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        基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

        2017-11-28 23:47:58李維賀月月
        中國科技博覽 2017年45期
        關(guān)鍵詞:軟件無線電

        李維+賀月月

        [摘 要]針對短波通信系統(tǒng)設(shè)各種類多、數(shù)量多、操作復(fù)雜、升級成本高、兼容性差的問題及現(xiàn)代信息戰(zhàn)的發(fā)展需求,論文提出了一種基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)力案,硬件平臺(tái)采用總線式組織結(jié)構(gòu)和分頻段、二次變頻的射頻收發(fā)模塊,實(shí)現(xiàn)了模塊級的可擴(kuò)展化和中頻與基帶處理模塊的通用化。軟件平臺(tái)則使用與SC A規(guī)范(Software Communication Architecture)完全兼容的OE波形實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境和波形開發(fā)部署管理上具。該系統(tǒng)支持新業(yè)務(wù)功能的軟件注入和硬件資源的無縫擴(kuò)展,較好地解決了短波通信系統(tǒng)中所而臨的相同設(shè)各功能擴(kuò)展升級和小同設(shè)各互連互通的問題。

        [關(guān)鍵詞]軟件無線電;軟件通信體系架構(gòu)(SCA);公共對象請求代理架構(gòu)((CORBA):硬件抽象層(MHAOL)

        中圖分類號:TU617 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號:1009-914X(2017)45-0299-01

        1 引言

        由于體制結(jié)構(gòu)的限制,我三軍裝備了大量不同類型的短波電臺(tái),而為了克服短波通信容量有限、傳輸穩(wěn)定性差和抗干擾性能差等缺點(diǎn),又相繼出現(xiàn)了頻率自適應(yīng)、寬帶抗干擾等多種新技術(shù),每實(shí)現(xiàn)一種新的業(yè)務(wù)功能,都需研制一款新的短波設(shè)備或模塊板卡,不僅給短波通信系統(tǒng)總體的電磁兼容性和可靠性設(shè)計(jì)帶來了不小的難度,還會(huì)大幅增加系統(tǒng)成木和調(diào)試周期。同時(shí),也造成了短波電臺(tái)類型眾多且不能互聯(lián)互通的局面,嚴(yán)重制約著三軍的協(xié)同作戰(zhàn)能力。木文將軟件無線電的思想引入短波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,通過對現(xiàn)有業(yè)務(wù)波形的模塊化封裝,新波形組件的復(fù)用、重構(gòu)和動(dòng)態(tài)加載,通用硬件模塊的無縫升級實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的平滑升級,新技術(shù)、新體制波形的低成本注入,以及多通信頻段的業(yè)務(wù)融合,如25kHz寬帶波形、超短波近距離通信等體制或功能,較好地解決了現(xiàn)今以硬件為主導(dǎo)的技術(shù)體制帶來的功能擴(kuò)展復(fù)雜和難以互連互通的問題。

        2 基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

        軟件無線電的核心思想是構(gòu)造一個(gè)具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái),將各種功能如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、加密模式等用軟件來完成,通過加載不同的通信軟件來實(shí)現(xiàn)不同的通信模式和功能萬。軟件通信體提出的一種軟件無線電系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范川,它規(guī)定了通信設(shè)備的軟件體系結(jié)構(gòu)、硬件體系結(jié)構(gòu)和安全體系結(jié)構(gòu),以及API接II規(guī)范,其目的是實(shí)現(xiàn)無線通信設(shè)備硬件模塊化、通用性,軟件的可移植性、可重用性,以保證整個(gè)系統(tǒng)的開放型及可擴(kuò)展性,使系統(tǒng)升級簡單,減少系統(tǒng)開發(fā)費(fèi)用、縮短開發(fā)時(shí)間州。

        SCA規(guī)范將是未來美國各軍兵種無線通信系統(tǒng)都將遵循的一體化體系結(jié)構(gòu)。因此,基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)也必須遵循SCA的設(shè)計(jì)規(guī)范,它將是一個(gè)以軟件為核心的信號處理平臺(tái),由波形開發(fā)和管理環(huán)境、硬件平臺(tái)及軟件平臺(tái)等部分組成。在該系統(tǒng)中要求硬件結(jié)構(gòu)必須通用化、模塊化,即硬件體系結(jié)構(gòu)不能針對某個(gè)特定的功能設(shè)計(jì),而是設(shè)計(jì)成可擴(kuò)展、可升級的通用設(shè)備,這些設(shè)備通過邏輯軟件包進(jìn)行封裝和描述,并可通過在軟件平臺(tái)上加載不同的功能軟件模塊實(shí)現(xiàn)特定的波形應(yīng)用。以下將分為硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)架構(gòu)兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)方案描述。

