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软件无线电是什么?

发布时间:2021-01-28 点击数:25

  大家对软件无线电这个词应该还是处于陌生状态吧,不要紧,看了接下来这篇文章相信大家都会对这个词会有一定的了解。

  软件无线电技术,顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于:传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台,而许多的通信功能则是由软件来实现,打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信,摸拟通信到数字通信之后第三次革命。

  软件无线电结构

  1、软件无线电基本体系结构

  理想的软件无线电是多频段、多模式、开放式体系结构,其无线功能通过加载软件来实现,从而提供多种无 线电通信业务。软件无线电的基本平台包括:天线、多频段射频(RF)转换器、宽带A/D(D/A)转换器和DSP处理器等。

  软件无线电将A/D和D/A向RF靠近,由基带移到中频甚至到射频,用可编程能力强的DSP或FPGA器件代替专用的数字电路,进行A/D后的一系列处理,使系统硬件结构与功能相对独立,这样就可以基于一个相对通用的硬件平台,通过软件实现不同的通信功能,并可对工作频率、系统频宽、调制方式、信源编码加以编程控制,系统灵活性大大增强。功能强大的软件开发工具可以根据通信技术的最新发展和需求,修改各工作模块以实现系统升级。

  2、短波软件无线电的结构

  短波软件无线电主要有三种实现结构:射频全频段数字化采样、中频数字化采样结构、虚拟无线电结构。

  (1)射频全频段数字化采样

  依据器件水平,短波软件无线电的射频全频段数字化采样尚不能实现。按照Nyquist采样定理对短波频段采样速率至少需要70Msp/s,短波频段通信对ADC的动态范围要求为120dB~130dB,A/D是每bit提供6dB动态范围。这样对短波全频段采样需要130/6≈22bits,ADC达不到此要求。

  (2)中频数字化采样结构

  如图所示,中频采样是将射频信号预处理后,模拟变频到中频进行A/D采样,采样后的数据被送入DSP,在 DSP中进行数字下变频和数字解调处理。这种结构的软件无线电与中频数字化接收机的结构是类似的,均采用了多次混频体制。但是软件无线电的中频带宽较宽,且一次混频后的变频均在DSP中实现,所有调制解调等功能均由软件来实现,比普通超外差中频数字化接收机更灵活,功能更强。尽管和理想的软件无线电有一定差距,这已是短波软件无线电的最佳选择。

  (3)虚拟无线电结构

  虚拟无线电是软件无线电的一个新的发展趋势。虚拟无线电利用工作站(或者高速PC机)的强大计算能力取代DSP来完成所有数字信号处理。有代表性的是美国麻省理工学院的计算机科学实验室开发的 SpectrumWare系统.

  虚拟无线电以A/D变换为划分界线,整个系统分为子卡和工作站两个部分。子卡部分用于获得射频信号的采样数据,将射频信号模拟下变频到中频,然后对中频信号进行采样。采样后的数据流经过工作站上的GuPPI(通用PCII/O)接口被送入内存缓存区。为了满足实时数据处理的要求,这里采用DMA(直接存储接入)技术,数据流直接送入内存缓存区,无需经过设备驱动程序和操作系统功能的处理。然后,工作站中的软件无线电应用模块对内存中的采样数据流进行处理,完成软件无线电技术中DSP所能完成的功能。

  基于PC机的虚拟无线电结构具有以下几个特点:

  (1)更好的灵活性。工作站的容量和开发环境均优于专用DSP芯片,容易实现新协议和信号处理新算法以及性能的改进提高。

  (2)升级快捷。用户可以很方便地通过更新软件来增强现有设备功能。

  (3)易与其他应用结合。虚拟无线电的研究将无线和其他应用的界限模糊化了,提高了功能性和端到端的有效性。

  平台

  随着无线通信的发展,出现了多种模式的通信体制,为了满足互通性的问题,软件无线电的思想被提出 来。软件无线电,其中心思想是:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将通信的各种功能通过软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。由于软件无线电可以通过增加软件模块来增加新的功能,而且硬件也可以随着器件的发展而不断地升级,所以这一概念一经提出就受到了广泛的关注。 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing,正交频分复用)是一种具有多种优点的传输系统,已经有很多应用,而且随着第四代(4G)无线通信系统的研究进入实质性阶段,OFDM极有可能成为4G中的传输方案。

  1、系统结构设计

  受器件的限制,软件无线电都采用中频采样的结构,这样做既兼顾了软件无线电的思想,又能在器件水平下搭建实际可应用的系统。随着无线通信系统的发展都在朝着高速率、可移动性方向发展,因此本平台的设计也必然要适应宽带无线通信系统的要求。

  2、平台结构

  平台主要针对系统物理层中的中频和基带处理单元而设计。系统的结构如图所示。平台由一个DSP 、两片FPGA、上变频芯片DUC、下变频芯片DDC等构成。

 

  根据信号处理模块和各芯片数据处理的特点,将各通信模块分配到不同的器件中来完成DSP的主频很高,而且内部资源丰富,支持高级语言的编程,适合于串行的算法,用来完成协议和基带处理;FPGA配置灵活多变,虽然主频不太高,但是鉴于其并行处理能力突出,用于完成时钟分配、芯片设置、接口转换等。

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