。多域協(xié)同技術(shù)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種多域協(xié)同多模兼容的無線通信方法，以在現(xiàn)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(xiàn)模式切換。該發(fā)明 能解決當前3G網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)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(fā)明提出的多域協(xié)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(shè)定無線通信的接收端天線的工作狀態(tài)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(nèi)的平均功率；
3(4) 設(shè)定一個平均功率閾值，將上述檢測得到的頻段f內(nèi)的平均功率與平均功率閾 值進行比較，若檢測功率大于設(shè)定閾值，則進入步驟(5)，若檢測功率小于設(shè)定閾值，則
返回步驟(2);
(5) 根據(jù)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(jù)確定的通
信模式產(chǎn)生配置信息，將配置信息分別發(fā)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(nèi)， 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(tài)由全頻段輪詢轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換后，進入中頻緩存，中頻模塊對 緩存中的數(shù)據(jù)進行數(shù)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(guān)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(shè)定中頻相關(guān)檢測閾值和誤碼率閾值，將上述計算結(jié)果與設(shè)定閾值進行比較， 若相關(guān)檢測結(jié)果大于閾值，且誤碼率小于閾值，進入步驟(11)，若相關(guān)檢測結(jié)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(fā)明提出的多域協(xié)同多模兼容的無線通信方法，其特點和優(yōu)點是 1、現(xiàn)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(fā)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(jié)果均與設(shè)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(yōu)點在于，通過三個模塊聯(lián)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(fā)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(xié)同的 過程，如圖3所示的鏈路式協(xié)同。中頻的信號來源于射頻模塊的下變頻，基帶的數(shù)據(jù)來源 于中頻模塊的數(shù)字下變頻處理，三者之間存在數(shù)據(jù)交互。同時，射頻模塊的功率檢測結(jié)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(jié)果也會通過反饋給控制和判決 模塊，從而決定系統(tǒng)的下一步工作狀態(tài)。該特征的優(yōu)點在于多域協(xié)同的檢測方法更有利于 系統(tǒng)的模塊化，更適應于軟件無線電技術(shù)發(fā)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(fā)明方法中，模式的切換是一個自動控制重加載的過程。本發(fā)明是基于自主開 發(fā)的軟件無線電系統(tǒng)，通過軟件加載實現(xiàn)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(jié)果滿足閾值設(shè)定，控制和判決模塊會根據(jù)接收到信號的頻段f確定假定的 通信模式，依據(jù)假定的通信模式對射頻、中頻和基帶三個模塊發(fā)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(fā)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(jù)配置信息自動的加載波形組件和檢測算法來實現(xiàn)。該特征的優(yōu)點在于，整個模 式切換的過程是根據(jù)設(shè)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(shù)的系統(tǒng)智能的完成重加載和重配置，真正意義上實現(xiàn)軟件無線電技術(shù)的智能 化、模塊化和可重構(gòu)，波形組件庫中存儲的波形可以根據(jù)實際需要單獨開發(fā)，也可以在不 同系統(tǒng)中重用，避免了重復開發(fā)的損失。


圖1是本發(fā)明的射頻、中頻和基帶多域協(xié)同多模兼容的無線通信方法流程框圖。
圖2是本發(fā)明的射頻、中頻和基帶多域協(xié)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(fā)明的射頻、中頻和基帶多域協(xié)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(fā)明提出的多域協(xié)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(shè)定無線通信的接收端天線的工作狀態(tài)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(nèi)的平均功率；
(4) 設(shè)定一個平均功率閾值，將上述檢測得到的頻段f內(nèi)的平均功率與平均功率閾 值進行比較，若檢測功率大于設(shè)定閾值，則迸入步驟(5)，若檢測功率小于設(shè)定閾值，則 返回步驟(2);
(5) 根據(jù)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(jù)確定的通 信模式產(chǎn)生配置信息，將配置信息分別發(fā)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(nèi)， 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(tài)由全頻段輪詢轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換后，進入中頻緩存，中頻模塊對 緩存中的數(shù)據(jù)進行數(shù)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(guān)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(shè)定中頻相關(guān)檢測閾值和誤碼率閾值，將上述計算結(jié)果與設(shè)定閾值進行比較， 若相關(guān)檢測結(jié)果大于閾值，且誤碼率小于閾值，進入步驟(11)，若相關(guān)檢測結(jié)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(fā)明方法可以實現(xiàn)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(jù)通信 的發(fā)展，擴展支持LTE和4G的相關(guān)標準的檢測與識別。
本發(fā)明所涉及的信號檢測和模式識別的方式，是利用多域聯(lián)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(guān)識別、基帶處理域的檢錯識別。系 統(tǒng)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(fā)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(jù)實際需要進行擴展，支持所需工作頻點。
本發(fā)明方法中的射頻模塊，采用可調(diào)節(jié)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(gòu)的數(shù)字中頻模塊由可編程門陣列和數(shù)字信號處理器組成，內(nèi)部加載了相應的處理電 路和程序，目的在于對高速的數(shù)字中頻信號做相關(guān)，同時降低數(shù)據(jù)率，以方便基帶部分的 處理。中頻模塊的處理主要是數(shù)字變頻?；鶐K，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(fā)明方法是基于自主開發(fā)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(xiàn)不同模式下中頻和基帶的配
