一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统以及传输方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统以及传输方法，将信道分为同步信道、控制信道、数据信道三种不同的物理信道，并包括发射机和接收机两部分，发射机和接收机均由模拟射频电路、数字基带电路、数字控制电路三部分组成，其中发射机负责数据的发射而接收机负责数据的接收，两者都可以通过软件灵活地配置其编解码方案、参数配置方案、信道估计和检测算法配置方案等。本发明专利技术同时设计了一个混合预分配和随机接入特点的混合式接入协议HE‑TDMA。本发明专利技术所提供的方法和系统，能够实现对基于LTE信号构建的通信系统进行灵活地配置和使用，并同时增强其应用场景。

A software radio data transmission system and transmission method based on LTE signal

The invention relates to a software radio data transmission system based on LTE signal and a transmission method. The channel is divided into three different physical channels: synchronous channel, control channel and data channel. The transmitter and receiver are composed of analog radio frequency circuit, digital baseband circuit and digital signal. The control circuit consists of three parts. The transmitter is responsible for transmitting data and the receiver is responsible for receiving data. Both of them can flexibly configure their encoding and decoding schemes, parameter configuration schemes, channel estimation and detection algorithm configuration schemes through software. The invention also designs a hybrid access protocol HE TDMA with mixed pre-allocation and random access characteristics. The method and system provided by the invention can flexibly configure and use a communication system based on LTE signal, and at the same time enhance its application scene.

【技术实现步骤摘要】
一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统以及传输方法
本专利技术涉及通信领域，特别是一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统以及传输方法。
技术介绍
