Som en ny teknologi inden for trådløs kommunikation tiltrækker softwareradio (SDR) mere og mere opmærksomhed både inde og ude. Inden for kommunikation er det et nyt radiokommunikationssystem efter analog teknologi til digital teknologi, fast kommunikation til mobil kommunikation. Med udviklingen af kommunikationsteknologi har udstyr, der er kompatibelt med forskellige standardtyper, i stigende grad vist sin efterspørgsel. Sammenlignet med traditionelle radiosystemer har softwareradiosystemer en række fordele såsom generel struktur, softwarebaserede funktioner og interoperabilitet. .
Ⅰ. Oprindelsen og udviklingen af softwareradio
Årsagen til fremkomsten af softwareradio er relateret til Golfkrigen. På det tidspunkt brugte de multinationale styrker ledet af USA en række forskellige kommunikationsudstyr af forskellige standarder, hvilket forårsagede vanskeligheder med at kommunikere med hinanden. Derefter, i maj 1992, foreslog Jeo Mitola første gang konceptet "softwareradio" på American Communication Systems Conference. Den grundlæggende idé er at lave alle taktiske radioer baseret på den samme hardwareplatform, installere forskellig software til at danne forskellige typer radioer og fuldføre funktioner af forskellig karakter. Så det har softwareprogrammerbarhed. Dette koncept tiltrak hurtigt opmærksomhed fra lande rundt om i verden, fordi militær kommunikation nu har højere krav til pålidelighed, interoperabilitet, fleksibilitet, anti-jamming, overlevelsesevne, fortrolighed og sikkerhed for radiokommunikationssystemer. Det amerikanske militær og Hazcltine har udviklet en softwareradiostation kaldet "speakeasy" (let at tale), som realiserer en multibånds og multifunktionel radioplatform, der almindeligvis bruges af det amerikanske militær. Mere end 4 forskellige modulationsbølgeformer. Denne radio kan kaldes en "håndholdt computer" med en antenne, der kan transmittere tale og data. Kommunikationstjenester omfatter tale, data og videobilleder.
På nuværende tidspunkt har softwareradio fået mere og mere opmærksomhed på det civile område. Hovedårsagen er, at de tekniske standarder for det nuværende kommunikationssystem er forskellige, og de forskellige tekniske standarder og de tilsvarende systemer er vanskelige at være kompatible med hinanden, og det er svært at realisere det med en samlet enhed. Og den tredje generation af mobilkommunikationssystem har stadig en standard kamp, hvis softwareradio bruges til at tilpasse sig forskellige standarder, er det en gennemførlig måde. På den anden side er udviklingen af kommunikationsteknologi meget hurtig, det gamle system forbedres løbende, og det nye system dukker hurtigt op. Folk har brug for en systemopgraderingsmetode, der er mere økonomisk end helt at eliminere det gamle udstyr, og programmerbarheden af softwareradioen er bedre. tilpasset dette behov.
Ⅱ. software-radioarkitekturen
Radiofrekvensdelen, op/ned-konvertering, filtrering og basebåndbehandling af det traditionelle analoge radiosystem anvender alle den analoge tilstand, og kommunikationssystemet for et bestemt frekvensbånd og en bestemt modulationstilstand svarer til en særlig hård struktur; mens lavfrekvensdelen af det digitale radiosystem vedtager digitale kredsløb (f.eks. bruger den lokale oscillator en digital frekvenssynthesizer, kildekodning og dekodning, og modulering og demodulation fuldføres af en dedikeret chip), men dens radiofrekvens og mellemfrekvens dele er stadig uadskillelige fra analoge kredsløb. Sammenlignet med det traditionelle radiosystem flyttes A/D/A-konverteringen af softwareradiosystemet til mellemfrekvensen, og så tæt som muligt på radiofrekvensenden samples hele systemets frekvensbånd, det vil sige det digitale behandling udføres fra mellemfrekvensen (eller endda radiofrekvensen), som er et fremtrædende træk ved softwareradio. Digital radio bruger dedikerede digitale kredsløb til at opnå en enkelt kommunikationsfunktion uden programmerbarhed. Softwareradioen erstatter det dedikerede digitale kredsløb med den programmerbare DSP-enhed, hvilket gør systemets hardwarestruktur og -funktion relativt uafhængig. På denne måde, baseret på en relativt almindelig hardwareplatform, kan forskellige kommunikationsfunktioner realiseres gennem software, og driftsfrekvens, systembåndbredde, modulationstilstand, kildekode osv. kan programmeres og styres, og systemets fleksibilitet øges betydeligt. .
