軟件無線電在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用與新進(jìn)展

2019-11-03 09:48:03

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軟件無線電在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用與新進(jìn)展<2>3.1 體系結(jié)構(gòu)分層化與軟件模塊化軟件無線電采用開放式的模塊化的即插即用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大增強了第三代移動通信系統(tǒng)的靈活性、重用性。這與以往的無線電臺有本質(zhì)的區(qū)別，但是便采用此結(jié)構(gòu)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。第三代移動通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計是非常復(fù)雜的，為了減小軟件設(shè)計的復(fù)雜性，軟件無線電就需要按居或級的方式來組織，使得軟件無線電的軟件具有高度的結(jié)構(gòu)化。 JosephMitola在數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)上提出了一個軟件無線電分層虛擬機參考模型。分層虛擬機模型定義了關(guān)鍵的接口。最底層是由普通處理器與具有指令集的ASIC（專用集成電路）以及FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）組成。它包括設(shè)備驅(qū)動、中斷子程序、任務(wù)控制、資源分配與相關(guān)的操作系統(tǒng)服務(wù)，提供了一個統(tǒng)一的硬件平臺。無線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)虛擬機是建立與控制信息傳輸線程的，這包括話音通道、數(shù)據(jù)路徑、無線控制信息線程、定時分配、頻率校準(zhǔn)與本地服務(wù)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)狀態(tài)機是為每一個用戶信道提出請求與分配內(nèi)部資源的。無線應(yīng)用虛擬機包括代理、同級控制算法與保持無線工作模式如蜂窩接口標(biāo)準(zhǔn)或一個軍用標(biāo)準(zhǔn)（如SINCGARS：單信道陸空無線系統(tǒng)），信道狀態(tài)機控制靜音、同步、保密功能和多媒體數(shù)據(jù)與話音的傳輸。通信服務(wù)（如連接一個蜂窩用戶與一個SINCGARS用戶）是通過建立連接與插入代理來實現(xiàn)。此分層虛擬機模型是初步的，還需要研究與細(xì)化。軟件無線電不僅需要硬件模塊化，也需要軟件模塊化。由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用級的軟件到軟件的API（應(yīng)用編程接口），缺乏對存儲器、緩存空間與處理資源的量化，軟件重用度低，花費大，研制周期長，因而需要把軟件按功能分成模塊，各模塊功能與接口有清楚的定義。軟件無線電論壇是根據(jù)AP來進(jìn)行區(qū)分，采用CORBA（公共對象請求代理結(jié)構(gòu)）技術(shù)。CORBA技術(shù)能夠無縫地共享應(yīng)用數(shù)據(jù)，它提供了一種軟總線。利用接口定義語言（java語言是一個子集），每一個軟件包被提供一個信息傳輸接口到ORB（對象請求代理），被確定數(shù)量的對象用CORBA接口來實現(xiàn)插拔。CORBA技術(shù)在軟件無線電中應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。3.2軟件無線電結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)分析化當(dāng)軟件無線電經(jīng)歷從研究到實際應(yīng)用轉(zhuǎn)變時，建立軟件無線電結(jié)構(gòu)的可證明特性越來越重要。如雖然用CORBA技術(shù)可以實現(xiàn)軟件的模塊化，大大提高了軟件的可重用性，但是由于缺乏數(shù)學(xué)分析難以對存儲器、緩存空間與處理資源量化。這樣就很難講出一個軟件模塊的數(shù)據(jù)吞吐量、響應(yīng)時間及其它關(guān)鍵要求。當(dāng)重用自已軟件庫中或第三方的軟件時，可能存在系統(tǒng)性能下降，甚至系統(tǒng)崩潰。這樣就需要用數(shù)學(xué)模型來描述快速涌現(xiàn)的技術(shù)。利用拓?fù)鋵W(xué)來研究軟件無線電結(jié)構(gòu)，提高了即插即用結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和有效重用。分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性產(chǎn)生了分層分布虛擬機參考模型與一系列的設(shè)計原則。結(jié)構(gòu)設(shè)計原則是：（1）有界遞歸模塊：這樣的模塊將消耗可預(yù)測的資源，且軟件錯誤不大可能引起系統(tǒng)崩潰。（2）清楚的可擴展的接口拓?fù)洌河猛負(fù)淇臻g的基向量來定義軟件無線電接口，并使用可擴展語言如 UML（統(tǒng)一模型語言）、SDL（定義描述語言）和IDL（接口定義語言）等。（3）分布分層虛擬機結(jié)構(gòu)：這樣可以最大限度地使用高一層或低一層的組件。為軟件無線電結(jié)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可重用性等。3.3 面向?qū)ο蠡? 第三代移動通信系統(tǒng)面向的是個人服務(wù)。因而第三代移動通信系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)需要面向?qū)ο笤O(shè)計。面向?qū)ο笤O(shè)計是一種很有效的設(shè)計方法。軟件無線電具有很強的靈活性，使對象具有很強的選擇性，因此其功能的設(shè)計應(yīng)面向?qū)ο蟆? 