Kao nova tehnologija u oblasti bežične komunikacije, softverski radio (SDR) privlači sve više pažnje kako iznutra tako i izvana. U oblasti komunikacija, to je novi radiokomunikacijski sistem nakon analogne tehnologije prema digitalnoj tehnologiji, fiksne komunikacije do mobilne komunikacije. S razvojem komunikacijske tehnologije, oprema kompatibilna s različitim tipovima standarda sve više pokazuje svoju potražnju. U poređenju sa tradicionalnim radio sistemima, softverski radio sistemi imaju niz prednosti kao što su opšta struktura, funkcije zasnovane na softveru i interoperabilnost. .
Ⅰ. Nastanak i razvoj softverskog radija
Razlog za pojavu softverskog radija vezan je za Zalivski rat. U to vrijeme, multinacionalne snage predvođene Sjedinjenim Državama koristile su raznovrsnu komunikacijsku opremu različitih standarda, što je izazivalo poteškoće u međusobnoj komunikaciji. Nakon toga, u maju 1992. Jeo Mitola je prvi put predložio koncept "softverskog radija" na Američkoj konferenciji o komunikacijskim sistemima. Osnovna ideja je napraviti sve taktičke radio stanice zasnovane na istoj hardverskoj platformi, instalirati različit softver za formiranje različitih tipova radija i kompletirati funkcije različite prirode. Dakle, ima softversku programibilnost. Ovaj koncept je brzo privukao pažnju zemalja širom svijeta, jer vojne komunikacije sada imaju veće zahtjeve za pouzdanost, interoperabilnost, fleksibilnost, zaštitu od ometanja, preživljavanje, povjerljivost i sigurnost radio komunikacionih sistema. Američka vojska i Hazcltine razvili su softversku radio stanicu pod nazivom "speakeasy" (lako za razgovor), koja realizuje višepojasnu i multifunkcionalnu radio platformu koju obično koristi američka vojska. Više od 4 različita valna oblika modulacije. Ovaj radio se može nazvati "ručnim računarom" sa antenom koja može prenositi glas i podatke. Komunikacijske usluge uključuju glas, podatke i video slike.
Trenutno se softverskom radiju posvećuje sve više pažnje u civilnom polju. Osnovni razlog je to što su tehnički standardi postojećeg komunikacionog sistema različiti, a različiti tehnički standardi i odgovarajući sistemi teško su međusobno kompatibilni, a teško je to realizovati jedinstvenim uređajem. A sistem mobilne komunikacije treće generacije i dalje ima standardnu bitku, ako se koristi softverski radio za prilagođavanje različitim standardima, to je izvodljiv način. S druge strane, razvoj komunikacione tehnologije je veoma brz, stari sistem se kontinuirano unapređuje, a novi sistem brzo nastaje. Ljudima je potreban način nadogradnje sistema koji je ekonomičniji od potpunog eliminisanja stare opreme, a programibilnost softverskog radija je bolja. prilagođeno ovoj potrebi.
Ⅱ. softversku radio arhitekturu
Radio frekvencijski dio, konverzija gore/dolje, filtriranje i obrada osnovnog pojasa tradicionalnog analognog radio sistema svi usvajaju analogni način rada, a komunikacijski sistem određenog frekventnog opsega i određenog modulacijskog načina odgovara posebnoj tvrdoj strukturi; dok niskofrekventni dio digitalnog radio sistema usvaja digitalna kola (na primjer, lokalni oscilator koristi sintetizator digitalne frekvencije, izvorno kodiranje i dekodiranje, a modulaciju i demodulaciju dovršava namjenski čip), ali njegova radio frekvencija i međufrekvencija dijelovi su još uvijek neodvojivi od analognih kola. U poređenju sa tradicionalnim radio sistemom, A/D/A konverzija softverskog radio sistema se pomera na međufrekvenciju, a što je moguće bliže kraju radio frekvencije, uzorkuje se ceo opseg frekvencije sistema, tj. obrada se vrši od međufrekvencije (ili čak radio frekvencije), što je istaknuta karakteristika softverskog radija. Digitalni radio koristi namjenska digitalna kola za postizanje jedne komunikacijske funkcije bez programiranja. Softverski radio zamjenjuje namjensko digitalno kolo sa programabilnim DSP uređajem, što čini strukturu i funkciju hardvera sistema relativno neovisnim. Na ovaj način, bazirano na relativno uobičajenoj hardverskoj platformi, kroz softver se mogu realizovati različite komunikacijske funkcije, a mogu se programirati i kontrolisati radna frekvencija, propusni opseg sistema, način rada modulacije, izvorni kod itd., a fleksibilnost sistema je znatno poboljšana. .
