Kaip nauja technologija belaidžio ryšio srityje, programinis radijas (SDR) sulaukia vis daugiau dėmesio tiek viduje, tiek išorėje. Ryšio srityje tai nauja radijo ryšio sistema po analoginių technologijų iki skaitmeninių technologijų, fiksuoto ryšio iki mobiliojo ryšio. Tobulėjant ryšių technologijoms, su įvairiais standartiniais tipais suderinama įranga vis labiau rodė savo poreikį. Palyginti su tradicinėmis radijo sistemomis, programinės įrangos radijo sistemos turi daug privalumų, tokių kaip bendra struktūra, programine įranga pagrįstos funkcijos ir sąveikumas. .
Ⅰ. Programinės įrangos radijo kilmė ir plėtra
Programinės įrangos radijo atsiradimo priežastis yra susijusi su Persijos įlankos karu. Tuo metu JAV vadovaujamos daugianacionalinės pajėgos naudojo įvairią skirtingo standarto ryšio įrangą, dėl kurios kilo sunkumų bendraujant tarpusavyje. Po to, 1992 m. gegužę, Jeo Mitola pirmą kartą pasiūlė „programinės įrangos radijo“ koncepciją Amerikos ryšių sistemų konferencijoje. Pagrindinė idėja yra sukurti visus taktinius radijo imtuvus, pagrįstus ta pačia aparatinės įrangos platforma, įdiegti skirtingą programinę įrangą, kad būtų suformuoti skirtingų tipų radijo imtuvai, ir atlikti skirtingo pobūdžio funkcijas. Taigi jis turi programinę įrangą. Ši koncepcija greitai patraukė pasaulio šalių dėmesį, nes dabar kariniams ryšiams keliami aukštesni radijo ryšio sistemų patikimumo, sąveikumo, lankstumo, apsaugos nuo trukdžių, išgyvenamumo, konfidencialumo ir saugumo reikalavimai. JAV kariuomenė ir Hazcltine sukūrė programinę radijo stotį, pavadintą „speakeasy“ (lengva kalbėti), kuri realizuoja kelių dažnių juostą ir daugiafunkcę radijo platformą, kurią dažniausiai naudoja JAV kariuomenė. Daugiau nei 4 skirtingos moduliacijos bangos formos. Šį radiją galima pavadinti „delniniu kompiuteriu“ su antena, galinčia perduoti balsą ir duomenis. Ryšio paslaugos apima balso, duomenų ir vaizdo vaizdus.
Šiuo metu programinės įrangos radijas skiriamas vis daugiau dėmesio civilinėje srityje. Pagrindinė priežastis yra ta, kad esamos ryšių sistemos techniniai standartai yra įvairūs, o įvairūs techniniai standartai ir atitinkamos sistemos yra sunkiai suderinamos tarpusavyje, o tai sunku realizuoti su vieningu įrenginiu. Ir trečios kartos mobiliojo ryšio sistema vis dar turi standartinę kovą, jei programinis radijas naudojamas prisitaikyti prie skirtingų standartų, tai yra įmanomas būdas. Kita vertus, komunikacijos technologijų plėtra yra labai sparti, senoji sistema nuolat tobulinama, o naujoji sparčiai atsiranda. Žmonėms reikalingas sistemos atnaujinimo būdas, kuris būtų ekonomiškesnis nei visiškai panaikinti seną įrangą, o programinės įrangos radijo programuojamumas būtų geresnis. pritaikytas šiam poreikiui.
