[发明专利]基于G3-PLC芯片和射频模块的无线自组网跳频电台

说明书

本发明公开了一种基于G3‑PLC芯片和软件射频模块的MESH无线自组网跳频电台，包括G3‑PLC芯片和软件射频模块，所述G3‑PLC芯片的收发基带数字信号与软件射频模块相连，软件射频模块由可编程SOC，宽带射频调制解调器AD9371和天线组成，其中可编程SOC包含有ARM处理器和FPGA信号处理单元，完成无线射频信号的频率同步、帧检测和高速宽频域跳频控制，宽带射频调制解调器宽带射频调制解调器AD9371由可编程SOC的跳频算法控制，在100MHZ频域范围内进行高速数字化的跳频。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体是一种基于G3-PLC芯片和软件射频模块的MESH无线自组网跳频电台。

背景技术

无线Mesh网络是一种近年来得到快速发展的无线接入网络技术，它的特点是不需要基站等基础设施，利用分布式动态自组织的无线多跳网络，让处于该网络覆盖范围内的用户在任何时间、任何地点都可以对进行互联互通。在这些网络中，避免了终端无线覆盖范围的局限性，使两个无法直接进行通信的用户终端可以借助其它节点进行分组转发，每一个节点同时是一个路由器，它们能完成发现以及维持到其它节点路由的功能。无线Mesh网络电台可广泛应用于某些特殊环境或应急通信中，如公安人员的通信以及发生地震、水灾后的营救、远海船队的通信、无人机无线飞控、机器人无线数传等场合。

G3-PLC电力线通信(PLC)基带调制解调器可通过交流电力线提供半双工异步数据通信，传输速率高达300kbps。G3-PLC芯片是一款包含物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)层的SOC芯片。G3-PLC采用带有DBPSK、DQPSK、D8PSK调制和前向纠错(FEC)的OFDM技术，其载波分布在10KHz～500KHz的范围内，支持电网的可靠数据通信。它具有增强型的CSMA/CA和ARQ，结合网络路由协议，可支持各种网络的通用MAC层服务。特别是G3-PLC芯片具有强大的有线MESH功能，它能使有线相连的数千用户节点能够互通互联实现自组网的功能。如图1所示的是一款典型的G3-PLC芯片的功能框图。

G3-PLC是一块电力线有线通信的标准，要把它应用于无线领域，需要做架构上的变化和算法上的支持。G3-PLC SOC是一块用于PLC有线通信的基带芯片，为了使其能够工作在环境更加恶劣的无线信道里，必须解决以下几个技术问题：

1.无线电台的频率同步：G3-PLC采用的是OFDM通信方式，它对收发器之间的频率误差要求很高(10Hz)。如果收发射频载波中心频率为300MHz的话，那么要求系统的晶振稳定度优于0.017ppm,这个频率稳定度是一般的晶振不能够达到的。

2.G3-PLC的信号检测：由于G3-PLC标准所允许的解调信噪比低到-1.2dB,这就对软件射频模块的信号检测提出了很高的要求。

3.适合的宽频域跳频处理算法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明在成熟的有线MESH基带芯片G3-PLC基础上，发明了一种能使其无线化的智能算法和软件射频电路架构，从而可以实现先进的无线MESH自组网电台功能和优异的跳频抗干扰功能。相较于现有的以WIFI为基础的MESH自组网系统，本发明具有自组网区域大(数千平方公里)，支持用户节点多(数千节点)，抗干扰能力强(跳频能力)和体积小功耗低等明显优势。具体技术方案如下：

一种基于G3-PLC芯片和软件射频模块的MESH无线自组网跳频电台，包括G3-PLC芯片和软件射频模块，所述G3-PLC芯片的收发基带数字信号与软件射频模块相连，软件射频模块由可编程SOC，宽带射频调制解调器AD9371和天线组成，其中可编程SOC包含有ARM处理器和FPGA信号处理单元，完成无线射频信号的频率同步、帧检测和高速宽频域跳频控制，宽带射频调制解调器宽带射频调制解调器AD9371由可编程SOC的跳频算法控制，在100MHZ频域范围内进行高速数字化的跳频。

进一步的，所述可编程SOC为XILINX的ZYNQ-7000SOC。