本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線通信綜合系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

無線通信系統(tǒng)在國家工業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前的各類無線通信系統(tǒng)大多數(shù)采用分立式設(shè)計實現(xiàn)方法，即由獨立的基帶設(shè)備、射頻設(shè)備及天線設(shè)備組成，并且根據(jù)無線系統(tǒng)的功能采用不同的設(shè)計手段和實現(xiàn)方法。隨著電子信息技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，綜合化的設(shè)計方法也主要采用模塊化的綜合設(shè)計方法，如《通信技術(shù)》2014年第1期中“基于軟件無線電的射頻綜合一體化設(shè)計”一文，提出了采用軟件無線電技術(shù)的無線通信系統(tǒng)的綜合化設(shè)計方法。因此，現(xiàn)有無線通信綜合系統(tǒng)組成比較龐大，信號及信息處理程序比較復(fù)雜，而且信號及信息的綜合處理及應(yīng)用能力較弱，系統(tǒng)的資源及效能沒有完全發(fā)揮，根據(jù)實際需求進行系統(tǒng)快速重構(gòu)的能力比較弱。

為此需要提供一種能夠?qū)Χ喾N無線通信信號進行一體化處理的通信系統(tǒng)，以大幅提升無線通信信號及信息的處理能力，并能夠根據(jù)實際處理需求進行系統(tǒng)的快速重構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種采用分層式體系架構(gòu)和基于微內(nèi)核技術(shù)的無線通信綜合系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對多種無線通信信號的一體化處理，大幅提高基于操作系統(tǒng)的系統(tǒng)資源及信息管理能力，進而提升系統(tǒng)的智能化水平。

本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，采用分層式體系架構(gòu)進行設(shè)計，包括任務(wù)管理層、功能軟件層和物理資源層，所述任務(wù)管理層依據(jù)外部輸入的功能需求，完成系統(tǒng)的任務(wù)模式管理、軟件調(diào)用和物理資源管理功能；所述任務(wù)模式對應(yīng)不同的任務(wù)模板，每個任務(wù)模板明確了調(diào)用的具體功能軟件及與所述功能對應(yīng)的具體參數(shù)；所述任務(wù)管理層生成任務(wù)模板并向所述功能軟件層和物理資源層下發(fā)，在下發(fā)的過程中動態(tài)實現(xiàn)對所述物理資源層硬件資源的管理，為軟件的運行提供匹配的硬件環(huán)境；

所述功能軟件層對系統(tǒng)預(yù)置的不同功能軟件及組件進行管理，依據(jù)所述任務(wù)管理層下發(fā)的任務(wù)模板，調(diào)用相應(yīng)的組件進行功能軟件的加載，并在不同的硬件環(huán)境下運行；

所述物理資源層為所述無線通信綜合系統(tǒng)的實現(xiàn)提供物理硬件資源，依據(jù)所述任務(wù)管理層下發(fā)的任務(wù)模板，基于嵌入式微內(nèi)核系統(tǒng)將物理硬件資源進行統(tǒng)一管理與使用，以實現(xiàn)不同功能軟件與物理資源之間的關(guān)聯(lián)，為所述功能軟件層的運行提供物理平臺。

進一步地，所述物理資源層硬件資源包括CPU、RAM、FPGA、DSP、FLASH、IO及硬件模塊。

進一步地，所述功能軟件層中的功能軟件及組件采用組合化的設(shè)計方法，包括任務(wù)管理軟件、系統(tǒng)管理軟件和信號處理軟件；所述任務(wù)管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的任務(wù)判別及分解管理、任務(wù)模板管理和多參數(shù)配置管理，所述系統(tǒng)管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的狀態(tài)管理、系統(tǒng)資源管理和信息數(shù)據(jù)管理，所述信號處理軟件用以完成一種或多種無線通信信號的處理；

所述任務(wù)管理軟件對所述系統(tǒng)管理軟件及信號處理軟件的執(zhí)行過程進行控制管理，并通過VPX背板總線實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的收發(fā)。

進一步地，所述任務(wù)管理軟件包括任務(wù)判別及分解管理組件、任務(wù)模板管理組件和參數(shù)配置管理組件；所述任務(wù)判別及分解管理組件進一步包括外部任務(wù)指令解析管理組件、任務(wù)分解及組件調(diào)用管理組件，所述任務(wù)模板管理組件進一步包括遙測模板管理組件、外測模板管理組件、衛(wèi)星導(dǎo)航模板管理組件及全功能模板管理組件，參數(shù)配置管理進一步包括系統(tǒng)參數(shù)配置管理組件、信號處理參數(shù)配置管理組件；

