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基于軟件無(wú)線(xiàn)電的短波通信系統設計論文
在短波通信系統的設計過(guò)程中可以考慮軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，對現有的業(yè)務(wù)波形進(jìn)行模塊化封裝，也可以對硬件模塊進(jìn)行升級，從而實(shí)現對通信系統功能的升級，在短波通信系統中加入這種新技術(shù)以及新體制波形，可以使得多個(gè)頻段的波形實(shí)現整合，比如可以將25kH寬帶波形、導航121等不同體制的波形進(jìn)行融合，獲得更加準確的通信數據，為通信連接過(guò)程中的難題提供了一個(gè)有效的解決途徑。
1.基于軟件無(wú)線(xiàn)電的短波通信系統總體設計思路
軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是未來(lái)社會(huì )發(fā)展的一個(gè)必然產(chǎn)物，其具有很多優(yōu)良的特性，比如開(kāi)放性、靈活性、擴充性等都比較好，軟件無(wú)線(xiàn)電頂層設計規范對通信設備的軟件體系結構、硬件體系結構以及安全體系結構進(jìn)行了確定，這種技術(shù)的應用是為了實(shí)現各種無(wú)線(xiàn)通信設備之間的硬件模塊化以及軟件的可移植操作，采用了開(kāi)放的標準結構，通過(guò)各種共享的硬件組建以及軟件的連接，實(shí)現硬件維護以及軟件的功能升級，具體說(shuō)來(lái)，其功能表現在兩個(gè)方面：第一，在硬件上具有互相連通的特性，第二，在軟件上可以實(shí)現多頻段、多模式、多通道的通信。
基于軟件無(wú)線(xiàn)電的短波通信系統的核心是軟件，作為一個(gè)信號處理平臺，其包括了3個(gè)重要的組成部分，分別是波形開(kāi)發(fā)部署管理軟件、硬件平臺及軟件平臺。3個(gè)組成部分分別具有不同的功能，其中波形開(kāi)發(fā)部署管理軟件，主要是對波形組件的功能進(jìn)行劃分、重用，并且還要控制物理層波形代碼的集成、波形分布的部署以及加載；硬件平臺則主要采用總線(xiàn)式結構設計主要完成各種數據的收集、發(fā)出、模擬預處理等；軟件平臺則負責將各種硬件資源封裝和描述，在具體的描述過(guò)程中需要使用邏輯軟件，并且要在這些設備上加載一些不同的軟件，實(shí)現對多種波形的控制。
2.基于軟件無(wú)線(xiàn)電的短波通信系統的設計
2.1軟件無(wú)線(xiàn)硬件平臺架構
電系統有一個(gè)顯著(zhù)的特征，就是模塊化，無(wú)論是硬件平臺還是軟件系統，都是實(shí)現模塊化的，其中包括了很多個(gè)不同的功能模塊，這些模塊可以組合在一起成為一個(gè)整體的結構，在硬件平臺設計中，各個(gè)模塊組織之間的組合與搭配，必須要以提高硬件的容量為前提，以便能夠滿(mǎn)足未來(lái)更加廣泛的信號覆蓋需求，延長(cháng)設備的使用壽命。在軟件無(wú)線(xiàn)電系統的硬件平臺中，常見(jiàn)的硬件模塊組織有流水式、總線(xiàn)式、交換式結構3種，各個(gè)結構有其自身的特點(diǎn)，總線(xiàn)式結構相對于流水式結構，其功能模塊之間的耦合性較低，但是可擴展能力較強。硬件平臺包括了主控制模塊、波形處理模塊、RF收發(fā)模塊，其中波形處理模塊和RF收發(fā)模塊還可以根據具體的配置情況，構成多頻段、多通道的分布式信號平臺。
在硬件平臺系統中，其核心部位是波形處理模塊，波形處理模塊由AD/DA板和基帶處理板組成。其中AD/DA板的結構是子板加載板，是為了對不同速率的波形進(jìn)行處理，也要對不同波形體制進(jìn)行支撐，基帶處理板則采用了多片DSP+FPGA架構，可以與外界實(shí)現高速的數據傳輸，還能對傳輸情況進(jìn)行控制。
RF接收模塊則采用了超外差二次變頻的分頻段接收方式，在對頻率進(jìn)行選擇的時(shí)候略有差異，第一中頻的頻率是80MHz，第二中頻的頻率是70MHz，其變頻方式有兩種，可以使得干擾信號與接收信號之間的頻率差增大，便于帶通濾波器濾除鏡頻干擾。在通信系統的電路上，可以對通信的通道進(jìn)行選擇，切換通道的時(shí)候所選擇的開(kāi)關(guān)有一分六和一分三的寬帶高速射頻開(kāi)關(guān)，在這類(lèi)通信通道上可以兼容3-30MHz頻段內的多種波形，比如3kHz，25kHz和1MHz的窄、寬帶業(yè)務(wù)波形，都可以在這個(gè)信號通道上進(jìn)行傳輸。
