Като нова технология в областта на безжичната комуникация, софтуерното радио (SDR) привлича все повече внимание както отвътре, така и отвън. В областта на комуникацията това е нова радиокомуникационна система след аналогова технология към цифрова технология, фиксирана комуникация към мобилна комуникация. С развитието на комуникационните технологии оборудването, съвместимо с различни стандартни типове, все повече показва своето търсене. В сравнение с традиционните радиосистеми, софтуерните радиосистеми имат редица предимства като обща структура, софтуерно базирани функции и оперативна съвместимост. .
Ⅰ. Възникването и развитието на софтуерното радио
Причината за появата на софтуерното радио е свързана с войната в Персийския залив. По това време многонационалните сили, водени от Съединените щати, използваха разнообразно комуникационно оборудване с различни стандарти, което създаваше трудности при общуването помежду си. След това, през май 1992 г., Джео Митола за първи път предложи концепцията за "софтуерно радио" на Американската конференция за комуникационни системи. Основната идея е да се направят всички тактически радиостанции, базирани на една и съща хардуерна платформа, да се инсталира различен софтуер за формиране на различни видове радиостанции и да се завършат функции от различно естество. Така че има софтуерна програмируемост. Тази концепция бързо привлече вниманието на страните по света, тъй като военните комуникации сега имат по-високи изисквания за надеждност, оперативна съвместимост, гъвкавост, защита от смущения, оцеляване, конфиденциалност и сигурност на радиокомуникационните системи. Американските военни и Hazcltine разработиха софтуерна радиостанция, наречена "speakeasy" (лесна за говорене), която реализира многолентова и многофункционална радиоплатформа, често използвана от американските военни. Повече от 4 различни модулационни вълни. Това радио може да се нарече "ръчен компютър" с антена, която може да предава глас и данни. Комуникационните услуги включват глас, данни и видео изображения.
В момента на софтуерното радио се обръща все повече внимание в гражданската сфера. Основната причина е, че техническите стандарти на сегашната комуникационна система са разнообразни, а различните технически стандарти и съответните системи трудно са съвместими помежду си и е трудно да се реализира с унифицирано устройство. И трето поколение мобилна комуникационна система все още има стандартна битка, ако се използва софтуерно радио за адаптиране към различни стандарти, това е осъществим начин. От друга страна, развитието на комуникационните технологии е много бързо, старата система непрекъснато се подобрява, а новата система се появява бързо. Хората се нуждаят от метод за надграждане на системата, който е по-икономичен от пълното премахване на старото оборудване, а програмируемостта на софтуерното радио е по-добра. адаптирани към тази нужда.
Ⅱ. архитектурата на софтуерното радио
Радиочестотната част, преобразуването нагоре/надолу, филтрирането и обработката на основната лента на традиционната аналогова радиосистема приемат аналогов режим, а комуникационната система с определен честотен обхват и определен режим на модулация съответства на специална твърда структура; докато нискочестотната част на цифровата радиосистема приема цифрови схеми (Например, локалният осцилатор използва цифров синтезатор на честота, кодиране и декодиране на източника, а модулацията и демодулацията се извършват от специален чип), но неговата радиочестота и междинна честота частите все още са неразделни от аналоговите схеми. В сравнение с традиционната радиосистема, A/D/A преобразуването на софтуерната радиосистема се премества към междинната честота и възможно най-близо до края на радиочестотата, цялата честотна лента на системата се взема проби, т.е. обработката се извършва от междинната честота (или дори от радиочестотата), което е основна характеристика на софтуерното радио. Цифровото радио използва специални цифрови схеми за постигане на една комуникационна функция без програмиране. Софтуерното радио заменя специалната цифрова схема с програмируемото DSP устройство, което прави хардуерната структура и функцията на системата относително независими. По този начин, на базата на сравнително обща хардуерна платформа, различни комуникационни функции могат да бъдат реализирани чрез софтуер, а работната честота, честотната лента на системата, режимът на модулация, изходният код и т.н. могат да бъдат програмирани и контролирани, а гъвкавостта на системата е значително подобрена .