所述系統(tǒng)管理軟件包括系統(tǒng)狀態(tài)管理組件、系統(tǒng)資源管理組件和信息數(shù)據(jù)管理組件；所述系統(tǒng)狀態(tài)管理組件進一步包括系統(tǒng)運行狀態(tài)管理組件、物理硬件工作狀態(tài)管理組件和任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)管理組件；系統(tǒng)資源管理組件進一步包括時鐘管理及分配組件、能源管理及分配組件和處理資源管理及分配組件；信息數(shù)據(jù)管理組件進一步包括外部交互信息管理組件、系統(tǒng)內(nèi)部信息管理組件和信號處理數(shù)據(jù)管理組件；

信號處理軟件包括遙測信號處理組件、外測信號處理組件、衛(wèi)星導(dǎo)航信號處理組件和全功能信號處理組件。

本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，采用分層式體系架構(gòu)進行設(shè)計，包括前臺硬件部分和后臺軟件部分；所述前臺硬件部分包括無線綜合設(shè)備、一體化可重構(gòu)天線和綜合測試設(shè)備；所述綜合測試設(shè)備通過一體化可重構(gòu)天線將測試指令發(fā)送至無線綜合設(shè)備，無線綜合設(shè)備將狀態(tài)數(shù)據(jù)通過一體化可重構(gòu)天線發(fā)送至綜合測試設(shè)備；所述前臺硬件部分依據(jù)外部指令，通過調(diào)用所述后臺軟件部分實現(xiàn)無線通信功能。

進一步地，所述無線綜合設(shè)備和綜合測試設(shè)備采用相同的硬件架構(gòu)；所述無線綜合設(shè)備包括基帶信號及信息處理模塊、射頻信號處理模塊和VPX背板，所述綜合測試設(shè)備包括通用綜合基帶測試模塊、通用綜合射頻測試模塊和VPX背板。

進一步地，所述基帶信號及信息處理模塊包括任務(wù)及信息管理單元、基帶信號處理單元、數(shù)字化寬帶信道處理單元、電源及時鐘管理單元和總線接口單元；所述任務(wù)及信息管理單元用于完成系統(tǒng)任務(wù)、物理資源、信息等的綜合化管理，一方面，依據(jù)外部指令，完成系統(tǒng)任務(wù)模板的生成，并將任務(wù)模板及配置參數(shù)下發(fā)到基帶信號處理單元；另一方面，將接收到的狀態(tài)參數(shù)、處理數(shù)據(jù)等內(nèi)容通過總線接口單元上報至外部系統(tǒng)；所述基帶信號處理單元依據(jù)任務(wù)模板及配置參數(shù)，完成一種或多種無線通信信號的一體化基帶處理，同時將前端配置參數(shù)下發(fā)至數(shù)字化寬帶信道處理單元及信道選擇及開關(guān)矩陣；所述數(shù)字化寬帶信道處理單元用以完成對數(shù)字化寬帶的信道處理；

所述射頻信號處理模塊包括信道選擇及開關(guān)矩陣、信道濾波及放大單元、電源及時鐘管理單元和總線接口單元；所述信道選擇及開關(guān)矩陣單元通過接收前端參數(shù)配置指令，完成多路射頻信道前端收發(fā)的選擇及開關(guān)控制，并將所述射頻信號處理模塊的狀態(tài)參數(shù)上報給基帶信號處理單元；所述信道濾波及放大單元用以對多路射頻前端收發(fā)信號進行濾波和放大；

在所述基帶信號及信息處理模塊或射頻信號處理模塊中，所述電源及時鐘管理單元，用以為所述硬件模塊的其他單元提供供電及時鐘；所述總線接口單元用以完成對所述無線通信綜合系統(tǒng)外部和內(nèi)部的通信；所述VPX背板通過總線接口單元為所述無線通信綜合系統(tǒng)中相關(guān)的模塊、板卡提供電源、信號及信息的交互通道。

進一步地，所述通用綜合基帶測試模塊包括任務(wù)及信息管理單元、基帶信號處理單元、數(shù)字化寬帶信道處理單元、電源及時鐘管理單元和總線接口單元；所述任務(wù)及信息管理單元用于完成系統(tǒng)任務(wù)、物理資源、信息等的綜合化管理，一方面，依據(jù)外部指令，完成系統(tǒng)任務(wù)模板的生成，并將任務(wù)模板及配置參數(shù)下發(fā)到基帶信號處理單元；另一方面，將接收到的狀態(tài)參數(shù)、處理數(shù)據(jù)等內(nèi)容通過總線接口單元上報至外部系統(tǒng)；所述基帶信號處理單元依據(jù)任務(wù)模板及配置參數(shù)，完成一種或多種無線通信信號的一體化基帶處理，同時將前端配置參數(shù)下發(fā)至數(shù)字化寬帶信道處理單元及信道選擇及開關(guān)矩陣；所述數(shù)字化寬帶信道處理單元用以完成對數(shù)字化寬帶的信道處理；

