基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)設計研究

李維+賀月月

[摘 要]針對短波通信系統(tǒng)設各種類多、數(shù)量多、操作復雜、升級成本高、兼容性差的問題及現(xiàn)代信息戰(zhàn)的發(fā)展需求，論文提出了一種基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)軟硬件平臺設計力案，硬件平臺采用總線式組織結構和分頻段、二次變頻的射頻收發(fā)模塊，實現(xiàn)了模塊級的可擴展化和中頻與基帶處理模塊的通用化。軟件平臺則使用與SC A規(guī)范（Software Communication Architecture）完全兼容的OE波形實時運行環(huán)境和波形開發(fā)部署管理上具。該系統(tǒng)支持新業(yè)務功能的軟件注入和硬件資源的無縫擴展，較好地解決了短波通信系統(tǒng)中所而臨的相同設各功能擴展升級和小同設各互連互通的問題。

[關鍵詞]軟件無線電；軟件通信體系架構（SCA）；公共對象請求代理架構（（CORBA）：硬件抽象層（MHAOL）

中圖分類號：TU617 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）45-0299-01

1 引言

由于體制結構的限制，我三軍裝備了大量不同類型的短波電臺，而為了克服短波通信容量有限、傳輸穩(wěn)定性差和抗干擾性能差等缺點，又相繼出現(xiàn)了頻率自適應、寬帶抗干擾等多種新技術，每實現(xiàn)一種新的業(yè)務功能，都需研制一款新的短波設備或模塊板卡，不僅給短波通信系統(tǒng)總體的電磁兼容性和可靠性設計帶來了不小的難度，還會大幅增加系統(tǒng)成木和調試周期。同時，也造成了短波電臺類型眾多且不能互聯(lián)互通的局面，嚴重制約著三軍的協(xié)同作戰(zhàn)能力。木文將軟件無線電的思想引入短波通信系統(tǒng)設計中，通過對現(xiàn)有業(yè)務波形的模塊化封裝，新波形組件的復用、重構和動態(tài)加載，通用硬件模塊的無縫升級實現(xiàn)系統(tǒng)功能的平滑升級，新技術、新體制波形的低成本注入，以及多通信頻段的業(yè)務融合，如25kHz寬帶波形、超短波近距離通信等體制或功能，較好地解決了現(xiàn)今以硬件為主導的技術體制帶來的功能擴展復雜和難以互連互通的問題。

2 基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)總體設計思路

軟件無線電的核心思想是構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將各種功能如工作頻段、調制解調類型、加密模式等用軟件來完成，通過加載不同的通信軟件來實現(xiàn)不同的通信模式和功能萬。軟件通信體提出的一種軟件無線電系統(tǒng)體系結構設計規(guī)范川，它規(guī)定了通信設備的軟件體系結構、硬件體系結構和安全體系結構，以及API接II規(guī)范，其目的是實現(xiàn)無線通信設備硬件模塊化、通用性，軟件的可移植性、可重用性，以保證整個系統(tǒng)的開放型及可擴展性，使系統(tǒng)升級簡單，減少系統(tǒng)開發(fā)費用、縮短開發(fā)時間州。

SCA規(guī)范將是未來美國各軍兵種無線通信系統(tǒng)都將遵循的一體化體系結構。因此，基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)設計也必須遵循SCA的設計規(guī)范，它將是一個以軟件為核心的信號處理平臺，由波形開發(fā)和管理環(huán)境、硬件平臺及軟件平臺等部分組成。在該系統(tǒng)中要求硬件結構必須通用化、模塊化，即硬件體系結構不能針對某個特定的功能設計，而是設計成可擴展、可升級的通用設備，這些設備通過邏輯軟件包進行封裝和描述，并可通過在軟件平臺上加載不同的功能軟件模塊實現(xiàn)特定的波形應用。以下將分為硬件平臺和軟件平臺架構兩部分進行設計方案描述。

3 硬件平臺架構設計

模塊化是軟件無線電系統(tǒng)的一個重要特征，無論硬件、軟件都是由多種功能模塊按照一定的體系架構組織起來的。硬件平臺架構的設計原則是保證模塊化硬件的可擴展性和可升級性，能夠支持未來短波通信系統(tǒng)覆蓋更廣的頻率范圍和實現(xiàn)更大的工作帶寬的潛在需求，延長設備的使用壽命。

常見的三種硬件平臺架構包括流水式架構、總線式架構和交換式架構。木文采用標準CPC總線架構，它的功能模塊之間的禍合性比流水式架構更低，可擴展性更強；具體實現(xiàn)時的結構復雜度和難度比交換式架構要低。

按照總線架構、標準化、模塊化、開放性的系統(tǒng)設計原則訓，基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)中的硬件平臺由射頻接收模塊、射頻發(fā)射模塊、波形處理模塊、主控制模塊等幾部分組成。所有模塊都采用CPCI總線方式，以提高系統(tǒng)硬件的兼容性和可擴展性。硬件平臺的各主要功能模塊與運行波形開發(fā)、部署和管理軟件的上位機模塊通過網(wǎng)II互聯(lián)。波形處理模塊和RF接收模塊、RF發(fā)射模塊也可根據(jù)需要配置多塊，以構成多頻段、多通道分布式的復雜信n5處理平臺。

4 軟件平臺架構設計

基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)設計的核心就是“重配置性”，主要體現(xiàn)在軟件在異構平臺之間的可重用性。SC A規(guī)范將操作系統(tǒng)、中間件等計算機領域的技術引入軟件無線電，定義了層次化的軟件體系結構州，共分為六層：板級支持包（總線層）、網(wǎng)絡協(xié)議棧和接口服務層、操作系統(tǒng)層、CORBA中間件層、核心框架層和應用層。通過CUR-YA軟總線屏蔽底層具體的硬件實現(xiàn)川，最上層的應用波形組件通過核心框架提供的標準API互連，實現(xiàn)分布式計算。波形成為無線通信系統(tǒng)中的應用軟件，波形開發(fā)者像Win-down程序員一樣主要關注組件的劃分和設計，不用了解底層數(shù)據(jù)的交互過程，就可以直接利用現(xiàn)有的組件進行波形重構，從而實現(xiàn)代碼的可移植、可復用和可重構。

5 結語

本文提出了一種可實現(xiàn)的基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)軟硬件設計方案，實現(xiàn)了中頻和基帶處理模塊的通用化，完成了短波QPSK波形的組件化封裝和動態(tài)加載，并支持窄、寬帶業(yè)務波形的可移植性、可配置性。該設計方案與傳統(tǒng)的基于硬件的通信裝備相比，具有寬頻段、多功能、易兼容、便于升級等優(yōu)勢。基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)是滿足未來戰(zhàn)爭通信要求、打贏信息化戰(zhàn)爭的重要技術保障，代表了戰(zhàn)術通信裝備的重要發(fā)展方向，對推動我國軍用軟件無線電技術的發(fā)展和應用具有一定的意義。

參考文獻

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