软件无编电体系结构的新趋势 作者:高瞻沈良任国春王金龙发布日期:200111 (解放军理工大学通信工程学院南京210016) 摘要本文简要回顾了软件无线电在通信系统中的发展应用,分析了软件无线电的设计要素,重点归纳总结了软件无线电新的发展趋势 主要表现为结构标准化和软件标准化 关键词软件无线电数据流处理处理模块重配置性运行环境 引言 从移动通信终端的多样性来看,软件无线电必须适应移动电话、移动电脑等各种终端,在噪声空一时变信道中达到最佳的服务质量 loos)e从2G到3G移动蜂窝通信过渡的各种体制来看,典型的有PDC、GSM、s95,PHS、DECr,EDGE、GPRS、DME200CDMA200 软件无线电必须保证它们之间的互操作 软件无线电关键的设计要素包括:天线模块设计、快速有效的模数(AD转换器设计、灵活的射频(RF)前端设计、有效的数据管理程序、 资源分配以及硬件重新配置的平滑过渡 具体表现为 )在天线模块设计中,软件天线成为主要研究对象。基于数字波束形成天线技术的发展,数字波束形成器成为实现软件天线的主要结构 在软件方面,主要通过自适应算法修改权重系数,达到适应空间和时间参数变化的目的。最近出现的一种分层结构的阵列天线,将单元天 线进行组合及分层。同时,将空时理论引入软件天线中,从空间和时间参数的变化来调整天线结构,达到有效干扰抑制。 2)对于手持终端来说,AMD转换器和灵活的RF前端的设计是最具挑战性的.目前,出现了将超导模数转换技术用于ADC中,采用超高 集成电路逻辑“快速单通量逻辑"RSFQ)实现射频数字化。其射频频率可达10-100GHz,并且具有较高的分辨率。允许在采样速率和分辨 率之间进行折衷选择。 (3)软件无线电是一个复杂的整体,必须有效处理高速率的数据,这就需要良好的资源计算分配。它强调把整个过程分割,每个部分与硬 件的各个部件相对应。资源分配还与数据流特性有关,必须以最小时延和开销对数据进行处理 (4)硬件重新配置的平滑过渡包括运行时间的可配置以及通过空中接口及时修改。平滑过渡能够实现最小时延,增强系统的稳定性 软件无线电结构标准化 当前,众多提出的软件无线电结构,缺乏通用的设计方法,许多实际设备只能适用于某些特定系统。弗吉尼亚工学院的 Srikathy ayani Srikanteswara i提出一种标准化结构:分层无线电结构。该结构能够实现软件无线电的所有特性,并提供一种修改和更新系统的方法。该 结构采用硬件分页来实现。硬件分页( Hardware Paging是指硬件模块在系统中进行页面调入和页面调出处理。分页的概念是从虚拟存储系 统中引入的,类似于在虚拟存储系统中具有一个虚拟地址并且可以在实存储器和辅助存储器之间作为一个单位来传送的一种长度固定的(数 据)块。分层结构有利于基于数据流的处理,总线既用来处理数据,也用来对信息进行编程。数据的前端添加字头,用来指示数据包的特性 基于数据流的处理简化了模块之间的接口,可以很方便地添加或瞽换模块。 分层无线电按照功能可以划分为三层,每一层对数据包字头添加或修改,将封装后的数据传递到下一层。当处理结束后,信息以相反 的顺序传递。分层结构具体定义为:软件无线电接口(SR层、配置层和处理层。在各层中都有应用软件驻留,提供用户接口。三层结构采 用基于数据流的处理方法实现,其分层结构如图1所示。软件无线电体系结构的新趋势 作者：高 瞻 沈 良 任国春 王金龙 发布日期：200111 (解放军理工大学通信工程学院 南京 210016) 摘 要 本文简要回顾了软件无线电在通信系统中的发展应用，分析了软件无线电的设计要素，重点归纳总结了软件无线电新的发展趋势， 主要表现为结构标准化和软件标准化。 关键词 软件无线电 数据流处理 处理模块 重配置性 运行环境 1 引言 从移动通信终端的多样性来看，软件无线电必须适应移动电话、移动电脑等各种终端，在噪声空—时变信道中达到最佳的服务质量 (QoS)。从 2G 到 3G 移动蜂窝通信过渡的各种体制来看，典型的有 PDC、GSM、IS-95、PHS、DECT、EDGE、GPRS、IMT-2000、CDMA2000， 软件无线电必须保证它们之间的互操作。 软件无线电关键的设计要素包括：天线模块设计、快速有效的模数(A/D)转换器设计、灵活的射频(RF)前端设计、有效的数据管理程序、 资源分配以及硬件重新配置的平滑过渡。 具体表现为： (1) 在天线模块设计中，软件天线成为主要研究对象。基于数字波束形成天线技术的发展，数字波束形成器成为实现软件天线的主要结构。 在软件方面，主要通过自适应算法修改权重系数，达到适应空间和时间参数变化的目的。最近出现的一种分层结构的阵列天线，将单元天 线进行组合及分层。同时，将空时理论引入软件天线中，从空间和时间参数的变化来调整天线结构，达到有效干扰抑制。 (2) 对于手持终端来说，A/D 转换器和灵活的 RF 前端的设计是最具挑战性的。目前，出现了将超导模数转换技术用于 ADC 中，采用超高 集成电路逻辑“快速单通量逻辑”(RSFQ)实现射频数字化。其射频频率可达 10～100 GHz，并且具有较高的分辨率。允许在采样速率和分辨 率之间进行折衷选择。 (3) 软件无线电是一个复杂的整体，必须有效处理高速率的数据，这就需要良好的资源计算分配。它强调把整个过程分割，每个部分与硬 件的各个部件相对应。资源分配还与数据流特性有关，必须以最小时延和开销对数据进行处理。 (4) 硬件重新配置的平滑过渡包括运行时间的可配置以及通过空中接口及时修改。平滑过渡能够实现最小时延，增强系统的稳定性。 2 软件无线电结构标准化 2.1 分层标准化结构 当前，众多提出的软件无线电结构，缺乏通用的设计方法，许多实际设备只能适用于某些特定系统。弗吉尼亚工学院的 Srikathyayani Srikanteswara 提出一种标准化结构：分层无线电结构。该结构能够实现软件无线电的所有特性，并提供一种修改和更新系统的方法。 该 结构采用硬件分页来实现。硬件分页(Hardware Paging)是指硬件模块在系统中进行页面调入和页面调出处理。分页的概念是从虚拟存储系 统中引入的，类似于在虚拟存储系统中具有一个虚拟地址并且可以在实存储器和辅助存储器之间作为一个单位来传送的一种长度固定的(数 据)块。分层结构有利于基于数据流的处理，总线既用来处理数据，也用来对信息进行编程。数据的前端添加字头，用来指 示数据包的特性。 基于数据流的处理简化了模块之间的接口，可以很方便地添加或替换模块。 分层无线电按照功能可以划分为三层，每一层对数据包字头添加或修改，将封装后的数据传递到下一层。当处理结束后，信息以相反 的顺序传递。分层结构具体定义为：软件无线电接口(SRI)层、配置层和处理层。在各层中都有应用软件驻留，提供用户接口。三层结构采 用基于数据流的处理方法实现，其分层结构如图 1 所示