软件无线电通信平台（通用12篇）
软件无线电通信平台 篇1
0 引言
无线通信经历了几次变革,第1次是从模拟到数字的变革;第2次是从固定到移动的变革;第3次是从硬件到软件的变革即软件无线电的变革[1]。1992年5月Joseph Mitola在美国通信会议上,首次提出“软件无线电”(Soft Definition Radio,SDR)的概念,很快引起了通信界特别是军事通信界的广泛关注。
SDR是指用软件来定义和实现无线通信,它是将标准化模块化的硬件功能通过一个通用硬件平台,再通过软件加载的方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种开放式结构[2]。SDR的基本思想是把硬件作为无线通信平台,将A/D转换器尽量靠近RF射频前端,充分利用各种数字技术资源,最大程度地通过软件实现各种功能,适应不同的工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议和数字编码方式等,从而构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用软硬件平台[5]。
从SDR的技术实现角度来看,关键是采用多频段、宽带天线以及智能天线,将A/D、D/A变换尽可能地靠近射频天线端口,即由基带移到中频,甚至射频。A/D变换后的所有处理都用可编程DSP,依靠软件来实现[3]。这种体系结构具有很强的通用性,是实现多频段、多工作模式和多用户通信的最佳途径。
1 SDR的理论基础
1.1 采样定理
SDR实现的宽带模拟信号和高速数字信号的相互转换是基于采样定理基础之上的。采样定理分两类:基本(过)采样定理和带通(欠)采样定理。基本采样定理是指根据奈奎斯特(Nyquist)采样定理,若信号X(t)的频带在(0,fm)内,只要采样速率fs满足:fs≥2 fm,则采样得到的信号在终端就可完全恢复原信号X(t)。此定理在信号低频段使用效果最佳;带通采样定理是利用欠采样的技术,采样速率fs满足:
式中,K为整数;(fL,fH)为信号频带。这样采样信号就不会产生重叠,在接收终端就可以恢复原信号。带通采样定理实现了一种频率变换即把高频段信号的频谱搬移到低频段。从软件无线电的要求来看,带通采样的带宽应该越宽越好,这样对不同信号会有更好的适应性,可以简化系统设计。
1.2 多速率信号处理理论
为节省计算工作量及存储空间,在一个信号处理系统中常常需要不同的采样率及其相互转换,这是多速率信号处理产生并发展的缘由。多速率信号处理的应用是基于滤波器组而实现的。滤波器组最初用于语音压缩,后来逐渐应用于图像和视频的压缩。多速率信号处理实际上是对采样后离散序列的重采样过程,最常用的运算是抽取和内插,是2个相反的运算。抽取是指信号采样率的降低,用于软件无线电的接收部分可以降低数据流速率,便于数字信号处理;内插则是信号采样率的提高,在发射部分便于调制发射。内插提高了时域分辨率,可无失真地恢复信号。
设原始信号为X(n),经D倍抽取后的结果为:XD(n)=X(Dn);
经I倍内插后的结果为:
。
一般情况下,时域上抽取运算较易分析,频域上内插运算较易分析。
实际应用中为防止频谱混叠,抽取之前,要对信号进行低通滤波处理;为保证序列的原始特性不变,内插之后也要进行低通滤波处理,以消除内插带来的镜像。
数字速率单独抽取和内插只能实现整数倍的采样率转换,而对于非整数即有理数的抽取与内插,可通过将抽取与内插过程级联来实现。但必须先内插再抽取才能实现此过程,使用的滤波器为具有抗混叠滤波和滤除镜像作用的低通滤波器。
使用多速率滤波器,使抽取和内插过程时域描述更为直接,设h(n)为滤波器的冲激响应,则数字信号经过抽取、内插以及二者的级联后输出如下:
。
1.3 正交变换
基于软件的数字调制和解调的示意图如图1所示。图1中,信号
X(t)=a(t)cos[w0t+θ(t)]=R[a(t)ejθ(t)ejw0t]。
式中,
式中,XI(t)=a(t)cosθ(t),XQ(t)=a(t)sinθ(t)。需要指出的是,不同的信道,w的取值是不同的。
2 软件无线电的数学模型
软件的构造是对设备各种功能的物理描述建立数学模型。以单通道发射机为例,在上述理论基础上建立软件无线电的数学模型如图2所示。输入信号首先进行调制并分成2路正交信号XI、XQ,通过内插提高其抽样速率,经相位变换后求和,再经内插提高其抽样速率,然后通过带通滤波器,最后经数模变换将信号发射出去。
单通道收信机工作是单通道发射机的逆过程,是将收到的信号进行相位变换后,经低通滤波器,分成2路正交的信号,再经抽取降低其信号速率,解调输出原信号。
数学模型建立后,再用计算机语言描述算法,然后转换成用计算机语言编制的程序。软件无线电中的算法特点是对信号处理的实时性,因此在时空上对算法的要求很高;算法应具有高度自由化和开放性,以便系统升级,使系统模块化、标准化;采用的主要算法为数值法,同时,并不排斥其他算法或者多种算法的结合。
3 基于智能天线的SDR模块
SDR的应用主要体现在智能天线上。在天线确定以后,不同的准则或算法将导致不同的性能。SDR的开放式结构使得在硬件系统确定后还具有改善和更新的能力;在抑制干扰方面,虽难有一种普遍适用的最佳算法,但可以汇集多种算法于同一系统,使系统能够抗各种干扰,提高其性能。
SDR主要由宽带射频段、高速中频模数转换段、可编程的基带数字处理模块、控制模块、通信模块和高速数据总线等构成流水线结构[4],如图3所示。
宽带射频段是SDR中唯一主要靠模拟硬件电路本身完成的部分,主要将接收或发射的信号进行放大,满足A/D或发射功率的要求。天线单元不仅要满足系统的频带、驻波比、增益和极化等性能指标,而且还使各单元之间的互耦小,保证各阵列天线元的幅度和相位一致。
A/D、D/A的主要功能将宽带模拟信号转换成高速数字信号或相反,往往采用基本采样和带通采样相结合的方式。将基带移到中频,对整个频带进行采样,这样做法的优点是在信号检测和解调部分可以使用数字处理,利用可编程软件包件完成部分数字处理功能,对有限资源统一进行优化分配。用高速的DSP/CPU代替传统的专用数字电路(ASIC)做一系列处理,利用DSP的强大处理能力和软件灵活性实现调制解调、信道编码译码等。
4 结束语
基于硬件平台的SDR是串行模块结构,其缺点是模块之间耦合紧密,相互之间独立性不高。总线结构采用的是时分机制,使相邻功能模块间实现匹配较复杂。SDR技术对各种通信体制之间的互通性差,硬件平台功能扩充和完善的周期长、花费高等常规设备所遇到的问题提出了很好的解决方案。SDR的关键在于软件和可编程性,当通信功能提升或硬件技术发展时,允许更换单个软件模块或硬件模块,使无线电设备具有更大的灵活性和更长的寿命周期,从而改善系统性能以实现多波段、多体制、多制式的通信。
摘要：在通用硬件系统的基础上,利用软件实现尽可能多的功能,便于系统改进和升级,使不同的系统间能够互联和兼容,提高系统性价比。从软件无线电基本理论出发,分析了信号的采样定理、多速率的处理理论和基于软件的数字调制和解调。以单信道发射机为例建立了基于软件无线电的数学模型,并分析研究了软件无线电在智能天线中的应用。对软件无线电存在的问题和发展前景做了论述。
关键词：软件无线电(SDR),建模,智能天线,DSP
参考文献
[1]吴伟陵.移动通信中的关键技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2001.
[2]MITOLA J.The Software Radio Architecture[J].IEEECommunications Magazine,1995,13(5):26-29.
[3]杨小牛,楼才义,徐建良,等.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.
[4]肖维民,许希斌,朱健,等.软件无线电综述[J].电子学报,1998,26(2):65-70.
[5]赵春晖.软件无线电中的多速率处理[J].信息技术,2003,27(3):8-9.
