（通信與信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)論文）新一代無(wú)線通信統(tǒng)一平臺(tái)的軟件可重構(gòu)研究.pdf

重慶人學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要 摘要 傳統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要圍繞硬件來(lái)展開(kāi) 其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和制造也只 是針對(duì)專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn) 這樣的殲發(fā)模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)今通信系統(tǒng)的要求 并嚴(yán)重 地阻礙了無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展 新一代無(wú)線通信系統(tǒng) 應(yīng)該具備通用的硬件平臺(tái) 能夠兼容多種通信體制 具有軟件可重構(gòu)的能力 能靈活地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 動(dòng)態(tài) 構(gòu)建不同的通信系統(tǒng) 以實(shí)現(xiàn)不同通信體制之問(wèn)的無(wú)縫切換 為了解決上述問(wèn)題 軟件通信結(jié)構(gòu) s c a 應(yīng)運(yùn)而生 s c a s o 腳a r e c o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e 是美軍為開(kāi)發(fā)未來(lái)的戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信系統(tǒng)而發(fā)布的 它 作為軟件無(wú)線電 s d r 的一種實(shí)現(xiàn)方式 為無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了詳 細(xì)的規(guī)范 建立了獨(dú)立于設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架 為了保證軟件和硬件的可移植性和可 配置性 s c a 詳細(xì)定義了無(wú)線電系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 軟件結(jié)構(gòu) 安全結(jié)構(gòu)以及公共 服務(wù)和配置 基于s c a 的無(wú)線通信技術(shù)研究 旨在擺脫傳統(tǒng)的面向用途的設(shè)計(jì)思 想 通過(guò)一種高度模塊化的通用信號(hào)處理平臺(tái) 把各種通信裝備提供的業(yè)務(wù)從基 于硬件特性的方式中解放出來(lái) 通過(guò)裝載不同的軟件來(lái)動(dòng)態(tài)配置系統(tǒng)的功能 實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的通用化 模塊化和軟件的可移植性 從而滿(mǎn)足新一代無(wú)線通信 統(tǒng)一平臺(tái)的需要 本文描述了s c a 的一些基本的核心規(guī)則 得出了自己對(duì)s c a 的理解 結(jié)合 統(tǒng)一平臺(tái) 對(duì)通信體制識(shí)別 核心框架實(shí)現(xiàn) c o r b a c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e 的應(yīng)用 波形組件的開(kāi)發(fā)以及軟件的構(gòu)建等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較 為詳細(xì)的闡述 在研究過(guò)程中 嚴(yán)格遵循s c a 規(guī)范 采用嵌入式處理模塊與通用 p c 相結(jié)合的架構(gòu) 運(yùn)用面向?qū)ο蟮乃枷雽?duì)平臺(tái)軟件的重構(gòu)性進(jìn)行研究 通過(guò) w i n p c a p 開(kāi)源庫(kù) 實(shí)現(xiàn)了p c 與嵌入式處理模塊之間的高速數(shù)據(jù)通信 在p c 環(huán)境 下 通過(guò)v i s u a lc 成功實(shí)現(xiàn)了新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的接收端和發(fā)射端在g s m w c d m a 和w i m a x 等多種通信體制環(huán)境下的軟件重構(gòu) 最后 給出了研究過(guò)程 中所涉及到的部分程序代碼 關(guān)鍵宇 新一代無(wú)線通信 統(tǒng)一平臺(tái) 軟件通信結(jié)構(gòu) 軟件可重構(gòu) 重慶人學(xué)碩士學(xué)位論文英文摘要 a b s t r a c t t h ef o c u so fd e s i g n i n gc o n v e n t i o n a lw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi st h e h a r d w a r e a n dt h em a n u f a c t u r ea n dd e v e l o p m e n to ft h ep r o d u c t sa r ei na c c o r d a n c e w i t h s p e c i a l i z e ds t a n d a r d t h i sk i n d o fd e v e l o p m e n tm o d ec a nn o tm e e tt h e r e q u i r e m e n t so fc o m m u n i c a t i o ns y s t e mn o w a d a y s m o r e o v e r i th i n d e r st h ef u r t h e r d e v e l o p m e n t o fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u es e v e r e l y t h e w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e mo fn e x tg e n e r a t i o ni ss u p p o s e dt op o s s e s su n i f i e dh a r d w a r e p l a t f o r m b ec o m p a t i b l e w i t hd i f f e r e n tc o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d s b es o f t w a r e r e c o n f i g u r a b l e a n db ea d a p t i v et ot h en e t w o r ke n v i r o n m e n tb yc o n s t r u c t i n gd i f f e r e n t s y s t e m sd y n a m i c a l l yt oi m p l e m e n ts e a m l e s sh a n d o v c ra m o n gd i f f e r e n ts t a n d a r d s i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m sa b o v e s o f t w a r ec o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e s c a e m e r g e d s c ai sd e v e l o p e db yt h eu s a r m yi nt h ep u r p o s eo fd e v e l o p i n gf u t u r et a c t i c w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m a so n ew a yt or e a l i z es o f t w a r ed e f i n e dr a d i o s d r i t p r o v i d e sd e t a i l e ds p e c i f i c a t i o n s t ot h e d e s i g n a n dd e v e l o p m e n to fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e m a n de s t a b l i s h