第二章軟件無線電的體系結構.

1、軟件無線電的體系結構2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型軟件無線電的系統(tǒng)模型 2.2 軟件無線電的體系結構軟件無線電的體系結構 2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型一、通信系統(tǒng)模型一、通信系統(tǒng)模型二、深入理解軟件無線電二、深入理解軟件無線電三、無線電頂層部件的拓撲結構三、無線電頂層部件的拓撲結構2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型一、通信系統(tǒng)模型一、通信系統(tǒng)模型傳統(tǒng)無線通信模型傳統(tǒng)無線通信模型 軟件無線電的多頻帶、多模式、多線程、多個性化軟件無線電的多頻帶、多模式、多線程、多個性化的特點需要從這個簡單的通信模型上進行擴展。的特點需要從這個簡單的通信模型上進行擴展。2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型RF信道擴展信道擴展為信道

2、集為信道集信源擴展為信信源擴展為信源集源集基本函數(shù)模型基本函數(shù)模型 2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型可編程的射頻及信道接入：對多個射頻段和其他可能的可編程的射頻及信道接入：對多個射頻段和其他可能的 信道接入方式進行自動接入信道接入方式進行自動接入 中頻處理：進行濾波、頻率變換、波束形成等處理中頻處理：進行濾波、頻率變換、波束形成等處理調制解調：包含多種調制技術，實現(xiàn)多模式無線電所要調制解調：包含多種調制技術，實現(xiàn)多模式無線電所要 求的多種調制方式求的多種調制方式 2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型u信源階段：信源階段：信源編碼算法、遠程信息輸入信源編碼算法、遠程信息輸入軟件無線電節(jié)點對計算的需求：軟件無

3、線電節(jié)點對計算的需求：u信道階段：信道階段：波束形成算法、頻段選擇、調制方式選擇波束形成算法、頻段選擇、調制方式選擇 數(shù)據(jù)格式選擇數(shù)據(jù)格式選擇u聯(lián)合控制：聯(lián)合控制：管理和協(xié)調整個系統(tǒng)的正常工作管理和協(xié)調整個系統(tǒng)的正常工作 用戶選擇不同的配置，系統(tǒng)對運算的需用戶選擇不同的配置，系統(tǒng)對運算的需求有很大不同。求有很大不同。2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型一個軟件無線電節(jié)點個性化配置服務供應商軟件無線電基站個性化配置其它軟件無線電節(jié)點 不能超過不能超過系統(tǒng)本身系統(tǒng)本身允許的最允許的最大限量大限量軟件無線電節(jié)點個性化配置軟件無線電節(jié)點個性化配置 2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型 使用使用排隊論排隊論對系統(tǒng)資源的

4、需求進行統(tǒng)計，對對系統(tǒng)資源的需求進行統(tǒng)計，對固定固定 結構結構的系統(tǒng)分析它的實時特性。的系統(tǒng)分析它的實時特性。有限處理資源系統(tǒng)有限處理資源系統(tǒng)即插即用模塊產生了即插即用模塊產生了可變的結構可變的結構，導致了分析的復雜性。，導致了分析的復雜性。軟件無線電系統(tǒng)軟件無線電系統(tǒng)2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型軟件無線電系統(tǒng)的拓撲結構軟件無線電系統(tǒng)的拓撲結構 忽略了軟件無線電的各種函數(shù)、忽略了軟件無線電的各種函數(shù)、接口和實現(xiàn)細節(jié)。接口和實現(xiàn)細節(jié)。2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型明確系統(tǒng)頂層的即插即用接口；明確系統(tǒng)頂層的即插即用接口；可以預測和控制系統(tǒng)的性能；可以預測和控制系統(tǒng)的性能；為建立標準定義一個參考模型；

