Uue tehnoloogiana traadita side valdkonnas tõmbab tarkvararaadio (SDR) üha rohkem tähelepanu nii sees kui ka väljaspool. Sidevaldkonnas on see uus raadiosidesüsteem pärast analoogtehnoloogiat digitaaltehnoloogiale, püsisidet mobiilsidele. Kommunikatsioonitehnoloogia arenguga on erinevate standardtüüpidega ühilduvad seadmed üha enam oma nõudlust näidanud. Võrreldes traditsiooniliste raadiosüsteemidega on tarkvara raadiosüsteemidel mitmeid eeliseid, nagu üldine struktuur, tarkvarapõhised funktsioonid ja koostalitlusvõime. .
Ⅰ. Tarkvararaadio päritolu ja areng
Tarkvararaadio tekkimise põhjus on seotud Lahesõjaga. Tol ajal kasutasid USA juhitud mitmerahvuselised väed mitmesuguseid erineva standardiga sidevahendeid, mis tekitasid raskusi omavahelisel suhtlemisel. Pärast seda, mais 1992, pakkus Jeo Mitola esmakordselt välja "tarkvararaadio" kontseptsiooni Ameerika sidesüsteemide konverentsil. Põhiidee on teha kõik taktikalised raadiod samale riistvaraplatvormile, installida erinevat tüüpi raadiote moodustamiseks erinevat tarkvara ja täita erineva iseloomuga funktsioone. Seega on sellel tarkvara programmeeritavus. See kontseptsioon pälvis kiiresti maailma riikide tähelepanu, sest sõjalises sides on nüüdsest kõrgemad nõuded raadiosidesüsteemide töökindlusele, koostalitlusvõimele, paindlikkusele, segamisvastasele, ellujäämisele, konfidentsiaalsusele ja turvalisusele. USA sõjavägi ja Hazcltine on välja töötanud tarkvara raadiojaama nimega "speakeasy" (lihtne rääkida), mis realiseerib mitmeribalise ja multifunktsionaalse raadioplatvormi, mida USA sõjaväes tavaliselt kasutavad. Rohkem kui 4 erinevat modulatsiooni lainekuju. Seda raadiot võib nimetada "pihuarvutiks", millel on antenn, mis suudab edastada häält ja andmeid. Sideteenused hõlmavad hääl-, andme- ja videopilte.
Praegu on tsiviilvaldkonnas järjest rohkem tähelepanu pööratud tarkvararaadiole. Peamine põhjus seisneb selles, et praeguse sidesüsteemi tehnilised standardid on mitmekesised ning erinevaid tehnilisi standardeid ja vastavaid süsteeme on keeruline omavahel ühilduda ning ühtse seadmega on seda keeruline realiseerida. Ja kolmanda põlvkonna mobiilsidesüsteemil on endiselt standardlahing, kui tarkvararaadio abil kohaneda erinevate standarditega, on see teostatav viis. Teisest küljest on kommunikatsioonitehnoloogia areng väga kiire, vana süsteemi täiustatakse pidevalt ja uus süsteem tekib kiiresti. Inimesed vajavad süsteemi uuendamise meetodit, mis on säästlikum kui vanade seadmete täielik kõrvaldamine, ja tarkvararaadio programmeeritavus on parem. kohandatud sellele vajadusele.