e st h ef r a m e w o r kw h i c hi si n d e p e n d e n to ft h e h a r d w a r e t oe n s u r et h et r a n s p l a n t a b l ea n dr e c o n f i g u r a b l ec a p a b i l i t y s c ad e f i n e st h e f r a m e w o r ko fh a r d w a r e s o f t w a r ea n ds e c u r i t yi nd e t a i l b a s e do nt h er e s e a r c ho fs c a i nt h eb a c k g r o u n do fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n i no r d e rt og e tr i do ft h ed e s i g ni d e a o r i e n t e df o ra p p l i c a t i o n w ec a nr e a l i z et h eg e n e r a l i z a t i o n m o d u l a r i z a t i o na n ds o f t w a r e t r a n s p l a n t a b l ec a p a b i l i t yo fh a r d w a r ep l a t f o r mb yt h eh i g h l ym o d u l a r i z e dc o m m o n s i g n a lp r o c e s s i n gp l a t f o r mt of r e et h es e r v i c e so fc o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n tf r o mt h e h a r d w a r ec h a r a c t e r i s t i ca n dl o a d i n gd i f f e r e n ts o f t w a r et oc o n f i g u r et o s y s t e m s d y n a m i c a l l y h e r e b ys a t i s f y i n g t h er e q u i r e m e n t so ft h en e wg e n e r a t i o nw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e m t h i sa r t i c l ed e s c r i b e dt h es c as o m eb a s i cc o r er u l e h a so b t a i n e di t s e l ft os c a t h eu n d e r s t a n d i n g t h eu n i o nu n i f i e dt h e p l a t f o r mt ot h ec o r r e s p o n d e n c es y s t e m r e c o g n i t i o n t h er e a l i z a t i o no ft h ec o r ef r a m e w o r k a p p l i c a t i o no fc o r b a c o m m o n o b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e t h ed e v e l o p m e n to fw a v e f o r mc o m p o n e n ta sw e l l a ss o f t w a r e sc o n s t r u c t i o na n ds oo n h a v ec a r d e d0 1 1am o r ed e t a i l e de l a b o r a t i o n i n t h er e s e a r c hp r o c e s s f o l l o w st h es c as t a n d a r ds t r i c t l y u s e sc o n s t r u c t i o nw h i c ht h e e m b e d d e dp r o c e s s i n gm o d u l ea n dg e n e r a lp cu n i f y u t i l i z e st h eo b j e c t o r i e n t e d t h o u g h tt oc o n d u c tt h er e s e a r c ht op l a t f o r ms o f t w a r e sr e s t r u c t u r i n g o p e n st h es o u r c e i l 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 英文摘要 s t o r e h o u s et h r o u g hw i n p c a p h a sr e a l i z e dp ca n db e t w e e nt h ee m b e d d e dp r o c e s s i n g m o d u l eh i g hs p e e dd a t ac o r r e s p o n d e n c e u n d e rt h ep ce n v i r o n m e n t t h r o u g hv i s u a l c h h a sr e a l i z e dt h en e wg e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sr e c e i v i n ge n d a n dt h et r a n s m i t t i n ge n di ng s m w c d m aa n dw i m a xa n ds oo nu n d e rm a n yk i n d s o fc o r r e s p o n d e n c es y s t e me n v i r o n m e n ts o t t w a r er e s t r u c t u r i n a n dg i v e sp a r to ft h e r e l e v a n tc o d e sd u r i n gt h er e s e a r c h k e yw o r d s n e wg e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t h eu n i f i e dp l a t f o r m s o f t w a r ec o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e s o f t w a r er e c o n f i g u r a t i o n i l l 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 席 人聲明所 呈交 的歪址 士 學(xué)位論文 一麴三叢盈掣旺蝎主也鼉咎糾埏牡醒喙我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究 工作及取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論 學(xué)位論文作者簽名 磅吟 導(dǎo)師簽名 簽字日期 簽字日期 洳7 石 4 z 7 6 j 學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū) 本人完全了解重慶大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 本人完全同意 中 國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程 以 下簡(jiǎn)稱(chēng) 章程 愿意將本人的一士學(xué)位論文 翹叢型耋鯔至隨聾幺墮勉避參緲枸芬哥呸 提交中國(guó)學(xué)術(shù)期刊 光盤(pán)版 電子雜志社 c n k i 在 中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù) 據(jù)庫(kù) 中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 以及 重慶大學(xué)博碩學(xué)位論文全文 數(shù)據(jù)庫(kù) 中全文發(fā)表 中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論 文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 可以以電子 網(wǎng)絡(luò)及其他數(shù)字媒體形式公開(kāi)出版 并同意編入c n l i 