软件无线电通信平台 篇2
5.甲方开展乙方经营的相关业务时由甲方与客户签定合同，并向客户提供必要的服务技术支持，解答客户提出的各种问题。
6.甲方因履行本合同所需的所有人事、经营、销售、仓储成本、税收及费用，由甲方自行负责。
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八、违约责任
1.甲乙双方应本着诚实信用的原则履行本合同。任何一方在履行中采用欺诈、胁迫或者暴力的手段，另一方均可以解除本合同并要求对方赔偿损失。
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3.甲乙双方应严格按本合同的约定履行各自的义务，并按《中华人民共和国合同法》的规定承担违约责任。
九、附件
附件__________是本合同不可分割的部分，具同等法律效力。
十、其它
1.本合同如有未尽事宜，双方可另行协商解决。
2.本合同一式二份，二份均为正本，具有同等法律效力。
3.本合同自双方签字盖章之日起生效。
附件：(略)
甲方：_________________ 乙方：_________________
立约日期：_____________ 立约日期：_____________
立约地点：_____________ 立约地点：____________
软件代理合同范文三
甲方：_________________________________
地址：_________________________________
电话：_________________________________
传真：_________________________________
法人代表：_____________________________
乙方：_________________________________
地址：_________________________________
电话：_________________________________
传真：_________________________________
法人代表：_____________________________
甲乙双方在平等、自愿、公开和诚实信用的基础上，为共同推广_________软件系统，达到良好的合作效果，实现开发商与代理商的双赢目标，就乙方为甲方销售《_________软件》使用许可协议有关事宜协商一致，现签定代理经销合同，以保证双方的利益
第一条 甲方给予乙方合法代理销售甲方产品资格，在本协议签定生效之日起，乙方成为甲方《_________软件》_________省唯一的销售代理经销商。
第二条 乙方需交纳加盟费人民币_________万元整后，方可正式成为甲方的代理经销商。如当年销售额达到人民币_________万元以上，加盟费返还乙方。
第三条 自协议签定之日起至合同结束时，甲方将向乙方提供以下服务
1.给予乙方在_________省范围内合法销售甲方产品资格。
2.在收到乙方货款后，及时向乙方提供相应的软件产品。
3.作为软件开发商，甲方为乙方提供全方位服务。包括：技术支持、人员培训、软件演示、安装调试、版本升级。
4.为乙方提供优惠的甲方产品代理价格，甲方给予乙方所销售软件的销售折扣，具体数额如下：年销售额_________以上，软件折扣为五折。年销售额_________以下，软件折扣为七折。
5.为乙方提供全面的资料，有《_________软件》销售授权书一份，《___________软件》为期一年的试用版一套、全套拥护手册，《_________软件》演示版光盘及宣传彩页若干，_________一册。在收到乙方的加盟费人民币_________万元后发出。
6.对于甲方软件本身质量问题所引起的故障，甲方将进行终身维护。
7.乙方若需对甲方软件进行改动并进行二次开发，需另订协议作为合同的附件，由甲方另收开发费用。
第四条 自协议签定之日起，乙方应遵守如下条款
1.乙方为甲方销售的计算机软件系统的著作权、版权和其他知识产权等始终为甲方所有。乙方不得独自或与任何第三方对软件系统(包括正式版和试用版)进行翻制、复制、解密、反编译、反汇编和其他反向工程，否则甲方有权追究乙方法律责任和要求经济损失赔偿(赔偿金不少于人民币五十万)。
2.乙方所有销售的甲方产品均须从甲方合法获得，绝不采用预装的方法将一份甲方产品提供给多个用户，即乙方在向用户提供甲方产品的时候，必须保证一份甲方产品只能提供给一个用户。
3.乙方只能将甲方产品提供给最终用户，未经甲方同意不得将甲方产品提供给任何想利用甲方产品牟利或进行分发的单位或个人
4.乙方不得做任何影响甲方名誉或产品信誉的事情。
5.乙方不得采取其他任何方法违法销售或分发甲方产品，给甲方造成损失。
6.乙方在软件销售及其它任何行为中所引起的纠纷或法律责任与甲方无关，甲方不承担任何责任。
7.乙方为甲方销售计算机软件系统使用许可协议而发生的乙方的销售费用由乙方承担。
第五条 违约责任
乙方若违反协议中规定，进行销售或分发，愿按违约销售或分发的份数，以二十倍于所销售或分发的甲方软件的市场零售价的金额赔偿给甲方。
乙方若违反协议中规定，侵犯甲方的知识产权，愿接受甲方不低于_________元的经济索赔。
若一方违约给另一方造成损失的，除赔偿损失外，另须承担违约责任。若发生争议，本着协商的原则
友好解决，如双方不能达成共识，可依法解决。
若双方发生争议，须依法解决时，任何一方均可将该纠纷交由本地的有权部门解决。
第六条 协议期限
本协议有效期为一年(自_______年______月______日至_______年______月______日止)
协议到期后，若乙方愿继续代理甲方产品，须提前一个月告知甲方，并重新签定协议。
第七条 本协议未尽事宜，由双方协商处理，若须更改本协议，经双方协商一致后再签定补充协议，与原协议具有同样效力。
第八条 本协议一式两份，甲乙双方各执一份，自签字盖章之日起生效执行。
第九条 本协议的解释权归甲方所有。
甲方(签章)：_________ 乙方(签章)：_________
_________年____月____日 _________年____月____日
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GIS软件平台对比分析 篇3
（一）ArcGIS
ArcGIS拥有复杂的GIS应用以及用来实现几乎所有GIS任务的逻辑和工具。此外，作为一个可伸缩的平台，ArcGIS无论是在桌面、在服务器、在野外还是通过Web，为个人用户也为群体用户提供GIS的功能。
（二）SuperMapGIS
SuperMapGIS系列，目前是中国市场的主流GIS平台软件。其特长是GIS二次开发平台，数百家开发商和集成商使用该平台从事各领域的GIS项目，不少国家级大型项目采用该平台。
（三）MapInfo
MapInfo是美国MapInfo公司的桌面地理信息系统软件，是一种数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。它依据地图及其应用的概念、采用办公自动化的操作、集成多种数据库数据、融合计算机地图方法、使用地理数据库技术、加入了地理信息系统分析功能，形成了极具实用价值的、可以为各行各业所用的大众化小型软件系统。
二、功能对比
（一）数据组织
在应用需求的推动下，ArcGIS先后推出了多种文件格式，如Arc/Info的Coverage、ArcView的Shape文件、ArcSDE的空间数据库、GeoDatase的空间数据库、交换文件格式E00等等。这些数据格式所支持的功能也各不相同，比如Coverage和GeoDatabase有拓扑关系，Shape和SDE没有拓扑关系，数据对象结构也相差极大，以至于各格式之间相互转换频繁，且会有一定程度的信息功能损失。
SuperMap同样提供了多种格式的数据组织方式，并且可以直接打开这些格式的数据，并且能非常简单地实现各个数据格式数据源之间交换数据，如在同一格式的数据源内复制数据。SuperMap拥有独一无二的"多源空间数据无缝集成技术"，允许开发上轻易将使用SuperMap已建成的应用系统移植到其他格式。
MapInfo的数据格式相对比较单一，即基于文件的TAB数据格式及MapInfoSpatialware数据。MapInfo也能比较方便地在两种数据格式之间进行转换。不足之处在于MapInfo的数据格式都不支持拓扑关系，MapInfo整个软件也不支持拓扑关系。
（二）基于文件的地图数据管理
基于文件的地图数据管理方式仍然在一些系统中广泛应用，特别是在一些中小型应用项目中中还是具有一定的意义。
评述：
ArcGIS提供两种本地地图数据格式，即Coverage和Shape。其中Coverage支持拓扑关系，Shape文件不支持拓扑关系。两种文件格式都不提供加密功能，无法实现数据保护。两种数据格式都是一个数据集、多个文件组成，在大型应用系统中，地图数据量大，因而数据文件也很多，不便于数据的组织和管理。
SuperMap也提供两种本地地图数据格式，即SDB和MDB。两种数据格式都支持拓扑关系、密码保护功能，允许用户对数据进行加密。两种数据格式都是多数据集一体化管理方式，外部数据文件数量少，方便于数据管理和组织。
MapInfo的TAB文件格式也是由多个文件组成，不支持存储拓扑关系，也不支持加密。
（二）专题地图
专题地图是GIS软件根据属性数据的不同分别给几何对象采用不同风格显示的地图表现形式，是GIS软件数据可视化的重要工具，在多数GIS应用中都有重要意义。
评述：
ArcGIS支持较多的专题地图，SuperMap在这方面功能更强，不仅支持更多的统计专题图功能，而且提供了独一无二的自定义专题地图，解决了以往GIS软件专题地图显示中面临的一些难题。MapInfo的专题地图功能也较为丰富，使用也比较方便。
（四）数据格式转换
对应用系统来讲，GIS软件数据交换能力决定了该系统的开放性，即能否方便地输入其他来源的数据以及输出相应的数据格式，与其他系统进行数据交换的能力。
评述：
三套解决方案相比较，SuperMap具有更强的数据交换能力，支持更多的矢量数据格式（包括交换格式和二进制格式）。
（五）地图编辑
地图编辑功能是多数GIS应用必需的功能，组件对象模型强大的地图编辑功能可以省却大量二次开发的精力。
评述：
ArcInfo在地图编辑功能方面能力欠佳一直困扰着ArcGIS用户，MapObjects甚至不提供基本的地图编辑功能，全部需要通过二次开发来实现。ArcObjects提供一些地图编辑功能，但是所能创建的几何对象类型不多，而且智能捕捉能力也弱。
SuperMap超强的图形编辑能力在很大程度上降低了图形编辑的开发工作量，在这方面SuperMap具有非常显著的优势。
