软件无线电是近几年来提出的一种实现无线通信的新思路,可以说是无线通信产业继模拟到数字通信、从固定到移动通信这两次革命之后的第三次革命,也可称为是从硬件无线通信到软件无线通信的革命。他主要是针对现在无线通信领域存在的一些问题,如:通信体系并存、各种标准竞争激烈、频率资源紧张等,特别是随着无线个人通信系统的发展,使得以硬件为主的无线通信体制难以适应这种局面。在这种情况下,软件无线电的概念应运而生,并在1992年5月的美国国家远程系统会议上,由mitre公司的joe mitola首次提出。软件无线电的基本思想是以硬件作为其通用的基本平台,把尽可能多的无线及个人通信的功能用软件来实现,从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来,其产值也在软件上体现出来。近几年,软件无线电技术在军用和民用通信中都得到了迅速的发展,其潜在的经济价值和社会价值得到了许多国家和机构的一致认可。
1 软件无线电的体系结构
软件无线电不是简单地将硬件功能用软件实现,他是一种基于宽带a/d器件,高速dsp芯,以软件为核心(software oriented)的全新体系结构,与基于asic,fpga以及其他基于软件的数字系统相比有其独特的优点,即整体的可编程性,依靠这种性能他能够在单一的结构中多模工作和自适应地工作。开放式的系统结构是软件无线电的另一个重要特点,他可灵活地配置系统,系统功能的改变或通过软件做适应调整,或增减具有开放互连结构(总线接口)的功能模块,不需重新设计系统,特别是硬件系统。
软件无线电的原理框图如图1所示,他是传统的流水线式结构。
由图1可知,其主要部分有:
(1)宽带、射频模段; (2)高速、高分辨率、高质量的a/d/a变换; (3)高速中频处理部分; (4)基带处理部分。
2 软件无线电实现中的技术课题
实现软件无线电要解决的课题,主要有如下几点:
2.1 设备构成技术 多处理器结构和传输路径决定系统的性能,多处理器的分散处理适于根据各种处理器的特性进行功能分配,比如由mpu(微处理单元)进行数据处理和控制,用dsp进行实时的数字信号处理。要找到一个具有大运算能力的单片和单板目前还很困难,但可以采用高速总线,比如vem总线连接mpu和dsp的结构,可是对于要求在微秒单位内处理收发信号的高速 数据通信方式,这样的总线结构已成为瓶颈。
软件无线电的最终目的是要在高频中进行a/d变换,目前虽然可以在a/d变换器的输人宽带所能允许的高频中(数百兆赫兹)直接对带通信道进行a/d变换,但会产生折叠噪声重叠,sn比下降的问题。作为频率变换方式,直接变频方式是一种有望实现多频段工作的方式,但dc偏移和2次失真的问题也仍未解决。
2.2 方式技术
解决方式技术的课题,首先要解决硬件与软件的体系结构,api(应用程序接口)及软件加载(无线加载)的标准化问题。sdr(software defined radio)论坛正在讨论的一种体系结构,如图2所示,我们可以清楚地看出对各模块间分层后的信息流接口和控制与状态接口。api的优点是,功能不同的两模块之间可以通过api通信了解对方功能,称之为性能交换(capability exchange)。在软件加载方面,已提出了分别用wap和mexe(mobile station application execution environment)等方法。
随着移动环境中的电子商务和电子付款业务的普及,技术的安全性显得越来越重要,但密码的加密深度与运算量是相互矛盾的,利用软件无线技术实现可塑性的密码方式是人们所希望的。
2.3 器件技术
微处理技术是软件无线电实现的核心,人们希望通过多处理器的单片化来实现高速链路和并行处理。fpga器件在工作速度、处理性能、灵活性、以及功耗方面都显示出他的独特优点。因此,能够大量缩短重配置时间的、可以动态书写的fpga以及pca(可塑性小区结构:plastic cell architecture)那种新的再组合(reconfiguration)器件的实现被人们寄予了厚望。
要达到多频段工作目的的模拟器件,对于天线、滤波器以及高频放大电路来说,有3种方法:采用宽带器件;将多个窄带器件交替使用;使用特性可变的窄带器件。但是,具体采用什么样的构成方式是今后要研究的问题。
由于受到接受功率动态范围的影响,当基站要成批处理带宽在数十兆赫兹的数据时,须有采样率和分辨率较高的a/d变换器
