軟件無線電在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用與新進(jìn)展<2>

軟件無線電在第三代移動(dòng)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(qiáng)了第三代移動(dòng)通信系
統(tǒng)的靈活性、重用性。這與以往的無線電臺(tái)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(dòng)通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的，為了減小軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，軟件無線
電就需要按居或級(jí)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(gè)軟件無線電分層虛擬機(jī)參考模型。
    分層虛擬機(jī)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(chǎng)可編程門陣列）組成。它包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)、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(gè)統(tǒng)一的硬件平臺(tái)。無線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)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(shí)分配、頻率
校準(zhǔn)與本地服務(wù)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)狀態(tài)機(jī)是為每一個(gè)用戶信道提出請(qǐng)求與分配內(nèi)部資源的。無線應(yīng)
用虛擬機(jī)包括代理、同級(jí)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(gè)軍用標(biāo)準(zhǔn)（如
SINCGARS：?jiǎn)涡诺狸懣諢o線系統(tǒng)），信道狀態(tài)機(jī)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(gè)蜂窩用戶與一個(gè)SINCGARS用戶）是通過建立連接與插入
代理來實(shí)現(xiàn)。此分層虛擬機(jī)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(jí)的軟件到
軟件的API（應(yīng)用編程接口），缺乏對(duì)存儲(chǔ)器、緩存空間與處理資源的量化，軟件重用度低，
花費(fèi)大，研制周期長(zhǎng)，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(duì)象請(qǐng)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(gè)子
集），每一個(gè)軟件包被提供一個(gè)信息傳輸接口到ORB（對(duì)象請(qǐng)求代理），被確定數(shù)量的對(duì)象用
CORBA接口來實(shí)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(shí)際應(yīng)用轉(zhuǎn)變時(shí)，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(shí)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(duì)存儲(chǔ)器、緩存空間與處理資源量化。這樣就很難講出一個(gè)軟件模塊的數(shù)據(jù)
吞吐量、響應(yīng)時(shí)間及其它關(guān)鍵要求。當(dāng)重用自已軟件庫(kù)中或第三方的軟件時(shí)，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(jī)參考模型與一系列的設(shè)計(jì)原則。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則是：
    （1）有界遞歸模塊：這樣的模塊將消耗可預(yù)測(cè)的資源，且軟件錯(cuò)誤不大可能引起系統(tǒng)崩
潰。
    （2）清楚的可擴(kuò)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(kuò)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(jī)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?br />    第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)面向的是個(gè)人服務(wù)。因而第三代移動(dòng)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(jì)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是一種很有效的設(shè)計(jì)方法。軟件無線電具有很強(qiáng)的靈活性，
使對(duì)象具有很強(qiáng)的選擇性，因此其功能的設(shè)計(jì)應(yīng)面向?qū)ο蟆?br />    包括信源編解碼功能庫(kù)、服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)支持庫(kù)、信息安全庫(kù)與信道編解碼庫(kù)。其中信道編
解碼庫(kù)又可分為調(diào)制解調(diào)庫(kù)、中頻處理庫(kù)與射頻接入庫(kù)。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(kuò)展到幾個(gè)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(gè)性。一個(gè)個(gè)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(kù)中選擇子集，經(jīng)一個(gè)聯(lián)合控制（用多進(jìn)程多處理器軟件來混
合完成的）來實(shí)現(xiàn)服務(wù)。這樣就具有了很強(qiáng)的靈活性，可以適合不同對(duì)象的需求。例如，一
個(gè)3G移動(dòng)國(guó)際互連服務(wù)，可能從服務(wù)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)中選已存在的IP協(xié)議與從信道編解碼庫(kù)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(jī)上，這樣對(duì)于需要利用3G手機(jī)上網(wǎng)的用戶，可
以很方便地實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能；對(duì)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(diǎn)的信源進(jìn)入3G系統(tǒng)，可以調(diào)用服務(wù)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)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(jì)，使第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有多個(gè)性，通
過靈活的取舍來滿足不同對(duì)象的需求。
3.4認(rèn)知化、智能化
    為了更好地為個(gè)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(shí)描述語言（RKRL）與
網(wǎng)絡(luò)針對(duì)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(dòng)推理的方式，更好地為個(gè)
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(shí)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?yàn)闆]有基于模式的推理計(jì)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(duì)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(gè)網(wǎng)絡(luò)可能需要問一個(gè)手機(jī)：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(shí)，軟件無線
電的處理能力被浪費(fèi)。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(jì)算機(jī)化
    軟件無線電計(jì)算機(jī)化可以為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供更強(qiáng)的靈活性、網(wǎng)絡(luò)性與良好的人
機(jī)界面。計(jì)算機(jī)化是指軟件無線電需要與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。軟件無線電的特征之一是實(shí)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(shí)現(xiàn)
模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用性。PC機(jī)的發(fā)展速度很快，功能強(qiáng)大，用代機(jī)來實(shí)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(jì)算機(jī)結(jié)合體現(xiàn)在兩個(gè)方
面：一是提供友好的人機(jī)對(duì)話界面（MMI）；二是利用PC機(jī)進(jìn)行第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的基帶處
理。如最近研究的一個(gè)熱點(diǎn)虛擬軟件無線電是充分利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行基帶信號(hào)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(jī)上。將信號(hào)寬帶數(shù)字化后，
在PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理而不是DSP上。這一方法允許我們利用代機(jī)硬件與軟件資源，用新
的方法來進(jìn)行信號(hào)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(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)的要求，出現(xiàn)了一些新的發(fā)展趨勢(shì)，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�、認(rèn)知化、計(jì)算機(jī)化。希望通過這些歸納
與總結(jié)，能對(duì)國(guó)內(nèi)軟件無線電技術(shù)的研究工作特別是在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用起到一
定的推動(dòng)作用。


摘自《電信科學(xué)》