Sebagai teknologi baharu dalam bidang komunikasi tanpa wayar, perisian radio (SDR) semakin menarik perhatian di dalam mahupun di luar. Dalam bidang komunikasi, ia adalah sistem komunikasi radio baharu selepas teknologi analog kepada teknologi digital, komunikasi tetap kepada komunikasi mudah alih. Dengan perkembangan teknologi komunikasi, peralatan yang serasi dengan pelbagai jenis standard semakin menunjukkan permintaannya. Berbanding dengan sistem radio tradisional, sistem radio perisian mempunyai beberapa kelebihan seperti struktur umum, fungsi berasaskan perisian dan kebolehoperasian. .
Ⅰ. Asal dan perkembangan radio perisian
Sebab kemunculan radio perisian adalah berkaitan dengan Perang Teluk. Pada masa itu, pasukan multinasional yang diketuai oleh Amerika Syarikat menggunakan pelbagai peralatan komunikasi dengan standard yang berbeza, yang menyebabkan kesukaran untuk berkomunikasi antara satu sama lain. Selepas itu, pada Mei 1992, Jeo Mitola mula-mula mencadangkan konsep "radio perisian" di Persidangan Sistem Komunikasi Amerika. Idea asas adalah untuk membuat semua radio taktikal berdasarkan platform perkakasan yang sama, memasang perisian yang berbeza untuk membentuk jenis radio yang berbeza, dan melengkapkan fungsi yang berbeza sifat. Jadi ia mempunyai kebolehprograman perisian. Konsep ini dengan cepat menarik perhatian negara di seluruh dunia, kerana komunikasi ketenteraan kini mempunyai keperluan yang lebih tinggi untuk kebolehpercayaan, kesalingoperasian, fleksibiliti, anti-jamming, kebolehmandirian, kerahsiaan dan keselamatan sistem komunikasi radio. Tentera AS dan Hazcltine telah membangunkan stesen radio perisian yang dipanggil "speakeasy" (mudah bercakap), yang merealisasikan platform radio berbilang jalur dan pelbagai fungsi yang biasa digunakan oleh tentera AS. Lebih daripada 4 bentuk gelombang modulasi yang berbeza. Radio ini boleh dipanggil "komputer pegang tangan" dengan antena yang boleh menghantar suara dan data. Perkhidmatan komunikasi termasuk suara, data dan imej video.
Pada masa ini, radio perisian telah diberi perhatian lebih dan lebih dalam bidang awam. Sebab utama ialah piawaian teknikal sistem komunikasi semasa adalah pelbagai, dan pelbagai piawaian teknikal dan sistem yang sepadan sukar untuk serasi antara satu sama lain, dan sukar untuk merealisasikannya dengan peranti bersatu. Dan sistem komunikasi mudah alih generasi ketiga masih mempunyai pertempuran standard, jika radio perisian digunakan untuk menyesuaikan diri dengan piawaian yang berbeza, ia adalah cara yang boleh dilaksanakan. Sebaliknya, perkembangan teknologi komunikasi sangat pesat, sistem lama terus diperbaiki, dan sistem baru muncul dengan pesat. Orang ramai memerlukan kaedah peningkatan sistem yang lebih menjimatkan daripada menghapuskan sepenuhnya peralatan lama, dan kebolehprograman radio perisian adalah lebih baik. disesuaikan dengan keperluan ini.