1.LTE信号。LTE（LongTermEvolution，长期演进）是由3GPP制定的UMTS技术标准的长期演进，其物理层包括OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用）、MIMO（Multi-Input&Multi-Output，多输入多输出）和空时/空频编码等关键技术，能够显著提高系统传输速率。LTE及其高级版本LTE-A是目前4G主流的核心技术标准，其物理层技术也将是未来5G系统在6GHz以下频段的重要支撑，因此对其的研究和开发有非常重要的意义和前景。LTE系统按照其双工方式划分，又可分为TDD-LTE（时分LTE）和FDD-LTE（频分LTE）两种。这两种制式仅在双工复用方式上略微有所不同，而其他方面并无太大区别。在我国，以中国移动为首的三大运营商都主要以TDD-LTE为准进行4G通信系统的构建，因此本专利技术也以TDD-LTE为主进行设计。TDD-LTE的帧格式为：其一帧长度为10ms，每帧又有两个长度为5ms的半帧组成；每个半帧又包括了4个普通子帧和1个特殊子帧，这些子帧的长度为1ms；普通子帧又有两个长度为0.5ms的时隙组成，特殊子帧又有上行导频时隙、保护时隙、下行导频时隙三部分组成，其具体的帧结构如图1所示。对于TDD-LTE系统来说，其传输在时域上最小的单位是一个OFDM符号，在频域上最小的单位是一个OFDM子载波。由一个OFDM符号和一个OFDM子载波组成的一个时频资源单位，被称为一个RE（ResourceElement,资源粒子）。一个时隙内所有的OFDM符号与频域上12个子载波组成的一组时频资源单位，叫做一个RB（ResourceBlock，资源块）。LTE物理层在做资源映射的时候是以RE为单位的，而在做资源调度的时候是以RB为单位的，其时频资源结构图如图2所示。图2中横轴为时域而纵轴为频域，TDD-LTE系统在进行数据传输的时候首先需要将数据分配到特定的时频资源单位中（此过程即被称为资源映射），然后再进行发射。对于TDD-LTE系统来说，其上行链路和下行链路的资源在标准的参数配置上稍有不同，但其基本结构是一致的，本专利技术以下行链路标准为基础进行设计。2.软件无线电。不同于软硬件皆固定不变的传统通信系统，软件无线电是一种可重新编程、可重构的无线电系统，即软件无线电系统在其系统硬件不需要变动的情况下，可根据不同的需求通过加载不同的软件来完成不同的功能。软件无线电系统在一个通用的硬件平台上，充分利用软件可重复编程的技术来实现对各个模块的精准控制，从而具备高度的可重配置性和灵活性，因此一经提出，就得到整个通信行业的广泛重视。由于LTE系统可以具有多种备选的编解码方案、参数配置方案、信道估计和检测算法配置方案等，因此如果要基于LTE信号进行通信收发装置的设计，很明显软件无线电技术是合理的选择。通过软件无线电根据不同的通信场景变换LTE系统的各类参数，这样能够达到更好地进行通信的目的。3.多址接入技术。多址接入技术在无线通信中是指多个用户如何建立无线信道连接的技术。传统的多址接入技术包括预分配式及随机接入式两种。预分配式接入技术可分配固定的频率、时间、空间、码字等资源，网络节点具备稳定的接入机会，但缺点是这些资源往往有限，不利于网络的变更和扩展。预分配式接入技术比较适用于传输时间长、需要稳定传输带宽、网络节点数量可预估的情况，比如蜂窝网络。而随机接入技术没有预先分配资源，网络节点可随机接入网络信道，具有很强的灵活性和扩展性，但是容易发生数据碰撞，传输不稳定。随机接入技术比较适合于传输时间较短、不需要长时间占用信道、网络拓扑结构变动频繁、网络节点数量不可预估的情况，比如无线传感网。本专利技术综合以上两种情况，认为接入协议既需要有稳定的传输带宽保障系统的传输能力，又需要灵活可拓展的网络拓扑结构，因此提出了混合预分配和随机接入特点的混合式扩展TDMA协议（HybridExtensionTDMA，HE-TDMA）。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统以及传输方法，可以对LTE系统的编解码方案、参数配置方案、信道估计和检测算法配置方案等进行灵活配置，该方法同时提出了混合预分配和随机接入特点的混合式扩展TDMA协议HE-TDMA，从而能够适应更为复杂的无线通信环境和场合。