5、為建立標準定義一個參考模型；為產品演化提供體系結構；為產品演化提供體系結構；拓撲結構中的節(jié)點和有向線段可帶有拓撲結構中的節(jié)點和有向線段可帶有有關的任何重要特性。這些重要特性有關的任何重要特性。這些重要特性構成拓撲空間的維數(shù)。構成拓撲空間的維數(shù)。2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型“實現(xiàn)實現(xiàn)”維空間的值：硬件和軟件維空間的值：硬件和軟件u線段線段”中頻中頻ADC” 硬件硬件u線段線段“調制解調調制解調”和和“聲碼器聲碼器” 軟件軟件“信號頻率及數(shù)據(jù)速率信號頻率及數(shù)據(jù)速率”空間：頻率值空間：頻率值uRF 模擬信號，幾百兆到幾千兆模擬信號，幾百兆到幾千兆u射頻處理后得到中頻值射頻處理后得到中頻值模擬信號，幾

6、十兆模擬信號，幾十兆u中頻中頻ADC后后 數(shù)字信號，幾百兆數(shù)字信號，幾百兆/秒秒u信道濾波后信道濾波后 幾兆至幾十兆幾兆至幾十兆/秒秒u解調后語音信號解調后語音信號 幾千幾千幾萬比特幾萬比特/秒秒2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型二、深入理解軟件無線電二、深入理解軟件無線電1. 1. 可編程數(shù)字無線電可編程數(shù)字無線電基帶部分使用基帶部分使用DSPDSP，基帶以上部分采用硬件來實現(xiàn)。，基帶以上部分采用硬件來實現(xiàn)。2. 2. 軟件無線電軟件無線電基帶部分使用基帶部分使用DSPDSP，射頻和中頻部分盡可能采用軟件，射頻和中頻部分盡可能采用軟件來實現(xiàn)來實現(xiàn), ,具有完全的可編程性。具有完全的可編程性。2.1

7、 軟件無線電的系統(tǒng)模型軟件無線電的關鍵模塊軟件無線電的關鍵模塊 （數(shù)字接入點）（數(shù)字接入點）軟件的起止點軟件的起止點2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型3. 3. 硬件的等價軟件模型硬件的等價軟件模型(a) (a) 用射頻專用用射頻專用ASICASIC實現(xiàn)的拓撲結構實現(xiàn)的拓撲結構 (b) (b) 用等價的軟件模型實現(xiàn)的拓撲結構用等價的軟件模型實現(xiàn)的拓撲結構 2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型3. 3. 硬件的等價軟件模型硬件的等價軟件模型參數(shù)的不定性造成拓撲結構中的開放球參數(shù)的不定性造成拓撲結構中的開放球2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型4. 4. 對可編程程度的定量量化對可編程程度的定量量化 對于軟件無線電體系

8、結構來說，如何衡量一個對于軟件無線電體系結構來說，如何衡量一個具體實現(xiàn)方案的可編程的程度具體實現(xiàn)方案的可編程的程度是最根本的問題。是最根本的問題。 可編程性可編程性: : 是指系統(tǒng)的靈活性，即是不是很容易是指系統(tǒng)的靈活性，即是不是很容易地進行地進行個性化配置個性化配置等。等。2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型4. 4. 對可編程程度的定量量化對可編程程度的定量量化軟件無線電狀態(tài)空間示意圖軟件無線電狀態(tài)空間示意圖縱軸：數(shù)字接縱軸：數(shù)字接 入點的頻段入點的頻段橫軸：系統(tǒng)的靈橫軸：系統(tǒng)的靈活性活性2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型三、無線電頂層部件的拓撲結構三、無線電頂層部件的拓撲結構基本函數(shù)模型基本函數(shù)模型

9、2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型三、無線電頂層部件的拓撲結構三、無線電頂層部件的拓撲結構軟件無線電的頂層功能模塊軟件無線電的頂層功能模塊2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型三、無線電頂層部件的拓撲結構三、無線電頂層部件的拓撲結構通信系統(tǒng)基本函數(shù)模型的接口通信系統(tǒng)基本函數(shù)模型的接口2.1 軟件無線電的系統(tǒng)模型三、無線電頂層部件的拓撲結構三、無線電頂層部件的拓撲結構通信系統(tǒng)基本函數(shù)模型的接口通信系統(tǒng)基本函數(shù)模型的接口2.2 軟件無線電的體系結構 體系結構：是一些設計原則、基本功能塊以體系結構：是一些設計原則、基本功能塊以及函數(shù)的集合，利用它們可以組織、設計和及函數(shù)的集合，利用它們可以組織、設計和建立一個系統(tǒng)。