Ⅱ. seni bina radio perisian
Bahagian frekuensi radio, penukaran atas/bawah, penapisan dan pemprosesan jalur asas sistem radio analog tradisional semuanya menggunakan mod analog, dan sistem komunikasi jalur frekuensi tertentu dan mod modulasi tertentu sepadan dengan struktur keras khas; manakala bahagian frekuensi rendah sistem radio digital menggunakan litar digital (Sebagai contoh, pengayun tempatan menggunakan pensintesis frekuensi digital, pengekodan sumber dan penyahkodan, dan modulasi dan penyahmodulasi dilengkapkan oleh cip khusus), tetapi frekuensi radio dan frekuensi perantaraannya bahagian masih tidak boleh dipisahkan daripada litar analog. Berbanding dengan sistem radio tradisional, penukaran A/D/A sistem radio perisian dipindahkan ke frekuensi pertengahan, dan sedekat mungkin dengan hujung frekuensi radio, keseluruhan jalur frekuensi sistem diambil sampel, iaitu, digital. pemprosesan dilakukan daripada frekuensi pertengahan (atau bahkan frekuensi radio), yang merupakan ciri yang menonjol bagi radio perisian. Radio digital menggunakan litar digital khusus untuk mencapai satu fungsi komunikasi tanpa kebolehprograman. Radio perisian menggantikan litar digital khusus dengan peranti DSP boleh atur cara, yang menjadikan struktur dan fungsi perkakasan sistem agak bebas. Dengan cara ini, berdasarkan platform perkakasan yang agak biasa, fungsi komunikasi yang berbeza boleh direalisasikan melalui perisian, dan kekerapan operasi, lebar jalur sistem, mod modulasi, kod sumber, dll. boleh diprogramkan dan dikawal, dan fleksibiliti sistem sangat dipertingkatkan. .
Platform perkakasan radio perisian menggunakan reka bentuk modular, yang mestilah platform komunikasi dengan keterbukaan, kebolehskalaan dan keserasian, dan dibuat dalam bentuk bas dengan standard modular. Berdasarkan platform perkakasan yang agak biasa ini, kami melaksanakan fungsi komunikasi yang berbeza dengan memuatkan perisian yang berbeza (kad boleh diganti apabila diperlukan). Platform perkakasan radio perisian jauh lebih menuntut daripada PC, ia memerlukan bahagian hadapan frekuensi radio jalur lebar, penukar A/D/A jalur lebar, peranti DSP berkelajuan tinggi dan sebagainya. Untuk melakukan penukaran A/D/A berkelajuan tinggi dan pemprosesan isyarat digital, sistem radio perisian mesti berfungsi selari dengan berbilang CPU. Di samping itu, untuk menukar data pemprosesan isyarat digital pada kelajuan tinggi, bas sistem mesti mempunyai kadar penghantaran T/O yang sangat tinggi. Antara bas sistem semasa yang memenuhi keperluan, bas VME mempunyai teknologi yang paling matang, serba boleh terbaik dan sokongan yang paling meluas. VME menyediakan berbilang pemprosesan selari CPU, menyokong 32-bas data bit bebas dan bas alamat, dan kadarnya mencapai 40Mb/s (atau bahkan 320Mb/s), yang pada asasnya memenuhi keperluan radio perisian dan merupakan kaedah bas pilihan untuk radio perisian. Tiga, teknologi utama radio perisian
1. Penukaran ke bawah berbilang jalur dan RF jalur lebar
Untuk antena sistem radio perisian, ia harus mempunyai antena berbilang jalur dan fungsi penukaran frekuensi radio boleh atur cara. Atas dasar untuk memuaskan keuntungan antena, saiz fizikal dan harga, ia sepatutnya mempunyai lebar jalur yang berfungsi sebanyak 2MHz-3MHz. Dalam kejuruteraan radio, tidak perlu menutup jalur frekuensi penuh, tetapi hanya perlu menutup beberapa tingkap jalur frekuensi yang berbeza. Oleh itu, gabungan antena berbilang jalur boleh digunakan. Speakeasy tentera AS ialah penyelesaian yang menggunakan berbilang set antena RF. Untuk RF jalur lebar, penalaan, kawalan tenaga dan konfigurasi prapenguat hingar rendah (LNA) juga merupakan teknologi utama, dan reka bentuk bantuan komputer (CAD) boleh digunakan untuk mengoptimumkan reka bentuk sistem.
2. Bahagian A/D jalur lebar.
Kunci untuk menentukan prestasi penukaran analog-ke-digital jalur lebar ialah pensampelan dan bilangan bit. Kadar pensampelan ditentukan oleh lebar jalur isyarat, manakala bilangan bit pengkuantitian memerlukan julat dinamik tertentu dan ketepatan DSP. Oleh kerana ADC cip tunggal yang sedia ada tidak dapat memenuhi kedua-dua keperluan ini, berbilang ADC boleh digunakan secara selari.
