软件无线电物理层基带处理群架构的制作方法

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种面向移动侧和面向基站侧的软件无线电物理层基带处理群架构。

背景技术：

软件无线电是通过某种可编程的架构和编程，用软件灵活的实现基于某种架构的通信系统。本发明的软件无线电物理层基带处理器系统包括处理器顶层控制器、来自ADC的输入接口、来自DAC的输出接口、接收机数字前端子系统、接收机符号处理(包括变换、信道估计、信道均衡、解调)、接收机纠错与查错处理、接收机MAC接口；发射机MAC接口、发射机查错纠错编码、发射机符号处理(包括调制、预编码、变换、射频功放预畸变校正、和成型滤波)。

目前，现有的物理层无线基带处理多用数字信号处理单元和专用集成电路的混合构架。一方面，这种构架混入了大量的定制特定功能的集成电路，集成电路生产后无法后续更改功能，不能根据不同的通信制式进行适应性调配，使得现有的构架无法满足现代无线通信系统具有多模式、可更新功能的要求，导致产品的应用范围窄，使用寿命降低。另一方面，通用数字信号处理单元提供过度的灵活性，导致目前的无线基带处理系统价格和功耗不理想。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明提供了一种软件无线电物理层基带处理群架构，用于解决现有的软件无线电物理层基带处理群架构无法根据实际的通信情况进行适应性调配，无法满足各类通信应用的问题。

(二)发明内容

为解决上述问题，本发明一种软件无线电物理层基带处理群架构，包括：基带控制单元、链接总线单元、输入输出接口单元、存储单元以及基带物理层数字信号处理单元；

其中，基带物理层数字信号处理单元被划分为符号处理器、前向纠错处理器和并行比特处理器，所述输入输出接口单元包括ADC输入接口、DAC输出接口和主处理器接口；

所述基带控制单元，用于在ADC输入接口接收到未处理的接收信号或主处理器接口准备发送发送信号时，通过所述链接总线单元对存储单元和基带物理层数字信号处理单元的配置进行适应性调整，以使经过所述基带物理层数字信号处理单元处理的数字信号满足当前的通信制式和场景的要求，并控制所述主处理器接口处理所述接收信号或DAC输出接口输出所述处理后的发送信号；

所述存储单元进一步包括内置存储单元以及用于与外置存储单元连接的存储接口，所述内置存储单元用于缓存所述架构接收到的外部数据，或缓存所述基带物理层数字信号处理单元在处理过程中生成的暂存数据。

可选地，所述符号处理器用于进行复数变量的处理，包括成形滤波与数字前端处理器、变换与同步处理器、矩阵处理器以及解调处理器。

可选地，所述成形滤波与数字前端处理器，用于对准备发射的信号或接收到的信号进行数字中频处理、降采样处理、单频陷波处理、采样相位修正处理、采样频率修正处理、带通滤波处理、以及成型滤波处理。

可选地，所述变换与同步处理器，用于对准备发射的信号或接收到的信号进行信号的变换，具体包括FFT变换、2的DFT变换、余弦变换、Walsh变换、k变换，并完成相应的FFT、DFT、Walsh、K变换的符号预处理。

可选地，所述矩阵处理器，用于对准备发射的信号或接收到的信号基于天线数目、制式以及不同信道的均衡算法进行信道估计和均衡，并去除信道失真、外部干扰、和外部引入的噪声。

可选地，所述解调处理器，用于对准备发射的信号或接收到的信号进行最大似然度估计和判决，对每个信道均衡后的符号基于预设的编码方式进行解调。

可选地，所述前向纠错处理器，用于在所述基带控制单元的控制下，在软件编程的基础上完成具有前后向迭代的Viterbi类、Turbo类、和LDPC类的纠错运算；所述前向纠错处理器包含的交织寻址运算与交织运算处理器，用于进行块和卷积类的交织运算寻址和交织以及速率匹配运算。

可选地，所述比特并行处理器群，用于在基带控制单元的控制下，将递归算法通过编译级变换为并行的查表，对CRC、CC、扰码进行并行的基于查表的编码与查错等运算；用附带的查表调制机完成调制运算；用软件查找伽罗瓦表的方法实现前向纠错Reed Solomon解码器。

可选地，所述基带控制单元，为面向基带主程序和为实现零存储搬移时间的硬件模块动态互联的MCU处理器，用于执行基带的接收机主程序、基带的发射机主程序、硬件资源管理、以及和上层系统间的通信。

可选地，所述链接总线单元为低延迟互联性能的链接总线单元，用于在基带控制单元的控制下与所述存储单元相连，还用于与基带物理层数字信号处理单元相连，完成存储单元与基带物理层数字信号处理单元的动态互联和无延迟数据搬移。