Хардуерната платформа на софтуерното радио приема модулен дизайн, който трябва да бъде комуникационна платформа с отвореност, мащабируемост и съвместимост и е направена под формата на шина с модулен стандарт. На базата на тази сравнително разпространена хардуерна платформа, ние реализираме различни комуникационни функции, като зареждаме различен софтуер (картата може да бъде заменена, когато е необходимо). Хардуерната платформа на софтуерното радио е много по-взискателна от компютъра, има нужда от широколентов радиочестотен преден край, широколентов A/D/A преобразувател, високоскоростни DSP устройства и така нататък. За да се извърши високоскоростно A/D/A преобразуване и цифрова обработка на сигнала, софтуерните радиосистеми трябва да работят паралелно с множество процесори. Освен това, за да се обменят с висока скорост данни за обработка на цифров сигнал, системната шина трябва да има много висока скорост на предаване на T/O. Сред настоящите системни шини, които отговарят на изискванията, VME шината има най-зрялата технология, най-добрата гъвкавост и най-широката поддръжка. VME осигурява паралелна обработка на множество процесори, поддържа независима 32-битова шина за данни и адресна шина и скоростта достига 40Mb/s (или дори 320Mb/s), което основно отговаря на изискванията на софтуерното радио и е предпочитаният метод на шината за софтуерно радио. Трето, ключовата технология на софтуерното радио
1. Многолентово преобразуване надолу и широколентов RF
За антената на софтуерната радиосистема тя трябва да има многолентова антена и програмируема функция за преобразуване на радиочестоти. Въз основа на удовлетворяването на усилването на антената, физическия размер и цената, тя трябва да има работна честотна лента от 2MHz-3MHz. В радиотехниката не е необходимо да се покрива цялата честотна лента, а е необходимо само да се покрият няколко прозореца с различни честотни ленти. Следователно може да се използва комбинирана многолентова антена. Американската армия speakeasy е решение, което използва множество комплекти RF антени. За широколентовите RF настройката, управлението на енергията и конфигурацията на предусилвател с нисък шум (LNA) също е ключова технология, а компютърно подпомаганото проектиране (CAD) може да се използва за оптимизиране на дизайна на системата.
2. Широколентов A/D част.
Ключът към определянето на производителността на широколентовото аналогово-цифрово преобразуване е семплирането и броят на битовете. Честотата на дискретизация се определя от честотната лента на сигнала, докато броят на битовете за квантуване изисква определен динамичен диапазон и DSP прецизност. Тъй като съществуващият едночипов ADC не може да отговори на тези две изисквания, множество ADC могат да се използват паралелно.
3. Високоскоростна паралелна DSP част.
При операцията по цифрова обработка на системата най-трудно е преобразуването, филтрирането и подсемплирането. Високоскоростният паралелен DSP включва цифрова обработка на бейсбенд, модулация и демодулация, обработка на битов поток и функции за декодиране. За FM и системите с разширен спектър тази част трябва също да има функции за намаляване на разпространението и намаляване на скока. За да се постигне тази част от функцията, е необходимо да се използва високоскоростен паралелен DSP за формиране на многопроцесорна паралелна изчислителна система, включваща повече повиквания с множествен достъп, по-широка програмна шина и шина за данни, единична инструкция, множество данни, множество инструкции, множество данни . Структурата и използването на структура на супер инструкции и т.н., тази част може да бъде реализирана от специален чип за цифрова интегрална схема ASIC (например DDC чип HS P50016 на Harris Corporation от Съединените щати).
4. Напускане на общата маршрутна структура на откритост и мащабируемост.
В традиционната структура на системата обикновено се използва тръбопроводът, който се характеризира с това, че всяка функционална единица е свързана с верига. Ако функцията на определена част трябва да бъде добавена, изтрита или модифицирана, съответният функционален модул трябва да бъде коригиран. Следователно тази структура не е отворена. За да се осъществи взаимното свързване на различни функционални звена в системата, се формира отворена и разширяема хардуерна платформа, която в същото време има висока скорост на предаване на данни. Софтуерната радиосистема трябва да приеме нова структура на взаимно свързване, която се характеризира с относително проста реализация и може директно да прилага различни стандарти за шини (като VME, шина, PCI шина и др.). , базирана на шина междусистемна структура.
5. Софтуерни протоколи и стандарти.