Ⅱ. programinės įrangos radijo architektūra
Tradicinės analoginės radijo sistemos radijo dažnio dalis, aukštyn / žemyn konvertavimas, filtravimas ir bazinės juostos apdorojimas priima analoginį režimą, o tam tikros dažnių juostos ir tam tikro moduliavimo režimo ryšio sistema atitinka specialią kietą struktūrą; o žemo dažnio skaitmeninės radijo sistemos dalis naudoja skaitmenines grandines (pavyzdžiui, vietinis generatorius naudoja skaitmeninį dažnių sintezatorių, šaltinio kodavimą ir dekodavimą, o moduliavimą ir demoduliavimą užbaigia tam skirta mikroschema), tačiau jo radijo dažnis ir tarpinis dažnis dalys vis dar neatsiejamos nuo analoginių grandinių. Palyginti su tradicine radijo sistema, programinės radijo sistemos A/D/A konvertavimas perkeliamas į tarpinį dažnį, o kuo arčiau radijo dažnio galo atrenkama visa sistemos dažnių juosta, ty skaitmeninė. apdorojimas atliekamas iš tarpinio dažnio (ar net radijo dažnio), o tai yra svarbi programinės įrangos radijo savybė. Skaitmeninis radijas naudoja tam skirtas skaitmenines grandines, kad pasiektų vieną ryšio funkciją be programavimo. Programinės įrangos radijas pakeičia tam skirtą skaitmeninę grandinę programuojamu DSP įrenginiu, todėl sistemos aparatinės įrangos struktūra ir funkcijos yra gana nepriklausomos. Tokiu būdu, remiantis gana įprasta aparatinės įrangos platforma, per programinę įrangą galima realizuoti įvairias ryšio funkcijas, programuoti ir valdyti veikimo dažnį, sistemos pralaidumą, moduliavimo režimą, šaltinio kodą ir kt., o sistemos lankstumas labai padidėja. .
Programinės įrangos radijo aparatinės įrangos platforma yra modulinė, kuri turi būti atvira, mastelio keitimo ir suderinamumo komunikacijos platforma, kuri yra sukurta kaip magistralė su moduliniu standartu. Remiantis šia gana paplitusia aparatūros platforma, mes įgyvendiname skirtingas komunikacijos funkcijas, įkeldami skirtingą programinę įrangą (prireikus kortelę galima pakeisti). Programinės įrangos radijo aparatinė platforma yra daug reiklesnė nei asmeninio kompiuterio, jai reikia plačiajuosčio radijo dažnio front-end, plačiajuosčio A/D/A keitiklio, didelės spartos DSP įrenginių ir pan. Norint atlikti didelės spartos A/D/A konvertavimą ir skaitmeninių signalų apdorojimą, programinės radijo sistemos turi veikti lygiagrečiai su keliais procesoriais. Be to, kad skaitmeninio signalo apdorojimo duomenys būtų keičiami dideliu greičiu, sistemos magistralė turi turėti labai aukštą T/O perdavimo spartą. Tarp dabartinių reikalavimus atitinkančių sisteminių magistralių VME magistralė turi brandžiausią technologiją, geriausią universalumą ir didžiausią palaikymą. VME teikia kelių procesorių lygiagretų apdorojimą, palaiko nepriklausomą 32-bitų duomenų magistralę ir adresų magistralę, o sparta siekia 40 Mb/s (ar net 320 Mb/s), o tai iš esmės atitinka programinės įrangos radijo reikalavimus ir yra pageidaujamas magistralės metodas. programinės įrangos radijui. Trečia, pagrindinė programinės įrangos radijo technologija
1. Daugiajuostis žemyn konvertavimas ir plačiajuostis RF
Programinės įrangos radijo sistemos antena turėtų turėti kelių juostų anteną ir programuojamą radijo dažnio keitimo funkciją. Atsižvelgiant į antenos stiprinimą, fizinį dydį ir kainą, jos darbinis pralaidumas turėtų būti 2MHz-3MHz. Radijo inžinerijoje nebūtina aprėpti visos dažnių juostos, o reikia tik kelis skirtingų dažnių juostų langus. Todėl galima naudoti kombinuotą kelių juostų anteną. JAV kariuomenės Speakeasy yra sprendimas, kuriame naudojami keli RF antenų rinkiniai. Plačiajuosčio RF atveju derinimas, energijos valdymas ir mažo triukšmo išankstinio stiprintuvo (LNA) konfigūracija taip pat yra pagrindinė technologija, o kompiuterinis projektavimas (CAD) gali būti naudojamas optimizuoti sistemos dizainą.
2. Plačiajuostis A/D dalis.
Norint nustatyti plačiajuosčio analoginio į skaitmeninį konvertavimą, svarbiausia yra atranka ir bitų skaičius. Atrankos dažnį lemia signalo pralaidumas, o kvantavimo bitų skaičiui reikalingas tam tikras dinaminis diapazonas ir DSP tikslumas. Kadangi esamas vieno lusto ADC negali atitikti šių dviejų reikalavimų, lygiagrečiai gali būti naudojami keli ADC.