MapInfo地图编辑功能比较方便，能创建的地图对象也较丰富，但在捕捉功能方面较弱。
软件无线电通信平台 篇4
关键词：软件无线电,数字信号处理,调制解调
软件无线电 (SDR) 是通信与电子技术领域目前最重要、最活跃的研究领域之一。软件无线电是构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台, 用软件完成各种功能, 从而研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。
1、软件无线电 (S W R)
1.1 关键技术
软件无线电 (SWR) 关键技术主要有:天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。软件无线电的天线一般要覆盖比较宽的频段, 每个频段的特性都要均匀, 以满足多种业务需求。其硬件结构使软件无线电具有整体的可编程性:RF频段可编程、信道访问模式可编程、信道编码和调制可编程。软件无线电是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托, 通过软件编程来实现无线电台的各种功能, 从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。减少模拟环节, 把数字化处理 (A/D和D/A变换) 尽量靠近天线。
1.2 优点
运用软件无线电方法可以有效地解决系统功能的升级和扩展问题, 研发时间和调试周期较短, 对于提高可靠性和降低成本很有效。从通信技术的发展趋势来看, 软件无线电技术具有许多以硬件为主的传统通信系统所无法比拟的优点。DSP的发展, 使得在许多速度要求较高, 算法较复杂的场合, 取代MCU或其它处理器, 而成本有可能更低。
2、软件无线电通用平台的DSP技术
2.1 新一代DSP处理器
TMS320C6701 (简称C6701) 是TI公司近年来推出的含多个处理单元的一种新型新点、高性能DSP芯片。与TMS320C6201管脚兼容, C6701为通用32位浮点DSP处理器, 采用甚长指令字 (VLIW) 结构。主频为167 MHz, 浮点单元为6个, 支持字节寻址获得8位/16位/32位数据;程序存储空间和数据存储空间各512Kb;通过对五个BOOTMODE引脚的灵活设置设定各空间的地址范围。片上集成了32位外部存储器接口EMIF, 片内数据空间分为两块, 每一块RAM被组织为八个2K×16的存储体, 使得CPU能够同时访问不同存储体的数据, 不发生冲突。采用0.18μm工艺, 则五层金属组成, 输入输出接口电压为3.3V, 核心电压1.8V (167MHz时为1.9V) 。C6701的外围端口包括DMA控制器、主机接口 (HPI) 、中断选择等。两个多通道缓存串行口 (McBSP) 除多通道、比缓存外, 还支持多种数据格式、硬件A/μ率压扩展、位时钟和帧时钟的灵活编程, 还提供SBSRAM、SDRAM等高速存储器的无缝接口。
2.2 DSP技术的应用
DSP是一种适合数字信号处理运算需求的单片可编程微处理器。DSP的内部芯片采用程序和数据分开的哈佛结构, 设有单独的硬件乘法器, 采用流水线操作, 提供特殊的DSP指令, 快速的指令周期。可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。例如在语音处理系统里使用模拟滤波技术, 由于模拟技术存在温度漂移、元件误差和老化等问题, 滤波器的质量得不到保证, 并且参数调整不灵活。而数字滤波器只是一些数字处理运算, 它对二进制数字进行乘、加、减等运算, 得到的结果完全可预测和可复制。每套测控平台含双机备份的遥控调制器与遥控解调器, 双机分别由独立电源供电。中频主要包括基带处理、比特流处理和信源编码3部分。基带处理主要完成各种波形的调制解调、扩频解扩、信道的自适应均衡及各种同步数字处理, 每路需要几十到几百个MIPS的处理能力。调制器与解调器分别通过不同的RS232串口与遥控处理计算机通信, 完成对调制解调器的控制及其带数据的收发。采用IRQ差错控制方式来保证程序传送的可靠性, 参数设置成功后, 调制解调器根据协议发送和接收遥控指令, 并将工作状态回送遥控处理计算机, 同时在遥控前端机面板上显示。信源编码要完成话音、图像等编码算法, 每信道需要十几个MIPS的处理能力。如此巨大的信号处理运算, 必须采用高速多个DSP并行处理结构才有可能实现。DSP发展的片内存储器RAM越来越大, 要设计高效的DSP系统, 就应该选择片内RAM较大的DSP。1
2.3 调制解调器的功能
调制器和解调器合在一起成为调制解调器, 通过电话拨号接入Internet的必备的计算机硬件设备。调制器是把数字信号用调制电波频率的方法将其转换为模拟信号, 解调器是在接收到模拟信号后, 将模拟信号解调, 使信号恢复成数字信号。调制是指用基带脉冲对载波波形某个参数进行控制, 从而形成适合于线路传送信号的过程。正弦信号形式简单, 便于产生和接收, 经常被用作载波体。经过调制的信号通过电话载波传送到另一台计算机之前, 也要经由接收方的Modem负责把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号, 这个过程称为“解调”。解调的方式有正弦波幅度解调、正弦波角度解调和共振解调技术。
总之, 用软件无线电技术实现通用卫星测控平台, 是把硬件作为无线通信的基本平台, 把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件实现。软件无线电具有很强的灵活性和开放性, 通过注入功能各异的软件, 开发和研制了通用化、综合化、智能化的卫星测控平台, 对调制载频、调制方式、传输码速率等的参数进行了有效地改变, 能够很好地满足需要, 且有较大的冗余度, 利用升级, 应用于各种轨道卫星平台的遥测遥控任务。
参考文献
软件开发平台与工具总结 篇5
0 综述
作为软件开发与平台结业的一个报告，将从以下几个方面对这门课的学习做一个小的总结： 背景知识 2 软件建模工具在需求收集中的作用 3 软件设计中的作用4 软件实施工具在代码设计中的作用 5 学习的收获与感想 6 结束语
背景知识
软件开发平台是一种软件开发工具，以通用技术架构为基础，集成常用建模工具、二次开发包、基础解决方案等而成。软件开发工具是很方便地把一种编程语言代码化并编译执行的工具。现在的软件开发工具逐渐显出智能化、网络化、一体化、标准化的趋势。对于很多企业来说，软件开发平台只被定义为信息化工具，但成功进行过企业信息化建设的CIO们会对软件开发平台有着更为正确的理解，那就是软件开发平台不仅是信息化工具，更是管理思想的沉淀。
随着在企业中发挥出的作用被逐步肯定，目前软件开发平台在国内信息化领域也占据着越来越重要的位置，其应用已经成为一种趋势。相对于传统开发模式，许多软件开发平台具有很多显著优势，包括优化产品基础架构，提升软件开发质量；减少编码率，提高开发效率，提升开发的灵活性；可以充分关注客户需求，实现按需定制；实现配置组件的标准化，提升产品稳定性和兼容性；提升企业开发能力，降低后期维护的时间和成本等，可以使开发者有更多时间关注客户需求，在项目的需求、设计、开发、测试、部署、维护等各个阶段均可提供强大的支持。这些都使得，软件开发平台在企业眼中成为非常给力的信息化工具。
但这并不是对软件开发平台的全面解读，因为软件开发平台的强大并不仅仅体现在技术上的先进，更在于让管理思想有效落地，实现管理与实践的完美结合。事实上，优秀的软件开发平台不仅仅是一种软件开发工具，而是融合了先进的管理思想，能有效地梳理各种业务流程的信息系统开发的方法论。而蕴含了管理智慧的软件开发平台既能实现跨平台、语言独立、松散耦合的异构应用的交互和集成，还能使应用系统更具易用性和可扩展性，进而消除信息化建设中常见的应用 孤岛、数据孤岛、信息孤岛和流程孤岛，有效提升企业管理水平。
软件开发平台对管理思想的沉淀也是为了更好地顺应市场化要求。而今很多企业都面临着构架新型管理模式，进行资本结构优化，使资源得到优化配置的需求，也因此对信息化在管理水平上提出更高的要求。而单纯的信息技术是无法完成提升企业管理水平的重任，更不能达到帮助企业高速发展的目标。对信息化工具来说，让产品设计中蕴含更具实效的管理思想是产品技术研发与产品创新的核心，软件开发平台也是如此。
需求收集中的作用
需求收集真正的体现了需求的市场和用户驱动。访谈，调查表，头脑风暴，竞争对手和产品分析都是需求收集的方法。需求收集我们需要搞清楚用户真正的需求，问题背后的深层次问题，这样才可能为挖掘需求提供数据。需求收集的过程应该流程化，收集的需求应该分类入库的归档化。必须将需求收集活动看做为一个结构化的流程或过程，以真正的促进收集的过程和采集的数据的有效性。
收集的需求在论证分析中应该确定优先级，而优先级的确认应该引入价值工程，即我们应该认识到一个需求的重要性应该体现到它对产品价值的短期和长期的增值上面。要理解这个，就必须要考虑收集的需求是普遍需求还是特殊需求，是核心业务对应需求还是辅助业务对应需求，是使用频率高的需求还是偶尔使用的功能点需求。我们必须有清晰的头脑来分析用户急的是否就一定是优先级高的需求。
用户往往习惯了给我们提希望系统实现什么功能，这些需求往往是用户已经转换后的需求而不是原始需求。当用户遇到业务上的问题的时候他们往往假设了一种实现方式，如果在需求收集过程中错误的把问题的解当做需求，则我们就忽略掉了真正的原始需求。需求收集的重点应该在用户真正面临的问题域和问题场景的收集。
需求收集人员的业务背景和经验往往对需求收集有效性有很大的影响。需求收集的访谈过程不是简单的听用户如何讲，而是需求我们去引导用户讲出他们真正面临的问题。通过我们积极的沟通让用户把他们真实的想法真正的表达出来。需求收集是整个软件产品开发的源头，是确定产品方向和定位的重要活动。需求收集活动出现大的误差将是方向性的重大错误。如果我们开发出来的产品不能真正满足用户的需要和得到用户的认可，那产品本身就不可能创造价值，及时这个产品有很好的质量，易用性和功能等，这个产品仍然是失败的。
需求分析中的自动工具按不同的方式可以归纳为两类：一类工具是为自动生成和维护系统的规格说明而设计的。这类工具主要利用图形记号进行分析，它们产生一些图示，辅助问题分解，维护系统的信息层次，并使用试探法来发现规格说明中的问题。更重要的是，这类工具能够对更新的信息进行分析，并跟踪新系统与已存在系统之间的连接。事实上，这种工具与其他多数自动需求工具的好处在于将“智能处理”应用到问题的规格说明中；另一类需求分析工具要用到一种特殊的以自动方式处理的表示法。用需求规格说明语言来描述需求，它是有关键字指示符与自然语言叙述组合而成。规格说明语言被一个处理器以产生需求规格说明，更重要的是产生一组有关规格说明的一致性和组织方面的诊断报告。