所述通用綜合射頻測試模塊包括信道選擇及開關(guān)矩陣、信道濾波及放大單元、電源及時鐘管理單元和總線接口單元；所述信道選擇及開關(guān)矩陣單元通過接收前端參數(shù)配置指令，完成多路射頻信道前端收發(fā)的選擇及開關(guān)控制，并將所述射頻信號處理模塊的狀態(tài)參數(shù)上報給基帶信號處理單元；所述信道濾波及放大單元用以對多路射頻前端收發(fā)信號進行濾波和放大；

在所述通用綜合基帶測試模塊或通用綜合射頻測試模塊中，所述電源及時鐘管理單元，用以為所述硬件模塊的其他單元提供供電及時鐘；所述總線接口單元用以完成對所述無線通信綜合系統(tǒng)外部和內(nèi)部的通訊；所述VPX背板通過總線接口單元為所述無線通信綜合系統(tǒng)中相關(guān)的模塊、板卡提供電源、信號及信息的交互通道。

進一步地，所述后臺軟件部分包括各類功能軟件及組件，所述功能軟件及組件采用組合化的設(shè)計方法，包括任務(wù)管理軟件、系統(tǒng)管理軟件和信號處理軟件；所述任務(wù)管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的任務(wù)判別及分解管理、任務(wù)模板管理和多參數(shù)配置管理，所述系統(tǒng)管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的狀態(tài)管理、系統(tǒng)資源管理和信息數(shù)據(jù)管理，所述信號處理軟件用以完成多種無線通信信號的處理；所述任務(wù)管理軟件對所述系統(tǒng)管理軟件及信號處理軟件的執(zhí)行過程進行控制管理，并通過VPX背板總線實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的收發(fā)。

進一步地，所述任務(wù)管理軟件包括任務(wù)判別及分解管理組件、任務(wù)模板管理組件和參數(shù)配置管理組件；所述任務(wù)判別及分解管理組件進一步包括外部任務(wù)指令解析管理組件、任務(wù)分解及組件調(diào)用管理組件，所述任務(wù)模板管理組件進一步包括遙測模板管理組件、外測模板管理組件、衛(wèi)星導(dǎo)航模板管理組件及全功能模板管理組件，參數(shù)配置管理進一步包括系統(tǒng)參數(shù)配置管理組件、信號處理參數(shù)配置管理組件；

所述系統(tǒng)管理軟件包括系統(tǒng)狀態(tài)管理組件、系統(tǒng)資源管理組件和信息數(shù)據(jù)管理組件；所述系統(tǒng)狀態(tài)管理組件進一步包括系統(tǒng)運行狀態(tài)管理組件、物理硬件工作狀態(tài)管理組件和任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)管理組件；系統(tǒng)資源管理組件進一步包括時鐘管理及分配組件、能源管理及分配組件和處理資源管理及分配組件；信息數(shù)據(jù)管理組件進一步包括外部交互信息管理組件、系統(tǒng)內(nèi)部信息管理組件、信號處理數(shù)據(jù)管理組件；

所述信號處理軟件包括遙測信號處理組件、外測信號處理組件、衛(wèi)星導(dǎo)航信號處理組件和全功能信號處理組件。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，采用分層式體系架構(gòu)，包括任務(wù)管理層、功能軟件層和物理資源層，將復(fù)雜系統(tǒng)的信號及信息處理過程清晰化，有利于快速、準(zhǔn)確地確定系統(tǒng)的工作過程、資源構(gòu)成及軟硬件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，有效提高了系統(tǒng)的工作效能；

(2)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，基于微內(nèi)核操作系統(tǒng)技術(shù)及軟件無線電處理技術(shù)，將包括衛(wèi)星導(dǎo)航、遙測、外測等多種類型的無線通信信號進行一體化綜合處理，實現(xiàn)從射頻處理到基帶處理的硬件平臺通用化、軟件參數(shù)可配置、系統(tǒng)功能可重構(gòu)等能力，能夠構(gòu)建從信號處理到信息管理的智能化處理系統(tǒng)；

