Као нова технологија у области бежичне комуникације, софтверски радио (СДР) привлачи све више пажње како изнутра тако и споља. У области комуникација, то је нови радио комуникациони систем после аналогне технологије до дигиталне технологије, фиксне комуникације до мобилне комуникације. Са развојем комуникационе технологије, опрема компатибилна са различитим типовима стандарда све више показује своју потражњу. У поређењу са традиционалним радио системима, софтверски радио системи имају низ предности као што су општа структура, функције засноване на софтверу и интероперабилност. .
Ⅰ. Настанак и развој софтверског радија
Разлог за појаву софтверског радија везан је за Заливски рат. У то време, мултинационалне снаге предвођене Сједињеним Државама користиле су разноврсну комуникациону опрему различитих стандарда, што је изазивало потешкоће у међусобној комуникацији. Након тога, у мају 1992. Јео Митола је први пут предложио концепт „софтверског радија” на Америчкој конференцији о комуникационим системима. Основна идеја је да се сви тактички радио уређаји заснивају на истој хардверској платформи, да се инсталира различит софтвер за формирање различитих типова радија и да се комплетирају функције различите природе. Дакле, има софтверско програмирање. Овај концепт је брзо привукао пажњу земаља широм света, јер војне комуникације сада имају веће захтеве за поузданост, интероперабилност, флексибилност, заштиту од ометања, преживљавање, поверљивост и безбедност радио комуникационих система. Америчка војска и Хазцлтине развили су софтверску радио станицу под називом "спеакеаси" (лако за разговор), која реализује вишепојасну и мултифункционалну радио платформу коју обично користи америчка војска. Више од 4 различита таласна облика модулације. Овај радио се може назвати "ручним рачунаром" са антеном која може да преноси глас и податке. Комуникационе услуге укључују глас, податке и видео слике.
Тренутно се софтверском радију посвећује све више пажње у цивилном пољу. Главни разлог је тај што су технички стандарди садашњег комуникационог система различити, а различити технички стандарди и одговарајући системи тешко су међусобно компатибилни, а тешко је то реализовати са обједињеним уређајем. А систем мобилне комуникације треће генерације и даље има стандардну битку, ако се користи софтверски радио за прилагођавање различитим стандардима, то је изводљив начин. С друге стране, развој комуникационе технологије је веома брз, стари систем се континуирано унапређује, а нови систем брзо настаје. Људима је потребан метод надоградње система који је економичнији од потпуног елиминисања старе опреме, а програмибилност софтверског радија је боља. прилагођени овој потреби.
Ⅱ. архитектура софтвера радија
Радио фреквенцијски део, конверзија навише/наниже, филтрирање и обрада основног опсега традиционалног аналогног радио система прихватају аналогни режим, а комуникациони систем одређеног фреквентног опсега и одређеног модулационог режима одговара посебној тврдој структури; док нискофреквентни део дигиталног радио система усваја дигитална кола (на пример, локални осцилатор користи синтетизатор дигиталне фреквенције, кодирање и декодирање извора, а модулацију и демодулацију довршава наменски чип), али његова радио фреквенција и међуфреквенција делови су и даље неодвојиви од аналогних кола. У поређењу са традиционалним радио системом, А/Д/А конверзија софтверског радио система се помера на средњу фреквенцију, а што је могуће ближе крају радио фреквенције, узоркује се цео опсег фреквенције система, односно дигитални обрада се врши са међуфреквенције (или чак са радио фреквенције), што је истакнута карактеристика софтверског радија. Дигитални радио користи наменска дигитална кола за постизање једне комуникацијске функције без програмирања. Софтверски радио замењује наменско дигитално коло са програмабилним ДСП уређајем, што чини структуру и функцију хардвера система релативно независним. На овај начин, на основу релативно уобичајене хардверске платформе, кроз софтвер се могу реализовати различите комуникационе функције, а могу се програмирати и контролисати радна фреквенција, пропусни опсег система, модулациони режим, изворни код итд., а флексибилност система је знатно побољшана. .