Softwareradioens hardwareplatform har et modulært design, som skal være en kommunikationsplatform med åbenhed, skalerbarhed og kompatibilitet, og er lavet i form af en bus med en modulær standard. Baseret på denne relativt almindelige hardwareplatform implementerer vi forskellige kommunikationsfunktioner ved at indlæse forskellig software (kortet kan udskiftes efter behov). Hardwareplatformen for softwareradio er meget mere krævende end pc, den har brug for bredbåndsradiofrekvensfront-end, bredbånds A/D/A-konverter, højhastigheds DSP-enheder og så videre. For at kunne udføre højhastigheds A/D/A-konvertering og digital signalbehandling skal softwareradiosystemer arbejde parallelt med flere CPU'er. Desuden skal systembussen have en meget høj T/O-transmissionshastighed for at udveksle digitale signalbehandlingsdata med høj hastighed. Blandt de nuværende systembusser, der opfylder kravene, har VME-bussen den mest modne teknologi, den bedste alsidighed og den mest omfattende support. VME leverer multiple CPU-parallelbehandlinger, understøtter uafhængig 32-bit databus og adressebus, og hastigheden når 40 Mb/s (eller endda 320 Mb/s), hvilket grundlæggende opfylder kravene til softwareradio og er den foretrukne busmetode til software radio. Tre, nøgleteknologien til softwareradio
1. Multi-bånd ned-konvertering og bredbånd RF
For softwareradiosystemets antenne skal den have en multibåndsantenne og en programmerbar radiofrekvenskonverteringsfunktion. På grundlag af at tilfredsstille antenneforstærkningen, den fysiske størrelse og prisen bør den have en arbejdsbåndbredde på 2MHz-3MHz. I radioteknik er det ikke nødvendigt at dække det fulde frekvensbånd, men kun at dække flere vinduer med forskellige frekvensbånd. Derfor kan en kombineret multibåndsantenne bruges. Det amerikanske militærs speakeasy er en løsning, der bruger flere sæt RF-antenner. Til bredbånds-RF er tuning, energistyring og lavstøjs-forforstærker (LNA)-konfiguration også en nøgleteknologi, og computerstøttet design (CAD) kan bruges til at optimere designet af systemet.
2. Bredbånd A/D del.
Nøglen til at bestemme ydeevnen af bredbånds analog-til-digital konvertering er sampling og antallet af bit. Samplinghastigheden bestemmes af signalbåndbredden, mens antallet af kvantiseringsbit kræver et vist dynamisk område og DSP-præcision. Fordi den eksisterende single-chip ADC ikke kan opfylde disse to krav, kan flere ADC'er bruges parallelt.
3. Højhastigheds parallel DSP-del.
I den digitale behandlingsoperation af systemet er det sværeste opkonvertering, filtrering og subsampling. Den parallelle højhastigheds-DSP inkluderer digital basebåndsbehandling, modulering og demodulation, bitstrømsbehandling og dekodningsfunktioner. For FM og spredt spektrum systemer bør denne del også have despreading og dehopping funktioner. For at opnå denne del af funktionen er det nødvendigt at bruge højhastigheds parallel DSP til at danne et parallelt computersystem med flere processorer, herunder flere multiple adgangsopkald, bredere programbus og databus, enkeltinstruktions-multidata, multiple-instruktions-multidata . Strukturen og brugen af super-instruktionsstruktur osv., denne del kan realiseres af en dedikeret digital integreret kredsløbschip ASIC (for eksempel DDC-chippen HS P50016 fra Harris Corporation i USA).
4. At forlade den generelle rutestruktur af åbenhed og skalerbarhed.
I den traditionelle systemstruktur bruges rørledningen generelt, hvilket er kendetegnet ved, at hver funktionel enhed er forbundet med et kredsløb. Hvis funktionen af en bestemt del skal tilføjes, slettes eller ændres, skal det tilsvarende funktionsmodul justeres. Derfor er denne struktur Ikke åben. For at realisere sammenkoblingen af forskellige funktionelle enheder i systemet dannes en åben og udvidelig hardwareplatform, og den har samtidig en høj datagennemstrømningshastighed. Softwareradiosystemet skal vedtage en ny sammenkoblingsstruktur, som er karakteriseret ved relativt enkel implementering og direkte kan anvende en række busstandarder (såsom VME, bus, PCI-bus osv.). , busbaseret sammenkoblingsstruktur.