(三)有益效果

本发明实施例提供的软件无线电物理层基带处理群架构中，基带物理层数字信号处理单元可以被划分为符号处理器、前向纠错处理器和并行比特处理器。基于这样的划分方法，既可以保证软件无线电基带数字信号处理的效率，又可以保证低开销前提下的数据精度、灵活度和功能覆盖，使得软件无线电基带的数字信号处理涵盖OFDM和单载波，基带处理和数字中频处理、符号处理和硬软比特处理、以及数据流处理的管理。因此基带控制单元可以对基带物理层数字信号处理单元中各个处理器的配置进行适应性更改，以使经过基带物理层数字信号处理单元各个处理器处理后的接收与发送数字信号能够适应于当前通信制式，从而可以实现在不同的通信制式采用不同的信号处理方式的目的，能够满足现代无线通信系统具有多模式、可更新功能的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种软件无线电物理层基带处理群架构示意图；

图2是本发明提供的一种软件无线电物理层基带处理群架构具体示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种软件无线电物理层基带处理群架构，如图1、2所示，包括：基带控制单元1、链接总线单元2、输入输出接口单元3、存储单元4以及基带物理层数字信号处理单元5；

其中，基带物理层数字信号处理单元5可以被划分为符号处理器51、前向纠错处理器52和并行比特处理器53。输入输出接口单元3还可以包括ADC输入接口31、DAC输出接口32和主处理器接口33；

基带控制单元1，可以用于在ADC输入接口31接收到未处理的接收信号或主处理器接口33准备发送发送信号时，通过链接总线单元2对存储单元4和基带物理层数字信号处理单元5的配置进行适应性调整，以使经过基带物理层数字信号处理单元5处理的数字信号满足当前的通信制式和场景的要求，并控制主处理器接口33处理接收信号或DAC输出接口32输出处理后的发送信号；

存储单元4，进一步可以包括内置存储单元41以及用于与外置存储单元连接的存储接口42。其中，内置存储单元41用于缓存架构接收到的外部数据，或缓存基带物理层数字信号处理单元在处理过程中生成的暂存数据。存储接口42用于将外置存储单元与本发明提供的架构连接，从而可以在基带控制单元1的控制下进行数据交互。

本发明实施例提供的软件无线电物理层基带处理群架构中，基带物理层数字信号处理单元可以被划分为符号处理器、前向纠错处理器和并行比特处理器。基于这样的划分方法，既可以保证软件无线电基带数字信号处理的效率，又可以保证低开销前提下的数据精度、灵活度、和功能覆盖，使得软件无线电基带的数字信号处理涵盖OFDM和单载波，基带处理和数字中频处理、符号处理和硬软比特处理、以及数据流处理的管理。因此基带控制单元可以对基带物理层数字信号处理单元中各个处理器的配置进行适应性更改，以使经过基带物理层数字信号处理单元各个处理器处理后的接收与发送数字信号能够适应于当前通信制式，从而可以实现在不同的通信制式采用不同的信号处理方式的目的，能够满足现代无线通信系统具有多模式、可更新功能的要求。

在具体实施时，这里的ADC输入接口301可以用于接收接收机得到的模拟信号；这里的DAC输出接口可以用于输出所述处理后的基带发送数字信号；这里的主处理器接口303可以用于输出基带已处理的接受比特流，还用于以及接收基带将处理的发送比特流。

可以理解的是，这里的基带物理层数字信号处理单元5对于接收与发送数字信号进行基于复数变量的符号处理、基于短字长整数的前向纠错处理以及基于比特的并行比特处理分别可以通过多种方式来实现，下面对其中几种可选的实施方式进行详细说明。

(一)基于复数变量的符号处理

本发明实施例中，基带物理层数字信号处理单元5中包括符号处理器。相应地，基带控制单元1可以对符号处理器的配置进行适应性调整，以使符号处理器对数字信号进行基于复数变量的符号处理。

其中，如图2所示，这里的符号处理器又可以具体包括发射与接收的成形滤波与数字前端处理器511、变换与同步处理器512、矩阵处理器513以及解调处理器514，下面对每一个处理器的具体功能进行具体说明。

图2所示的成形滤波与数字前端处理器511是一个可编程的单指令多数据处理器子群，对于准备发射的信号或接收到的信号，它可以实现以下功能：

(1)载入数字中频处理软件后，数字前端执行数字中频增益控制、调制解调、中频滤波、和基带信号提取；

(2)载入基带处理软件后，数字前端执行基带增益控制、降采样处理、单频陷波处理、采样相位修正处理、采样频率修正处理、带通滤波处理、成型滤波处理、和部分射频功放数字预畸变处理。