中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù) 在 中國(guó)博碩士學(xué)位論文評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù) 中使用和在互聯(lián) 網(wǎng)上傳播 同意按 章程 規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益和承擔(dān)相應(yīng)義務(wù) 本人授權(quán)重慶大 學(xué)可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文 可以公開(kāi)論文的全部或部分內(nèi) 容 作者簽名 紅 導(dǎo)師簽名 z 陽(yáng) 7 年 月弓日 備注 審核通過(guò)的涉密論文不得簽署 授權(quán)書(shū)矗 須填寫(xiě)以下內(nèi)容 該論文屬于涉密論文 其密級(jí)是 涉密期限至 年一月一日 說(shuō)明 本聲明及授權(quán)書(shū)蘭吻裝訂在提交的學(xué)位論文最后一頁(yè) 易 乙 重慶大學(xué)碩七學(xué)位論文1 緒論 1 緒論 1 1 課題的研究背景 1 1 1 問(wèn)題的提出 近年來(lái) 3 g 技術(shù)逐漸步入人們的生活 4 g 的一些標(biāo)準(zhǔn)的制定也正在如火如 荼地進(jìn)行 當(dāng)新技術(shù)給大家?guī)?lái)便捷的同時(shí) 我們也慢慢發(fā)現(xiàn)目前的無(wú)線通信系 統(tǒng)面臨著諸多困難 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要圍繞硬件來(lái)展開(kāi) 產(chǎn)品只是針對(duì)特定的標(biāo)準(zhǔn) 來(lái)開(kāi)發(fā)和制造 每出臺(tái)一種新標(biāo)準(zhǔn)都要重新制造新的專(zhuān)用芯片 多種通信體制不 兼容 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限 運(yùn)營(yíng)商初期投資過(guò)大 擴(kuò)展升級(jí)能力有限等 其結(jié)果 不僅限制了新技術(shù)和新業(yè)務(wù)的使用 而且給制造商 運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更大的投資風(fēng)險(xiǎn) 給用戶(hù)帶來(lái)諸多不便 同時(shí) 由于各國(guó)的經(jīng)濟(jì)利益 全球標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一又難以實(shí)現(xiàn) 標(biāo)準(zhǔn)的種類(lèi)在不斷增加 造成頻率分配與管理更為困難 需要的頻率資源增加 多頻多模手持機(jī)制造困難 成本增加 一般而言 傳統(tǒng)的通信設(shè)各僅能滿(mǎn)足單模式和窄頻段的通信需求 不同通信 系統(tǒng)之間很難實(shí)現(xiàn)信息交互 通常只能采用組合式無(wú)線電的方式來(lái)實(shí)現(xiàn) 通過(guò)激 活硬件的不同狀態(tài)來(lái)完成不同系統(tǒng)之間的切換 這種組合無(wú)線電的體系結(jié)構(gòu)需要 不斷的硬件擴(kuò)展才能支持更多的系統(tǒng) 結(jié)果導(dǎo)致系統(tǒng)尺寸的無(wú)限膨脹 另外 隨 著技術(shù)的發(fā)展 用戶(hù)不得不因?yàn)樵O(shè)備的 落后 而更換通信設(shè)備 這些問(wèn)題嚴(yán)重地 限制了用戶(hù)對(duì)通信業(yè)務(wù)的功能性需求 1 0 1 新一代無(wú)線通信系統(tǒng) 應(yīng)該能夠兼容多種通信體制 具有軟硬件可重構(gòu)的能 力 能靈活地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 通過(guò)軟件控制并調(diào)動(dòng)各個(gè)模塊組件 動(dòng)態(tài)構(gòu)建不同 的通信系統(tǒng) 達(dá)到無(wú)縫切換模式的目的 這種無(wú)線通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng) 的不同之處 在于它以軟件無(wú)線電技術(shù)為支撐 采用軟件定義系統(tǒng)功能的方式 勿須引入新的硬件 即可改變運(yùn)行特性或參數(shù) 如工作頻率范圍 調(diào)制類(lèi)型 信 道編碼方式 帶寬 最大發(fā)射或輸出功率和體制協(xié)議等 1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 0 0 3 年7 月 i e e ec o m m u n i c a t i o nm a g a z i n e 集中報(bào)導(dǎo)了歐洲走向4 g 的研發(fā) 情況 1 1 發(fā)現(xiàn)隨著社會(huì)的進(jìn)步和通信技術(shù)的發(fā)展 要求骨干網(wǎng)提供多種不同的接 入技術(shù) 使其能連接大量各種類(lèi)型的終端 以滿(mǎn)足人們的需求 在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 中 從微微網(wǎng)到蜂窩網(wǎng) 以及衛(wèi)星網(wǎng)等 每一種無(wú)線接入技術(shù)都能在基于公共的 i p 平臺(tái)上獨(dú)立地演進(jìn) 以支持端到端的口連接 面臨的挑戰(zhàn)是核心網(wǎng)如何根據(jù) 用戶(hù)的需求和市場(chǎng)的演進(jìn)方向提供各種無(wú)縫的無(wú)線接入技術(shù) 以及無(wú)線通信系統(tǒng) 如何靈活配置自己 達(dá)到對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應(yīng)要求 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論 為此 人們提出無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)該具有可重構(gòu)性 使得它成為一種靈活實(shí)現(xiàn) 各種無(wú)線接入方式的手段 能在各種不同的環(huán)境中達(dá)到持久最佳的連接 并可優(yōu) 化使用稀有的頻譜資源以及最有效的動(dòng)態(tài)頻譜分配 例如 研究認(rèn)為典型的b 3 g b e y o n d3g e n e r a t i o n 無(wú)線通信系統(tǒng)可同時(shí)采用一些不同的接入技術(shù) 蜂窩系 統(tǒng)技術(shù) 無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)以及廣播接入技術(shù) 對(duì)于跨越這些異種接入網(wǎng)絡(luò)的全m 的應(yīng)用 應(yīng)具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)連接層提供i p 連網(wǎng)技術(shù) 通常 這種無(wú)線通信系統(tǒng)與 傳統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)的不同之處 在于它采用軟件定義系統(tǒng)功能 提供易于應(yīng)用開(kāi) 發(fā)的環(huán)境 勿須引入新的硬件 即可改變運(yùn)行特性或參數(shù) 如工作頻率范圍 調(diào) 制類(lèi)型 帶寬 最大發(fā)射或輸出功率和體制協(xié)議 這使得一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)就能 通過(guò)可重構(gòu) 實(shí)現(xiàn)多種調(diào)制 編碼和接入?yún)f(xié)議下的業(yè)務(wù)功能 目前 國(guó)內(nèi)外電子信息領(lǐng)域?qū)芍貥?gòu)技術(shù)在電子器件和芯片的研究和應(yīng)用方 面已經(jīng)比較普遍 例如獲得較為廣泛研究的有 可重構(gòu)r f 2 1 可重構(gòu)f p g a 3 1 可重構(gòu)d s p 4 和 可重構(gòu)企業(yè)信息系統(tǒng) 6 等 這些研究主要針對(duì)的是進(jìn)行數(shù)字信 號(hào)處理的基本單元 通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部電路 達(dá)到賦予這些器件可重構(gòu)能力的 目的 如何采用這些具有可重構(gòu)能力的器件 構(gòu)作可重構(gòu)的電子信息系統(tǒng) 尤其 是針對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信系統(tǒng)可重構(gòu)的研究還不充分 