软件设计中的作用
结构化方法进行系统建模过程是管理信息系统开发的思想基础，UML建模语言和ROSE工具建模已成为面向对象设计的工业标准。采用结构化建模和UML建模方法，在系统架构设计及相关数据处理分析中进行应用系统的创建过程，是构建一可伸缩、高效、易维护和具有可重用性系统模型的有效措施。
经典的软件工程思想将软件开发分成5个阶段:需求分析系统分析与设计;系统实现测试及维护五个阶段.之所以如此,是因为软件开发中包含了物和人的因素,存在着很大的不确定性,这使得软件工程不可能像理想的,可以其于物理学等的原理来做的物质生产过程.3
如想建造一幢高档的写字楼,那么刚开始便将一切材料和工具全准备好显然是无比愚蠢的行为,因为有可能你正在使用他人的钱,而这些人将是建筑大小,开状和样式的决定者,通常情况下,投资方会在开工生改变想法,这样你必须有额外的计划.而对于整个工程,你也许只是其中的某一个工作组,因此,你需要有各种各样的图纸和模型同其他小组沟通,达到联合工作.很显然,在客户的需求与实际的建筑技术之间找好一个契合点,是做好工程的关键.许多软件工开发过程也如同上面例子一样,软件问题不仅仅是代码的问题,而成为了一个怎么样将整个过程转变成一个结构,过程和工具相结合的问题.建模,即其目的和作用在于提供系统蓝图,包含细节设计,也含有对系统的总体设计,同时模型可以帮助开发小组更好地规划系统设计,更快的开发.UML是一种功能强大的,面向对象的可视化系统分析的建模语言,它的各个模型可以帮助开发人员更好地理解业务流程,建立更可靠,更完善的系统模型.从而使用户和开发人员对问题的描述达到相同的理解,以减少语义差异,保障分析的正确性.系统建模对软件开发过程相当重要，UML的扩展机制为应用系统的建模提供了必要的支持，.NET框架为系统开发提供了很好的解决方案。系统采用UML和ROSE技术建模和利用ADO.NET关键技术访问数据库有明显优势，使系统在分析阶段，就能严格把握软件的质量、提高软件的可能性，使系统在性能和功能上都具有可规模化和可靠性，能够形成大规模协同工作的软件系统群体。
代码设计中的作用
良好的代码设计风格，使程序代码易读、易懂、易修改，增加程序的可执行性和可维护性。
代码设计的原则包括惟一确定性、标准化和通用性、可扩充性与稳定性、便于识别与记忆、力求短小与格式统一以及容易修改等。
确定性：一个对象可能有多个名称，也可按不同的方式对它进行描述。但在一个编码体系中，一个对象只能赋予它一个唯一的代码，反之一个代码只能唯一地标识一个对象。
标准化：代码结构应与相应的分类体系相对应。通用性：应留有充分的余地，以备将来不断扩充的需要。
在系统开发过程中：一，能否将原来不能度额定的东西，唯一地加以标识是编制代码的首要任务。二，唯一化虽是代码设计的首要任务，但如果我们仅仅为了唯一化来编制代码，那么代码编出来后可能是杂乱无章的，使人无法辨认，而且使用起来也不方便，所以我们在唯一化的前提下还要强调编码的规范化。三，系统所用代码应尽量标准化。
学习该课程的感想
软件开发特别是大型软件是一项浩大的工程,需要几个人、十几个人、几十个人甚至几百个人合作开发几个月、十几个月甚至几年。要保证系统的协调性、统一性和连续性,就需要在开发之前制定严格、详细的开发规范。开发规范的制定需要花费一定的时间和精力,但是“磨刀不误砍柴功”,它相当于把今后开发过程中开发人员都要遇到的问题提前做了一个考虑。有了开发规范,在后续的开发过程中,设计人员就不必每次考虑如何为一个字段命名,编程人员也不必去想某个程序的结构和布局应当 怎样,测试人员也有了判断程序对错的标准。开发规范在项目开发工作中起着事前约定的作用,需要所有开发人员共同遵守。它约束开发人员的行为和设计、编程风格,使不同子系统和模块的设计、编程人员达成默契,以便形成整个系统的和谐步调和统一风格,也便于今后的系统维护和扩展工作。
结束语
软件无线电通信平台 篇6
【关键词】软件专业 教学 竞赛平台
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889（2015）09C-0033-03
全国软件专业人才设计与开发大赛作为一项全国性的竞赛活动，目的是为推动软件开发技术的发展，促进软件专业技术人才培养，向软件行业输送具有创新能力和实践能力的高端人才，提升高校毕业生的就业竞争力。因此，探讨这一竞赛平台究竟给软件专业教学带来了哪些积极的作用、如何促进专业教学等问题，对专业教学的改革有非常重要的意义。
一、计算机软件专业教学中存在的问题
（一）课程安排模块化，连贯性不强
表1是计算机软件专业主干课程的安排情况表，表中看不出专业课程的教学主线，更看不出学生应该学习的主要专业知识和专业技能。第一方面，第一个学期程序设计基础，第二个学期C语言程序设计，第三学期C#程序设计基础，程序设计基础课程占了三个学期，且还开设了不同的语言，导致学生在编程入门基础学习无所适从。第二方面，第二个学期的课程共有4门，学时都差不多，第三个学期除网页动画设计外，其余4门课程学时也差不多，课程杂，体现不出技术主线和学生软件编程知识能力的逐步培养和形成。第三方面，课程模块化，连贯性不强。看不出第二个学期的所学对第三个学期的课程学习有什么帮助和知识技能的积累。这样的课程安排违反了学生学习软件编程开发技术的认知规律，导致学生学习不系统，在实践操作时无从下手，最简单的程序都写不出来。同时也对学生的自信心造成打击，觉得自己很差，失去学习兴趣，以后上课就开始不听，接着就是听不懂，最后干脆旷课在宿舍玩游戏的恶性循环局面。
表1 软件专业主干课程安排表
（二）缺少让学生自我展示的平台，学生找不到学习的成就感
首先，计算机类专业不像艺术类等其它专业那样具有很强的现场观赏性，没有很多竞赛平台让学生展示自己的专业技能。针对软件专业学生举办的竞赛仅有ACM国际大学生程序设计竞赛，作为国际性大赛，ACM不分本科组和高职高专组，难度比较大，不适合高职高专学生参加。因此，行业社会就缺少让高职高专计算机软件专业的学生自我展示专业技能水平的舞台。其次，计算机软件专业课程多，衔接性强，难度大，很难像艺术类等其它专业那样，单独学习完一门课程就可以设计出精美的作品。软件专业的学生需要学完很多门课程后，经过不断的动手编程实践，积累一定经验才可能设计开发出相应的程序作品。所以，在专业教学上没有举办过学生作品展，更不用说举办学校层面的作品展。缺少了行业社会和学校两大重要展示平台，学生在学习上很难找到学习成就感。
（三）为了照顾大多数学生，缺少对拔尖学生的培养
由于招生政策的问题，高职学生之间的差距比较明显。特别是补录的学生，在基础和学习能力上与正常录取的学生又有一段差距。而在正常的专业课堂教学活动中，面向的是大部分学生，因此，在制定课程教学目标和确定教学内容时，要兼顾大部分学生的学习能力和接受能力。这样，无形中就降低了专业课程教学内容的深度和教学目标的高度。而后果就是导致少部分拔尖学生在课堂上“吃不饱”，不能学到自己想学的知识内容，不能提高并达到自己应有的专业技能水平。
二、利用全国软件大赛竞赛平台促进计算机软件专业教学的优势
参加竞赛实践证明，通过引导学生参加全国软件专业人才设计与开发大赛，能促进学生对专业知识和技能的学习，能较好的解决上述专业教学过程中存在的问题，具体表现在：
（一）通过竞赛培训引导，增加学生自主学习能力
为兼顾大多数学生学习制定的人才培养方案，在课程安排上就多开设些相对容易掌握的技能课程，让在编程方面可塑性不强的学生能掌握一些其他专业技能，增强这些学生的就业竞争力。为了解决这个问题，让学生参加全国软件专业人才设计与开发大赛是一个有效的解决途径。在准备竞赛的过程中，按竞赛考纲的要求安排专业教师对学生进行全程辅导，对学生难以掌握的知识点进行详细的讲解。在专业教师的辅导下，学生可按竞赛知识技术路线进行系统有效的学习。经过一段时间的学习，学生便可以入门编程，找到编程应用于实际的快乐。有了兴趣，学生就会根据自己的兴趣点，制定自己的学习目标，根据目标，制定学习计划和多方获取学习资料，利用课余时间刻苦钻研，多做多练，积极促进了教学的教学工作，很好的弥补了课程安排和课堂教学上的不足。
（二）搭建让学生展示自我技能水平的舞台
以参加全国软件专业人才设计与开发大赛为契机，首先，在选拔参赛选手时，就建立了一次学校范围内的、让学生自我展示专业技能水平的机会。在校内设置选拔赛，只有在选拔赛中取得优秀成绩的选手才有资格报名参加全国比赛。其次，全国软件专业人才设计与开发大赛再次搭建了一个全国性的大舞台，让高职软件专业学生能有机会与来自全国各地的同行同台竞技，真正检验自己的专业技能在全国同行中处于什么样的水平，看清自我，找出差距。同时也给他们指明了今后应该努力的方向，激起学习的热情。看到这个大赛平台给学生所带来的积极影响，也促使了教师积极地在教学过程中搭建学生专业课程作品展。在学生学完相关课程后，给他们布置相应的工程应用项目，然后将作品以多媒体展厅的形式尽可能更开放地展出。以此激励学生努力学习，并从中找到学习的成就感。
（三）推动精英学生的培养
培养高水平的毕业生是打造一流高职院校的前提，兼顾大部分学生的传统课堂教学，很难满足精英学生的学习培养需要，无法实施因材施教的适合高职学生培养的教学方式。全国软件专业人才设计与开发大赛恰好给精英学生的培养搭建了一个很好的平台。学生通过参加此项竞赛，能额外得到老师的培训指导，进行更多专业的技能训练，同时他们能与来自全国的选手比赛交流，一是方便老师发现自己学校的精英，二是方便学生找到自己与其他选手之间的不足。此外，本大赛有很多知名企业参与，获得大赛全国一等奖的选手会直接被这些知名企业录用，在企业资深工程师的指导下快速成长，成为学校的“品牌”毕业生。
三、利用全国软件大赛竞赛平台促进计算机软件专业教学的具体措施
（一）提高学生创新能力
1.积极探索学科竞赛模式的创新。以全国软件大赛竞赛组织为切入点，引入更多的学科竞赛，组织更多形式的学科竞赛方式。据调查，扩大招生规模后的高职高专学生普遍喜欢娱乐性强的学科竞赛，不喜欢传统方式的学科竞赛。因此，需要在竞赛形式上下功夫，创新竞赛组织方式，找准学生的参赛兴趣点，提高学生的参赛热情。如各学校可根据自身的专业办学特色，举办形式多样、层次不同的竞赛，如网页设计大赛、创意创业竞赛、演讲比赛、辩论赛、动画制作大赛、计算机组装大赛等活动，积极组织和鼓励学生参加各种比赛，从多方面来培养学生的自主学习、自主创新和创造能力。
2.建立学科竞赛的保障机制。完善的竞赛保障机制，是学生得以安心参加各类学科竞赛的前提，是老师安心指导创造佳绩的保障，良好的竞赛保障机制是鼓励学生参加种学科竞赛并取得成绩的重要前提。首先要有良好的赛项宣传机制，让每位同学务必知晓比赛通知。同时深入学生宿舍宣传，并通过赛前动员会等手段鼓励学生参赛，扩大比赛的参赛人数。其次，在整个竞赛过程中，学校提供专门的比赛训练场地和训练设备，相关经费和政策支持，使参赛学生和指导教师无后顾之忧。最后，对每次参赛进行经验总结，提高各种比赛的竞争力。