Hardverska platforma softverskog radija ima modularni dizajn, koji mora biti komunikaciona platforma otvorenosti, skalabilnosti i kompatibilnosti, i napravljena je u obliku magistrale sa modularnim standardom. Na osnovu ove relativno uobičajene hardverske platforme, implementiramo različite komunikacijske funkcije učitavanjem različitog softvera (kartica se može zamijeniti po potrebi). Hardverska platforma softverskog radija je mnogo zahtjevnija od PC-a, potreban joj je širokopojasni radio frekvencijski front-end, širokopojasni A/D/A konverter, brzi DSP uređaji i tako dalje. Da bi se izvršila A/D/A konverzija velike brzine i digitalna obrada signala, softverski radio sistemi moraju raditi paralelno sa više CPU-a. Osim toga, da bi se podaci za digitalnu obradu signala razmjenjivali velikom brzinom, sistemska magistrala mora imati vrlo visoku T/O brzinu prijenosa. Među trenutnim sistemskim magistralama koje ispunjavaju zahtjeve, VME magistrala ima najzreliju tehnologiju, najbolju svestranost i najobimniju podršku. VME pruža višestruku CPU paralelnu obradu, podržava nezavisnu 32-bitnu sabirnicu podataka i adresnu magistralu, a brzina dostiže 40Mb/s (ili čak 320Mb/s), što u osnovi zadovoljava zahtjeve softverskog radija i preferirana je metoda magistrale za softverski radio. Treće, ključna tehnologija softverskog radija
1. Multi-band down-conversion i širokopojasni RF
Za antenu softverskog radio sistema, ona treba da ima višepojasnu antenu i programabilnu funkciju konverzije radio frekvencija. Na osnovu zadovoljavanja pojačanja antene, fizičke veličine i cijene, trebao bi imati radni propusni opseg od 2MHz-3MHz. U radiotehnici nije potrebno pokriti cijeli frekventni opseg, već samo treba pokriti nekoliko prozora različitih frekvencijskih opsega. Stoga se može koristiti kombinovana višepojasna antena. Speeeasy američke vojske je rješenje koje koristi više setova RF antena. Za širokopojasni RF, podešavanje, kontrola energije i konfiguracija pretpojačala sa niskim nivoom šuma (LNA) je takođe ključna tehnologija, a kompjuterski podržan dizajn (CAD) se može koristiti za optimizaciju dizajna sistema.
2. Širokopojasni A/D dio.
Ključ za određivanje performansi širokopojasne analogno-digitalne konverzije je uzorkovanje i broj bitova. Brzina uzorkovanja je određena širinom signala, dok broj bitova kvantizacije zahtijeva određeni dinamički raspon i DSP preciznost. Budući da postojeći ADC sa jednim čipom ne može ispuniti ova dva zahtjeva, više ADC-ova se može koristiti paralelno.
3. Paralelni DSP dio velike brzine.
U operaciji digitalne obrade sistema najteže je konverzija naviše, filtriranje i poduzorkovanje. Paralelni DSP velike brzine uključuje digitalnu obradu osnovnog pojasa, modulaciju i demodulaciju, obradu bitova i funkcije dekodiranja. Za FM i sisteme sa proširenim spektrom, ovaj dio bi također trebao imati funkcije spuštanja i deposkoka. Da bi se postigao ovaj dio funkcije, potrebno je koristiti paralelni DSP velike brzine za formiranje višeprocesorskog paralelnog računarskog sistema, uključujući više poziva s višestrukim pristupom, širu programsku sabirnicu i sabirnicu podataka, jednu instrukciju više podataka, višestruke instrukcije više podataka . Struktura i upotreba strukture super-instrukcija, itd., ovaj dio se može realizovati pomoću namjenskog digitalnog integriranog čipa ASIC (na primjer, DDC čip HS P50016 Harris Corporation iz Sjedinjenih Država).
4. Napuštanje opšte strukture rute otvorenosti i skalabilnosti.
U tradicionalnoj strukturi sistema uglavnom se koristi cevovod, koji se odlikuje time što je svaka funkcionalna jedinica povezana strujnim kolom. Ako se funkcija određenog dijela treba dodati, obrisati ili modificirati, odgovarajući funkcionalni modul se mora prilagoditi. Stoga ova struktura nije otvorena. Za ostvarivanje međusobnog povezivanja različitih funkcionalnih jedinica u sistemu formirana je otvorena i proširiva hardverska platforma, koja istovremeno ima visoku propusnost podataka. Softverski radio sistem mora usvojiti novu strukturu interkonekcije, koju karakteriše relativno jednostavna implementacija i može direktno primijeniti različite standarde magistrale (kao što su VME, bus, PCI magistrala, itd.). , struktura interkonekcije zasnovana na sabirnici.