图2所示的变换与同步处理器512是一个可编程的单指令多数据处理器子群，对于准备发射的信号或接收到的信号，它可以实现以下功能：

(1)完成信号的变换，包括2的整数幂的快速傅里叶变换(也即FFT变换)、2的非整数幂的离散傅里叶变换(也即DFT变换)、余弦变换、Walsh变换、k变换等等，并完成相应的FFT、DFT、Walsh、K等变换的符号预处理；

(2)在系统不需要变换处理时(单载波系统或OFDM的同步处理)完成自相关和互相关处理。

图2所示的矩阵处理器513是一个可编程的单指令多数据处理器子群，对于准备发射的信号或接收到的信号，它可以实现以下功能：

(1)在限定时间内完成不同天线数目、不同制式、不同信道估计算法的信道估计，其信道估计结果用于信道均衡和解码(解调)。

(2)该矩阵处理器513作为接收机符号处理信道均衡处理器，是一个可编程的单指令多数据处理器子群。该系统对每个接收采样完成不同天线数目、不同制式、不同信道均衡算法的信道均衡。去除信道失真、外部干扰、和外部引入的噪声。

图2所示的接收机解调处理器514是一个可编程的单指令多数据处理器子群。对于准备发射的信号或接收到的信号，其可以实现以下功能，包括：最大似然度估计和判决。该系统对每个信道均衡后的符号进行不同调制和编码方式的解调。

不难理解的是，由于上述发射与接收数字前端处理器511、变换与同步处理器512、矩阵处理器513以及解调处理器514均为可编程的单指令多数据处理器子群，因此基带控制单元1可以对上述处理器进行有效的控制，使上述处理的配置更改为适应当前通信制式的配置。

(二)基于短字长整数的前向纠错处理

如图2所示，本发明实施例中，基带物理层数字信号处理单元5中包括前向纠错处理器52。

这里的接收机前向纠错处理器52是一个可编程的单指令多数据前向纠错处理器和交织寻址运算与交织运算的子群，对于准备发射的信号或接收到的信号，它可以实现以下功能：

(1)其单指令多数据前向纠错处理器在软件编程的基础上完成Viterbi类、Turbo类、和LDPC类纠错算。

(2)其交织寻址运算与交织运算处理器完成块和卷积类的交织运算寻址和交织以及速率匹配运算，并包含有各种素数模运算可编程加速。

在前向纠错处理器52能够实现上述功能的基础上，基带控制单元1可以对前向纠错处理器52的配置进行适应性调整，以使前向纠错处理器52对数字信号进行基于短字长整数的前向纠错处理。

(三)基于比特的并行比特处理

如图2所示，本发明实施例中，基带物理层数字信号处理单元中包括比特并行处理器53。

这里的比特并行处理器53是一个带有交织寻址运算与交织运算的、面向LFSR线性反馈移位寄存器类算法的并行计算的、基于查表的可编程的单指令多数据比特级并行处理器群，对于准备发射的信号或接收到的信号，它可以实现以下功能：

(1)该处理器通过将原不可并行的递归算法通过编译级变换，变成可并行的查表，对CRC、CC、扰码、等进行并行基于查表的编码与查错等运算。

(2)该处理器通过素数模等加速指令执行交织、速率匹配等运算。

(3)该处理器附带的查表调制机完成各种调制运算。

(4)该处理器可用软件实现前向纠错Reed Solomon解码器。

在比特并行处理器53能够实现上述功能的基础上，基带控制单元1可以对比特并行处理器53的配置进行适应性调整，以使比特并行处理器53对数字信号进行基于比特的并行比特处理。

在具体实施时，上述实施例中的基带控制单元1可以如图2所示为MCU处理器。这里的MCN处理器可以用来协调全部基带处理，包括运行基带接收主程序、基带发射主程序、基带MAC接口程序、基带与主存协调、数字模拟基带协调、和系统主机协调，从而实现对于基带物理层数字信号处理单元的控制，使得经过基带物理层数字信号处理单元处理输出的信号为满足当前通信制式要求的信号，有效提高架构的实用性和适应性，扩展其应用范围。当然这里的基带控制单元1还可以通过其他方式实现，本发明对此不作具体限定。

此外，在具体实施时，所述链接总线单元为低延迟互联性能的链接总线单元，用于在基带控制单元的控制下与所述存储单元相连，还用于与基带物理层数字信号处理单元相连，完成存储单元与基带物理层数字信号处理单元的动态互联和无延迟数据搬移。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用和专用硬件平台的方式来实现，也即本领域技术人员可以通过上述所述的架构设计并制造出相应的用于基站或终端设备的硬件设备，并使得该硬件设备能够实现上述根据不同通信制式和场景，通过基带物理层数字信号处理单元对数字信号进行相应的数字信号处理，从而能够满足现代无线通信系统具有多模式、可更新功能的要求。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。