Ⅱ. tarkvara raadio arhitektuur
Traditsioonilise analoograadiosüsteemi raadiosageduse osa, üles/alla teisendamine, filtreerimine ja põhiriba töötlemine võtavad kasutusele analoogrežiimi ning teatud sagedusriba ja teatud modulatsioonirežiimi sidesüsteem vastab spetsiaalsele kõvale struktuurile; samas kui digitaalse raadiosüsteemi madala sagedusega osa kasutab digitaalseid ahelaid (näiteks kasutab kohalik ostsillaator digitaalset sagedussüntesaatorit, allika kodeerimine ja dekodeerimine ning modulatsioon ja demoduleerimine viiakse lõpule spetsiaalse kiibiga), kuid selle raadiosagedus ja vahesagedus osad on endiselt analoogskeemidest lahutamatud. Võrreldes traditsioonilise raadiosüsteemiga on tarkvaralise raadiosüsteemi A/D/A teisendus nihutatud vahesagedusele ja võimalikult raadiosageduse otsa lähedale diskreeditakse kogu süsteemi sagedusriba ehk digitaalne. töötlemine toimub vahesageduselt (või isegi raadiosageduselt), mis on tarkvararaadio silmapaistev omadus. Digitaalne raadio kasutab spetsiaalseid digitaalseid ahelaid, et saavutada ühtne sidefunktsioon ilma programmeeritavuseta. Tarkvararaadio asendab spetsiaalse digitaalse vooluringi programmeeritava DSP-seadmega, mis muudab süsteemi riistvara struktuuri ja funktsiooni suhteliselt sõltumatuks. Sel viisil saab suhteliselt levinud riistvaraplatvormil põhinedes tarkvara kaudu realiseerida erinevaid sidefunktsioone ning programmeerida ja juhtida töösagedust, süsteemi ribalaiust, modulatsioonirežiimi, lähtekoodi jne ning süsteemi paindlikkus suureneb oluliselt. .
Tarkvararaadio riistvaraplatvorm kasutab modulaarset konstruktsiooni, mis peab olema avatuse, mastaapsuse ja ühilduvusega sideplatvorm ning on tehtud modulaarse standardiga siini kujul. Selle suhteliselt levinud riistvaraplatvormi alusel rakendame erinevaid sidefunktsioone erineva tarkvara laadimisega (vajadusel saab kaarti vahetada). Tarkvararaadio riistvaraplatvorm on palju nõudlikum kui arvuti, see vajab lairiba raadiosageduslikku esiotsa, lairiba A/D/A muundurit, kiireid DSP seadmeid ja nii edasi. Kiire A/D/A teisenduse ja digitaalse signaalitöötluse teostamiseks peavad tarkvara raadiosüsteemid töötama paralleelselt mitme protsessoriga. Lisaks peab digitaalse signaalitöötluse andmete kiireks vahetamiseks süsteemisiinil olema väga kõrge T/O edastuskiirus. Praegustest nõuetele vastavatest süsteemisiinidest on VME siinil kõige küpsem tehnoloogia, parim mitmekülgsus ja kõige ulatuslikum tugi. VME pakub mitme CPU paralleeltöötlust, toetab sõltumatut 32-bitist andmesiini ja aadressi siini ning kiirus ulatub 40 Mb/s (või isegi 320 Mb/s), mis põhimõtteliselt vastab tarkvararaadio nõuetele ja on eelistatud siinimeetod. tarkvararaadio jaoks. Kolmas, tarkvararaadio võtmetehnoloogia
1. Multi-band down-conversion ja lairiba RF
Tarkvara raadiosüsteemi antenni jaoks peaks sellel olema mitmeribaline antenn ja programmeeritav raadiosageduse muundamise funktsioon. Antenni võimenduse, füüsilise suuruse ja hinna rahuldamise põhjal peaks selle tööriba laius olema 2MHz-3MHz. Raadiotehnikas ei ole vaja katta kogu sagedusala, vaid tuleb katta vaid mitu erineva sagedusala akent. Seetõttu saab kasutada kombineeritud mitmeribalist antenni. USA sõjaväe speakeasy on lahendus, mis kasutab mitut RF-antennide komplekti. Lairiba RF-i puhul on võtmetehnoloogiaks ka häälestamine, energiajuhtimine ja madala müratasemega eelvõimendi (LNA) konfiguratsioon ning süsteemi disaini optimeerimiseks saab kasutada arvutipõhist disaini (CAD).