文獻(xiàn) 6 提出了一種適于有線通信分布式系統(tǒng)的系統(tǒng)重構(gòu)算法 它根據(jù)出發(fā) 條件分別通過(guò)重新分配進(jìn)程來(lái)消除節(jié)點(diǎn)失效 或通過(guò)轉(zhuǎn)移進(jìn)程來(lái)均衡系統(tǒng)負(fù)載 每 隔一段較長(zhǎng)的時(shí)間給出統(tǒng)計(jì)總表 對(duì)系統(tǒng)硬件的更新?lián)Q代給出建議 保證了當(dāng)分布 式系統(tǒng)的某些部分失效時(shí) 整個(gè)系統(tǒng)能夠繼續(xù)正常運(yùn)行 同時(shí)還保證調(diào)整系統(tǒng)負(fù)載 使c p u 負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)通信量相對(duì)平衡 該文獻(xiàn)針對(duì)的是一個(gè)假定的有線通信的分布 式系統(tǒng) 討論在其上實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)性的算法 對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)具有一定的借鑒意義 文獻(xiàn) 7 針對(duì)寬帶無(wú)線接入和第三代無(wú)線通信系統(tǒng)的需求 提出了一種兼容 w l a n w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 和w c d m a w i d e b a n dc o d ed i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s 兩種無(wú)線通信系統(tǒng)的可重構(gòu)軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu) 分析了混合系統(tǒng)中 可以重用的功能模塊 如f f t 模塊 提出了一些解決混合系統(tǒng)的頻率偏移 相位 噪聲 直流偏移 v q 失衡和非線性等失配問(wèn)題的方法 并給出了這些方法的計(jì) 算機(jī)仿真驗(yàn)證結(jié)果 文獻(xiàn) 8 采用混合可編程框架結(jié)構(gòu) 提出并建立了一個(gè)承載i e e e8 0 2 1 l w l a n 和p h s p e r s o n a lh a n d yp h o n es y s t e m 兩種體制 支持體制間切換和空 中下載的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 該系統(tǒng)由c p u d s p f p g a 和輔助設(shè)備搭建而成 其m a c 層功能在c p u 上完成 p h y 層功能在d s p 上完成 高速數(shù)字信號(hào)處理在f p g a 上完成 采用了v x w o r k s 操作系統(tǒng) 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射機(jī)頻譜分析 相關(guān)檢測(cè) 分析和誤幀率分析 評(píng)估了其p h y 層性能 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行吞吐量和d s p 負(fù)載 2 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論 分析 評(píng)估了其m a c 層性能 驗(yàn)證了i e e e8 0 2 1 lw l a n 和p h s 在該系統(tǒng)上實(shí) 現(xiàn)的可行性 并發(fā)現(xiàn)專(zhuān)用可編程硬件芯片對(duì)于i e e e8 0 2 1 1w l a n 嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性 要求是必須的 文獻(xiàn) 9 采用一種新的六端口結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)設(shè)備構(gòu)作了軟件定義無(wú)線電試驗(yàn)接 收機(jī)平臺(tái) 該平臺(tái)可運(yùn)行在2 2 g h z 一 2 6 g h z 頻段 支持q p s k 和1 6 q a m 調(diào)制方 式 其射頻前端由低噪聲放大器 l n a 帶通濾波器 b p f 六端口連接器和 4 個(gè)功率檢測(cè)器構(gòu)成 從功率檢測(cè)器出來(lái)的信號(hào)通過(guò)一組帶通濾波器和基帶放大 器后 進(jìn)入d s p 部分完成基帶信號(hào)處理 如解調(diào)和解碼 基于六端口技術(shù)或多端 口解調(diào)器 完成了新的軟件定義無(wú)線電設(shè)計(jì) 直接解調(diào)架構(gòu) 可以將信號(hào)直接從 射頻下變頻到基帶進(jìn)行處理 使得接收機(jī)平臺(tái)可運(yùn)行在毫米波頻段和寬帶多模框 架內(nèi) 通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的仿真和原型電路的搭建 驗(yàn)證了將軟件定義無(wú)線電和六端口 設(shè)備結(jié)合起來(lái) 可以獲得靈活的系統(tǒng)配置 較少的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作量 潛在的系統(tǒng) 可重用性 從上述文獻(xiàn)所反映出的研究情況來(lái)看 將軟件無(wú)線電技術(shù)引入軟硬件可重構(gòu) 無(wú)線通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)研究已經(jīng)逐步興起 其表現(xiàn)如下 多模無(wú)線通信系統(tǒng)逐步受到關(guān)注 移動(dòng)通信體制和無(wú)線接入體制的融合需 要軟件無(wú)線電技術(shù)的介入 采用現(xiàn)有商用可編程器件和設(shè)備搭建起來(lái)的多模無(wú)線通信試驗(yàn)系統(tǒng)集中 反映了2 g 3 g 系統(tǒng)的需求 可重構(gòu)方法研究開(kāi)始從可編程器件本身 走向由可編程器件構(gòu)建的平臺(tái)系 統(tǒng) 采用f p g a 和d s p 組合 快速總線配合c p u 的結(jié)構(gòu) 是建立多模無(wú)線通 信平臺(tái)的重要而有效的手段 一些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)始采用材料工業(yè)所研究產(chǎn)生的新成果 新產(chǎn)品 如六端口 連接器 使得傳統(tǒng)軟件無(wú)線電面臨的難題 如直接射頻變換 開(kāi)始得到解決 1 1 3 軟件無(wú)線電 面對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)軟件可重構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì) 各個(gè)國(guó)家對(duì)其進(jìn)行了大量的研究 大部分專(zhuān)家認(rèn)為 軟件無(wú)線電 s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o 簡(jiǎn)稱(chēng)s d r 將是一個(gè)解 決全球無(wú)線通信需求的方案 它將成為未來(lái)無(wú)線通信設(shè)備設(shè)計(jì)的核心所在 s d r 的基本宗旨是 利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)代替現(xiàn)在主要的模擬信號(hào)處理 利 用智能天線 寬帶l 心器件 寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器 a d c 及數(shù)模轉(zhuǎn)換器 d a c 通過(guò)通用 可編程處理器實(shí)現(xiàn)i f 基帶及比特流處理 因?yàn)橛每芍匦戮幊痰能浖媪擞布?