(3)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，基于嵌入式微內(nèi)核系統(tǒng)將包括CPU、FPGA、DSP、FLASH、IO及硬件模塊等進行統(tǒng)一管理與使用，各功能軟件采用組合化的設(shè)計方法，有效簡化了現(xiàn)有的無線通信綜合系統(tǒng)的組成，有利于系統(tǒng)的資源及效能得以完全發(fā)揮；

(4)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，采用一體化的設(shè)計思路，通過綜合化軟件平臺和通用化硬件平臺實現(xiàn)對系統(tǒng)信號及信息的綜合化處理，有利于提高系統(tǒng)功能的快速重構(gòu)，進而提高系統(tǒng)的智能化水平；

(5)本發(fā)明公開的無線通信綜合系統(tǒng)，前臺硬件部分包括的無線綜合設(shè)備和綜合測試設(shè)備采用相同的硬件架構(gòu)，有效提高了系統(tǒng)的通用化和模塊化水平。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的無線通信綜合系統(tǒng)實現(xiàn)的體系架構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的無線通信綜合系統(tǒng)的前臺硬件部分組成示意圖；

圖3是本發(fā)明的無線通信綜合系統(tǒng)的后臺軟件部分組成示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細(xì)說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明要求保護的范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明的無線通信綜合系統(tǒng)體系架構(gòu)示意圖，整個系統(tǒng)分為任務(wù)管理層、功能軟件層和物理資源層。任務(wù)管理層主要依據(jù)外部輸入的功能需求，完成系統(tǒng)的任務(wù)模式管理、物理資源管理和軟件調(diào)用功能。任務(wù)模式對應(yīng)不同的任務(wù)模板，每個任務(wù)模板明確了調(diào)用的具體功能軟件及對應(yīng)功能的具體參數(shù)。同時，在進行任務(wù)模板生成及下發(fā)的過程中，動態(tài)的實現(xiàn)對物理資源層硬件資源的管理，確保為軟件的運行提供匹配的硬件環(huán)境；

功能軟件層主要實現(xiàn)對系統(tǒng)預(yù)置的不同功能軟件及組件的管理。每一種功能軟件由一個或多個功能組件組成，存儲在不同的FLASH和RAM中。當(dāng)功能軟件層收到任務(wù)管理層下發(fā)的任務(wù)模板后，則依據(jù)任務(wù)需求及功能軟件的邏輯關(guān)系，調(diào)用相應(yīng)的組件進行系統(tǒng)功能軟件的加載，并在相應(yīng)的硬件環(huán)境下運行；

物理資源層主要指構(gòu)成無線通信綜合系統(tǒng)的物理硬件資源，包括各類硬件及其之間的連接關(guān)系，并基于嵌入式微內(nèi)核系統(tǒng)將CPU、RAM、FPGA、DSP、FLASH、IO及硬件模塊等進行統(tǒng)一管理與使用，實現(xiàn)不同功能軟件與物理資源之間的關(guān)聯(lián)，為功能軟件的運行提供物理平臺。

如圖2所示，無線通信綜合系統(tǒng)的前臺硬件部分包括無線綜合設(shè)備、一體化可重構(gòu)天線和綜合測試設(shè)備。無線綜合設(shè)備為可應(yīng)用于不同平臺上的載荷類設(shè)備，綜合測試設(shè)備是對無線綜合設(shè)備進行功能指標(biāo)驗證的專用測試設(shè)備，一體化可重構(gòu)天線既可作為載荷安裝于該平臺，也可作為地面測試設(shè)備使用，用來實現(xiàn)無線電磁信號的收發(fā)。綜合測試設(shè)備通過一體化可重構(gòu)天線將測試指令發(fā)送至無線綜合設(shè)備，無線綜合設(shè)備將狀態(tài)數(shù)據(jù)通過一體化可重構(gòu)天線發(fā)送至綜合測試設(shè)備。

無線綜合設(shè)備和綜合測試設(shè)備采用基本相同的硬件架構(gòu)，以實現(xiàn)通用化和模塊化設(shè)計。無線綜合設(shè)備包括基帶信號及信息處理模塊、射頻信號處理模塊和VPX背板；綜合測試設(shè)備包括通用綜合基帶測試模塊、通用綜合射頻測試模塊和VPX背板。其中，基帶信號及信息處理模塊或通用綜合基帶測試模塊包括任務(wù)及信息管理單元、基帶信號處理單元、數(shù)字化寬帶信道處理單元、電源及時鐘管理單元、總線接口單元；射頻信號處理模塊或通用綜合射頻測試模塊包括信道選擇及開關(guān)矩陣單元、信道濾波及放大單元、電源及時鐘管理單元、總線接口單元。