（二）提高学生实践能力
1.改变原来的教学方式，理论与实践相结合。高职学生不喜欢照本宣科的纯理论知识灌输的教学方式，喜欢通过实践的方式去理解和掌握理论知识。因此，在教学上应采用案例教学法，将理论知识传授通过案例去讲解，提高学生的学习兴趣。平时布置相应的作业，让学生多动手，多实践，积极提高自身的实践能力。
2.将竞赛转化为教学内容。在程序设计等相关的课程里，将竞赛的内容融入到教学内容，在讲解理论知识的同时，让学生明白这些知识的应用，有助于学生消化理论知识，促进实践能力的培养。
3.建立学科竞赛实践训练场所。建立如实践教学创新实训基地，大学生创客空间等实践教学场所，开放实训室和实训设备，为学生提供自己动手，自主创新的发展空间，激发学生的学习热情。
在职业教育中，如何提高学生的实践创新能力是一项重要的课题，也是职业教育者的教学目标。随着各种竞赛体制的完善，以学科竞赛为载体，积极鼓励学生参加各种（下转第160页）（上接第34页）学科竞赛，通过竞赛对大学生创新实践能力培养的作用将会越来越显著。高职教育必须以市场为导向，培养出更多适合社会需要的人才。
全国软件专业人才设计与开发大赛平台，为专业的教学改革指明了方向。从专业建设角度来说，应该参考大赛平台的要求，对课程体系进行重新整合，以适应社会对软件人才的需求；同时通过大赛平台丰富教学资源，促进专业的对外交流，加强培养学生的自学能力、分析和解决问题的能力，提高学生的创新能力和就业竞争力。
【参考文献】
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【作者简介】罗云芳（1981- ），男，广西贺州人，硕士，广西职业技术学院讲师，研究方向：软件工程，计算机网络编程，计算机教学。
软件无线电通信平台 篇7
本文研制了一个能实现多种无线通信体制的软件无线电平台。该平台如图1所示,由上位机、FPGA处理板、射频板和天线组成。其中,上位机提供用户界面,并完成基带信号处理和系统控制。FPGA处理板主要完成各种通信体制的信号预处理。
考虑到平台对多体制速率的兼容性、用户远程配置处理平台的便捷性以及平台与现有网络的融合和向分布式处理[1]方向的可升级性和易扩展性等,该平台选用以太网接口作为上位机与FPGA处理板之间的连接方式。该以太网接口需要支持实时的在线重配置功能。
由于平台选用的FPGA器件是Alteral公司的CyclloneII2C70F672C8,芯片本身没有动态部分可重构的功能,不能利用文献[2,3]中介绍的Xilinx的VirtexFPGA的动态部分重构功能,只需要重新配置FPGA的部分区域,而FPGA其余部分正常工作。Off-Chip动态重构[4]的重构时间太长。模块的可重选择[5]的重构时间短,但耗费FPGA资源较多。为了满足平台的以太网接口对于一种配置时间较短而且耗用资源较少的配置方式的需要,本文提出并实现了一种上位机和FPGA处理板之间信令驱动的、参数可重加载的、可实时在线重配置的以太网接口,并详细介绍了该接口的数据/信令包的格式设计和FPGA中的逻辑设计。
1 可配置接口设计
1.1 接口电路原理描述
上位机和FPGA之间的接口电路如图2所示,主要由网络交换芯片BCM5325E和接口转换芯片RTL8201组成。其中,BCM5325E为网络交换芯片[6],工作频率为25 MHz。芯片集成了10/100 Mb/s切换控制器和6个端口,除了一个MII(Media Independent Interface)端口以外,另外5个端口(port0-port4)为全双工的10/100Mb/s快速以太网收发器(满足IEEE802.3 u标准接口),完成以太网物理接口功能。RTL8201是一个快速以太网物理层收发器,工作频率为25 MHz,可以将IEEE802.3 u标准接口转化为MII接口。
发送过程中,上位机先将用户原始数据/信令按照一定的格式封装成网络包,通过网口发送到交换芯片的端口(port0或者port1),网络交换芯片将该网络包转发到相应端口(port3或者port4),然后经过相应的8201进行数据格式的转换,最后到达相应的FPGA,FPGA再对接收到的网络包进行解析处理,以恢复上位机发送的用户原始数据/信令。接收过程相反,FPGA发送的数据包依次经过8201、网络交换芯片后到达上位机。
1.2 接口包格式设计
上位机与FPGA之间需要交换数据包来完成通信双方的信息传输,还需要交换信令包来完成系统的重配置,因此需要接口能够区分不同类型的包。此外,不同通信体制下或不同传输业务中,数据速率不同可能要求包的长度不同,因此还需要接口能够灵活地识别不同长度的网络数据包。
标准EthernetII协议下的包格式如图3所示,其中D_MAC为数据包的目的地址,S_MAC为数据包的源地址,TYPE为数据包的类型,FCS为校验位。标准的EthernetII包不能满足所需接口的要求,需要在EthernetII协议的基础上做一些改动,形成适合于统一平台的网络包格式,如图4所示,图4(a)为数据包格式,图4(b)为信令包格式。
改进的包格式有以下特点:首先,将EthernetII协议的标准包格式中的数据段中划分出一部分作为标示域,其中长度域(Length)用来标示包中数据/信令的长度,时间戳域(Timestamp)用来标示包的发送或者接收时间。其次,通过Type域的内容来区分数据包和信令包。最后,数据包中的Data域用来装载用户数据,信令包的Infor域用来装载信令,如滤波器的参数配置信息、成帧模块的参数配置信息、编码模块的参数配置信息等。每个模块对应的配置信令的格式为“Addr+Len+Para”,如图4(b)所示。首先是4 B的信令头信息,其中2 B表示该信令对应的内部模块地址Addr,另外2 B表示该信令的长度Len;接下来的n B是信令的内容,即各模块的配置参数Para。因此,用户可以灵活地选择需要配置的模块,也可以根据需要设定这些模块的配置参数,而且每个模块的配置参数的长度可以变化。
改进的网络包为统一平台,为实现灵活的切换方式提供了很好的基础,而且由于改进的网络包保留了EthernetII协议的基本特性,可以在现有的以太网中传输。
1.3 FPGA的逻辑设计
在接口电路中传输的是装载了用户数据/信令的网络包,在接口两端(即上位机和FPGA)都需要有相应的接口模块来对网络包进行解析和封装。本文重点介绍FPGA端的接口模块,如图5所示,由6个子模块组成:解包、打包、信令/数据切换控制、信令控制器以及FIFO。其中,解包是从MII口收取网络包,根据网络包的格式取出其中的信令/数据;打包是将信令/数据按照网络包的格式封装起来,发送到MII口;切换控制是用来选择控制信令通路或数据通路的开启;信令控制器解析信令,送往相应模块的配置端口;FIFO用于缓存上行数据和下行数据。
该模块主要完成两项工作:一是从MII口收发信令包,并将解析的信令送给各基带处理模块,进行参数配置和模式切换;二是从MII口收发数据包,提供上位机到FPGA内部各个基带处理模块之间的数据通路。
当系统在某种通信体制下正常工作时,上位机与FPGA之间的数据通路开启,同时完成双向数据的传输。待发送的下行数据经过解包、切换控制、FIFO_1传输到后续模块;接收到的上行数据经过FIFO_2、切换控制、打包传送到上位机。
当系统需要切换到另一种通信体制时,上位机与FPGA之间的信令通路开启,完成模块的重配置。配置信令经过解包、切换控制、信令控制后,解析出各配置参数送往相应模块进行参数重配置;待各模块配置完成后(mcu_reply有效),启动打包模块发送一个信令回执包以告知上位机。上位机收到FPGA的回执包后,系统已切换到新通信体制下,可以进行双向数据(上下行数据)的传输。
解包模块:从MII口获取网络包后,首先应核对网络包中D_MAC域的内容,若D_MAC域与本地MAC地址相同则接收该网络包,否则丢弃。然后取出网络包的Type域和Length域的内容,并根据Length域的长度信息取出包中的信令/数据,一并送往切换控制器。
切换控制模块:根据type端口的信息选择开启信令通路或者数据通路。当开启信令通路时,将从datain端口输入的信令送到信令控制器;同时当检测到mcu_reply端口的有效脉冲后,驱动打包模块发送一个特定格式的信令回执。当开启数据通路时,将从datain端口输入的数据送到FIFO_1;同时将从端口fout_data输入的FIFO_2的数据送到打包模块。
信令控制器:解析信令,并将根据配置信息完成模块的重配置。信令控制器在mcu_en端口为高电平期间从mcu_data读取信令,并开始按信令格式“AddrN+LenN+ParaN”解析信令。首先根据内部预设的一个模块端口查找表,查出AddrN对应模块的配置端口(包括configN_en,configN_data,configN_done)。配置时,configN_en为高电平,configN_data中传送的是配置信息(ParaN),configN_done在配置完成时会出现一个正脉冲。当信令控制器搜集完各个配置模块的config_done有效脉冲后,才输出一个mcu_reply有效脉冲反馈给切换控制器。
可重配置FIFO:缓存上行数据和下行数据,可以根据当前体制或业务需求来调整某些参数,以完成数据流的控制。例如FIFO一端连接的是固定的硬件网口速率(25 MHz时钟RX-CLK/TXCLK),而另一端则需要实时改变数据速率,以匹配各种通信体制的上下行速率。本文中,可重配置FIFO中内嵌了一个参数可调的PLL,该PLL可以根据配置端口的config_data内容来实时改变时钟,因此FIFO能快速可靠地实现不同数据速率的切换。config_data的内容可以由用户在配置信令中自行设置,位宽为16 bit,可以完成216种不同速率(基本时钟为80 MHz,可以在基本时钟上倍频或分频)。
2 接口重配置过程的仿真
为了验证接口模块的正常传输数据的功能以及在线重配置的功能,对接口模块进行了仿真验证。仿真中,数据包的长度(即Length域)设置为1 490 B,Type1为080 A。信令包的长度(即Length域)设置为1 490 B,Type2为080 B,FIFO的配置信令长度设置为2 B。
仿真环境选用Modelsim,仿真中需要验证的场景是:
(1)初始配置过程,即在上电后,FPGA中的接口模块从MII口接收到第一个信令包(图6中信令1),信令控制器根据其中的信令信息完成FIFO1和FIFO2的速率参数rate1的配置,并反馈给MII口一个信令回执包。
