软件无线电的开放式软件通信体系结构

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摘要：介绍了软件无线电系统的开放式软件通信体系结构，提出在可重新配置的硬件平台上建主一种分布式处理环境，运行不同供应商提供的软件组件以支持各种服务，从而达到系统软件的可移植性、重用性和伸缩性。

    关键词：软件无线电 软件通信结构 CORBA IDL 域描述体

伴随蜂窝无线个人通信系统服务的快速发展，产生了很多无线通信标准，如GSM、IS95、IS54/136、PDC等。这些空中接口对不同的应用和服务都有各自约定的波段、调制解调机制、编解码方式、复合接人技术和协议。可以预见，在不久的将来，无线电通信系统必将把各种无线接入网集成到一个通用系统结构中，通过一个硬件平台实现多种标准和服务。二十世纪90年代初开始，无线电的服务正从长期依赖的硬导线连接向软件无线电演进。

1 基本思想

软件无线电SDR(Software Defined Radio)为以软件方式实现各种空中接口，提供灵活的无线通信方式以便于实现灵活的传输机制、协议和应用。图1所示为多模式(多个性)的SDR系统的功能模块及标准接口点约定，其中无线电节点指基站或移动终端。多模式技术要求可在一个以上的信道RF频带上接人，在图1中为信道集。

图1

    一个软件定义的个性包括RF频带、信道集、空中接口波形及相关功能。RF／信道接人模块提供多个信号通道及跨越多个RF频段的RF频率变换。IF处理模块包括滤波、进一步频率变换、空／时分集处理、波束成形及相关功能。多模式无线电产生多个空中接口波形，波形在调制解调器模块确定。信息安全(INFOSEC)功能在无线应用中越来越重要，该模块主要实现传输安全、身份认证及保护隐私等功能。调制解调器输出的编码信道比特流在INFOSEC被称为黑色(密文)比特流，经由INFOSEC变换为红色(明文)比特流。然后通过协议栈加以处理，产生网络比特或源比特。网络比特依从网络协议通过网络接口接人到远程源；源比特则通过源解码器接到本地源。图1中发展支持部分的功能是支持软件目标的下载及新技术插入[1]。

SDR的基本宗旨是利用数字信号处理技术代替现在主要的模拟信号处理。通过智能天线、宽带RF器件、宽带模数转换器(ADC)及数模转换器(DAC)，利用通用可编程处理器实现IF、基带及比特流处理。因为用可重新编程的软件代替了硬件模拟电路，通过动态分配射频、中频、ADC、DPS硬件和算法，并将软件对象分配到硬件组件中，使得软件无线电可以在线改变自己的特性。支持软件无线电可重新配置的技术有：

(1)可通过重载微程序进行重新配置的可编程门阵列(FPGA)；

(2)可通过重载代码在指令存储区进行重新配置的通用处理器。

图2

    这些软硬相关的微程序和代码的仓库运行在系统某处的通用处理器，它包含带有文件系统访问FPGA和处理器的操作系统。这个通用处理器通常也包含与外部信号处理子系统进行通信的接口，例如用户接口或者临近的监控站。

2 SDR的软件通信体系结构

军用联合策略无线电系统(JTRS)定义的软件通信体系结构SCA (Software Communication Architecture)规范经历了Steps 2A和Steps2B两期的修正改进。当前版本Version 2．2是2001年11月30日在JTRS网站上发布的，被软件无线电论坛(SDR Forum)作为SDR的标准。

SCA不是一个实现方面的结构，而是要建立一种为JTPS软件无线电开发而与实现无关的框架。SCA规范包括一篇阐述软件通信体系结构的主要文档和相关附录文档。附录文档有JTRS定义的应用环境描述体(AEP)以及域描述体(Domain Profile)，描述体包含协议信息。SCA规范的附录文档还包括波形配置的应用程序接口(API)、服务定义API、安全性说明、Rational UML文档，以及配置管理文档。

2．1 系统结构

图2为SDR系统软件结构和模块接口示意图，其中CORBA ORB & Services模块和Operating System模块使用现有商用产品。该软件结构的特点是：最大程度地利用了商用产品和协议；通过开放式分层结构将核心应用程序和非核心应用程序从底层硬件独立出来；通过通用对象请求代理结构(CORBA)提供了一种分布式处理环境，从而达到软件应用程序的可移植性、重用性和伸缩性。按比特流分段，系统分为黑色总线(密文传输)、信息安全(INFOSEC)和红色总线(明文传输)三个子段。这些子段在物理上是相互隔开的，从而保证黑／红之间的隔离和INFOSEC的完整性。参照OSI的七层模型，系统主要实现物理层、MAC层和部分逻辑链路层的任务，然后通过I／O模块与外界进行数据交互。

系统由操作环境(Operating Environment)、应用程序、逻辑设备和通用软件规则构成。OE包括核心框架(CF)、中间件(如CORBA的对象请求代理ORB)和操作系统，其中ORB必须支持minimumCORBA(最小CORBA)规范。CORBA的扩展服务，如命名服务、日志服务、事件服务和标准事件等也作为中间件的一部分。

2．2 核心框架IDL与应用程序接口(APl)

核心框架CF(Core Framework)由一组开放式软件接口和描述体构成，定义了嵌入式通信系统中的应用程序组件的配置信息、管理机制及相互通信方式。CF接口通过IDL进行定义，分为下面几类：

(1)基本应用程序接口，包括端口(Port)、生命周期、属性集、资源工厂和资源等；

(2)框架控制接口，包括应用程序、应用程序工厂、域管理器；设备和设备管理器；

(3)框架服务接口，包括文件、文件系统、文件管理器。
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