软件无线电是近几年来提出的一种实现无线通信的新思路,可以说是无线通信产业继模拟到数字通信、从固定到移动通信这两次革命之后的第三次革命,也可称为是从硬件无线通信到软件无线通信的革命。他主要是针对现在无线通信领域存在的一些问题,如:通信体系并存、各种标准竞争激烈、频率资源紧张等,特别是随着无线个人通信系统的发展,使得以硬件为主的无线通信体制难以适应这种局面。在这种情况下,软件无线电的概念应运而生,并在1992年5月的美国国家远程系统会议上,由mitre公司的joe mitola首次提出。软件无线电的基本思想是以硬件作为其通用的基本平台,把尽可能多的无线及个人通信的功能用软件来实现,从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来,其产值也在软件上体现出来。近几年,软件无线电技术在军用和民用通信中都得到了迅速的发展,其潜在的经济价值和社会价值得到了许多国家和机构的一致认可。
1 软件无线电的体系结构
软件无线电不是简单地将硬件功能用软件实现,他是一种基于宽带a/d器件,高速dsp芯,以软件为核心(software oriented)的全新体系结构,与基于asic,fpga以及其他基于软件的数字系统相比有其独特的优点,即整体的可编程性,依靠这种性能他能够在单一的结构中多模工作和自适应地工作。开放式的系统结构是软件无线电的另一个重要特点,他可灵活地配置系统,系统功能的改变或通过软件做适应调整,或增减具有开放互连结构(总线接口)的功能模块,不需重新设计系统,特别是硬件系统。
软件无线电的原理框图如图1所示,他是传统的流水线式结构。
由图1可知,其主要部分有:
(1)宽带、射频模段; (2)高速、高分辨率、高质量的a/d/a变换; (3)高速中频处理部分; (4)基带处理部分。
2 软件无线电实现中的技术课题
实现软件无线电要解决的课题,主要有如下几点:
2.1 设备构成技术 多处理器结构和传输路径决定系统的性能,多处理器的分散处理适于根据各种处理器的特性进行功能分配,比如由mpu(微处理单元)进行数据处理和控制,用dsp进行实时的数字信号处理。要找到一个具有大运算能力的单片和单板目前还很困难,但可以采用高速总线,比如vem总线连接mpu和dsp的结构,可是对于要求在微秒单位内处理收发信号的高速 数据通信方式,这样的总线结构已成为瓶颈。
软件无线电的最终目的是要在高频中进行a/d变换,目前虽然可以在a/d变换器的输人宽带所能允许的高频中(数百兆赫兹)直接对带通信道进行a/d变换,但会产生折叠噪声重叠,sn比下降的问题。作为频率变换方式,直接变频方式是一种有望实现多频段工作的方式,但dc偏移和2次失真的问题也仍未解决。
2.2 方式技术
解决方式技术的课题,首先要解决硬件与软件的体系结构,api(应用程序接口)及软件加载(无线加载)的标准化问题。sdr(software defined radio)论坛正在讨论的一种体系结构,如图2所示,我们可以清楚地看出对各模块间分层后的信息流接口和控制与状态接口。api的优点是,功能不同的两模块之间可以通过api通信了解对方功能,称之为性能交换(capability exchange)。在软件加载方面,已提出了分别用wap和mexe(mobile station application execution environment)等方法。
随着移动环境中的电子商务和电子付款业务的普及,技术的安全性显得越来越重要,但密码的加密深度与运算量是相互矛盾的,利用软件无线技术实现可塑性的密码方式是人们所希望的。
2.3 器件技术
微处理技术是软件无线电实现的核心,人们希望通过多处理器的单片化来实现高速链路和并行处理。fpga器件在工作速度、处理性能、灵活性、以及功耗方面都显示出他的独特优点。因此,能够大量缩短重配置时间的、可以动态书写的fpga以及pca(可塑性小区结构:plastic cell architecture)那种新的再组合(reconfiguration)器件的实现被人们寄予了厚望。
要达到多频段工作目的的模拟器件,对于天线、滤波器以及高频放大电路来说,有3种方法:采用宽带器件;将多个窄带器件交替使用;使用特性可变的窄带器件。但是,具体采用什么样的构成方式是今后要研究的问题。
由于受到接受功率动态范围的影响,当基站要成批处理带宽在数十兆赫兹的数据时,须有采样率和分辨率较高的a/d变换器
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