擬電路 通過(guò)動(dòng)態(tài)配置射頻 中頻 a d d a f p g a d s p 硬件和算法 并將軟件 對(duì)象分配到硬件組件中 使得軟件無(wú)線電可以在線改變自己的特性 重慶大學(xué)碩十學(xué)位論文1 緒論 s d r 以軟件方式實(shí)現(xiàn)各種空中接口 提供靈活的無(wú)線通信方式以便于實(shí)現(xiàn)靈活 的傳輸機(jī)制 協(xié)議和應(yīng)用 它將模塊化 標(biāo)準(zhǔn)化的硬件功能單元通過(guò) 個(gè)通用的 硬件平臺(tái)連接起來(lái) 并且能夠通過(guò)軟件加載 動(dòng)態(tài)組建各種不同的無(wú)線通信系統(tǒng) 這樣 無(wú)線通信新系統(tǒng) 新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)將逐步轉(zhuǎn)到軟件上來(lái) 而無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)的產(chǎn) 值將越來(lái)越多地體現(xiàn)在軟件上 由此可見(jiàn) s d r 為我們新一代的無(wú)線通信技術(shù)的 發(fā)展指明了方向 并提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持 隨著近年s d r 的迅猛發(fā)展 人們 對(duì)使用s d r 的無(wú)線通信系統(tǒng)提出了如下的要求 s d r 設(shè)備可簡(jiǎn)便快速的重新編程和重新設(shè)定 以支持任意傳輸形式的應(yīng)用 和在任何頻率上的傳輸和或者接收 提高兼容業(yè)務(wù)的能力 不僅支持傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)而且支持新業(yè)務(wù) 可以空中下 載新軟件 保證獲得新業(yè)務(wù)的服務(wù) 支持多標(biāo)準(zhǔn)的能力 支持多頻段多標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通信系統(tǒng) s d r 運(yùn)營(yíng)商能 在基本不更換基站硬件的條件下 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的版本更新 標(biāo)準(zhǔn)更新及升級(jí)換代 通過(guò)軟件重構(gòu)來(lái)定義出一個(gè)新的無(wú)線通信系統(tǒng) 在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代 t c p i p 的出現(xiàn)屏蔽了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 上百種不同物理層結(jié) 構(gòu)的網(wǎng)絡(luò) 的差異 而向上層提供統(tǒng)一的服務(wù) 真正的實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián) 從 而使i n t e m e t 的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍 同樣在無(wú)線通信領(lǐng)域 需要軟件無(wú)線電的軟 件部分 屏蔽 無(wú)線信號(hào)的差異 不同的硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu) 不同的信號(hào)特征 而向上 層提供統(tǒng)一的服務(wù) 數(shù)據(jù) 語(yǔ)音 圖像等 在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中 要求軟件無(wú)線 電的軟件部分具有以下一些特點(diǎn) 采用模塊化結(jié)構(gòu) 這樣一來(lái)高級(jí)的通信應(yīng)用可以利用已有的低層的程序模 塊 軟件工程師不必將大量工作集中在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的底層環(huán)節(jié)上 一些常用的程序 模塊都是現(xiàn)成的 避免了低水平的技術(shù)重復(fù) 降低了開(kāi)發(fā)中無(wú)謂的浪費(fèi) 軟件可重構(gòu) 即在不同開(kāi)發(fā)環(huán)境下開(kāi)發(fā)的軟件程序可以應(yīng)用于不同的硬件 平臺(tái)上 對(duì)硬件平臺(tái)要屏蔽軟件程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境 所有的軟件程序有統(tǒng)一的源代 碼 對(duì)加載軟件也要屏蔽由不同廠商開(kāi)發(fā)硬件平臺(tái)所帶來(lái)的差異 具有多模式切換 互操作性 面向未來(lái)的移動(dòng)通信終端 兼容多種通信體 制的功能必不可少 從而 要求我們的軟件可以靈活的檢測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 通過(guò) 軟件控制并調(diào)動(dòng)各個(gè)模塊組件 重新組建一個(gè)新型的通信系統(tǒng) 達(dá)到無(wú)縫的模式 切換目的 而且要求軟件是可以互操作的 從而有利于模式切換的智能化發(fā)展 為了達(dá)到上述目的 軟件通信結(jié)構(gòu) s c a 應(yīng)運(yùn)而生 s c a 建立了獨(dú)立于設(shè) 備的結(jié)構(gòu)框架 其目標(biāo)是確保軟件和硬件的可移植性和可配置性 并確保根據(jù) s c a 開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品之間的互通 首先提出s c a 的是聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng) j t r s 之后 s d r 論壇也開(kāi)始接受s c a 規(guī)范 并正在把s c a 發(fā)展為商業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn) 4 重慶人學(xué)碩士學(xué)位論文l 緒論 1 2 研究的思路與方法 本文主要應(yīng)用軟件無(wú)線電的研究方法 以s d r 為理論基礎(chǔ) 遵循s c a 規(guī)范 為了有效地實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電的可重構(gòu)性 可擴(kuò)展性以及可互操作性 要求建立在 軟件無(wú)線電系統(tǒng)平臺(tái)上的體系結(jié)構(gòu)必須順應(yīng)其系統(tǒng)的內(nèi)在特征 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化 模 塊化和系列化的思路來(lái)構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng) 軟硬件可重構(gòu)的新一代無(wú)線通信統(tǒng)一平臺(tái) 是由清華大學(xué)在國(guó)家 8 6 3 研究 項(xiàng)目中提出 其整體可分為硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)兩部分 硬件平臺(tái)采用嵌入式處 理模塊與通用p c 相結(jié)合的方式搭建 把多種無(wú)線通信體制集成到一個(gè)通用系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)中 由一個(gè)統(tǒng)一的硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn) 通過(guò)軟件控制可編程邏輯器件和各個(gè)軟 件模塊 并根據(jù)需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)構(gòu)建不同的通信體制 從而達(dá)到在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 下 多種通信體制來(lái)回切換的目的 統(tǒng)一平臺(tái) 采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念 對(duì)整個(gè)無(wú)線電系統(tǒng)進(jìn)行了層次 化分析 把整個(gè)系統(tǒng)按照不同的類(lèi)屬性劃分為應(yīng)用層 無(wú)線電基礎(chǔ)設(shè)施層和硬件 平臺(tái)層 每個(gè)層為系統(tǒng)提供一系列可以實(shí)現(xiàn)的功能 不同層次之間和同一層次之 內(nèi)可通過(guò)相應(yīng)的接口實(shí)現(xiàn)連接和交互功能 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)可根據(jù)規(guī)定的 公開(kāi)維護(hù)的且易于使用的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)構(gòu)建這些各個(gè)層次的接口 無(wú)論是硬件還是軟件 與系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的相應(yīng)層面都是相互獨(dú)立的 而且各層及其各個(gè)模塊要素保持了較好 的獨(dú)立性 能夠在不影響其他層的條件下進(jìn)行改變 這樣的設(shè)計(jì)理念對(duì)于系統(tǒng)的 升級(jí) 對(duì)于提高同一系統(tǒng)在不同環(huán)境中的互操作性都是很有用的 為了提高軟件模塊的重用性 在設(shè)計(jì)中采用了大量面向?qū)ο蟮姆椒?