本专利技术采用以下方案实现：一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统，包括发射机与接收机，并将信道分为同步信道、控制信道与数据信道三种不同的物理信道；其中，所述同步信道用以发送和接收网络同步数据包，所述控制信道用以传输MAC接入数据包、路由数据包、控制信息包，所述数据信道用以进行数据传输；所述发射机包括第一模拟射频电路、第一数字基带电路、第一数字控制电路；所述第一数字基带电路包括位于不同物理信道上的基带发射机，所述第一模拟射频电路包括带通滤波器BPF、射频前端以及发射天线；所述数字控制电路包括第一ARM处理器、数据分配器、第一基带参数配置器、以及第一射频参数配置器，所述ARM处理器接收来自应用层的用户需求，根据用户需求通过第一基带参数配置器和第一射频参数配置器进行相应的数据发射设置，并同时将要发送的数据通过数据分配器分配给不同信道上的基带发射机；所述第一数字基带电路中的基带发射机接收来自数据分配器的数据，并同时根据第一基带参数配置器的设定，对数据流进行相应的编码和调制，并将调制好的数据送入第一模拟射频电路进行发射；所述发射机包括第二模拟射频电路、第二数字基带电路、第二数字控制电路；所述第二模拟射频电路包括接收天线、射频前端、以及带通滤波器BPF，所述第二数字基带电路包括位于不同物理信道上的基带接收机，所述第二数字控制电路包括第二ARM处理器、第二射频参数配置器、第二基带参数配置器、以及数据接收缓存器；所述第二模拟射频电路首先通过接收天线在三种信道上分别进行信号的接收、解调、与A/D转换，然后将数据流送入第二数字基带电路；所述第二数字基带电路中的基带接收机对从第二模拟射频电路接收到的数据按照第二基带参数配置器的设定进行相应的解调和解码，并将解调后的数据流送入数据接收缓存器进行进一步调整，调整后的数据流再送入到第二ARM处理器，所述第二数字控制电路将第二数字基带电路解调后的数据发送到应用层，从而完成整个的数据接收流程。进一步地，所述发射机与接收机采用双天线收发架构。进一步地，所述第二数字控制电路同时也能够接收来自应用层的用户请求，并根据这些用户请求来配置第二基带参数配置器和第二射频参数配置器。本专利技术还提供了一种基于上文所述的基于LTE信号的软件无线电数据传输系统的传输方法，具体为：所述基带发射机包括信道编码方案配置器、编码速率配置器、交织编码方案配置器、信源编码方案配置器、层映射方案及预编码矩阵配置器、资源映射方案及功率分配配置器、以及第一循环前缀长度配置器，所述基带发射机中具体包括以下步骤：步骤S11：首先对要传输的比特数据进行CRC校验位的添加，CRC校验码附加在传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统，其特征在于：包括发射机与接收机，并将信道分为同步信道、控制信道与数据信道三种不同的物理信道；其中，所述同步信道用以发送和接收网络同步数据包，所述控制信道用以传输MAC接入数据包、路由数据包、控制信息包，所述数据信道用以进行数据传输；所述发射机包括第一模拟射频电路、第一数字基带电路、第一数字控制电路；所述第一数字基带电路包括位于不同物理信道上的基带发射机，所述第一模拟射频电路包括带通滤波器BPF、射频前端以及发射天线；所述数字控制电路包括第一ARM处理器、数据分配器、第一基带参数配置器、以及第一射频参数配置器，所述ARM处理器接收来自应用层的用户需求，根据用户需求通过第一基带参数配置器和第一射频参数配置器进行相应的数据发射设置，并同时将要发送的数据通过数据分配器分配给不同信道上的基带发射机；所述第一数字基带电路中的基带发射机接收来自数据分配器的数据，并同时根据第一基带参数配置器的设定，对数据流进行相应的编码和调制，并将调制好的数据送入第一模拟射频电路进行发射；所述发射机包括第二模拟射频电路、第二数字基带电路、第二数字控制电路；所述第二模拟射频电路包括接收天线、射频前端、以及带通滤波器BPF，所述第二数字基带电路包括位于不同物理信道上的基带接收机，所述第二数字控制电路包括第二ARM处理器、第二射频参数配置器、第二基带参数配置器、以及数据接收缓存器；所述第二模拟射频电路首先通过接收天线在三种信道上分别进行信号的接收、解调、与A/D转换，然后将数据流送入第二数字基带电路；所述第二数字基带电路中的基带接收机对从第二模拟射频电路接收到的数据按照第二基带参数配置器的设定进行相应的解调和解码，并将解调后的数据流送入数据接收缓存器进行进一步调整，调整后的数据流再送入到第二ARM处理器，所述第二数字控制电路将第二数字基带电路解调后的数据发送到应用层，从而完成整个的数据接收流程。...