3. Didelės spartos lygiagreti DSP dalis.
Sistemos skaitmeninio apdorojimo operacijoje sunkiausia yra konversija į viršų, filtravimas ir dalinis atranka. Didelės spartos lygiagretusis DSP apima skaitmeninį bazinės juostos apdorojimą, moduliavimą ir demoduliavimą, bitų srauto apdorojimą ir dekodavimo funkcijas. FM ir išplitusio spektro sistemoms ši dalis taip pat turėtų turėti sklaidos išskleidimo ir iškrovimo funkcijas. Norint pasiekti šią funkcijos dalį, būtina naudoti didelės spartos lygiagrečią DSP, kad būtų suformuota kelių procesorių lygiagrečios skaičiavimo sistema, apimanti daugiau kelių prieigos iškvietimų, platesnę programos magistralę ir duomenų magistralę, vienos komandos kelis duomenis, kelių komandų kelis duomenis. . Struktūra ir naudojimas super-instrukcijų struktūra ir tt, ši dalis gali būti įgyvendinta naudojant tam skirtą skaitmeninio integrinio grandyno lustą ASIC (pavyzdžiui, JAV Harris Corporation DDC lustą HS P50016).
4. Išeinant iš bendros maršruto struktūros atvirumo ir mastelio.
Tradicinėje sistemos struktūroje dažniausiai naudojamas dujotiekis, kuris pasižymi tuo, kad kiekvienas funkcinis blokas yra sujungtas grandine. Jei tam tikros dalies funkciją reikia pridėti, ištrinti ar modifikuoti, reikia sureguliuoti atitinkamą funkcinį modulį. Todėl ši struktūra Neatvira. Siekiant realizuoti įvairių sistemos funkcinių mazgų tarpusavio ryšį, formuojama atvira ir išplečiama techninė platforma, kartu pasižyminti dideliu duomenų pralaidumu. Programinė radijo sistema turi priimti naują sujungimo struktūrą, kuri pasižymi gana paprastu įgyvendinimu ir gali tiesiogiai taikyti įvairius magistralės standartus (pvz., VME, magistralę, PCI magistralę ir kt.). , magistralės sujungimo struktūra.
5. Programinės įrangos protokolai ir standartai.
Nuo 1990-ųjų vidurio iki pabaigos užsienio šalys tyrinėjo, kaip įdiegti programinę įrangą „plug and play“ („Plug & Play“), remdamosi tuo. JAVA/CORBA programinės įrangos protokolai ir standartai. „Programinės įrangos magistralės“ idėja yra sukurti standartinę, atvirą ir lengvai naudojamą architektūrą. Vadinamoji „programinės įrangos magistralė“ yra panaši į dažnai sakomą „aparatinės įrangos magistralę“. Programos modulis yra pagamintas į magistralę pagal standartą, o kombinuotas veiksmas gali būti įgyvendintas įterpiant magistralę, taip palaikant paskirstytą skaičiavimo aplinką. Ši dizaino idėja atitinka programinės įrangos pakartotinį panaudojimą programinės įrangos sistemose.
6. Sistemos energijos suvartojimas, tūris ir kaina.
Tai yra raktas į programinės įrangos radijo komercializavimą, o jo sprendimas labai priklauso nuo aparatinės įrangos technologijų plėtros. Ketvirta, programinės įrangos radijo kūrimas ir perspektyva
Nuo 1990-ųjų, sparčiai tobulėjant įvairioms belaidžio ryšio sistemoms, keičiantis radijo ryšio standartams ir tobulėjant skaitmeninių signalų apdorojimo technologijoms, programinė radijo technologija sulaukė vis daugiau dėmesio ir tikimasi, kad ateityje ji taps pasauline komunikacija. tinklą. nauja sistema.