包括信源編解碼功能庫、服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)支持庫、信息安全庫與信道編解碼庫。其中信道編解碼庫又可分為調(diào)制解調(diào)庫、中頻處理庫與射頻接入庫。多模式無線電具有多種空中接口波形，這些波形可能在不同的頻帶內(nèi)，還可能擴展到幾個頻帶內(nèi)工作。由于具有不同的信源編碼與信道編碼，因而變成了多個性。一個個性包括了頻帶、信道（控制與通信信道）、空中接口波形、協(xié)議與相關(guān)的功能。從開放結(jié)構(gòu)來看，系統(tǒng)集成者、網(wǎng)絡(luò)操作者和服務(wù)提供者從基于標(biāo)準(zhǔn)的可共同操作的功能庫中選擇子集，經(jīng)一個聯(lián)合控制（用多進(jìn)程多處理器軟件來混合完成的）來實現(xiàn)服務(wù)。這樣就具有了很強的靈活性，可以適合不同對象的需求。例如，一個3G移動國際互連服務(wù)，可能從服務(wù)網(wǎng)絡(luò)庫中選已存在的ip協(xié)議與從信道編解碼庫中選出的3G中頻調(diào)制解調(diào)程序，并將程序下載到3G手機上，這樣對于需要利用3G手機上網(wǎng)的用戶，可以很方便地實現(xiàn)上網(wǎng)功能；對于通信保密有特殊要求的用戶可以調(diào)用信息安全模塊中的加密子程度；為了滿足遠(yuǎn)離節(jié)點的信源進(jìn)入3G系統(tǒng)，可以調(diào)用服務(wù)網(wǎng)絡(luò)庫中的支持SDH（同步數(shù)字體系）與局域網(wǎng)互聯(lián)的子程序來完成。由上可以看出，軟件無線電采用面向?qū)ο笤O(shè)計，使第三代移動通信系統(tǒng)具有多個性，通過靈活的取舍來滿足不同對象的需求。3.4認(rèn)知化、智能化為了更好地為個人服務(wù)，最近Joseph Mitola在軟件無線電的基礎(chǔ)上提出了認(rèn)知無線電。認(rèn)知軟件無線電是指無線電的內(nèi)部工作狀態(tài)是可知的，通過無線電知識描述語言（RKRL）與網(wǎng)絡(luò)針對無線規(guī)則進(jìn)行智能交流，并采用支持關(guān)于用戶需要的自動推理的方式，更好地為個人通信服務(wù)。無線規(guī)則是指一系列適合無線頻譜使用的射頻帶寬、空中接口、空間時間模式。認(rèn)知無線電使軟件無線電從預(yù)先定義協(xié)議的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無線電領(lǐng)域的智能代理，它能找出各種方式來提供各種用戶需要的服務(wù)，甚至用戶都不知道是如何得到它的。目前的軟件無線電構(gòu)思不可能與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能交流，因為沒有基于模式的推理計劃能力和沒有語言能表達(dá)這些事。認(rèn)知軟件無線電則采用豐富的內(nèi)部模式廣泛地進(jìn)行這種對話。GSM的自適應(yīng)均衡階數(shù)反映了信道多徑結(jié)構(gòu)，例如，一個網(wǎng)絡(luò)可能需要問一個手機：你看到多少可區(qū)分的多徑成份，認(rèn)知無線電則知道內(nèi)部自適應(yīng)均衡狀態(tài)。當(dāng)根本沒有多徑，或多徑很小時，軟件無線電的處理能力被浪費。認(rèn)知軟件無線電可以把這種能力轉(zhuǎn)向更有用的部分（如無線電與網(wǎng)絡(luò)可以增加編碼冗余度來增加下載速度），或處于休眠狀態(tài)。3.5計算機化軟件無線電計算機化可以為第三代移動通信系統(tǒng)提供更強的靈活性、網(wǎng)絡(luò)性與良好的人機界面。計算機化是指軟件無線電需要與計算機技術(shù)相結(jié)合。軟件無線電的特征之一是實現(xiàn)模塊化，模塊化是建立在總線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上。軟件無線電采用了總線結(jié)構(gòu)，使得無線通信系統(tǒng)中各功能部件之間的相互關(guān)系變?yōu)槊嫦蚩偩€的單一關(guān)系。這樣使無線通信產(chǎn)品易于實現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用性。PC機的發(fā)展速度很快，功能強大，用代機來實現(xiàn)控制與軟件編程將使軟件無線電的技術(shù)更加快速發(fā)展。目前軟件無線電與計算機結(jié)合體現(xiàn)在兩個方面：一是提供友好的人機對話界面（MMI）；二是利用PC機進(jìn)行第三代移動通信系統(tǒng)的基帶處理。如最近研究的一個熱點虛擬軟件無線電是充分利用計算機進(jìn)行基帶信號處理，它依靠高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換做成硬件插卡，采用PCI總線，工作在高速的PC機上。將信號寬帶數(shù)字化后，在PC機上進(jìn)行數(shù)字信號處理而不是DSP上。這一方法允許我們利用代機硬件與軟件資源，用新的方法來進(jìn)行信號處理，采用新的方法來構(gòu)造系統(tǒng)。4結(jié)束語本文論述了軟件無線電在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，歸納總結(jié)了軟件無線電體系結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)第三代移動通信系統(tǒng)的要求，出現(xiàn)了一些新的發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)在體系結(jié)構(gòu)分層化、軟件模塊化、結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)分析化、面向?qū)ο蠡⒄J(rèn)知化、計算機化。希望通過這些歸納與總結(jié)，能對國內(nèi)軟件無線電技術(shù)的研究工作特別是在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用起到一定的推動作用。摘自《電信科學(xué)》

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