6置。該模塊內(nèi)部存儲有待加載到可編程邏輯模塊中的數(shù)據(jù)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(shù)字中頻子組件、調(diào)制解調(diào)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(wǎng)絡(luò)路由與傳輸控制子組件，每個子組 件內(nèi)部還有多個可選的模塊實現(xiàn)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(shù)據(jù)流控制子模塊的用于數(shù)據(jù)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(fā)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(xiàn)控制和判決的功 能?？刂撇糠重撠熣麄€系統(tǒng)工作狀態(tài)的切換和各模塊的配置，包括檢測狀態(tài)和正常工作狀 態(tài)的切換、判決的開啟和關(guān)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(xié)同，即對射頻、中頻、基帶的檢測過程 進行一個協(xié)調(diào)，如射頻端功率檢測的結(jié)果和頻點等數(shù)據(jù)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(jù)波形組件庫中的配置文件，對各模塊內(nèi)的波形組件進行重加載。在檢測狀態(tài) 下，控制模塊會開啟判決， 一旦轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)，判決會被關(guān)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(jié)果進行判決的判決算法，在檢測狀態(tài)下由控制 模塊控制開啟，根據(jù)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(jié)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(fā)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(shè)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(jù)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(shè)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(guān)識別對于發(fā)射的信號中存在偽隨機序列等相關(guān)性較好的序列的情況， 中頻處理域可以利用相關(guān)器來尋找相關(guān)峰。相關(guān)峰的幅度主要由衰減因子和頻偏共同決 定。設(shè)定一個相關(guān)峰的閾值A(chǔ),若檢測相關(guān)峰的幅值超過A，則接受；若相關(guān)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(fā)射端 對于發(fā)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(jīng)過畸變的信道后會出現(xiàn)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(shè)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(jīng)過畸變的信道出現(xiàn)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(fā)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(shè)定無線通信的接收端天線的工作狀態(tài)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(shè)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(shè)定閾值，則進入步驟(5)，若檢測功率小于設(shè)定閾值，則返回步驟(2);
(5) 根據(jù)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(jù)WiMAX產(chǎn)生配置信息，將配置信息分別發(fā)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(nèi)， 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(tài)由全頻段輪詢轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換后，進入中頻緩存，中頻模塊對 緩存中的數(shù)據(jù)進行數(shù)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(guān)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(shè)定中頻相關(guān)檢測閾值和誤碼率閾值，將上述計算結(jié)果與設(shè)定閾值進行比較， 若相關(guān)檢測結(jié)果大于閾值，且誤碼率小于閾值，進入步驟(11)，若相關(guān)檢測結(jié)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(tǒng)正常工作在WiMAX模式下。
權(quán)利要求
1、一種多域協(xié)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(shè)定無線通信的接收端天線的工作狀態(tài)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(nèi)的平均功率；(4)設(shè)定一個平均功率閾值，將上述檢測得到的頻段f內(nèi)的平均功率與平均功率閾值進行比較，若檢測功率大于設(shè)定閾值，則進入步驟(5)，若檢測功率小于設(shè)定閾值，則返回步驟(2)；(5)根據(jù)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(jù)確定的通信模式產(chǎn)生配置信息，將配置信息分別發(fā)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(nèi)，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(tài)由全頻段輪詢轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換后，進入中頻緩存，中頻模塊對緩存中的數(shù)據(jù)進行數(shù)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(guān)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(shè)定中頻相關(guān)檢測閾值和誤碼率閾值，將上述計算結(jié)果與設(shè)定閾值進行比較，若相關(guān)檢測結(jié)果大于閾值，且誤碼率小于閾值，進入步驟(11)，若相關(guān)檢測結(jié)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(fā)明涉及一種多域協(xié)同多模兼容的無線通信方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)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(xié)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(jīng)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(jié)果送入控制和判決模塊。控制和判決模塊對檢測結(jié)果進行判決，同時給射頻、中頻和基帶三個模塊發(fā)送配置信息。中頻模塊和基帶模塊依據(jù)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(fā)明的優(yōu)點是檢測的過程是三個模塊協(xié)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(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)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