3. Bahagian DSP selari berkelajuan tinggi.
Dalam operasi pemprosesan digital sistem, yang paling sukar ialah penukaran atas, penapisan dan pensampelan kecil. DSP selari berkelajuan tinggi termasuk pemprosesan jalur asas digital, modulasi dan demodulasi, pemprosesan aliran bit dan fungsi penyahkodan. Untuk sistem spektrum FM dan penyebaran, bahagian ini juga harus mempunyai fungsi penyebar dan nyahhopping. Untuk mencapai bahagian fungsi ini, perlu menggunakan DSP selari berkelajuan tinggi untuk membentuk sistem pengkomputeran selari berbilang pemproses, termasuk lebih banyak panggilan akses berbilang, bas program dan bas data yang lebih luas, data berbilang arahan tunggal, berbilang data arahan. . Struktur dan penggunaan struktur super-arahan, dsb., bahagian ini boleh direalisasikan oleh cip litar bersepadu digital khusus ASIC (contohnya, cip DDC HS P50016 dari Harris Corporation dari Amerika Syarikat).
4. Meninggalkan struktur laluan umum keterbukaan dan kebolehskalaan.
Dalam struktur sistem tradisional, saluran paip biasanya digunakan, yang dicirikan bahawa setiap unit berfungsi disambungkan oleh litar. Jika fungsi bahagian tertentu ingin ditambah, dipadam atau diubah suai, modul fungsi yang sepadan mesti dilaraskan. Oleh itu, struktur ini Tidak terbuka. Untuk merealisasikan kesalinghubungan pelbagai unit berfungsi dalam sistem, platform perkakasan terbuka dan boleh diperluas dibentuk, dan pada masa yang sama, ia mempunyai kadar pemprosesan data yang tinggi. Sistem radio perisian mesti menggunakan struktur interkoneksi baharu, yang dicirikan oleh pelaksanaan yang agak mudah dan boleh terus menggunakan pelbagai piawaian bas (seperti VME, bas, bas PCI, dll.). , struktur antara sambungan berasaskan bas.
5. Protokol dan piawaian perisian.
Sejak pertengahan hingga akhir 1990-an, negara asing telah mengkaji cara melaksanakan palam dan main perisian (Plug & Play), dan telah mencadangkan berdasarkannya. Protokol dan piawaian perisian JAVA/CORBA. Idea berdasarkan "bas perisian" adalah untuk mewujudkan seni bina berasaskan standard, terbuka dan mudah digunakan. Apa yang dipanggil "bas perisian" adalah serupa dengan "bas perkakasan" yang sering disebut. Modul aplikasi dibuat menjadi bas mengikut standard, dan operasi gabungan boleh direalisasikan dengan memasukkan bas, dengan itu menyokong persekitaran pengkomputeran teragih. Idea reka bentuk ini konsisten dengan kebolehgunaan semula perisian dalam sistem perisian.
6. Penggunaan kuasa, volum dan kos sistem.
Ini adalah kunci kepada pengkomersilan radio perisian, dan penyelesaiannya sebahagian besarnya bergantung pada pembangunan teknologi perkakasan. Keempat, pembangunan dan prospek radio perisian
Sejak tahun 1990-an, dengan perkembangan pesat pelbagai sistem komunikasi tanpa wayar, perbezaan dalam piawaian komunikasi radio, dan kemajuan teknologi pemprosesan isyarat digital, teknologi radio perisian telah menarik lebih banyak perhatian, dan ia dijangka menjadi komunikasi global masa hadapan. rangkaian. sistem baru.