10、建立一個系統(tǒng)。 當系統(tǒng)復雜性增加時，體系結構的作用就變得非常當系統(tǒng)復雜性增加時，體系結構的作用就變得非常重要，一個強有力的體系結構可以簡化和加速系統(tǒng)重要，一個強有力的體系結構可以簡化和加速系統(tǒng)的開發(fā)。的開發(fā)。2.2 軟件無線電的體系結構一、無線電系統(tǒng)的結構一、無線電系統(tǒng)的結構二、無線電體系結構的演變二、無線電體系結構的演變三、軟件無線電的體系結構三、軟件無線電的體系結構2.2 軟件無線電的體系結構一、無線電系統(tǒng)的結構一、無線電系統(tǒng)的結構(a) (a) 發(fā)射端發(fā)射端 (b) (b) 接收端接收端 1. 1. 基于語音傳輸?shù)淖詈啛o線電系統(tǒng)結構基于語音傳輸?shù)淖詈啛o線電系統(tǒng)結構 2.2 軟件無線電的體

11、系結構u天線效率低天線效率低；1. 1. 基于語音傳輸?shù)淖詈唵螣o線電系統(tǒng)結構基于語音傳輸?shù)淖詈唵螣o線電系統(tǒng)結構 u不能多路傳輸；不能多路傳輸；將輸入的激勵電流轉換為電磁波能量輸出，存在功率將輸入的激勵電流轉換為電磁波能量輸出，存在功率轉換問題（天線效率）轉換問題（天線效率）所傳輸信號的頻率范圍相同，在其發(fā)射機功率覆蓋范圍所傳輸信號的頻率范圍相同，在其發(fā)射機功率覆蓋范圍內，只能由一個發(fā)射機傳輸一路信號。內，只能由一個發(fā)射機傳輸一路信號。2.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 無線電系統(tǒng)的基本結構無線電系統(tǒng)的基本結構 (a) (a) 發(fā)射端發(fā)射端 增加了調增加了調制環(huán)節(jié)制環(huán)節(jié)2.2 軟件無線電的體

12、系結構(b) (b) 接收端接收端 2. 2. 無線電系統(tǒng)的基本結構無線電系統(tǒng)的基本結構 增加了解增加了解調環(huán)節(jié)調環(huán)節(jié)2.2 軟件無線電的體系結構頻分復用技術頻分復用技術： 選用不同的載波頻率可以在同一空間里同時傳輸電選用不同的載波頻率可以在同一空間里同時傳輸電磁頻譜重疊的調制信號，如：語音、圖像等。磁頻譜重疊的調制信號，如：語音、圖像等。 根據(jù)調制信號對載波參數(shù)影響的不同，調制分為：根據(jù)調制信號對載波參數(shù)影響的不同，調制分為：調幅調幅(AM)、調頻、調頻(FM)、調相、調相(PM)三種方式。三種方式。它的應用使人類開始了無線電廣播的歷史。它的應用使人類開始了無線電廣播的歷史。2. 2. 無線

13、電系統(tǒng)的基本結構無線電系統(tǒng)的基本結構 2.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 無線電系統(tǒng)的基本結構無線電系統(tǒng)的基本結構 無線電頻帶和波段的命名無線電頻帶和波段的命名 表表2.2 軟件無線電的體系結構我國無線廣播電臺分為我國無線廣播電臺分為3個頻段：個頻段：中波調幅：中波調幅：525 525 1610 kHz1610 kHz；短波調幅：短波調幅：4.5 4.5 22 MHz22 MHz；調頻：調頻：87 87 108 MHz108 MHz；2. 2. 無線電系統(tǒng)的基本結構無線電系統(tǒng)的基本結構 無線電視劃分為無線電視劃分為68個頻道：個頻道：1 11212頻道：頻道：48.6 48.6 223 M