2. Lairiba A/D osa.
Lairiba analoog-digitaalmuunduse jõudluse määramise võti on diskreetimine ja bittide arv. Diskreetimissageduse määrab signaali ribalaius, samas kui kvantimisbittide arv nõuab teatud dünaamilist ulatust ja DSP täpsust. Kuna olemasolev ühekiibiline ADC ei suuda neid kahte nõuet täita, saab paralleelselt kasutada mitut ADC-d.
3. Kiire paralleelne DSP osa.
Süsteemi digitaalsel töötlemisel on kõige keerulisem üleskonverteerimine, filtreerimine ja alamdiskreetmine. Kiire paralleelne DSP sisaldab digitaalset põhiriba töötlemist, moduleerimist ja demoduleerimist, bitivoo töötlemist ja dekodeerimise funktsioone. FM- ja hajaspektrisüsteemide puhul peaks sellel osal olema ka laiendus- ja dehopping-funktsioonid. Funktsiooni selle osa saavutamiseks on vaja kasutada kiiret paralleelset DSP-d, et moodustada mitme protsessoriga paralleelarvutussüsteem, mis hõlmab rohkem mitmekordse juurdepääsu kõnesid, laiemat programmi siini ja andmesiini, ühe käsuga mitut andmeet, mitme käsuga mitut andmeedastust. . Struktuur ja superkäsustruktuuri kasutamine jne, seda osa saab realiseerida spetsiaalse digitaalse integraallülituse kiibiga ASIC (näiteks Ameerika Ühendriikide Harris Corporationi DDC kiip HS P50016).
4. Avatuse ja mastaapsuse üldisest marsruudistruktuurist väljumine.
Traditsioonilises süsteemistruktuuris kasutatakse üldiselt torujuhet, mida iseloomustab see, et iga funktsionaalne üksus on ühendatud ahelaga. Kui teatud osa funktsiooni soovitakse lisada, kustutada või muuta, tuleb vastavat funktsionaalmoodulit kohandada. Seetõttu pole see struktuur avatud. Süsteemi erinevate funktsionaalsete üksuste omavahelise seotuse realiseerimiseks moodustatakse avatud ja laiendatav riistvaraplatvorm, mis on samal ajal suure andmeedastuskiirusega. Tarkvara raadiosüsteem peab kasutusele võtma uue ühendusstruktuuri, mida iseloomustab suhteliselt lihtne teostus ja mis võib vahetult rakendada mitmesuguseid siinistandardeid (nagu VME, siin, PCI siin jne). , siinipõhine ühendusstruktuur.
5. Tarkvaraprotokollid ja standardid.
Alates 1990. aastate keskpaigast kuni lõpuni on välisriigid uurinud tarkvara plug and play (Plug & Play) juurutamist ja teinud selle põhjal ettepanekuid. JAVA/CORBA tarkvaraprotokollid ja standardid. "Tarkvara siinil" põhinev idee on luua standardipõhine, avatud ja lihtsalt kasutatav arhitektuur. Niinimetatud "tarkvarasiin" on sarnane "riistvarasiiniga", mida sageli öeldakse. Rakendusmoodul on tehtud standardi järgi siiniks ja kombineeritud toimingut saab realiseerida siini sisestamisega, toetades sellega hajutatud arvutuskeskkonda. See disainiidee on kooskõlas tarkvara korduvkasutatavusega tarkvarasüsteemides.
6. Süsteemi voolutarve, maht ja maksumus.
See on tarkvararaadio kommertsialiseerimise võti ja selle lahendus sõltub suuresti riistvaratehnoloogia arengust. Neljandaks tarkvararaadio arendamine ja väljavaade
Alates 1990. aastatest on erinevate traadita sidesüsteemide kiire arengu, raadiosidestandardite erinevuste ja digitaalse signaalitöötlustehnoloogia arenemise tõttu pälvinud üha enam tähelepanu tarkvara raadiotehnoloogia ja sellest peaks saama tulevikus globaalne side. võrku. uus süsteem.
