[发明专利]一种基于FPGA的高速无线通信系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的高速无线通信系统及方法。

背景技术

软件无线电作为现代无线通信的关键技术，其具有功能灵活，升级方便，通用型强等特点，在军用和个人通信市场飞速发展。特别是在军事通信领域，对于无线通信平台的功耗、速率、抗干扰性都有着更高的要求，设计和实现新型高效的基于软件无线电技术的硬件平台有着重要的商用价值和研究意义。

现有的无线通信平台逐渐形成了一些通用的模块，例如基带信号处理模块、中频变换模块，射频收发模块等。但存在着通信制式单一、处理能力不足、体积偏大、功耗过高等问题，因此需要在满足系统功能要求的前提下，提高信号的抗干扰传输能力，同时能够支持多种通信方式，并兼顾模块化、高速化、小型化的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于FPGA的高速无线通信系统及方法。

本发明是这样实现的，所述基于FPGA的高速无线通信系统包括：基带处理板和射频板，基带处理板和射频板通过AB板连接器相连。

进一步，所述基带处理板包括主控连接器及FPGA，电源模块、FPGA配置模块、SD模块、晶振。其中主控连接器用于实现主控板对通信系统的实时数据传递与控制，并为系统提供供电电源；FPGA是系统的核心处理单元，不仅用于数据的基带信号处理，而且还要对系统各器件进行控制操作；电源模块为系统各器件提供合适的电源电压，确保其正常工作；FPGA配置模块用于调试、存储FPGA基带程序；SD模块用于加载保密算法与密钥，可以为系统提供密码通信支持。

所述主控连接器将外部主控板与FPGA及电源模块连接；所述电源模块与FPGA、FPGA配置模块、SD模块、AB板连接器相连；所述FPGA分别与AB板连接器、晶振、FPGA配置模块、SD模块相连。

进一步，所述射频板包括射频模块、低噪放模块、功率放大器、射频收发切换开关、晶振、发送与接收巴伦、天线接口。其中射频模块用于信号的A/D转换与上下变频；低噪放模块用于提高接收信号增益，便于后续模块解调；功率放大器用于增大信号射频输出功率，便于射频发射；射频收发切换开关用于切换系统的收发通道状态；发送与接收巴伦用于信号的单端与差分转换，可以提高信号的抗干扰能力；晶振是单独为射频模块配置，以确保其工作稳定性。

所述射频模块分别与发送巴伦、接收巴伦和晶振相连；所述发送巴伦连接功率放大器，接收巴伦连接低噪放模块；所述功率放大器连接射频收发切换开关；所述射频收发切换开关的发送端口连接功率放大器，接收端口连接低噪放模块；所述天线接口与射频收发切换开关相连。

进一步，所述AB板连接器采用80pin厚度5mm接口对插连接。

进一步，所述基于FPGA的高速无线通信系统还包括调制解调模块，编解码模块，同步模块及扩频解扩模块。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于FPGA的高速无线通信系统的基于FPGA的高速无线通信方法，所述基于FPGA的高速无线通信方法的信号发送过程包括以下步骤：

步骤一，外部主控板(上位机)选取合适的通信方案下载到FPGA配置模块中，而后将待发数据通过主控连接器发送给FPGA；

步骤二，FPGA加载FPGA配置模块中的基带处理算法，对数据进行基于扩频方式、调制方式、编码方式的基带信号处理，添加同步头生成特定的帧结构，同时生成发送控制信号，将整个系统调节到发送进程；

步骤三，FPGA将处理后的数据通过AB板连接器发送给射频模块，同时发送控制信号将射频收发切换开关调节到发送状态并打开功率放大器，射频模块对信号进行D/A转换与上变频；

步骤四，上变频后的数据经发送巴伦完成信号的差分单端转换，通过功率放大器放大发射信号，经与射频收发切换开关相连的天线接口发射出去，信号发送完成后，FPGA发送控制信号关闭功率放大器，并将射频收发切换开关调节到接收状态。

进一步，信号接收过程具体包括：

步骤一，FPGA在系统发送完数据后，发出控制信号动态调整两级低噪放的开启，当信号强度较大时，将一级低噪放打开，二级低噪放保持关闭，以此来应对大信号输入，避免损坏后级器件；当接收信号的功率越来越弱时，根据射频模块指示或者上层反馈信息，将二级低噪放打开，实现满增益接收，确保信号强度满足后续模块的正确解调；

步骤二，射频模块依据信号强度判别信号到达后，对经过接收巴伦转换的差分信号进行A/D变换和下变频，将处理后的数据通过AB板连接器发送给FPGA；