14、Hz223 MHz；13136868頻道：頻道：470 470 958 MHz958 MHz；2.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 無線電系統(tǒng)的基本結構無線電系統(tǒng)的基本結構 從發(fā)射角度而言，發(fā)射機發(fā)射的信號頻譜必須嚴從發(fā)射角度而言，發(fā)射機發(fā)射的信號頻譜必須嚴格限制在所分配的頻帶范圍內，否則將影響到相鄰格限制在所分配的頻帶范圍內，否則將影響到相鄰頻道的無線電設備的正常使用。頻道的無線電設備的正常使用。 對接收機而言，它只能接收自己所在頻道的無線對接收機而言，它只能接收自己所在頻道的無線電信號，否則將受到相鄰頻道的影響。電信號，否則將受到相鄰頻道的影響。 從天線進入接收機的信號要進行選頻濾波處理

15、從天線進入接收機的信號要進行選頻濾波處理，保留所需頻道的信號，濾除相鄰頻道的信號。，保留所需頻道的信號，濾除相鄰頻道的信號。2.2 軟件無線電的體系結構 例：例：假定所接收的頻道假定所接收的頻道2的相鄰頻道有頻道的相鄰頻道有頻道1和頻道和頻道3，如，如圖所示。其中頻道圖所示。其中頻道2的中心頻率的中心頻率 ,頻道寬度頻道寬度為為 ，頻道間隔為，頻道間隔為 ，則接收機輸，則接收機輸入選頻濾波器的入選頻濾波器的Q值估計為：值估計為：zfrMH6 .9522. 2. 無線電系統(tǒng)的基本結構無線電系統(tǒng)的基本結構 zBMH05. 012zBrMH15. 02接收機輸入頻譜示意圖接收機輸入頻譜示意圖123頻

16、道帶寬頻道帶寬頻道間隔頻道間隔選頻特性選頻特性63722rrBfQ2.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 無線電系統(tǒng)的基本結構無線電系統(tǒng)的基本結構 選頻濾波器的中心頻率是可變的，一般采用選頻濾波器的中心頻率是可變的，一般采用LC濾波器。濾波器。 解決實際濾波器解決實際濾波器Q值限制的工程方法有兩種：值限制的工程方法有兩種：u增加電磁頻譜中頻道的間隔增加電磁頻譜中頻道的間隔；u降低濾波器輸入信號的中心頻率降低濾波器輸入信號的中心頻率；BfQ 2.2 軟件無線電的體系結構3. 3. 無線電系統(tǒng)的實用結構無線電系統(tǒng)的實用結構 (a) (a) 發(fā)射端發(fā)射端 高高Q值的濾波器在實際工程中難以實現(xiàn)值的濾波

17、器在實際工程中難以實現(xiàn)用頻率較低的用頻率較低的載波進行調制載波進行調制將頻率搬移至將頻率搬移至到所需的頻率到所需的頻率2.2 軟件無線電的體系結構3. 3. 無線電系統(tǒng)的實用結構無線電系統(tǒng)的實用結構 (b) (b) 接收端接收端 2.2 軟件無線電的體系結構4. 4. 無線數(shù)字通信系統(tǒng)無線數(shù)字通信系統(tǒng) (a) (a) 發(fā)射端發(fā)射端 數(shù)字調制分為：幅移鍵控數(shù)字調制分為：幅移鍵控(ASK)、調、調移鍵控移鍵控(FSK)、相、相移鍵控移鍵控(PSK)三種方式。三種方式。2.2 軟件無線電的體系結構4. 4. 無線數(shù)字通信系統(tǒng)無線數(shù)字通信系統(tǒng) (b) (b) 接收端接收端 2.2 軟件無線電的體系結構