Хардверска платформа софтверског радија усваја модуларни дизајн, који мора бити комуникациона платформа отворености, скалабилности и компатибилности, и направљена је у облику магистрале са модуларним стандардом. На основу ове релативно уобичајене хардверске платформе, имплементирамо различите комуникационе функције учитавањем различитог софтвера (картица се може заменити по потреби). Хардверска платформа софтверског радија је много захтевнија од рачунара, потребан јој је фронт-енд широкопојасне радио фреквенције, широкопојасни А/Д/А конвертер, брзи ДСП уређаји и тако даље. Да би се извршила А/Д/А конверзија велике брзине и дигитална обрада сигнала, софтверски радио системи морају да раде паралелно са више ЦПУ-а. Поред тога, да би се подаци за дигиталну обраду сигнала размењивали великом брзином, системска магистрала мора имати веома високу Т/О брзину преноса. Међу тренутним системским магистралама које испуњавају захтеве, ВМЕ магистрала има најзрелију технологију, најбољу свестраност и најобимнију подршку. ВМЕ обезбеђује паралелну обраду са више ЦПУ-а, подржава независну 32-битну магистралу података и адресну магистралу, а брзина достиже 40Мб/с (или чак 320Мб/с), што у основи испуњава захтеве софтверског радија и представља преферирани метод магистрале за софтверски радио. Треће, кључна технологија софтверског радија
1. Мулти-банд довн-цонверсион и широкопојасни РФ
За антену софтверског радио система, треба да има вишепојасни антену и програмабилну функцију конверзије радио фреквенције. На основу задовољавања појачања антене, физичке величине и цене, требало би да има радни пропусни опсег од 2МХз-3МХз. У радиотехници није неопходно покрити цео фреквентни опсег, већ само треба покрити неколико прозора различитих фреквентних опсега. Због тога се може користити комбинована вишепојасна антена. Спеееаси америчке војске је решење које користи више сетова РФ антена. За широкопојасни РФ, подешавање, контрола енергије и конфигурација претпојачала са ниским нивоом шума (ЛНА) је такође кључна технологија, а компјутерски подржан дизајн (ЦАД) се може користити за оптимизацију дизајна система.
2. Широкопојасни А/Д део.
Кључ за одређивање перформанси широкопојасне аналогно-дигиталне конверзије је узорковање и број битова. Брзина узорковања је одређена пропусним опсегом сигнала, док број битова квантизације захтева одређени динамички опсег и ДСП прецизност. Пошто постојећи АДЦ са једним чипом не може да испуни ова два захтева, више АДЦ се може користити паралелно.
3. Паралелни ДСП део велике брзине.
У операцији дигиталне обраде система, најтеже је конверзија навише, филтрирање и подузорковање. Паралелни ДСП велике брзине укључује дигиталну обраду основног опсега, модулацију и демодулацију, обраду битова и функције декодирања. За ФМ и системе са проширеним спектром, овај део би такође требало да има функције спуштања и депоскока. Да би се постигао овај део функције, неопходно је користити паралелни ДСП велике брзине за формирање вишепроцесорског паралелног рачунарског система, укључујући више позива са вишеструким приступом, ширу програмску магистралу и магистралу података, једну инструкцију више података, вишеструке инструкције више података . Структура и употреба структуре супер-инструкција, итд., овај део се може реализовати помоћу наменског дигиталног интегрисаног чипа АСИЦ (на пример, ДДЦ чип ХС П50016 Харрис Цорпоратион из Сједињених Држава).
4. Напуштање опште структуре руте отворености и скалабилности.
У традиционалној структури система углавном се користи цевовод, који се одликује тиме што је свака функционална јединица повезана струјним колом. Ако се функција одређеног дела додаје, брише или мења, мора се прилагодити одговарајући функционални модул. Дакле, ова структура није отворена. У циљу остваривања међусобног повезивања различитих функционалних целина у систему, формира се отворена и проширива хардверска платформа, која истовремено има високу брзину протока података. Софтверски радио систем мора усвојити нову структуру интерконекције, коју карактерише релативно једноставна имплементација и може директно применити различите стандарде магистрале (као што су ВМЕ, магистрала, ПЦИ магистрала, итд.). , структура интерконекције заснована на магистрали.
5. Софтверски протоколи и стандарди.