將具有 相同功能屬性的一系列現(xiàn)實(shí)對(duì)象從客觀世界中抽象出來(lái) 并用這些抽象出來(lái)的類(lèi) 去定義對(duì)象 運(yùn)用對(duì)象層次結(jié)構(gòu)的特征和諸如類(lèi)的繼承 類(lèi)的重載等方法提高軟 件組件的重用性 如把波形應(yīng)用程序描述為對(duì)象 并且典型地將其分解成更小的 功能對(duì)象 這樣就提高了代碼的可重用性 1 3 本文的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo) 1 3 1 課題的內(nèi)容 隨著3 g 系統(tǒng)的逐步商用 移動(dòng)通信領(lǐng)域面臨著的多種通信體制不兼容 系 統(tǒng)靈活性不足和擴(kuò)展升級(jí)能力有限等問(wèn)題越發(fā)突出 為了實(shí)現(xiàn)無(wú)所不在的 高質(zhì) 量的 高速率的 多媒體的信息傳輸目標(biāo) 利用軟件無(wú)線電技術(shù) 通過(guò)系統(tǒng)的可 重構(gòu)來(lái)適應(yīng)不同的通信體制是有效途徑之一 統(tǒng)一平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)包括 硬件結(jié)構(gòu) 軟件結(jié)構(gòu)和規(guī)則集等基本的部件 通過(guò) 它們將把各種無(wú)線通信體制集成到一個(gè)通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中 由一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)多種體制的功能和業(yè)務(wù) 5 重慶人學(xué)碩七學(xué)位論文1 緒論 本文討論的主要內(nèi)容有 本課題研究的背景 課題研究的思路與方法 以及通過(guò)研究希望達(dá)到的具 體目標(biāo) 軟件通信體系結(jié)構(gòu) s c a 的概念 發(fā)展情況 實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 結(jié)構(gòu)特征以及 基本構(gòu)成 對(duì) 新一代無(wú)線通信統(tǒng)一平臺(tái) 進(jìn)行軟硬件結(jié)構(gòu)全面的分析 重點(diǎn)介紹了平 臺(tái)的軟件體系結(jié)構(gòu) 詳細(xì)介紹了平臺(tái)軟件重構(gòu)所涉及的各個(gè)關(guān)鍵技術(shù) 具體描述了軟件重構(gòu)的 過(guò)程 最后 根據(jù)對(duì)新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的軟件重構(gòu)的理解 進(jìn)行實(shí)際編程驗(yàn)證 得出了相關(guān)結(jié)論 并對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié) 1 3 2 研究目標(biāo) 本文旨在通過(guò)理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)合的方式 得出適合新一代無(wú)線通信的 軟件可重構(gòu)的統(tǒng)一平臺(tái)結(jié)構(gòu) 重構(gòu)機(jī)理 軟件配置 軟件加載和工作模式切換方 法 驗(yàn)證所提出的軟件可重構(gòu)的新一代無(wú)線通信統(tǒng)一平臺(tái)的可實(shí)現(xiàn)性 同時(shí) 通 過(guò)搭建的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng) 結(jié)合所提出的理論方法和現(xiàn)有軟硬件設(shè)備 完成與實(shí)現(xiàn) 軟硬件可重構(gòu)的新一代無(wú)線通信統(tǒng)一平臺(tái)相關(guān)的研究 6 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文2 軟件通信體系結(jié)構(gòu) 2 軟件通信體系結(jié)構(gòu) 2 1s c a 概述 軟件通信體系結(jié)構(gòu)s c a s o t t w a r ec o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e 是在美軍 j t r s 美軍聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng) 計(jì)劃中提出 為開(kāi)發(fā)未來(lái)的戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信系統(tǒng) 而發(fā)布的 s c a 為無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了詳細(xì)的規(guī)范 建立了獨(dú)立于 設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架l l5 在s c a 規(guī)范中定義了無(wú)線電系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 軟件結(jié)構(gòu) 安全結(jié)構(gòu)以及公共服務(wù)和配置 其目的是要保證軟件和硬件的可移植性和可配置 性 并確保根據(jù)s c a 開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品之間的互通 s c a 是s d r s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o 的一種實(shí)現(xiàn)方式 它在不同的層面對(duì) 硬件和軟件進(jìn)行詳細(xì)地定義 使系統(tǒng)具有組件的可移植性和廣泛的復(fù)用性 因而 非常有利于無(wú)線通信系統(tǒng)的快速開(kāi)發(fā) 目前 s d r 論壇已經(jīng)把s c a 作為開(kāi)發(fā)商 用s d r 產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn) 截止到2 0 0 4 年 s c a 已經(jīng)推出了3 0 版本 從內(nèi)容上劃分 s c a 規(guī)范包括闡述軟件通信體系結(jié)構(gòu)的主要文檔和相關(guān)附錄 文檔 附錄文檔有j t r s 定義的應(yīng)用環(huán)境描述體 a e p 以及域描述體 d p d o m a i n p r o f i l e 描述體包含協(xié)議信息 s c a 規(guī)范的附錄文檔還包括波形配置的應(yīng)用程序 接口 服務(wù)定義a p i 安全性說(shuō)明 r a t i o n a lu m l u m l u n i f i e dm o d e l i n g l a n g u a g e 文檔 以及配置管理文檔 從邏輯上劃分 s c a 由硬件結(jié)構(gòu) 軟件結(jié)構(gòu)和規(guī)則集三個(gè)基本部件組成 s c a 使用面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法 定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 開(kāi)放的 可互操作的軟件平臺(tái) 實(shí)現(xiàn)了底層硬件與上層應(yīng)用軟件的相互隔離 s c a 使用聯(lián)合建模語(yǔ)言u(píng) m l 對(duì)接 口進(jìn)行描述 使用接口定義語(yǔ)言 i d l i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e 對(duì)接口進(jìn) 行定義 這兩種語(yǔ)言都使用標(biāo)準(zhǔn)的軟件開(kāi)發(fā)工具 使得在結(jié)構(gòu)定義完成后可以直 接進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 從層次上劃分 s c a 體系結(jié)構(gòu)包含 系統(tǒng)硬件平臺(tái) 資源管理層 操作系統(tǒng) 核心框架 c o r b a c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e 中間件以及應(yīng) 用層波形組件 基于s c a 的軟件開(kāi)發(fā) 要受到c o r b a 的接口標(biāo)準(zhǔn)和軟件框架結(jié) 構(gòu)的限制 采用該軟件體系結(jié)構(gòu)主要有三個(gè)優(yōu)點(diǎn) 1 開(kāi)放式的體系結(jié)構(gòu) 可以最 