18、二、無線電體系結構的演變二、無線電體系結構的演變2.2 軟件無線電的體系結構二、無線電體系結構的演變二、無線電體系結構的演變2.2 軟件無線電的體系結構二、無線電體系結構的演變二、無線電體系結構的演變2.2 軟件無線電的體系結構三、軟件無線電的體系結構三、軟件無線電的體系結構1. 1. 硬件平臺的體系結構硬件平臺的體系結構 u流水線結構流水線結構2.2 軟件無線電的體系結構u總線式結構總線式結構 寬寬 帶帶 射射 頻板頻板 存存 儲儲 器器 板板并并行行DSP板板高高速速A/DD/A板板 VME 主主機機板板 用用 戶戶 接接 口口 板板音頻音頻視頻視頻傳真?zhèn)髡鏀?shù)據(jù)數(shù)據(jù)VME總線總線 多路耦合

19、器多路耦合器 高速數(shù)據(jù)總線高速數(shù)據(jù)總線2.2 軟件無線電的體系結構u交互式網絡結構交互式網絡結構2.2 軟件無線電的體系結構uPC+LAN的結構的結構2.2 軟件無線電的體系結構u典型的軟件無線電的體系結構典型的軟件無線電的體系結構2.2 軟件無線電的體系結構u典型的軟件無線電的體系結構典型的軟件無線電的體系結構2.2 軟件無線電的體系結構u典型的軟件無線電的體系結構典型的軟件無線電的體系結構軟件無線電系統(tǒng)按大框架可分為三部分：軟件無線電系統(tǒng)按大框架可分為三部分： 射頻處理部分、中頻及基帶處理部分、控制管理和支持部分。射頻處理部分、中頻及基帶處理部分、控制管理和支持部分。u射頻處理：射頻處理：

20、包括所有射頻的模擬器件；包括所有射頻的模擬器件；u中頻及基帶處理：中頻及基帶處理：完成所有數(shù)字化處理；完成所有數(shù)字化處理；u控制和支持：控制和支持：完成整個系統(tǒng)的運行維護、提高服務完成整個系統(tǒng)的運行維護、提高服務 質量以及新業(yè)務開發(fā)等任務；質量以及新業(yè)務開發(fā)等任務；2.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 軟件平臺的體系結構軟件平臺的體系結構 軟件無線電的軟件應具有良好的開放性，采用模塊化、軟件無線電的軟件應具有良好的開放性，采用模塊化、結構化設計，方便不斷更新和升級，以便能夠最大限度地滿結構化設計，方便不斷更新和升級，以便能夠最大限度地滿足未來無線通訊系統(tǒng)多模式、多制式的要求。足未來無線通訊系

21、統(tǒng)多模式、多制式的要求。軟件總線；軟件總線；SLATSSLATS體系結構；體系結構；分層體系結構；分層體系結構；共同點：結構上分層化、功能上模塊化。共同點：結構上分層化、功能上模塊化。不同點：層次的具體劃分、功能模塊之間的接口不同。不同點：層次的具體劃分、功能模塊之間的接口不同。2.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 軟件平臺的體系結構軟件平臺的體系結構 說明：說明： 基于軟件通信結構的工具開發(fā)、軟件模塊設基于軟件通信結構的工具開發(fā)、軟件模塊設計、操作系統(tǒng)設計、網絡應用軟件開發(fā)、分布計、操作系統(tǒng)設計、網絡應用軟件開發(fā)、分布計算實現(xiàn)等等，是目前軟件無線電技術研究的計算實現(xiàn)等等，是目前軟件無線電技

22、術研究的熱點之一。熱點之一。2.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 軟件平臺的體系結構軟件平臺的體系結構 u軟件總線軟件總線軟件模塊軟件模塊軟件模塊軟件模塊軟件模塊軟件模塊軟件模塊軟件模塊層間通信層間通信垂直接口垂直接口 傳統(tǒng)軟件層次結構傳統(tǒng)軟件層次結構12342.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 軟件平臺的體系結構軟件平臺的體系結構 u軟件總線軟件總線軟件模塊軟件模塊1軟件模塊軟件模塊2軟件模塊軟件模塊3軟件模塊軟件模塊4CORBA軟總線軟總線基于基于CORBA的軟件結構的軟件結構2.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 軟件平臺的體系結構軟件平臺的體系結構 u軟件總線軟件總線2.2 軟件無線電的體系結構2. 2. 軟件平臺的體系結構軟件平臺的體系結