軟件無線電的開放式軟件通信體系結(jié)構(gòu)

摘要：介紹了軟件無線電系統(tǒng)的開放式軟件通信體系結(jié)構(gòu)，提出在可重新配置的硬件平臺(tái)上建主一種分布式處理環(huán)境，運(yùn)行不同供應(yīng)商提供的軟件組件以支持各種服務(wù)，從而達(dá)到系統(tǒng)軟件的可移植性、重用性和伸縮性。

關(guān)鍵詞：軟件無線電 軟件通信結(jié)構(gòu) CORBA IDL 域描述體

伴隨蜂窩無線個(gè)人通信系統(tǒng)服務(wù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了很多無線通信標(biāo)準(zhǔn)，如GSM、IS95、IS54/136、PDC等。這些空中接口對不同的應(yīng)用和服務(wù)都有各自約定的波段、調(diào)制解調(diào)機(jī)制、編解碼方式、復(fù)合接人技術(shù)和協(xié)議�？梢灶A(yù)見，在不久的將來，無線電通信系統(tǒng)必將把各種無線接入網(wǎng)集成到一個(gè)通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通過一個(gè)硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)。二十世紀(jì)90年代初開始，無線電的服務(wù)正從長期依賴的硬導(dǎo)線連接向軟件無線電演進(jìn)。

1 基本思想

軟件無線電SDR(Software Defined Radio)為以軟件方式實(shí)現(xiàn)各種空中接口，提供靈活的無線通信方式以便于實(shí)現(xiàn)靈活的傳輸機(jī)制、協(xié)議和應(yīng)用。圖1所示為多模式(多個(gè)性)的SDR系統(tǒng)的功能模塊及標(biāo)準(zhǔn)接口點(diǎn)約定，其中無線電節(jié)點(diǎn)指基站或移動(dòng)終端。多模式技術(shù)要求可在一個(gè)以上的信道RF頻帶上接人，在圖1中為信道集。

圖1

一個(gè)軟件定義的個(gè)性包括RF頻帶、信道集、空中接口波形及相關(guān)功能。RF／信道接人模塊提供多個(gè)信號(hào)通道及跨越多個(gè)RF頻段的RF頻率變換。IF處理模塊包括濾波、進(jìn)一步頻率變換、空／時(shí)分集處理、波束成形及相關(guān)功能。多模式無線電產(chǎn)生多個(gè)空中接口波形，波形在調(diào)制解調(diào)器模塊確定。信息安全(INFOSEC)功能在無線應(yīng)用中越來越重要，該模塊主要實(shí)現(xiàn)傳輸安全、身份認(rèn)證及保護(hù)隱私等功能。調(diào)制解調(diào)器輸出的編碼信道比特流在INFOSEC被稱為黑色(密文)比特流，經(jīng)由INFOSEC變換為紅色(明文)比特流。然后通過協(xié)議棧加以處理，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)比特或源比特。網(wǎng)絡(luò)比特依從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)接口接人到遠(yuǎn)程源；源比特則通過源解碼器接到本地源。圖1中發(fā)展支持部分的功能是支持軟件目標(biāo)的下載及新技術(shù)插入[1]。

SDR的基本宗旨是利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)代替現(xiàn)在主要的模擬信號(hào)處理。通過智能天線、寬帶RF器件、寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，利用通用可編程處理器實(shí)現(xiàn)IF、基帶及比特流處理。因?yàn)橛每芍匦戮幊痰能浖�代替了硬件模擬電路，通過動(dòng)態(tài)分配射頻、中頻、ADC、DPS硬件和算法，并將軟件對象分配到硬件組件中，使得軟件無線電可以在線改變自己的特性。支持軟件無線電可重新配置的技術(shù)有：

(1)可通過重載微程序進(jìn)行重新配置的可編程門陣列(FPGA)；

(2)可通過重載代碼在指令存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行重新配置的通用處理器。

圖2

這些軟硬相關(guān)的微程序和代碼的倉庫運(yùn)行在系統(tǒng)某處的通用處理器，它包含帶有文件系統(tǒng)訪問FPGA和處理器的操作系統(tǒng)。這個(gè)通用處理器通常也包含與外部信號(hào)處理子系統(tǒng)進(jìn)行通信的接口，例如用戶接口或者臨近的監(jiān)控站。

2 SDR的軟件通信體系結(jié)構(gòu)

軍用聯(lián)合策略無線電系統(tǒng)(JTRS)定義的軟件通信體系結(jié)構(gòu)SCA (Software Communication Architecture)規(guī)范經(jīng)歷了Steps 2A和Steps2B兩期的修正改進(jìn)。當(dāng)前版本Version 2．2是2001年11月30日在JTRS網(wǎng)站上發(fā)布的，被軟件無線電論壇(SDR Forum)作為SDR的標(biāo)準(zhǔn)。

SCA不是一個(gè)實(shí)現(xiàn)方面的結(jié)構(gòu)，而是要建立一種為JTPS軟件無線電開發(fā)而與實(shí)現(xiàn)無關(guān)的框架。SCA規(guī)范包括一篇闡述軟件通信體系結(jié)構(gòu)的主要文檔和相關(guān)附錄文檔。附錄文檔有JTRS定義的應(yīng)用環(huán)境描述體(AEP)以及域描述體(Domain Profile)，描述體包含協(xié)議信息。SCA規(guī)范的附錄文檔還包括波形配置的應(yīng)用程序接口(API)、服務(wù)定義API、安全性說明、Rational UML文檔，以及配置管理文檔。

2．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2為SDR系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)和模塊接口示意圖，其中CORBA ORB

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