圖中的箭頭方向標(biāo)識了模塊間的信號、信息及數(shù)據(jù)流向。

a)任務(wù)及信息管理單元主要完成系統(tǒng)任務(wù)、物理資源、信息等的綜合化管理。一方面，依據(jù)外部指令，完成系統(tǒng)任務(wù)模板的生成，并將任務(wù)模板及配置參數(shù)下發(fā)到基帶信號處理單元；另一方面，將接收到的狀態(tài)參數(shù)、處理數(shù)據(jù)等內(nèi)容通過總線接口單元上報至外部系統(tǒng)。

b)基帶信號處理單元依據(jù)任務(wù)模板及配置參數(shù)，完成遙測、外測、衛(wèi)星導(dǎo)航等多種信號的基帶處理，同時將前端配置參數(shù)下發(fā)至數(shù)字化寬帶信道處理單元及信道選擇及開關(guān)矩陣。

c)數(shù)字化寬帶信道處理單元通過多個捷變收發(fā)器和高速ADC/DAC，完成寬帶的信道處理，處理過程包括上下變頻、濾波和模數(shù)/數(shù)模變換。

d)信道選擇及開關(guān)矩陣單元通過接收前端參數(shù)配置指令，完成一個或多個射頻信道前端收發(fā)的選擇及開關(guān)控制，并將射頻信號處理模塊的狀態(tài)參數(shù)上報給基帶信號處理單元。

e)信道濾波及放大單元主要由低噪放、功放及濾波器構(gòu)成，完成多路射頻前端收發(fā)信號的濾波及放大功能。

f)電源及時鐘管理單元為多個硬件單元提供系統(tǒng)供電及時鐘。

g)總線接口單元完成系統(tǒng)對外部系統(tǒng)的SRIO、以太網(wǎng)、RS232接口互聯(lián)以及系統(tǒng)內(nèi)部的差分信號互聯(lián)等。

h)VPX背板通過總線接口單元為系統(tǒng)中相關(guān)的模塊、板卡提供電源、信號及信息的交互通道。

一體化可重構(gòu)天線為集成多種頻段電磁信號收發(fā)功能的可重構(gòu)集成天線，具備極化可重構(gòu)、頻率可重構(gòu)及方向圖可重構(gòu)的能力。

如圖3所示，系統(tǒng)的后臺軟件部分采用組件化的設(shè)計方法，包括任務(wù)管理軟件、系統(tǒng)管理軟件和信號處理軟件；所述任務(wù)管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的任務(wù)判別及分解管理、任務(wù)模板管理和多參數(shù)配置管理，所述系統(tǒng)管理軟件用以完成對所述系統(tǒng)的狀態(tài)管理、系統(tǒng)資源管理和信息數(shù)據(jù)管理，所述信號處理軟件用以完成包括遙測、外測、衛(wèi)星導(dǎo)航在內(nèi)的一種或多種信號的處理；任務(wù)管理軟件對所述系統(tǒng)管理軟件及信號處理軟件的執(zhí)行過程進行控制管理，并通過VPX背板總線實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的收發(fā)；

任務(wù)管理軟件包括任務(wù)判別及分解管理組件、任務(wù)模板管理組件和參數(shù)配置管理組件；所述任務(wù)判別及分解管理組件進一步包括外部任務(wù)指令解析管理組件、任務(wù)分解和組件調(diào)用管理組件，所述任務(wù)模板管理組件進一步包括遙測模板管理組件、外測模板管理組件、衛(wèi)星導(dǎo)航模板管理組件和全功能模板管理組件，參數(shù)配置管理進一步包括系統(tǒng)參數(shù)配置管理組件、信號處理參數(shù)配置管理組件；

系統(tǒng)管理軟件包括系統(tǒng)狀態(tài)管理組件、系統(tǒng)資源管理組件和信息數(shù)據(jù)管理組件；所述系統(tǒng)狀態(tài)管理組件進一步包括系統(tǒng)運行狀態(tài)管理組件、物理硬件工作狀態(tài)管理組件和任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)管理組件；系統(tǒng)資源管理組件進一步包括時鐘管理及分配組件、能源管理及分配組件和處理資源管理及分配組件；信息數(shù)據(jù)管理組件進一步包括外部交互信息管理組件、系統(tǒng)內(nèi)部信息管理組件和信號處理數(shù)據(jù)管理組件；

信號處理軟件包括遙測信號處理組件、外測信號處理組件、衛(wèi)星導(dǎo)航信號處理組件、全功能信號處理組件。

上面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制。只要采用了本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案進行的非實質(zhì)性改進，或者未經(jīng)改進，將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其他場合的，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。