Mengikut struktur yang ideal, semua tugas pemprosesan isyarat stesen radio perisian dari RF ke jalur asas dijalankan dalam bentuk digital penuh, jadi ia boleh diprogramkan sepenuhnya, dan strukturnya juga boleh dikonfigurasikan semula dan boleh dihasilkan semula. Walau bagaimanapun, kerana tiada penukar A/D yang boleh digunakan pada jalur frekuensi radio, topik lain yang sedang dikaji sekarang ialah hujung hadapan RF digital stesen radio perisian, yang merupakan kunci kepada pendigitalan keseluruhan frekuensi pancaragam.
Peranti pemprosesan isyarat digital (DSP) sedia ada telah digunakan secara meluas untuk pemprosesan isyarat di bahagian seperti IF, jalur asas atau terminal, yang telah membawa prestasi teknikal peralatan radio ke tahap yang baharu dan moden, tetapi bahagian hadapan RFnya masih jalur sempit. . Untuk stesen radio perisian, penukar A/D di hujung hadapan RFnya mesti boleh mengendalikan keseluruhan jalur frekuensi komunikasi, secara amnya dari 2MHz hingga 3GHz. Selain itu, ciri tipikal isyarat komunikasi mudah alih semakin pudar dan terlindung, dan mungkin terdapat sekatan dan gangguan yang kuat. Akibatnya, julat dinamik isyarat komunikasi mudah alih yang muncul pada hujung RF penerima adalah setinggi 100dB atau lebih. Jika mempertimbangkan piawaian isyarat komunikasi mudah alih yang berbeza, julat dinamiknya akan lebih besar. Untuk sistem dengan lebar jalur 10MHz, kekerapan pensampelan adalah lebih besar daripada 25MHz, yang memerlukan 2500MIPS keupayaan pemprosesan pengkomputeran, yang jauh daripada memenuhi keperluan persekitaran isyarat untuk diproses oleh bahagian hadapan RF. Walaupun dengan penukar A/D yang mampu memenuhi keperluan lebar jalur dan julat dinamik, keperluan kuasa mereka masih boleh menghalang penggunaan terminal mudah alih. Stesen radio perisian yang dibangunkan pada peringkat sekarang tidak boleh menggunakan struktur ideal pendigitalan jalur frekuensi penuh, tetapi menggunakan struktur praktikal pendigitalan jalur frekuensi separa hujung hadapan Rf.
Ringkasnya, radio perisian mengandungi dua makna: satu ialah hujung hadapan frekuensi radio (RF), dan satu lagi ialah pemprosesan isyarat digital; komponen terasnya ialah penukar A/D/A jalur lebar dan cip DSP berkelajuan tinggi. Kelebihan terbesar radio perisian ialah ia boleh menyelesaikan pelbagai tugas pemprosesan isyarat pada platform perkakasan dengan mentakrifkan pelbagai parameter kerja dan menyusun semula struktur saluran mengikut jalur wayarles dan kaedah akses saluran. Oleh itu, hujung hadapan digital khusus untuk setiap standard kerja boleh direka bentuk pada platform perkakasan biasa, atau kesamaan standard kerja yang berbeza boleh digunakan. Reka bentuk bekas bukan sahaja mencapai tahap kebebasan yang paling besar, tetapi juga meminimumkan bilangan gerbang yang digunakan, manakala reka bentuk yang terakhir memerlukan pembangunan algoritma khusus untuk fungsi front-end digital, tetapi boleh dilaksanakan dengan ASIC, membolehkan kami Mengambil kesempatan konsep radio perisian.
Secara amnya, walaupun radio perisian pada asalnya dibangunkan untuk komunikasi gelombang pendek ketenteraan di atas ufuk, kerana ia menawarkan tahap kesetiaan yang tinggi yang tidak terdapat dalam penerima analog, ia juga menawarkan fleksibiliti yang sangat baik. Dengan sedikit pengubahsuaian, ia boleh menyesuaikan diri dan memenuhi keperluan pengguna yang berbeza, dan kosnya sangat rendah. Ditambah dengan perkembangan pesat teknologi pemprosesan isyarat digital, ia telah semakin digunakan dalam bidang komunikasi awam terutamanya dalam komunikasi mudah alih. Aplikasi dalam sistem adalah lebih meluas.