Од средине до касних 1990-их, стране земље проучавају како да имплементирају софтвер плуг анд плаи (Плуг & Плаи) и на основу тога су предлагале. ЈАВА/ЦОРБА софтверски протоколи и стандарди. Идеја заснована на "софтверској магистрали" је да се успостави стандардно заснована, отворена и лака за коришћење архитектура. Такозвана „софтверска магистрала“ је слична „хардверској магистрали“ која се често каже. Апликациони модул је направљен у магистралу према стандарду, а комбиновани рад се може реализовати убацивањем магистрале, чиме се подржава дистрибуирано рачунарско окружење. Ова идеја дизајна је у складу са поновном употребом софтвера у софтверским системима.
6. Потрошња енергије, запремина и цена система.
Ово је кључ комерцијализације софтверског радија, а његово решење у великој мери зависи од развоја хардверске технологије. Четврто, развој и перспектива софтверског радија
Од 1990-их, са брзим развојем различитих бежичних комуникационих система, разликама у стандардима радио комуникације и напретком технологије дигиталне обраде сигнала, софтверска радио технологија привлачи све већу пажњу, а очекује се да ће постати будућа глобална комуникација. мреже. нови систем.
Према идеалној структури, сви задаци обраде сигнала софтверске радио станице од РФ до основног опсега се изводе у пуном дигиталном облику, тако да је потпуно програмабилна, а њена структура је такође реконфигурабилна и репродуцибилна. Међутим, пошто не постоји А/Д претварач који се може применити на радио фреквенцијски опсег, друга тема која се сада истражује је дигитални РФ предњи крај софтверске радио станице, који је кључ за дигитализацију целе фреквенције. трака.
Постојећи уређаји за дигиталну обраду сигнала (ДСП) су нашироко коришћени за обраду сигнала у деловима као што су ИФ, основни опсег или терминал, што је довело до техничких перформанси радио опреме на нови и модеран ниво, али је његов РФ фронт-енд и даље ускопојасни. . За софтверску радио станицу, А/Д конвертор у свом РФ предњем крају мора бити у стању да обради цео фреквентни опсег комуникације, углавном од 2МХз до 3ГХз. Поред тога, типичне карактеристике сигнала мобилне комуникације су бледење и заштита, а може доћи до јаког блокирања и сметњи. Као резултат тога, динамички опсег сигнала мобилне комуникације који се појављују на пријемном РФ крају је чак 100 дБ или више. Ако узмемо у обзир различите стандарде сигнала мобилне комуникације, његов динамички опсег ће бити већи. За систем са пропусним опсегом од 10МХз, фреквенција узорковања је већа од 25МХз, што захтева 2500МИПС способности рачунарске обраде, што је далеко од испуњавања захтева за окружење сигнала које треба да обради РФ фронт-енд. Чак и са А/Д претварачима који могу да испуне захтеве пропусног опсега и динамичког опсега, њихови захтеви за напајањем и даље могу да ометају употребу мобилних терминала. Софтверска радио станица развијена у садашњој фази не може усвојити идеалну структуру дигитализације пуног фреквентног опсега, али усваја практичну структуру делимичне дигитализације фреквентног опсега Рф фронт енд-а.
Укратко, софтверски радио садржи два значења: једно је радио фреквенција (РФ) фронт енд, а друго је дигитална обрада сигнала; његове основне компоненте су широкопојасни А/Д/А претварачи и ДСП чипови велике брзине. Највећа предност софтверског радија је у томе што може да заврши различите задатке обраде сигнала на хардверској платформи дефинисањем различитих радних параметара и реорганизацијом структуре канала у складу са бежичним опсегом и методом приступа каналу. Стога, наменски дигитални предњи крај за сваки радни стандард може бити дизајниран на заједничкој хардверској платформи или се може користити заједништво различитих радних стандарда. Први дизајн не само да постиже највећи степен слободе, већ и минимизира број коришћених капија, док други дизајн захтева развој наменских алгоритама за дигиталне фронт-енд функције, али се може имплементирати са АСИЦ-овима, што нам омогућава да искористимо предности концепта софтверског радија.
Уопштено говорећи, иако су софтверски радио уређаји првобитно развијени за војне краткоталасне комуникације изнад хоризонта, јер нуде висок ниво верности какав се не може наћи у аналогним пријемницима, они такође нуде одличну флексибилност. Уз малу модификацију, може се прилагодити и задовољити захтеве различитих корисника, а његова цена је веома ниска. Заједно са брзим развојем технологије дигиталне обраде сигнала, све више се користи у области цивилних комуникација, посебно у мобилној комуникацији. Примена у систему је обимнија.