【技术特征摘要】
1.一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统，其特征在于：包括发射机与接收机，并将信道分为同步信道、控制信道与数据信道三种不同的物理信道；其中，所述同步信道用以发送和接收网络同步数据包，所述控制信道用以传输MAC接入数据包、路由数据包、控制信息包，所述数据信道用以进行数据传输；所述发射机包括第一模拟射频电路、第一数字基带电路、第一数字控制电路；所述第一数字基带电路包括位于不同物理信道上的基带发射机，所述第一模拟射频电路包括带通滤波器BPF、射频前端以及发射天线；所述数字控制电路包括第一ARM处理器、数据分配器、第一基带参数配置器、以及第一射频参数配置器，所述ARM处理器接收来自应用层的用户需求，根据用户需求通过第一基带参数配置器和第一射频参数配置器进行相应的数据发射设置，并同时将要发送的数据通过数据分配器分配给不同信道上的基带发射机；所述第一数字基带电路中的基带发射机接收来自数据分配器的数据，并同时根据第一基带参数配置器的设定，对数据流进行相应的编码和调制，并将调制好的数据送入第一模拟射频电路进行发射；所述发射机包括第二模拟射频电路、第二数字基带电路、第二数字控制电路；所述第二模拟射频电路包括接收天线、射频前端、以及带通滤波器BPF，所述第二数字基带电路包括位于不同物理信道上的基带接收机，所述第二数字控制电路包括第二ARM处理器、第二射频参数配置器、第二基带参数配置器、以及数据接收缓存器；所述第二模拟射频电路首先通过接收天线在三种信道上分别进行信号的接收、解调、与A/D转换，然后将数据流送入第二数字基带电路；所述第二数字基带电路中的基带接收机对从第二模拟射频电路接收到的数据按照第二基带参数配置器的设定进行相应的解调和解码，并将解调后的数据流送入数据接收缓存器进行进一步调整，调整后的数据流再送入到第二ARM处理器，所述第二数字控制电路将第二数字基带电路解调后的数据发送到应用层，从而完成整个的数据接收流程。2.根据权利要求1所述的一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统，其特征在于：所述发射机与接收机采用双天线收发架构。3.根据权利要求1所述的一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统，其特征在于：所述第二数字控制电路同时也能够接收来自应用层的用户请求，并根据这些用户请求来配置第二基带参数配置器和第二射频参数配置器。4.一种基于权利要求1-3任一项所述的基于LTE信号的软件无线电数据传输系统的传输方法，其特征在于：所述基带发射机包括信道编码方案配置器、编码速率配置器、交织编码方案配置器、信源编码方案配置器、层映射方案及预编码矩阵配置器、资源映射方案及功率分配配置器、以及第一循环前缀长度配置器，所述基带发射机中具体包括以下步骤：步骤S11：首先对要传输的比特数据进行CRC校验位的添加，CRC校验码附加在传输比特数据的尾部；步骤S12：对步骤S11处理过的数据进行码块分割，将输入的数据按照信道编码方案配置器的要求，分割成与该信道编码方案配置器的最大输入长度匹配的码块长度，然后再分块进行信道编码；步骤S13：将经过信道编码后的数据再进行比特交织与速率匹配；其中比特交织采用随机交织方案，其交织方法由交织编码方案配置器进行设置，以适用于不同信号和不同信道条件；通过对信道编码且交织后的数据进行比特重复或打孔，以得到与编码速率配置器相匹配的编码速率；步骤S14：将经过速率匹配的数据进行编码级联，即将经过码块分割的各个码块重新合并，恢复成连续的数据流；步骤S15：将经过码块级联的码流经过符号交织进一步提高系统抗频率选择性衰落的能力；其中，符号交织的交织方法由交织编码方案配置器进行设置；步骤S16：将经过交织的码流与加扰序列进行特定的运算，完成加扰操作，再依次进行星座映射、层映射，对经过层映射后的码流进行预编码，初步得到符合发射要求的正交空时或空频码流；其中，预编码采用的正交编码矩阵由层映射方案及预编码矩阵配置器进行设定；步骤S17：对经预编码后得到的码流进行功率分配、时频资源分配、插入导频及组帧操作，具体参数由资源映射方案及功率分配配置器进行设定；步骤S18：将完成组帧后的码流经过OFDM调制，即串并转换、IFFT、添加循环前缀、并串转换操作后，送至第一射频电路进行发射，完成基带发射工作。5.根据权利要求4所述的一种基于LTE信号的软件无线电数据传输系统的传输方法，其特征在于：所述基带接收机包括第二循环前缀长度配置器、资源映射方案配置器、信道估计算法选择器、信号检测算法选择器、解层映射方案及预编码译码矩阵配置器、信源解码方案配置器、解交织方案配置器、解码速率配置器、以及信道译码方案配置器；所述基带接收机中包括以下步骤：步骤S21：首先将从射频前端解调后的数据进行OFDM解调，即串并转换、去循环前缀、FFT、并串转换操作，将得到的码流进行解帧；其中解帧的时频资源...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，许斌，陈日清，黄继伟，林瑞全，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35