(2)数据传输过程,即FPGA中的接口模块从MII口连续接收几个数据包(图6中数据1和数据2),数据通过切换控制器到FIFO1缓冲,再由rate1速率输出给后续的处理模块。
(3)在线重配置过程,即在系统工作中,FPGA中的接口模块从MII口接收到第二个信令包(图6中信令2),按(1)的过程配置FIFO的速率rate2,并反馈信令回执。
(4)新的数据传输过程,即同(2)的过程,数据由rate2速率输出给后续的处理模块。
利用TestBentch产生rxdv、rxd、rxclk等MII口的输入信号以及sys_clk、reset_n等系统全局输入信号,即可模拟以上网络接口的运行过程。仿真结果如图6所示。
通过仿真表明,该接口能在上位机与FPGA之间准确地传输数据包,而且通过该接口还能实现FPGA中各个基带处理模块(如FIFO)的在线重配置功能。该接口从系统整体的角度出发,采用模块化思想合理地划分了各个模块功能,不仅资源利用率高,而且配置时间短,如单个FIFO模块的配置的时间小于1μs,满足设计需求。
该接口通过在FPGA上进一步调试,已经在试验平台上开展测试。目前该接口可以满足几种主流通信体制的不同速率要求,用户可以自行选择需要配置的模块,也可以设定这些模块的配置参数,切换过程灵活。
该接口在软件无线电平台上也已经开展测试,可以满足几种主流通信体制的不同速率要求,具有很好的兼容性、灵活性和稳定性,适合用于多种主流无线通信体制的不同速率要求。
摘要：实现了一种用于上位机和FPGA处理板之间通信的可重配置接口,详细介绍了该接口的包格式设计和FPGA逻辑设计。仿真结果表明,该可重配置接口能根据信令,实现准实时在线参数配置,满足多种主流通信体制的不同速率要求。
关键词：软件无线电,重配置,FPGA,网络接口
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软件无线电通信平台 篇8
如今,大多软件无线电平台用离散器件搭建,但离散器件功耗大,系统成本高,需要设计人员有很丰富的硬件设计和射频信号处理经验,另外,对软件方面的要求门槛也很高,并且, 随着LTE技术的发展,TD-LTE和FDD-LTE两大通信标准共存,全球所需要支持的频段多达40多个,传统的软件无线电设计方案需要设计不同的硬件平台来支持不同的制式和频段,开发周期长,设计成本高,需要投入大量的人力、物力,给软件无线电的商业化提出了挑战。
然而,随着集成技术的发展,ADI推出的AD9361集成射频捷变收发器为上述问题提供了解决方案,引起了软件无线电领域研究人员的极大关注,被称为SDR应用领域的革命性解决方案[2]。在此背景下,本文提出了一种基于AD9361的软件无线电平台设计方案,并实现了基于此芯片的软件无线电系统平台的研制开发,且对其部分性能进行了测试。实践表明, AD9361捷变收发器在软件无线电领域有着良好的应用前景。
1AD9361结构与特点
1.1AD9361芯片结构
AD9361是ADI公司推出的一款面向3G和4G基站应用的高性能、高集成度 的射频捷 变收发器,采用10 mm × 10 mm、144引脚芯片级球栅阵列封装[3],芯片的内部结构如图1所示。
芯片采用了零中频架构[4],将整个射频以及中频信号电路集成在一个芯片中,包括射频放大器、模拟滤波器、混频器、 解调器、12位的ADC和DAC的RF2 × 2收发器,另外还集成了收发通道的频率合成器,同时为每个接收子系统集成了独立的自动增益控制( AGC) 、直流失调校正、正交校正和数字滤波电路[5],消除了数字基带中提供这些功能的必要性,每个通道搭载两个高动态范围ADC,先将收到的I信号和Q信号进行数字化处理,然后将其传过可配置抽取滤波器和128抽头有限脉冲响应( FIR) 滤波器[6],以相应的采样率生成12路输出信号。此外,完全集成的锁相环( PLL) 可为所有收发通道提供低功耗的N分频频率合成功能,并且芯片集成了频分双工 ( FDD) 系统需要的通道隔离,还集成了VCO和环路滤波器件。
1.2AD9361性能特点
AD9361的工作频率为70 MHz ~ 6 GHz,涵盖了大部分特许执照和免执照频段,支持可调谐200 k Hz ~ 56 MHz的通道带宽,且具有高度的可编程能力,发射器采用了直接变频架构[4],可实现较高的调制精度和较低的噪声,在接收通道,接收噪声系数可以做到小于2. 5 d B,此外,该芯片的EVM可以做到小于 - 40 d B,可为外部功率放大器的选择留出客观的系统裕量,并且,芯片还支持AGC自动增益和更加灵活的手动增益模式,支持外部控制。
2基于AD9361的软件无线电系统的设计
2.1软件无线电系统
软件无线电系统的设计如图2所示,该系统射频端采用4片AD9361使单系统支持8 × 8 MIMO,该系统在一块PXIE Hybrid 8 slots高速背板上搭载了4块数字板,每块数字板上搭载一块AD9361和一块FPGA,背板通过PCIE接口与数字板和主控相连,FPGA与AD9361通过SPI接口完成控制通信。FPGA主要功能是完成时序控制,为AD9361提供数据接口,以及通过PCIE与背板连接于上位机完成交互。
2.2SPI接口设计
AD9361与FPGA的接口分为数据接口和控制接口,芯片之间的数据交互通过12 bit的DAC/ADC接口传输,支持6路差分( LVDS) 信号和12路单端( CMOS) 信号,IQ单路最大采样速率可达61. 44 MHz; FPGA对AD9361的控制信息通过PCIE转SPI的控制接口进行传输,FPGA与上位机通过PCIE接口传输信息,配置过程中上位机对射频端的寄存器控制通过PCIE接口写到内存( DDR) 中,FPGA通过PCIE转SPI接口传给射频端,射频段完成配置,实现实时的射频参数和工作状态的配置。
数据的发射过程主要分为两个阶段,如图3所示,第一阶段PC端通过PCIE接口将数据和控制信息写入先进先出 ( FIFO) 队列中[7],再通过读FIFO将数据读到DDR中,第二阶段从DDR中读数据到另一个FIFO中,之后FPGA再从FIFO读数据传给射频段完成发射配置功能,过程中使用了FIFO作为数据的缓冲机制。同样,接收链路也分两个阶段, 如图4所示,第一阶段RX模块将接收到的数据通过FIFO机制依次写入DDR中,阶段二上位机通过DMA传输读取DDR中的数据。
2.3ENSM状态机设计
AD9361收发器包含有使能状态机,允许状态的实时切换,因此,该系统通过使用SPI接口实时更改寄存器值来实现状态的实时切换,系统支持FDD与TDD两种通信模式,可以通过更改寄存器0x013[0]的值来实现两种模式的切换,当0x013值为0时,系统进入TDD模式,值为1时进入FDD模式,两种模式下系统状态切换分别如图5所示,灰色框图表示会自动进入的状态,为了进入WAIT状态,需设置TO_ALERT为0,同样,若要进入RX、TX或FDD模式,设置TO_ALERT为1,而进入睡眠模式需要在WAIT模式前提下,禁用AD9361的时钟和锁相环。在默认状态下,SPI控制是被禁用的,初始化过程中,设置Force Alert State为1,设备强制进入ALERT状态,之后通过配置相应寄存器值使设备进入上述各状态。
2.4接口软件设计
首先,基于Linux操作系统较Windows系统有相对简单稳定的系统架构,丰富的开源资源以及更好的实时性[8],可以更好地满足系统平台的要求,降低开发难度,因此该系统软件设计选用基于Linux的开发环境。
接口软件主要实现的功能是完成对AD9361芯片的初始化配置以及实时性的控制,并为用户提供一个简单的控制界面,界面用QT语言[9]编写,接口软件主要实现的功能有AD9361的初始化,通信模式休眠、FDD、TDD等工作状态的切换,信道带宽、本振频率、采样频率等关键射频参数的配置, RX手动增益控制与AGC自动增益控制的切换,单、双音信号及文件信号的发送。软件界面接口如图6所示。
3系统测试
3.1单音波通信试验
首先,对软件控制性能实施测试,通过用户界面对衰减、 发射频率、采样频率、带宽等参数进行配置,通过参数返回值以及频谱仪来观察系统的控制情况,结果显示,能正确的对系统进行配置。
之后,对系统进行了单音信号的发送测试,频率为2 MHz的单音信号如图7所示,实验表明单音信号能正常发送。
3.2QPSK通信试验
之后,对系统文件发送进行测试,发送已知QPSK数据文件,中心频率为2. 5 GHz,通过频谱仪接收数据与MATLAB仿真数据进行对比,大致判断通信效果。图8为MATLAB仿真频谱,图9为实际接收到频谱,综合对比得出QPSK通信成功。
3.3LTE通信试验
用系统发送长度为40 ms,采用64QAM调制的LTE-TDD数据,通过频谱仪选件接收数据并对数据进行解调分析,图10为解调结果,通过参数对比,虽然其性能还有待进一步提高,但总体来说验证了LTE通信成功。
4结语
软件无线电通信平台 篇9
在多年的教学改革和实践中, 在已有的围绕通信原理实验箱以验证性实验为主的基础上, 针对现代通信技术发展的特点, 结合通信仿真软件, 开设了基于System View通信仿真平台的软件实验、Matlab与通信仿真的实验和基于Lab VIEW的通信软件实验, 同时也开设了通信原理的课程设计和开放实验, 极大地提高了实验的设计性和创新性, 提高了学生的自主学习能力, 实现了软硬件相结合、通信基础理论与现代通信技术相结合的实践教学。
一、基于System View的通信原理实验设计
System View是一个信号级的系统仿真软件[1], 主要用于电路与通信系统的设计、仿真, 能满足从信号处理、滤波设计到复杂的通信系统仿真等要求。基于System View平台开发的实验能很好的帮助学生加深对理论知识的掌握, 如FM调制, 在通信原理课中学生已经学习了FM的调制原理, 掌握了已调信号的频谱特性, 但结论是复杂的表达式, 在实验中利用System View通信仿真平台进行仿真, 可以直接看到谱线的结构, 而且改变相应的参数时对谱线特性的影响可以直接反映出来, 对于学生掌握深化这一概念效果非常好。另一方面, 在System View仿真平台上提供了更为广泛的实验内容, 如16QAM调制, 如图1和2, 对学生理解16QAM调制原理和星座图非常有帮助。
二、基于Matlab的通信原理实验设计
Matlab是非常普及的通信仿真软件[2], 将其引入通信原理实验, 对还不会使用该软件的的学生, 提供了一个非常好的学习机会, 对已经使用过Matlab的学生无疑提供了一个很好的使用平台。Matlab中Smulink的通信部分, 几乎把常用的调制技术都已经封装成了具体的模块, 对于开发人员来说很实用, 但对于学生的学习来说, 起不到辅助的作用, 因此, 我们要求学生既使用m文件又使用mdl文件, 通过使用mdl文件, 可以帮助学生建立系统的概念, 了解数学内涵, 同时, 一些Smulink里没有的模块, 用m文件实现, 使学生既能加深对知识的理解又能提高编程的能力。因此, 这部分实验在学生中一直深受欢迎。