5. Softwareprotokoller og standarder.
Siden midten til slutningen af 1990'erne har udenlandske lande studeret, hvordan man implementerer software plug and play (Plug & Play), og har foreslået baseret på det. JAVA/CORBA software protokoller og standarder. Ideen baseret på "softwarebus" er at etablere en standardbaseret, åben og letanvendelig arkitektur. Den såkaldte "softwarebus" ligner den "hardwarebus", man ofte siger. Applikationsmodulet er lavet til en bus i henhold til standarden, og den kombinerede drift kan realiseres ved at indsætte bussen og derved understøtte et distribueret computermiljø. Denne designidé er i overensstemmelse med genanvendeligheden af software i softwaresystemer.
6. Strømforbrug, volumen og omkostninger ved systemet.
Dette er nøglen til kommercialisering af softwareradio, og dens løsning afhænger i høj grad af udviklingen af hardwareteknologi. For det fjerde udvikling og udsigt til softwareradio
Siden 1990'erne, med den hurtige udvikling af forskellige trådløse kommunikationssystemer, forskellene i radiokommunikationsstandarder og fremskridt inden for digital signalbehandlingsteknologi, har softwareradioteknologi tiltrukket sig mere og mere opmærksomhed, og det forventes at blive en fremtidig global kommunikation netværk. nyt system.
Ifølge den ideelle struktur udføres alle signalbehandlingsopgaver for softwareradiostationen fra RF til basebånd i fuld digital form, så den er fuldstændig programmerbar, og dens struktur er også rekonfigurerbar og reproducerbar. Men fordi der ikke er nogen A/D-konverter, der kan anvendes på radiofrekvensbåndet, er et andet emne, der undersøges nu, den digitale RF-frontend af softwareradiostationen, som er nøglen til digitaliseringen af hele frekvensen band.
Eksisterende digitale signalbehandlingsenheder (DSP'er) er blevet brugt i vid udstrækning til signalbehandling i dele såsom IF, basebånd eller terminal, hvilket har bragt radioudstyrs tekniske ydeevne til et nyt og moderne niveau, men dets RF front-end er stadig smalbåndet . For softwareradiostationen skal A/D-konverteren i sin RF-frontende være i stand til at håndtere hele kommunikationsfrekvensbåndet, generelt fra 2MHz til 3GHz. Derudover er de typiske karakteristika for mobilkommunikationssignaler fading og afskærmning, og der kan være stærk blokering og interferens. Som et resultat heraf er det dynamiske område af mobilkommunikationssignaler, der vises ved den modtagende RF-ende, så højt som 100dB eller mere. Hvis man overvejer forskellige standarder for mobilkommunikationssignaler, vil dets dynamiske rækkevidde være større. For et system med en båndbredde på 10MHz er samplingsfrekvensen større end 25MHz, hvilket kræver 2500MIPS computerbehandlingskapacitet, hvilket er langt fra at opfylde kravene til signalmiljøet, der skal behandles af RF-frontenden. Selv med A/D-konvertere, der er i stand til at opfylde kravene til båndbredde og dynamisk rækkevidde, kan deres strømkrav stadig hindre brugen af mobile terminaler. Den softwareradiostation, der er udviklet på nuværende tidspunkt, kan ikke vedtage den ideelle struktur for fuld frekvensbåndsdigitalisering, men vedtager den praktiske struktur med delvis frekvensbåndsdigitalisering af Rf frontend.
For at opsummere indeholder softwareradio to betydninger: den ene er radiofrekvensfronten (RF), og den anden er digital signalbehandling; dets kernekomponenter er bredbånds A/D/A-konvertere og højhastigheds-DSP-chips. Den største fordel ved softwareradio er, at den kan udføre forskellige signalbehandlingsopgaver på hardwareplatformen ved at definere forskellige arbejdsparametre og omorganisere kanalstrukturen i henhold til det trådløse bånd og kanaladgangsmetoden. Derfor kan en dedikeret digital frontend for hver arbejdsstandard designes på en fælles hardwareplatform, eller fællesskabet mellem forskellige arbejdsstandarder kan udnyttes. Førstnævnte design opnår ikke kun den største grad af frihed, men minimerer også antallet af brugte porte, mens sidstnævnte design kræver udvikling af dedikerede algoritmer til digitale front-end-funktioner, men kan implementeres med ASIC'er, hvilket giver os mulighed for at drage fordel af konceptet softwareradio.
Generelt, selvom softwareradioer oprindeligt blev udviklet til militær kortbølgekommunikation over horisonten, tilbyder de også fremragende fleksibilitet, fordi de tilbyder et højt niveau af troskab, som ikke findes i analoge modtagere. Med en lille ændring kan den tilpasse sig og opfylde kravene fra forskellige brugere, og dens omkostninger er meget lave. Sammen med den hurtige udvikling af digital signalbehandlingsteknologi er den i stigende grad blevet brugt inden for civil kommunikation, især inden for mobilkommunikation. Anvendelsen i systemet er mere omfattende.