另外，對于控制單元中的FPGA可編程單元，作為控制單元的主控器，所承載的任務(wù)較多，需要完成對本振芯片的寄存器配置、鎖定檢測，還要根據頻率的變化進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換，通過(guò)對不同的開(kāi)關(guān)進(jìn)行組合，實(shí)現不同信號之間的鏈接，還需要根據系統的工作狀態(tài)，對供電結構進(jìn)行優(yōu)化，對于一些耗電量較大的元件可以自行關(guān)閉。
2.2軟件平臺架構的設計
隨著(zhù)操作系統、中間件等計算機領(lǐng)域的技術(shù)在軟件無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域中的應用越來(lái)越廣泛，軟件無(wú)線(xiàn)電結構的層次化現象也越來(lái)越明晰，其中無(wú)線(xiàn)電軟件平臺主要包括6個(gè)層次。分別是板級支持包、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧和接口服務(wù)層、操作系統層、CORBA中間件層、核心框架層、應用層。通過(guò)該軟件平臺的架構，可以實(shí)現多種智能化控制功能，比如波形之間的互通互聯(lián)性更強，在開(kāi)發(fā)波形的時(shí)候，不需要首先對底層數據交換過(guò)程進(jìn)行了解，直接利用現有的組件對波形進(jìn)行重構，從而使得各種代碼之間可以移植、可以重復、可以重構。
如圖1所示，為軟件平臺的組成結構，在軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)候使用的是sCAOE操作環(huán)境，在這個(gè)軟件平臺上包括核心框架和波形開(kāi)發(fā)部署軟件。主控制模塊上運行針對硬件板卡和操作系統的SCAOE，另外，在主控制模塊上運行的OE和上位機模塊上運行的OE都可以滿(mǎn)足SCA兼容的要求。
sCA波形集成開(kāi)發(fā)環(huán)境采用基于模型的應用波形設計流程，對應用波形的可移植性和可重用性進(jìn)行了提升，針對不同的SCAOE可以實(shí)現代碼的自動(dòng)生成，另外，在對波形邏輯代碼進(jìn)行編寫(xiě)測試的時(shí)候，可以將通過(guò)DSP與FPGA編譯好的文件與框架容器代碼進(jìn)行有效的集成，生成符合具體規范標準的波形。但是，SCA并不是一種具體的波形的規范標準，而是一種基于DTD和POSIX技術(shù)的框架結構，主要用于對各種軟件無(wú)線(xiàn)電的管理和部署。
在軟件系統中還有一個(gè)重要的模塊，就是要實(shí)現對波形的組件化開(kāi)發(fā)，在SCA波形集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，可以將主控制模塊看成是一個(gè)節點(diǎn)，并且以這個(gè)節點(diǎn)為中心，運行相應的操作系統，并且能夠在操作系統上加載SCA的操作環(huán)境。在對波形進(jìn)行開(kāi)發(fā)的時(shí)候是采用組件化方式進(jìn)行的。以QPSK波形為例，在對這個(gè)波形進(jìn)行開(kāi)發(fā)的時(shí)候，可以簡(jiǎn)單地將其分為編碼和解碼兩個(gè)過(guò)程，編碼和解碼的組件可以通過(guò)設置不同的參數，如依賴(lài)屬性、吞吐量等，對所有待部署的芯片進(jìn)行選擇，比如FPGA和DSP都是可以選擇使用的芯片，編碼組件主要實(shí)現代碼的輸出功能，解碼組件則主要實(shí)現代碼的輸入功能，通過(guò)編碼和解碼的過(guò)程，可以將代碼傳入到主控制模塊中的相應模塊，從而實(shí)現對波形的各個(gè)組件的有效控制。
3.結語(yǔ)
綜上所述，隨著(zhù)通信行業(yè)的不斷發(fā)展，對通信能力的要求也越來(lái)越大，基于軟件無(wú)線(xiàn)電的短波通信系統可以實(shí)現中頻和基帶模塊的通用化目的，還可以完成短波QPSK波形的組件化封裝以及動(dòng)態(tài)加載過(guò)程。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，還應該實(shí)現大動(dòng)態(tài)寬帶接收、高諧雜波控制等目的，使得通信技術(shù)不斷更新，為通信行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。
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