От средата до края на 90-те години на миналия век чуждестранните страни изучават как да внедрят софтуер plug and play (Plug & Play) и предлагат въз основа на него. Софтуерни протоколи и стандарти на JAVA/CORBA. Идеята, базирана на "софтуерна шина", е да се установи базирана на стандарти, отворена и лесна за използване архитектура. Така наречената "софтуерна шина" е подобна на "хардуерната шина", която често се казва. Приложният модул е направен в шина съгласно стандарта, като комбинираната операция може да се реализира чрез вмъкване на шината, като по този начин се поддържа разпределена изчислителна среда. Тази идея за дизайн е в съответствие с многократната употреба на софтуер в софтуерни системи.
6. Консумация на мощност, обем и цена на системата.
Това е ключът към комерсиализацията на софтуерното радио и неговото решение до голяма степен зависи от развитието на хардуерните технологии. Четвърто, развитието и перспективата на софтуерното радио
От 90-те години на миналия век, с бързото развитие на различни безжични комуникационни системи, разликите в стандартите за радиокомуникация и напредъка на технологията за цифрова обработка на сигнали, софтуерната радиотехнология привлича все повече внимание и се очаква да се превърне в бъдеща глобална комуникация мрежа. нова система.
Съгласно идеалната структура, всички задачи за обработка на сигнала на софтуерната радиостанция от RF до бейсбенд се изпълняват в пълна цифрова форма, така че тя е напълно програмируема, а структурата й също е преконфигурируема и възпроизводима. Въпреки това, тъй като няма A/D преобразувател, който може да се приложи към радиочестотната лента, друга тема, която се проучва сега, е цифровият RF преден край на софтуерната радиостанция, който е ключът към цифровизацията на цялата честота банда.
Съществуващите устройства за цифрова обработка на сигнали (DSP) са били широко използвани за обработка на сигнали в части като IF, бейсбенд или терминал, което доведе техническите характеристики на радиооборудването до ново и модерно ниво, но неговият RF преден край все още е теснолентов . За софтуерната радиостанция A/D преобразувателят в неговия RF преден край трябва да може да обработва цялата честотна лента на комуникация, обикновено от 2MHz до 3GHz. В допълнение, типичните характеристики на сигналите за мобилна комуникация са избледняване и екраниране и може да има силно блокиране и смущения. В резултат на това динамичният обхват на сигналите за мобилна комуникация, появяващи се в приемащия RF край, е до 100 dB или повече. Ако се вземат предвид различни стандарти за мобилни комуникационни сигнали, неговият динамичен обхват ще бъде по-голям. За система с честотна лента от 10MHz, честотата на дискретизация е по-голяма от 25MHz, което изисква 2500MIPS капацитет за изчислителна обработка, което далеч не отговаря на изискванията на средата на сигнала, която трябва да се обработва от RF предния край. Дори с A/D преобразуватели, способни да отговорят на изискванията за честотна лента и динамичен обхват, техните изисквания за мощност все още могат да възпрепятстват използването на мобилни терминали. Софтуерната радиостанция, разработена на настоящия етап, не може да приеме идеалната структура на цифровизация на пълна честотна лента, но приема практическата структура на частична цифровизация на честотната лента на предния край на Rf.
За да обобщим, софтуерното радио съдържа две значения: едното е преден край на радиочестотата (RF), а другото е цифрова обработка на сигнала; основните му компоненти са широколентови A/D/A преобразуватели и високоскоростни DSP чипове. Най-голямото предимство на софтуерното радио е, че може да изпълнява различни задачи за обработка на сигнали на хардуерната платформа чрез дефиниране на различни работни параметри и реорганизиране на структурата на канала според безжичната лента и метода за достъп до канала. Следователно, специален цифров преден край за всеки работен стандарт може да бъде проектиран на обща хардуерна платформа или може да се използва общото на различните работни стандарти. Първият дизайн не само постига най-голяма степен на свобода, но и минимизира броя на използваните порти, докато вторият дизайн изисква разработването на специални алгоритми за цифрови предни функции, но може да бъде реализиран с ASIC, което ни позволява да се възползваме на концепцията за софтуерно радио.
Като цяло, въпреки че първоначално софтуерните радиостанции са разработени за военни късовълнови комуникации над хоризонта, тъй като предлагат високо ниво на вярност, което не се среща в аналоговите приемници, те също така предлагат отлична гъвкавост. С малка модификация той може да се адаптира и да отговори на изискванията на различни потребители, а цената му е много ниска. В съчетание с бързото развитие на технологията за цифрова обработка на сигнали, той се използва все по-често в областта на гражданската комуникация, особено в мобилните комуникации. Приложението в системата е по-широко.