Vastavalt ideaalsele struktuurile teostatakse kõik tarkvara raadiojaama signaalitöötlusülesanded RF-st põhiribani täisdigitaalsel kujul, seega on see täielikult programmeeritav, samuti on selle struktuur ümberkonfigureeritav ja reprodutseeritav. Kuna aga puudub raadiosagedusalale rakendatav A/D muundur, on praegu uuritav ka tarkvararaadiojaama digitaalne RF esiots, mis on kogu sageduse digitaliseerimise võti. bänd.
Olemasolevaid digitaalseid signaalitöötlusseadmeid (DSP) on laialdaselt kasutatud signaalide töötlemiseks sellistes osades nagu IF, põhiriba või terminal, mis on viinud raadioseadmete tehnilise jõudluse uuele ja kaasaegsele tasemele, kuid nende raadiosageduslik esiots on endiselt kitsariba. . Tarkvararaadiojaama jaoks peab selle RF-i esiotsas olev A/D-muundur suutma hakkama saada kogu sidesagedusalaga, üldiselt 2 MHz kuni 3 GHz. Lisaks on mobiilside signaalide tüüpilised omadused tuhmumine ja varjestus ning võib esineda tugevaid blokeerimisi ja häireid. Selle tulemusena on vastuvõtvas RF-poolses otsas ilmuvate mobiilsidesignaalide dünaamiline ulatus 100 dB või rohkem. Kui arvestada mobiilsidesignaalide erinevaid standardeid, on selle dünaamiline ulatus suurem. 10 MHz ribalaiusega süsteemi puhul on diskreetimissagedus suurem kui 25 MHz, mis nõuab 2500 MIPS andmetöötlusvõimet, mis ei vasta kaugeltki RF-liidese töödeldava signaalikeskkonna nõuetele. Isegi kui A/D-muundurid on võimelised vastama ribalaiuse ja dünaamilise ulatuse nõuetele, võivad nende võimsusnõuded siiski mobiilterminalide kasutamist takistada. Praeguses etapis välja töötatud tarkvara raadiojaam ei saa vastu võtta täieliku sagedusriba digiteerimise ideaalset struktuuri, kuid võtab kasutusele Rf esiotsa osalise sagedusriba digiteerimise praktilise struktuuri.
Kokkuvõtteks võib öelda, et tarkvararaadio sisaldab kahte tähendust: üks on raadiosageduslik (RF) esiots ja teine digitaalne signaalitöötlus; selle põhikomponendid on lairiba A/D/A muundurid ja kiired DSP kiibid. Tarkvararaadio suurimaks eeliseks on see, et see suudab täita erinevaid signaalitöötlusülesandeid riistvaraplatvormil, defineerides erinevaid tööparameetreid ja korraldades ümber kanalistruktuuri vastavalt traadita side ribale ja kanali juurdepääsu meetodile. Seetõttu saab iga tööstandardi jaoks luua spetsiaalse digitaalse esiosa ühisele riistvaraplatvormile või kasutada erinevate tööstandardite ühisosa. Esimene disain ei saavuta mitte ainult suurimat vabaduse taset, vaid vähendab ka kasutatavate väravate arvu, samas kui viimane disain nõuab spetsiaalsete algoritmide väljatöötamist digitaalsete esiotsa funktsioonide jaoks, kuid seda saab rakendada ASIC-idega, mis võimaldab meil tarkvararaadio kontseptsioonist.
Üldiselt, kuigi tarkvararaadiod töötati algselt välja sõjaliseks lühilaineliseks üle horisondi sideks, kuna need pakuvad kõrget täpsust, mida analoogvastuvõtjates ei leidu, pakuvad need ka suurepärast paindlikkust. Väikese muudatusega saab see kohaneda erinevate kasutajate nõudmistega ja vastata nende vajadustele ning selle maksumus on väga madal. Koos digitaalse signaalitöötlustehnoloogia kiire arenguga on seda üha enam kasutatud tsiviilkommunikatsiooni valdkonnas, eriti mobiilsides. Rakendus süsteemis on ulatuslikum.
