通信論文無(wú)線電短波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展，這篇通信論文對(duì)通信能力的要求也越來(lái)越大，基于軟件無(wú)線電的短波通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)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(yīng)該實(shí)現(xiàn)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�！�江蘇通信》(雙月刊)創(chuàng)刊于1985年，由江蘇省通信學(xué)會(huì)主辦。本刊“立足江蘇通信行業(yè)，面向世界通信發(fā)展，報(bào)道最新科技成果，開(kāi)展學(xué)術(shù)技術(shù)培訓(xùn)交流”。榮獲1989、1993、1996、1998、2002年連續(xù)五屆被評(píng)為通信行業(yè)優(yōu)秀科技期刊、1999年江蘇省優(yōu)秀期刊。

　　在短波通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中可以考慮軟件無(wú)線電技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有的業(yè)務(wù)波形進(jìn)行模塊化封裝，也可以對(duì)硬件模塊進(jìn)行升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通信系統(tǒng)功能的升級(jí)，在短波通信系統(tǒng)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(xiàn)整合，比如可以將25kH寬帶波形、導(dǎo)航121等不同體制的波形進(jìn)行融合，獲得更加準(zhǔn)確的通信數(shù)據(jù)，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)線電的短波通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

　　軟件無(wú)線電技術(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(kuò)充性等都比較好，軟件無(wú)線電頂層設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)通信設(shè)備的軟件體系結(jié)構(gòu)、硬件體系結(jié)構(gòu)以及安全體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確定，這種技術(shù)的應(yīng)用是為了實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線通信設(shè)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(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，通過(guò)各種共享的硬件組建以及軟件的連接，實(shí)現(xiàn)硬件維護(hù)以及軟件的功能升級(jí)，具體說(shuō)來(lái)，其功能表現(xiàn)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(xiàn)多頻段、多模式、多通道的通信。

　　基于軟件無(wú)線電的短波通信系統(tǒng)的核心是軟件，作為一個(gè)信號(hào)處理平臺(tái)，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(tái)及軟件平臺(tái)。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(duì)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(tái)則主要采用總線式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要完成各種數(shù)據(jù)的收集、發(fā)出、模擬預(yù)處理等;軟件平臺(tái)則負(fù)責(zé)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(shè)備上加載一些不同的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種波形的控制。

　　2.基于軟件無(wú)線電的短波通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2.1軟件無(wú)線硬件平臺(tái)架構(gòu)

　　電系統(tǒng)有一個(gè)顯著的特征，就是模塊化，無(wú)論是硬件平臺(tái)還是軟件系統(tǒng)，都是實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，在硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)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，以便能夠滿足未來(lái)更加廣泛的信號(hào)覆蓋需求，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。在軟件無(wú)線電系統(tǒng)的硬件平臺(tái)中，常見(jiàn)的硬件模塊組織有流水式、總線式、交換式結(jié)構(gòu)3種，各個(gè)結(jié)構(gòu)有其自身的特點(diǎn)，總線式結(jié)構(gòu)相對(duì)于流水式結(jié)構(gòu)，其功能模塊之間的耦合性較低，但是可擴(kuò)展能力較強(qiáng)。硬件平臺(tái)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(jù)具體的配置情況，構(gòu)成多頻段、多通道的分布式信號(hào)平臺(tái)。

　　在硬件平臺(tái)系統(tǒng)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(jié)構(gòu)是子板加載板，是為了對(duì)不同速率的波形進(jìn)行處理，也要對(duì)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(gòu)，可以與外界實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，還能對(duì)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(duì)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(hào)與接收信號(hào)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(tǒng)的電路上，可以對(duì)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)，在這類通信通道上可以兼容3-30MHz頻段內(nèi)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(hào)通道上進(jìn)行傳輸。

　　另外，對(duì)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(duì)本振芯片的寄存器配置、鎖定檢測(cè)，還要根據(jù)頻率的變化進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換，通過(guò)對(duì)不同的開(kāi)關(guān)進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)之間的鏈接，還需要根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對(duì)供電結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于一些耗電量較大的元件可以自行關(guān)閉。

　　2.2軟件平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

　　隨著操作系統(tǒng)、中間件等計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)在軟件無(wú)線電領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)的層次化現(xiàn)象也越來(lái)越明晰，其中無(wú)線電軟件平臺(tái)主要包括6個(gè)層次。分別是板級(jí)支持包、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、應(yīng)用層。通過(guò)該軟件平臺(tái)的架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多種智能化控制功能，比如波形之間的互通互聯(lián)性更強(qiáng)，在開(kāi)發(fā)波形的時(shí)候，不需要首先對(duì)底層數(shù)據(jù)交換過(guò)程進(jìn)行了解，直接利用現(xiàn)有的組件對(duì)波形進(jìn)行重構(gòu)，從而使得各種代碼之間可以移植、可以重復(fù)、可以重構(gòu)。

　　如圖1所示，為軟件平臺(tái)的組成結(jié)構(gòu)，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(tái)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(yùn)行針對(duì)硬件板卡和操作系統(tǒng)的SCAOE，另外，在主控制模塊上運(yùn)行的OE和上位機(jī)模塊上運(yùn)行的OE都可以滿足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(yīng)用波形設(shè)計(jì)流程，對(duì)應(yīng)用波形的可移植性和可重用性進(jìn)行了提升，針對(duì)不同的SCAOE可以實(shí)現(xiàn)代碼的自動(dòng)生成，另外，在對(duì)波形邏輯代碼進(jìn)行編寫(xiě)測(cè)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(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的波形。但是，SCA并不是一種具體的波形的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，而是一種基于DTD和POSIX技術(shù)的框架結(jié)構(gòu)，主要用于對(duì)各種軟件無(wú)線電的管理和部署。

　　在軟件系統(tǒng)中還有一個(gè)重要的模塊，就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jié)點(diǎn)，并且以這個(gè)節(jié)點(diǎn)為中心，運(yùn)行相應(yīng)的操作系統(tǒng)，并且能夠在操作系統(tǒng)上加載SCA的操作環(huán)境。在對(duì)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(duì)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(shè)置不同的參數(shù)，如依賴屬性、吞吐量等，對(duì)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(xiàn)代碼的輸出功能，解碼組件則主要實(shí)現(xiàn)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(yīng)模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的各個(gè)組件的有效控制。

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