基于Matlab平台开发的实验能很好的弥补实验箱的验证性实验的不足, 对模拟调制技术中的AM调制技术, 在通信原理实验箱的硬件实验中, 主要实验目的是配合理论教学, 通过验证掌握调制原理, 在示波器上观察其时域波形的变化, 过调的原因和条件。在Matlab仿真平台上实现的AM调制技术, 如图3, 4, 可以灵活设计系统结构, 完成系统搭建, 仿真系统性能, 观察频谱特点, 得出任意信号的结论, 还可计算其信噪和分析功率分配等问题, 这些方面往往是通信原理实验箱的硬件实验达不到的, 同时也是学生知识的掌握必不可少的。
三、基于Lab VIEW的通信原理实验设计
Lab VIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件[3], 采用图形化编程语言--G语言, 产生的程序是框图的形式, 编程就像设计电路图一样, 易学, 易用, 可在很短的时间内掌握并应用到实践中去, 学生对这种新技术的引入非常感兴趣, 学习热情很高, 在掌握了基本的设计方法后, 就能很快设计出自己感兴趣的技术环节和仪器, 如图5, 6。Lab VIEW是我们最新引入的第三层软件仿真平台, 它提供了强大的虚拟仪器的开发环境, 可以设计许多性能完善、功能强大的虚拟仪器, 一方面可以减轻实验设备投入方面的压力, 另一方面, 进一步外接数据采集卡等, 将会构建更高层次的实验平台, 开辟更广阔的实验开发空间。
四、结束语
通信原理实验中软件仿真平台的引入, 极大地改善了原有围绕通信原理实验箱设置的实验的设计性, 增强了实验的多样性, 扩大实验涉及的范围, 不但更好的服务于理论教学, 将通信原理课程中较难掌握和理解的重点理论, 通过软件仿真形象生动的展现出来, 对所学知识的理解更加透彻, 而且使学生熟悉和了解了计算机辅助分析和设计的方法。开阔了学生的思路、视野, 提高了学生学习的兴趣和热情。在实验室建设方面, 软件仿真平台的引入, 不但极大地缓解了实验室硬件设备资金投入方面的压力, 而且消除了由于通信设备发展迅速, 实验室设备面临不断更新的后顾之忧。
参考文献
[1]孙屹.SystemView通信仿真开发手册[M].北京:国防工业出版社, 2004
[2]郭文彬, 桑林.通信原理-基于MATLAB的计算机仿真[M].北京:北京邮电大学出版社, 2006
软件无线电通信平台 篇10
在研制一台测控设备时,需要与被测产品进行CAN总线通信,用CAN总线对产品进行控制、数据采集和日期时钟对时。要求每200ms对被测试产品对时,时间精确到毫秒。为此,需要解决3个问题:(1)Windows平台下精确时钟的获得;(2)200ms周期发送对时指令的问题;(3)解决CAN总线对产品进行控制、数据采集等通信的发送缓冲区问题。
2 Windows平台下精确时钟的获得
Windows平台下,常用的时钟函数是MFC类库的CTime类。其GetCurrentTime()函数可以取得当前的时钟:
GetCurrentTime()函数是静态函数,其返回一个CTime对象,然后可以通过这个CTime对象取得当前的日期和时间。例如:
但是CTime类里面并没有提供当前毫秒的函数,也就是说,无法用CTime类取得精确到毫秒的当前时钟。
Windows平台下,还有两个取时钟的函数GetSystemTime()和GetLocalTime(),它们把取得的时钟放在一个结构SYS-TEMTIME里,SYSTEMTIME的定义如下:
这个结构里含有毫秒的成员:wMilliseconds。通过测试,失望地发现wMilliseconds的数值每15ms才变化一次。
以上两种方法都失败了,无法获得系统的精确时钟。为了解决问题,只好采用累计计时的方法获得相对精确的时钟。采用多媒体时钟函数timeGetTime()可以得到系统启动以来累计时间,它以毫秒计时,并且在现在大多数计算机里可以达到每一毫秒变化一次。这样以来,在程序启动时执行一次timeGetTime()函数得到当前计数作为基数,并且通过GetSystemTimeAsFileTime函数得到当前绝对日期时间。以后任何时候,需要时钟就执行一次timeGetTime()函数,与基数相减得到时间差,然后再通过FileTimeToSystemTime函数获取绝对时钟。具体程序如下:
上面程序中rST里存储着当前精确到毫秒的时钟。通过测试,此方法圆满解决了Windows平台下精确时钟获得的问题。
3 CAN总线通信线程设计
专门启动一个线程进行CAN总线通信,来保证CAN总线通信的实时性。程序框图如图1所示。该线程启动后,获取一个当前时钟作为基数,然后进入一个While循环进行CAN总线数据的接收和发送。
在While循环中首先进行数据接收,此函数含有一个15ms的等待。也就是如果板卡中已经有接收数据了,此函数立即返回,如果还没有收到数据,就等待15ms,在此期间,一旦有数据就立即返回。
在While循环中进行的第二项工作是判断是否到200ms定时周期。如果没有到200ms定时周期就跳过,如果距200ms定时周期只剩18ms了,就用死循环一直查询时钟周期,到点立即进行对时数据发送。这样就保证了200ms定时周期的准确性。
在While循环中进行的第三项工作是,看是否有其他发送数据任务,如果有就执行一次发送任务,如果没有就跳过,返回到While循环开始处,重新开始数据接收。
4 环形发送缓冲区设计
在用CAN总线对产品进行控制、数据采集等通信时,用户在软件界面点击按钮,产生通信任务,CAN总线通信线程将信息发送出去。也可以说用户是信息的生产者,而消费者就是CAN总线通信线程里执行数据发送的地方。环形缓冲区主要用于生产者-消费者环境,协调信息的同步问题。一般常用的数据缓冲区都是一个一维的数据空间,不太适应CAN总线帧通信。设计一个二维数组作为存储CAN总线发送数据的缓冲区,用一个维度存储一个完整的CAN总线通信帧。这样就大大简化了程序,同时,环形缓冲区有一个队头指针和一个队尾指针。队头指针指向环形缓冲区中可读的数据,队尾指针指向环形缓冲区中可写的数据。这两个指针都初始化为0,指向环形缓冲区数组的起始位置。其中生产者通过队尾指针向缓冲区中放入数据,消费者通过队头指针从缓冲区提取数据。程序如下:
5 结语
实现了一种Windows平台下获取精确时钟的方法,设计了一个CAN总线通信的工作线程和一个二维的环形发送缓冲区,并给出了源程序。这些工作在CAN总线测试设备的研制中得到了验证。这些方法并不局限在用于CAN总线通信,可以推广到其他数据通信的软件设计中去。
摘要：阐述了在Windows平台下进行CAN总线通信时遇到的几个软件问题。实现了一种Windows平台下获取精确时钟的方法,设计了一个CAN总线通信的工作线程和一个二维的环形发送缓冲区。
关键词：Windows时钟函数,CAN总线,环形缓冲区
参考文献
[1]杜尚丰,曹晓钟,徐津.CAN总线测控技术及其应用.北京:电子工业出版社,2007.
[2]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社,2002.
基于安卓平台的羊城通软件设计 篇11
摘 要：
从安卓平台的发展进程出发，侧重介绍了软件的开发环境，并进一步介绍了软件的具体设计步骤等，最后对本软件开发中可能会遇到的问题进行了预估和总结。
关键词：
安卓平台；羊城通；软件设计
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：16723198（2016）04022301
1 安卓系统的发展及特点
安卓系统，它的英文为Android，这是一个由Google公司开发的操作系统。这种系统是基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，使用比较便利。具有开放性的特点，它几乎允许所有的移动终端厂商的加入，增强平台的竞争力。提供一个自由宽松的环境，受到较少的干扰。由于其的开放性，安卓系统还具备丰富的硬件。
2 基于安卓系统羊城通软件的需求分析
羊城通软件，是一个出行坐车软件，它是安卓平台的一个公车或者地铁刷卡程序，只需要启动程序就可以完成刷卡、查询余额等方面的信息。
首先可以通过羊城通软件，可以代替羊城通卡或者零钱，直接扣除当次坐车的费用。其次，通过羊城通软件，还可以查询余额以及乘坐了多少次公车、地铁、公车路线、地铁路线、直接在线缴费等。
本系统的应用对象：具有安卓系統手机的用户，系统应用程序功能齐全且完善，用户界面友好，操作非常方便。本软件的数据库比较完善，数据较清晰方便维护。对于用户来说，只要手机是安卓系统且可以上网。
可行性分析：目前安卓智能手机已经是大部分老百姓必不可少的通讯工具，安卓手机的性能也越来越好。方便广大用户出行以及查询坐车路线等。为用户出行提供了便捷的平台，有助于节省用户的时间等。本系统资源占用较小，运行效率较快。
3 羊城通软件系统UI界面设计
3.1 欢迎界面
为了增加用户的视觉美感，减少用户等待时间，可以设置一个美观的欢迎界面。欢迎界面，背景是用广州“五羊”做标志，显示“羊城欢迎你”几个艺术字。
3.2 首页
3.2.1 主页面的设计
软件启动，经过欢迎界面后，显示主界面，具体如图1所示。
从图1我们可以看到页面主要分为三部分，从上往下依次是：标题栏，由ViewPager显示的Tab页，以及与ViewPager配套的底部导航栏。导航栏是由嵌套了三个线性布局的线性布局组成，三个图案为ImageButton，点击后触发事件，将会改变当前页面以及图案颜色。
3.2.2 底部导航栏设计
底部导航栏显示，软件启动默认显示付款页面。这种设计方便用户在乘坐公交、地铁等交通工具时，能够快速支付。支付是本软件最重要的功能之一。支付成功或失败都会有相应的提示。该Tab页扫描功能的实现借助了Google提供的ZXing开源项目。
点击导航栏的“查询”按钮或向左滑动，都可切换到第二个Tab页。第二个Tab页如图2所示。
该页面主要由一个MapView以及其他控件组成，该页面实现了定位、线路和车次查询等功能。
第三个页面用于查询账户相关信息，如图3。
该页面显示了用户头像、用户名、账户余额以及乘车记录。点击我的余额后，将跳转到新的页面，显示支出明细和充值选项。点击乘车记录将显示乘车详细信息。
4 总结
总的来说，基于安卓系统羊城通软件，对广大的市民出行带来较大的方便。由于现在安卓手机的普及，所以它具有技术可行性，而且操作比较简单，费用较低，满足许多人的需求。
参考文献
[1]胡伟.Android系统架构及其驱动研究[J].广州广播电视大学学报，2010，（04）.