5. Softverski protokoli i standardi.
Od sredine do kasnih 1990-ih, strane zemlje proučavaju kako implementirati softver plug and play (Plug & Play), i na osnovu toga su predlagale. JAVA/CORBA softverski protokoli i standardi. Ideja zasnovana na "softverskoj magistrali" je da se uspostavi standardno zasnovana, otvorena i laka za korišćenje arhitektura. Takozvana "softverska magistrala" je slična "hardverskoj magistrali" koja se često kaže. Aplikacioni modul je napravljen u sabirnicu prema standardu, a kombinovani rad se može realizovati umetanjem sabirnice, čime se podržava distribuirano računarsko okruženje. Ova ideja dizajna je u skladu sa ponovnom upotrebom softvera u softverskim sistemima.
6. Potrošnja energije, zapremina i cena sistema.
To je ključ komercijalizacije softverskog radija, a njegovo rješenje uvelike ovisi o razvoju hardverske tehnologije. Četvrto, razvoj i perspektiva softverskog radija
Od 1990-ih, brzim razvojem različitih bežičnih komunikacionih sistema, razlikama u standardima radio komunikacije i napretkom tehnologije digitalne obrade signala, softverska radio tehnologija privlači sve veću pažnju, a očekuje se da će postati buduća globalna komunikacija. mreže. novi sistem.
Prema idealnoj strukturi, svi zadaci obrade signala softverske radio stanice od RF do baseband-a se izvode u punom digitalnom obliku, tako da je potpuno programabilna, a njena struktura je također rekonfigurabilna i reproducibilna. Međutim, s obzirom da ne postoji A/D pretvarač koji se može primijeniti na radio frekvencijski opseg, druga tema koja se sada istražuje je digitalni RF prednji kraj softverske radio stanice, koji je ključ za digitalizaciju cijele frekvencije. bend.
Postojeći uređaji za digitalnu obradu signala (DSP) su se naširoko koristili za obradu signala u dijelovima kao što su IF, baseband ili terminal, što je dovelo tehničke performanse radio opreme na novi i moderan nivo, ali je njegov RF front-end i dalje uskopojasni. . Za softversku radio stanicu, A/D konvertor na svom RF prednjem kraju mora biti u stanju da obradi cijeli komunikacijski frekventni opseg, općenito od 2MHz do 3GHz. Osim toga, tipične karakteristike signala mobilne komunikacije su blijeđenje i zaštita, a može doći do jakog blokiranja i smetnji. Kao rezultat toga, dinamički raspon signala mobilne komunikacije koji se pojavljuju na prijemnom RF kraju je čak 100 dB ili više. Ako se uzmu u obzir različiti standardi signala mobilne komunikacije, njegov dinamički raspon će biti veći. Za sistem sa propusnim opsegom od 10MHz, frekvencija uzorkovanja je veća od 25MHz, što zahtijeva 2500MIPS sposobnosti računarske obrade, što je daleko od ispunjavanja zahtjeva okruženja signala koje treba obraditi RF front-end. Čak i sa A/D pretvaračima sposobnim da ispune zahtjeve za propusnost i dinamički opseg, njihovi zahtjevi za snagom i dalje mogu ometati upotrebu mobilnih terminala. Softverska radio stanica razvijena u sadašnjoj fazi ne može usvojiti idealnu strukturu digitalizacije punog frekventnog opsega, ali usvaja praktičnu strukturu parcijalne digitalizacije frekventnog opsega Rf front enda.
Ukratko, softverski radio sadrži dva značenja: jedno je radio frekvencija (RF) front end, a drugo je digitalna obrada signala; njegove osnovne komponente su širokopojasni A/D/A pretvarači i brzi DSP čipovi. Najveća prednost softverskog radija je u tome što može da završi različite zadatke obrade signala na hardverskoj platformi definisanjem različitih radnih parametara i reorganizacijom strukture kanala u skladu sa bežičnim opsegom i metodom pristupa kanalu. Stoga, namenski digitalni prednji kraj za svaki radni standard može biti dizajniran na zajedničkoj hardverskoj platformi ili se može koristiti zajedništvo različitih radnih standarda. Prvi dizajn ne samo da postiže najveći stepen slobode, već i minimizira broj korištenih kapija, dok drugi dizajn zahtijeva razvoj namjenskih algoritama za digitalne front-end funkcije, ali se može implementirati sa ASIC-ovima, što nam omogućava da iskoristimo prednosti koncepta softverskog radija.
Uopšteno govoreći, iako su softverski radio uređaji prvobitno razvijeni za vojne kratkotalasne komunikacije iznad horizonta, jer nude visok nivo vernosti kakav se ne može naći u analognim prijemnicima, oni takođe nude odličnu fleksibilnost. Uz male modifikacije, može se prilagoditi i zadovoljiti zahtjeve različitih korisnika, a cijena mu je vrlo niska. Zajedno sa brzim razvojem tehnologije digitalne obrade signala, sve više se koristi u oblasti civilnih komunikacija, posebno u mobilnoj komunikaciji. Primjena u sistemu je opsežnija.