大化利用現(xiàn)成的商業(yè)產(chǎn)品并易于新技術(shù)的注入 極大地提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性能 2 通過(guò)開(kāi)放式的分層結(jié)構(gòu)將上層應(yīng)用與底層硬件分開(kāi) 保證了應(yīng)用軟件與設(shè)備無(wú) 關(guān)性 3 通過(guò)中間件技術(shù)提供分布式的處理環(huán)境 增強(qiáng)了軟件的可移植性 重用 性和擴(kuò)展性 l 4 1 需要注意的是s c a 并不是 個(gè) 完整 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 它只是為實(shí)現(xiàn)軟件通 7 重慶人學(xué)碩七學(xué)位論文2 軟件通信體系結(jié)構(gòu) 信結(jié)構(gòu)的總體目標(biāo)而制定的一系列約束系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)則 因此也可以說(shuō)s c a 不是 一個(gè)關(guān)于實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)規(guī)范 它并沒(méi)有告訴軟硬件設(shè)計(jì)者如何去設(shè)計(jì)硬件設(shè)備和軟 件程序 它僅僅是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的定義來(lái)確?？傮w目標(biāo)的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們必須 按照s c a 中的定義來(lái)研發(fā)系統(tǒng) 以確保與基類(lèi)共用結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一 滿(mǎn)足各領(lǐng)域系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)化要求 s c a 規(guī)定了必要的約束條件 但是并沒(méi)有限制結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新或在專(zhuān)用 領(lǐng)域的要求 專(zhuān)用軟件通信結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)框架是由專(zhuān)用域的技術(shù)規(guī)范方案以及其他 相關(guān)的技術(shù)組合而成的 l0 1 基于s c a 的無(wú)線通信系統(tǒng)的軟硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以s c a 規(guī)范為基礎(chǔ) 采 用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想 按照具有統(tǒng)一接口的 類(lèi) 的模式來(lái)組織 整個(gè)系統(tǒng)的邏 輯結(jié)構(gòu)如圖2 1 所示 4 2 1 一一 一 信源編碼卜 一 龜 鬣 模式識(shí)別一0 u 帳 尹囝 網(wǎng)口數(shù)據(jù) 一 通信 核心框架c f g 擴(kuò) 一 7 7 7 綴 操作系統(tǒng) l 圖2 1s c a 邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 f i g 2 1l o g i c a lo r g a n i z a t i o nd i a g r a mo fs c a 在該體系結(jié)構(gòu)中 系統(tǒng)的配置與管理以及各功能組件間的交互是通過(guò)已定義 的標(biāo)準(zhǔn)a p i 接口實(shí)現(xiàn)的 其通信的軟總線為c o r b a 從而使得 類(lèi) 的內(nèi)部實(shí)現(xiàn) 方式變化 即硬件或軟件的升級(jí)換代 不會(huì)影響系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及其它模塊的設(shè) 計(jì) 在具體實(shí)現(xiàn)時(shí) 該體系結(jié)構(gòu)允許通過(guò)加載不同的編碼對(duì)象 交織對(duì)象 調(diào)制 對(duì)象 上下變頻對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)在不同通信模式 不同通信頻段問(wèn)的靈活切換 支持 軟件的下載和安裝 以及各種設(shè)備或組件的動(dòng)態(tài)配置 并通過(guò)基于c p c i 的總線 控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)信道處理模塊 基帶處理模塊 中頻處理模塊的互連 使得系統(tǒng)硬 件平臺(tái)具有開(kāi)放性和易伸縮性 為硬件模塊數(shù)目的擴(kuò)展和新的通信模塊的研制提 供支持 可見(jiàn) 該體系結(jié)構(gòu)是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù) 總線控制技術(shù) 高速 c p u d s p f p g a 等可編程芯片技術(shù) 以軟件為核心的嶄新的無(wú)線通信系統(tǒng)體系結(jié) 8 重慶人學(xué)碩七學(xué)位論文2 軟件通信體系結(jié)構(gòu) 構(gòu) 軟件通信體系結(jié)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)八個(gè)目標(biāo) 4 i 通用的和開(kāi)放的結(jié)構(gòu) 使用開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)有利于提高競(jìng)爭(zhēng)性 互通性 可擴(kuò)展性和可升級(jí)性 便于新技術(shù)的引入 快速升級(jí)和軟件的重用 支持多種環(huán)境 根據(jù)s c a 生產(chǎn)的通信系統(tǒng)必須支持多種運(yùn)行環(huán)境 多種 使用域 包括空中飛行器 固定平臺(tái) 艦船 陸地車(chē)輛 既要能堆疊使用 也 可以手持使用 多波段多模式 根據(jù)s c a 生產(chǎn)的通信系統(tǒng)要能取代目前使用的各種頻帶 的無(wú)線電 從2 m h z 到2 g h z 在某個(gè)具體的頻段要與目前使用的設(shè)備兼容 在 模式和波形上有交叉的 要確保能互通 與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容 新系統(tǒng)要與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容 并要減少與現(xiàn)有系統(tǒng)集成過(guò) 程中的相互影響 新技術(shù)的引入 新技術(shù)可以隨時(shí)隨地引進(jìn)到系統(tǒng)中 提高系統(tǒng)性能 降低 費(fèi)用和縮短部署時(shí)間 避免故障 保持與商用技術(shù)的同步 保密性 s c a 結(jié)構(gòu)必須解決戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)中長(zhǎng)期存在的一系列的安全問(wèn) 題 包括可編程的加密能力 多個(gè)獨(dú)立的密級(jí) 流水線式的安全認(rèn)證和結(jié)構(gòu)化的 部件 即密鑰管理 軟件管理 認(rèn)證管理 用戶(hù)識(shí)別和授權(quán) 網(wǎng)絡(luò)化 除了支持傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 s c a 必須支持新出現(xiàn)的寬帶組網(wǎng)能 力 包括語(yǔ)音 數(shù)據(jù)和圖像 軟件重用 通用的波形軟件 s c a 應(yīng)該最大限度地實(shí)現(xiàn)軟件重用 在各種 不同的實(shí)現(xiàn)方案中 允許使用通用的波形軟件 2 2s c a 硬件體系結(jié)構(gòu) 由于按照軟件通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的無(wú)線電系統(tǒng)是一個(gè)以軟件為核心的無(wú)線電處理 平臺(tái) 這就意味著該平臺(tái)必須反映出軟件無(wú)線電可重構(gòu)和一可擴(kuò)展等一系列重要 的特征 這就使得采用的系統(tǒng)硬件必須具備通用性以滿(mǎn)足新技術(shù)及其軟組件的加 載 更新或整體結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展 而不能只是針對(duì)某種特定功能來(lái)設(shè)計(jì) 因此 軟件 通信結(jié)構(gòu)的硬件構(gòu)架并沒(méi)有規(guī)定專(zhuān)門(mén)的硬件結(jié)構(gòu) 而是采用了面向?qū)ο蟮姆椒▌?