[2]郑健，贺超.Android和Chrome的发展与未来[J].移动通信，2010，（11）.
软件无线电通信平台 篇12
关键词：航空器噪声,软件无线电,高速IO技术,硬件平台
0 引言
随着科技的发展,社会的进步,特别是十二五期间,我国民航事业获得了高速发展。国家“十三五”规划明确指出到2020年底,国内民用机场总数要达到240多个。然而民用机场航空器噪声对不同人群的健康都会产生一定的影响[1]。民用机场噪声问题备受关注。《全国民用机场布局规划》明确指出要积极建设绿色民航,减少噪声污染。因此,民用机场航空器噪声的有效监测、科学预测、对环境影响的评估及其控制等的研究和应用不仅是环保问题,更是关系民航业持续健康发展的关键,迫切需要更多的关注和更大的投入。国内民用机场航空器噪声监测刚刚起步,而且现有的监测技术存在监测点数量少、监测的设备主要依靠进口[2]等诸多弊端。本文设计的监测硬件平台为实现民用机场航空器噪声监测设备的国产化提供了一种可行的方案。
1 民用机场航空器噪声源分析
航空器噪声是航空器在起降、滑行和试车的过程中自身各种噪声源所产生噪声的辐射总和[3]。主要分为机体噪声和推进系统噪声两大类别[4,5]。机体噪声是在起降、滑行过程中,空气气流流过航空器表面而引起的气流压力扰动产生的,其机体表面的涡流也会有很大的变化。宽带涡流在远场就表现出多频噪声信号。推进系统噪声主要是指航空发动机在工作过程中,各个组成部分所发出的噪声,主要包括螺旋桨、风扇、高低压压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管等部位产生的噪声。
如何对这些噪声进行采集和分析处理是民用机场航空器噪声监测研究的重点内容。国外市场现有的噪声监测设备,如丹麦Brüel&Kjær公司生产的3639E型号噪声监测终端,大多采用RS-232接口或调制解调器(modem)的方式来实现噪声数据的传输。而本文采用移动通信中的软件无线电技术来实现,具有数据通信无线传输和软件化的特点。同时可使监测平台能够根据具体需要进行动态重置和在线升级[6]。
2 民用机场航空器噪声监测系统结构
民用机场航空器噪声监测系统的整体架构如图一所示。整个监测系统以民用机场航空器噪声监测软件为功能核心子系统,硬件方面主要包括噪声监测终端、中央控制室、系统工作站几大部分[7]。其中中央控制室部分本质上是一个多通道的噪声信号分析平台,主要实现多个通道噪声信号的信号分析和数据处理功能,也即是本文设计的噪声监测硬件平台部分。
3 噪声监测硬件平台架构设计
本文设计的噪声监测平台主要是基于FPGA和Power PC相结合的信号处理器架构,结合软件无线电的技术,来实现多通道的数字信号实时处理和分析。通过使用FPGA的数字信号处理技术能够很大程度的缩短多通道噪声信号频谱分析的周期,提高信号分析的实时性及单板处理多通道信号的能力。Power PC处理器是一种精简指令集的处理器,在其上运行的Vx Works操作系统是一种实时操作系统。一方面能够实现多个任务的实时处理,在传输多个噪音信号处理通道的数据时不会产生数据的不间断随机丢失;另一方面也能够实现各种高速接口的互联,如Rapid IO、PCI-e等,为组建系统部件级的设备提供了方便。分析平台的各个组件电路板通过VPX总线互联在一起[8],构成了Full Mesh拓扑结构的传输网络。整个多通道的噪音信号分析平台如图2所示。
3.1 信号板设计
信号板的前段要有一个射频前端部件,完成将射频信号处理成中频信号的功能[9]。信号板首先对接收到的中频信号进行采样处理,并对采样后的数字信号经过一定数字信号处理算法进行处理之后,通过Rapid IO接口传给交换转接板。接口FPGA的任务是:第一,实现DDC功能,将中频信号转化到基带,以便后续做信号处理提供方便。完成软件无线电信号处理算法,如通信信号的解调、同步及均衡。第二,实现多通道噪音信号的采集复用功能。包括当通道达到一定数量时,噪音信号的数据较大,需要暂时缓存时与DDR2器件的接口实现。第三,原始噪音信号数据从接口FPGA到信号处理FPGA的传输功能,经过信号处理算法处理之后的噪音信号数据从信号处理FPGA到接口FPGA的传输功能。第四,信号处理板与交换转接板的Rapid IO接口数据通信功能。信号处理FPGA主要功能就是实现相应数字信号处理算法,对原始噪声信号数据进行处理,实现噪声信号的频谱分析功能。
3.2 交换板设计
交换转接板上带有Rapid IO交换芯片和Power PC处理器。Rapid IO交换芯片主要是实现将多个信号板连接到同一块交换转接板上,实现多点对一点的数据传输功能。Power PC处理器实现多任务的管理及与中央控制室处理机间软件指令的通信和噪声信号分析数据的传输功能。
3.3 中央控制室处理机
处理机可以采用可靠性能较好的工控计算机来实现。本部件主要实现以下功能:第一,接收系统工作站的指令信息,根据具体设计好的通信协议向交换板发送相应指令,再由交换板将指令传到信号板。这些指令包括系统开始启动的初始化指令、系统正常工作的命令指令、系统维护查询指令、系统故障状态处理指令。第二,系统工作站下发获取噪声数据指令时,中央控制室处理机实现上传数据的功能。根据具体监测业务不同的需求,数据会分为原始IQ数据、经过信号处理算法处理的频谱数据。中央控制器处理机与交换板之间通过PCI-e串行总线互联在一起,构成了一个高速数字的数据和指令传输通道。
4 平台性能分析
国际航空器噪声信号监测采用三分之一倍频程的标准,其最高信号带宽是当中心频率标称值为20KHz时的17.8KHz~22.4KHz(信号带宽为4.6KHz)。设定信号板的FPGA内部时钟为100MHz来计算性能参数。
4.1 数据链路传输带宽分析
信号板的ADC对射频前端输出的中频信号进行欠采样处理。可采用中频信号的中心频率为70MHz,16bit的ADC采样频率为100MHz。其输出原始通信信号数据速率为100MHz*16=1600Mbps。这么高带宽的数据速率不利于做后续处理,通过DDC技术将信号搬移到基带来处理。按照噪声信号最高带宽4.6K来设计,DDC部分的最高带宽可设置为5K,根据带通采样定理,计算采样率可下降到7K。按照DDC输出的IQ数据位宽32bit来计算,单通道噪声信号数据带宽最高可达7K*32bit=0.224Mbps。型号为M T 4 7 H 1 G 4 T的D D R 2器件,数据传输带宽可达400MHz*2*64bit=6.4Gbps。完全可以满足上百个噪声监测点数据的同时连续缓存的使用需求。
信号处理FPGA和接口FPGA之间采用差分线互联的方式。采用100MHz的时钟速率并行传输32bit的数据,其传输带宽为100MHz*32=3.2Gbps,单通道DDC输出的原始IQ数据速率最高仅为0.224Mbps,这为实现多通道噪声信号处理算法提供了足够的时间。信号板与桥接板之间采用了1个Rapid IO通道,2.5Gps速率,X4模式,理论有效数据速率达8Gbps到9Gbps之间[10]。桥接板和中央控制室处理机之间采用了PCI-e通道,在X2模式下可达400MB/s的传输带宽,可以满足上百个噪声监测点的数据同时连续传输的使用需求。鉴于机场航空器噪声监测具有连续监测时间长、监测环境噪声复杂的特点,通常是完成一次监测后,再对噪声数据进行后续分析的特点[11,12]。噪声数据保存到中央控制室处理机的固态存储器件。中央控制室处理机与系统工作站通过网络的方式实现通信,随时实现噪声数据的传输。
国内机场的噪声监测点多为阵列式,数量在几十个左右,噪声监测终端分布具有泛网格化特点[13]。系统工作站对噪声数据的处理也多采用关联分析算法[14,15],也可采用阵列信号处理算法。这些算法对数据的传输速率都有较高的要求。通过以上分析,本信号分析硬件平台具有足够数据传输带宽,很适合多路噪声数据同时传输的场景。
4.2 系统信号处理能力分析
信号处理能力主要受数据传输带宽和数字信号处理器两方面因素限制。信号处理器方面考虑软件无线电体系特点和多路噪声信号同时处理的特点,本方案采用FPGA器件来作为信号分析的处理器。以Xilinx的Virtex-6系列XC6VSX475T型号芯片来分析说明利用FPGA来实现信号处理的优点。
首先,软件无线电的宽带中频特性带来了采样速度的显著提高,以目前应用于软件无线电体系中的ADC来看,其中频采样频率通常达到80MHz以上。无论DSP还是ARM等嵌入式处理器都达不到实时处理的技术要求。而FPGA的主时钟可以轻易达到100MHz,XC6VSX475T可以稳定运行在200MHz。完全满足对中频信号实时采样处理的要求。
其次,FPGA具有极其强大的并行处理能力。XC6VSX475T的逻辑单元多达476160个,DSP48E1硬核多达2016个。这种高度并行架构可以使计算数据吞吐率与FPGA时钟速率相等。可以实现多路噪声信号的并行处理。
再次,FPGA具有最理想化的算法定制特点。XC6VSX475T具有38304Kb的RAM块和38304Kb的分布式RAM。这些可以反复修改的资源,为最理想算法的实现提供了保证。另外,Xilinx厂商也提供了FIR滤波器、CIC滤波器、FFT算法及DDC模块的IP核。这些针对固定型号器件优化过的IP核,为在FPGA中实现高密度设计提供了便利,缩短了信号处理算法的开发周期。
5 结语