        3 硬件平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

        模塊化是軟件無線電系統(tǒng)的一個(gè)重要特征,無論硬件、軟件都是由多種功能模塊按照一定的體系架構(gòu)組織起來的。硬件平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)原則是保證模塊化硬件的可擴(kuò)展性和可升級性,能夠支持未來短波通信系統(tǒng)覆蓋更廣的頻率范圍和實(shí)現(xiàn)更大的工作帶寬的潛在需求,延長設(shè)備的使用壽命。

        常見的三種硬件平臺(tái)架構(gòu)包括流水式架構(gòu)、總線式架構(gòu)和交換式架構(gòu)。木文采用標(biāo)準(zhǔn)CPC總線架構(gòu),它的功能模塊之間的禍合性比流水式架構(gòu)更低,可擴(kuò)展性更強(qiáng);具體實(shí)現(xiàn)時(shí)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和難度比交換式架構(gòu)要低。

        按照總線架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則訓(xùn),基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)中的硬件平臺(tái)由射頻接收模塊、射頻發(fā)射模塊、波形處理模塊、主控制模塊等幾部分組成。所有模塊都采用CPCI總線方式,以提高系統(tǒng)硬件的兼容性和可擴(kuò)展性。硬件平臺(tái)的各主要功能模塊與運(yùn)行波形開發(fā)、部署和管理軟件的上位機(jī)模塊通過網(wǎng)II互聯(lián)。波形處理模塊和RF接收模塊、RF發(fā)射模塊也可根據(jù)需要配置多塊,以構(gòu)成多頻段、多通道分布式的復(fù)雜信n5處理平臺(tái)。

        4 軟件平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

        基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心就是“重配置性”,主要體現(xiàn)在軟件在異構(gòu)平臺(tái)之間的可重用性。SC A規(guī)范將操作系統(tǒng)、中間件等計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)引入軟件無線電,定義了層次化的軟件體系結(jié)構(gòu)州,共分為六層:板級支持包(總線層)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和接口服務(wù)層、操作系統(tǒng)層、CORBA中間件層、核心框架層和應(yīng)用層。通過CUR-YA軟總線屏蔽底層具體的硬件實(shí)現(xiàn)川,最上層的應(yīng)用波形組件通過核心框架提供的標(biāo)準(zhǔn)API互連,實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算。波形成為無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件,波形開發(fā)者像Win-down程序員一樣主要關(guān)注組件的劃分和設(shè)計(jì),不用了解底層數(shù)據(jù)的交互過程,就可以直接利用現(xiàn)有的組件進(jìn)行波形重構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)代碼的可移植、可復(fù)用和可重構(gòu)。

        5 結(jié)語

        本文提出了一種可實(shí)現(xiàn)的基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方案,實(shí)現(xiàn)了中頻和基帶處理模塊的通用化,完成了短波QPSK波形的組件化封裝和動(dòng)態(tài)加載,并支持窄、寬帶業(yè)務(wù)波形的可移植性、可配置性。該設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)的基于硬件的通信裝備相比,具有寬頻段、多功能、易兼容、便于升級等優(yōu)勢?;谲浖o線電的短波通信系統(tǒng)是滿足未來戰(zhàn)爭通信要求、打贏信息化戰(zhàn)爭的重要技術(shù)保障,代表了戰(zhàn)術(shù)通信裝備的重要發(fā)展方向,對推動(dòng)我國軍用軟件無線電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有一定的意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1] Joint Program Executive Office (JPEO) Joint Tactical RadioSystem(JTRS)Software Communications Architecture Speci- fication,Version 2. 2. 2[S].2006.

        [2] 范建華,王曉波,李云洲,等.基于軟件通信體系義無線電系統(tǒng)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),結(jié)構(gòu)的軟件定,2011.08.endprint

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