分各個(gè)功能組件的類(lèi)模塊 并規(guī)定與硬件設(shè)備相關(guān)聯(lián)的各種屬性 這些應(yīng)用功能 可以由硬件也可以軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) 在運(yùn)行時(shí) 依據(jù)這些屬性把軟件資源分配給相應(yīng) 的硬件設(shè)備 從而使軟件通信結(jié)構(gòu)能支持軟件通信結(jié)構(gòu)兼容系統(tǒng)的重構(gòu)要求 能 進(jìn)行動(dòng)態(tài)的軟件波形加載或者空中加載 軟件通信結(jié)構(gòu)的硬件分成機(jī)箱和模塊兩大類(lèi) 機(jī)箱類(lèi)包含的屬性都是關(guān)于與 軟件通信結(jié)構(gòu)相兼容的硬件所具有的物理硬件屬性 例如設(shè)備名稱(chēng)和序列號(hào)等硬 9 重慶人學(xué)碩士學(xué)位論文 2 軟件通信體系結(jié)構(gòu) 件模塊類(lèi)的子類(lèi)包含更多特定的功能屬性 而每 個(gè)子類(lèi)都有特定的類(lèi)型對(duì)象 其中包括射頻類(lèi) 調(diào)制解調(diào)類(lèi) 處理器類(lèi) 信息保密類(lèi) 輸入輸出類(lèi) 電源類(lèi) 類(lèi) 頻率標(biāo)準(zhǔn)類(lèi) 公共系統(tǒng)連接類(lèi)以及天線類(lèi)和同機(jī)部件類(lèi)等子類(lèi) 1 0 l 圖2 2 硬件模塊類(lèi)結(jié)構(gòu)圖 f i g 2 2s t r u c t u r ed i a g r a mo f h a r d w a r em o d u l ec l a s s 父類(lèi) 硬件模塊 類(lèi)的子類(lèi) 射頻類(lèi) 的子類(lèi) 軟件通信結(jié)構(gòu)硬件框架定義了與硬件設(shè)備有關(guān)的屬性以及在為硬件資源分配 合適的軟件資源的方法 屬性是一些能反應(yīng)不同的使用域的硬件對(duì)象的參數(shù) 通 過(guò)屬性的注冊(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的重載 之所以采用這種方式來(lái)定義硬件是由于不同的 場(chǎng)合對(duì)硬件的要求差異非常大 因此很難用一個(gè)統(tǒng)一的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的功能 如果采用面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)硬件進(jìn)行描述 即硬件類(lèi) c l a s s 那么所有不同域 的硬件就可以比較容易地包含在一個(gè)框架中 該框架也可以使用不同的屬性行為 和接口來(lái)表示不同硬件之間的實(shí)現(xiàn)差別 劃分類(lèi)的重點(diǎn)在于把系統(tǒng)分成不同的物 理單元以及把這些單元組成一個(gè)功能單元 硬件模型類(lèi)從與以相兼容的硬件那里繼承系統(tǒng)級(jí)屬性 硬件模型以下的類(lèi)從 硬件模型中繼承類(lèi)屬性 不同的屬性值滿(mǎn)足不同的要求 可以在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中進(jìn)行 選擇 硬件設(shè)備 即類(lèi)的物理實(shí)現(xiàn) 具有相應(yīng)的一物理平臺(tái)環(huán)境和設(shè)備性能要求 的屬性值 一些屬性由設(shè)備配置文件給出 用于產(chǎn)生波形應(yīng)用程序 核心框架 c f 可以解讀設(shè)備的配置文件 插槽類(lèi)具有獨(dú)立的物理結(jié)構(gòu) 接口 供電和擴(kuò)展環(huán)境 屬性 因?yàn)檫@些屬性是最低層的 不同模塊的插槽類(lèi)屬性不能共享 硬件模塊類(lèi) 的繼承關(guān)系如圖2 2 所示 基于s c a 的無(wú)線通信系統(tǒng)是一個(gè)以軟件為核心的無(wú)線信號(hào)處理平臺(tái) 硬件結(jié) 構(gòu)必須通用化 即硬件設(shè)備不能針對(duì)某個(gè)特定的功能而設(shè)計(jì) 而是設(shè)計(jì)成可擴(kuò)展 的通用平臺(tái) 通過(guò)加載不同的功能軟件實(shí)現(xiàn)特定的功能 基于s c a 的無(wú)線通信系 統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)如圖2 3 所示 l o 重慶人學(xué)碩士學(xué)位論文2 軟件通信體系結(jié)構(gòu) 硬件模塊主要包括 天線 射頻前端 中頻處理 基帶處理 信道處理 信 息安全 數(shù)據(jù)處理 輸入輸出 紅邊電源和黑邊電源 出于電磁泄漏和信息安全 的考慮 這些模塊被分布在紅邊和黑邊兩個(gè)區(qū)域 并通過(guò)對(duì)不同設(shè)備采取不一樣 的處理措施 以有效地抑制設(shè)備的信息泄漏 紅邊和黑邊內(nèi)部模塊間可以通過(guò)標(biāo) 準(zhǔn)總線 c p c i 等 進(jìn)行連接 構(gòu)成類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的通用硬件體系結(jié)構(gòu) 1 4 1 圖2 3s c a 硬件體系結(jié)構(gòu)圖 f i g 2 3s c a h a r d w a r es y s t e ms t r u c t u r ed r a w i n g 2 3s c a 軟件體系結(jié)構(gòu) 2 3 1 軟件體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 為了保證硬件的通用性和整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)放性及可擴(kuò)充性 軟件體系結(jié)構(gòu)非常 重要 在i s o o s i 七層模型的基礎(chǔ)上 參照s c a 規(guī)范 建立了無(wú)線通信系統(tǒng)的軟 件體系結(jié)構(gòu) 如圖2 4 所示 基于s c a 的無(wú)線通信技術(shù)研究 旨在擺脫傳統(tǒng)的面向用途的設(shè)計(jì)思想 通 過(guò)一種高度模塊化的通用信號(hào)處理平臺(tái)把各種通信裝備提供的業(yè)務(wù)從基于硬件特 性 頻段 信道帶寬 信道編碼等 的方式中解放出來(lái) 通過(guò)裝載不同的軟件來(lái) 動(dòng)態(tài)配置系統(tǒng)的功能 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的通用化 模塊化和軟件的可移植性 從而適應(yīng)新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的需要 推動(dòng)軟件無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展 軟件體系結(jié)構(gòu)定義了一個(gè)操作環(huán)境 0 e 該操作環(huán)境包括了集成在一個(gè)s c a 實(shí)現(xiàn)中的一組核心框架服務(wù)和基礎(chǔ)軟件 包含板級(jí)支持包 操作系統(tǒng)和服務(wù) c o r b a 中間件服務(wù)等 總線層 板級(jí)支持包b s p 軟件結(jié)構(gòu)要求能在商業(yè)總線上操作 同時(shí)o e 需要可靠的傳輸機(jī)制支持 這 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文2 軟件通信體系結(jié)構(gòu) 就意味著需要在總線層次上支持錯(cuò)誤的檢測(cè)和糾正 目前 可能的總線包括v m e p c i c o m p a c t p c i f i r e wi r e i e e e 2 1 3 9 4 和e t h e m e t 另外 o e 不排除在紅 黑子系統(tǒng)中使用不同的總線體系 這就使諸如紅區(qū)采用v m e 總線而黑區(qū)采用 c p c i 總線的情況成為可能 增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性 j e c o r b a 一m o d e m 組件 j l 礪薊f r f a p q e c o r b a 安全組件 霉磐盧 一些竺絲堡p 讎l 徽 鏈 羔 安全組件0 篡組件i l 適配器 層組件 u 適配器i l1 8 1 適配器 c o 貼a o r b lc f 服務(wù) e 塑鹽 l 應(yīng)用程序 i 中聞件 l 二 4 操作系統(tǒng) 孵漿羧翔褳臻接口疆努 褫綴受