Pagal idealią struktūrą visos programinės radijo stoties signalų apdorojimo užduotys nuo RF iki bazinės juostos yra atliekamos visiškai skaitmenine forma, todėl ji yra visiškai programuojama, o jos struktūra taip pat yra perkonfigūruojama ir atkuriama. Tačiau kadangi nėra A/D keitiklio, kurį būtų galima pritaikyti radijo dažnių juostai, kita dabar tiriama tema yra programinės įrangos radijo stoties skaitmeninė RF priekinė dalis, kuri yra raktas į viso dažnio skaitmeninimą. juosta.
Esami skaitmeninių signalų apdorojimo įrenginiai (DSP) buvo plačiai naudojami signalų apdorojimui tokiose dalyse kaip IF, bazinė juosta arba terminalas, todėl radijo įrangos techninės charakteristikos pakyla į naują ir šiuolaikišką lygį, tačiau jų RF priekinė dalis vis dar yra siaurajuostė. . Programinės įrangos radijo stoties A/D keitiklis jos RF priekinėje dalyje turi sugebėti valdyti visą ryšio dažnių juostą, paprastai nuo 2MHz iki 3GHz. Be to, būdingos mobiliojo ryšio signalų savybės yra blukimas ir ekranavimas, gali būti stiprus blokavimas ir trukdžiai. Dėl to dinaminis mobiliojo ryšio signalų diapazonas, atsirandantis priimančiojoje RF pusėje, siekia 100 dB ar daugiau. Jei atsižvelgsime į skirtingus mobiliojo ryšio signalų standartus, jo dinaminis diapazonas bus didesnis. Sistemoje, kurios dažnių juostos plotis yra 10MHz, diskretizavimo dažnis yra didesnis nei 25MHz, todėl reikia 2500MIPS skaičiavimo pajėgumų, o tai toli gražu neatitinka signalo aplinkos reikalavimų, kuriuos turi apdoroti RF priekinė dalis. Net naudojant A/D keitiklius, galinčius atitikti pralaidumo ir dinaminio diapazono reikalavimus, jų galios reikalavimai vis tiek gali trukdyti naudoti mobiliuosius terminalus. Šiuo metu sukurta programinė radijo stotis negali pritaikyti idealios visos dažnių juostos skaitmeninimo struktūros, tačiau priima praktinę Rf priekinės dalies dalinio dažnių juostos skaitmeninimo struktūrą.
Apibendrinant, programinės įrangos radijas turi dvi reikšmes: viena yra radijo dažnio (RF) priekinė dalis, o kita - skaitmeninio signalo apdorojimas; pagrindiniai jo komponentai yra plačiajuosčio ryšio A/D/A keitikliai ir didelės spartos DSP lustai. Didžiausias programinės įrangos radijo privalumas yra tai, kad jis gali atlikti įvairias signalų apdorojimo užduotis aparatinėje platformoje, apibrėžiant įvairius darbo parametrus ir pertvarkant kanalo struktūrą pagal belaidžio ryšio dažnių juostą ir kanalo prieigos būdą. Todėl kiekvienam darbo standartui skirta skaitmeninė priekinė dalis gali būti sukurta bendroje aparatinės įrangos platformoje arba gali būti panaudotas skirtingų darbo standartų bendrumas. Pirmuoju dizainu ne tik pasiekiamas didžiausias laisvės laipsnis, bet ir sumažinamas naudojamų vartų skaičius, o antroji konstrukcija reikalauja sukurti specialius algoritmus skaitmeninėms priekinėms funkcijoms, tačiau gali būti įgyvendinama naudojant ASIC, leidžiančius mums pasinaudoti programinės įrangos radijo koncepciją.
Apskritai, nors programinės įrangos radijo imtuvai iš pradžių buvo sukurti kariniam trumpųjų bangų ryšiui už horizonto, nes jie pasižymi aukštu tikslumo lygiu, kurio nėra analoginiuose imtuvuose, jie taip pat siūlo puikų lankstumą. Šiek tiek pakeitus, jis gali prisitaikyti prie skirtingų vartotojų reikalavimų, o jo kaina yra labai maža. Kartu su sparčiai besivystančia skaitmeninių signalų apdorojimo technologija, ji vis dažniau naudojama civilinio ryšio srityje, ypač mobiliojo ryšio srityje. Taikymas sistemoje yra platesnis.
