Kablosuz iletişim alanında yeni bir teknoloji olan yazılım radyosu (SDR) hem içeride hem de dışarıda giderek daha fazla ilgi görüyor. İletişim alanında, analog teknolojiden dijital teknolojiye, sabit iletişimden mobil iletişime sonra yeni bir radyo iletişim sistemidir. İletişim teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, çeşitli standart tiplerle uyumlu ekipmanlar giderek artan bir şekilde talebini göstermiştir. Geleneksel radyo sistemleri ile karşılaştırıldığında, yazılım radyo sistemleri genel yapı, yazılım tabanlı işlevler ve birlikte çalışabilirlik gibi bir dizi avantaja sahiptir. .
Ⅰ. Yazılım radyosunun kökeni ve gelişimi
Yazılım radyosunun ortaya çıkış nedeni Körfez Savaşı ile ilgilidir. O dönemde Amerika Birleşik Devletleri liderliğindeki çok uluslu güçler, birbirleriyle iletişimde zorluklara neden olan farklı standartlarda çeşitli iletişim ekipmanları kullanıyordu. Bundan sonra, Mayıs 1992'de Jeo Mitola, Amerikan İletişim Sistemleri Konferansı'nda ilk olarak "yazılım radyosu" kavramını önerdi. Temel fikir, tüm taktik telsizleri aynı donanım platformuna dayalı yapmak, farklı telsiz türleri oluşturmak için farklı yazılımlar kurmak ve farklı nitelikteki işlevleri tamamlamaktır. Yani yazılım programlanabilirliğine sahiptir. Bu kavram hızla dünya çapındaki ülkelerin dikkatini çekti, çünkü askeri iletişim artık radyo iletişim sistemlerinin güvenilirliği, birlikte çalışabilirliği, esnekliği, parazit önleme, beka kabiliyeti, gizliliği ve güvenliği için daha yüksek gereksinimlere sahip. ABD ordusu ve Hazcltine, ABD ordusu tarafından yaygın olarak kullanılan çok bantlı ve çok işlevli bir radyo platformunu gerçekleştiren "speakeasy" (kolay konuşma) adlı bir yazılım radyo istasyonu geliştirdi. 4'ten fazla farklı modülasyon dalga formu. Bu radyo, ses ve veri iletebilen bir antene sahip "el bilgisayarı" olarak adlandırılabilir. İletişim hizmetleri ses, veri ve video görüntülerini içerir.
Şu anda, yazılım radyosuna sivil alanda giderek daha fazla ilgi gösteriliyor. Bunun ana nedeni, mevcut iletişim sisteminin teknik standartlarının çeşitli olması ve çeşitli teknik standartların ve bunlara karşılık gelen sistemlerin birbiriyle uyumlu olmasının zor olması ve birleşik bir cihazla gerçekleştirilmesinin zor olmasıdır. Ve üçüncü nesil mobil iletişim sistemi hala standart bir savaşa sahip, eğer farklı standartlara uyum sağlamak için yazılım radyosu kullanılıyorsa, bu mümkün bir yoldur. Öte yandan, iletişim teknolojisinin gelişimi çok hızlı, eski sistem sürekli iyileştirilmekte ve yeni sistem hızla ortaya çıkmaktadır. İnsanlar eski ekipmanı tamamen ortadan kaldırmaktan daha ekonomik bir sistem yükseltme yöntemine ihtiyaç duyarlar ve yazılım radyosunun programlanabilirliği daha iyidir. bu ihtiyaca göre uyarlanmıştır.
Ⅱ. yazılım radyo mimarisi
Geleneksel analog radyo sisteminin radyo frekansı bölümü, yukarı/aşağı dönüştürme, filtreleme ve temel bant işleme, analog modu benimser ve belirli bir frekans bandının iletişim sistemi ve belirli bir modülasyon modu, özel bir sert yapıya karşılık gelir; dijital radyo sisteminin düşük frekanslı kısmı dijital devreleri benimser (Örneğin, yerel osilatör bir dijital frekans sentezleyici, kaynak kodlama ve kod çözme kullanır ve modülasyon ve demodülasyon özel bir çip tarafından tamamlanır), ancak radyo frekansı ve ara frekansı parçalar hala analog devrelerden ayrılamaz. Geleneksel radyo sistemi ile karşılaştırıldığında, yazılım radyo sisteminin A/D/A dönüşümü ara frekansa taşınır ve radyo frekansı sonuna mümkün olduğunca yakın, tüm sistem frekans bandı örneklenir, yani dijital işleme, yazılım radyosunun öne çıkan bir özelliği olan ara frekanstan (hatta radyo frekansından) gerçekleştirilir. Dijital radyo, programlanabilirlik olmadan tek bir iletişim işlevi elde etmek için özel dijital devreler kullanır. Yazılım radyosu, özel dijital devreyi programlanabilir DSP cihazıyla değiştirir, bu da sistem donanım yapısını ve işlevini nispeten bağımsız hale getirir. Bu şekilde, nispeten ortak bir donanım platformuna dayalı olarak, yazılım aracılığıyla farklı iletişim işlevleri gerçekleştirilebilir ve çalışma frekansı, sistem bant genişliği, modülasyon modu, kaynak kodu vb. programlanabilir ve kontrol edilebilir ve sistem esnekliği büyük ölçüde artırılır. .
Yazılım telsizinin donanım platformu, açıklık, ölçeklenebilirlik ve uyumluluk ile bir iletişim platformu olması gereken ve modüler bir standarda sahip bir veri yolu biçiminde yapılmış modüler bir tasarımı benimser. Bu nispeten yaygın donanım platformuna dayanarak, farklı yazılımlar yükleyerek farklı iletişim işlevleri uyguluyoruz (gerektiğinde kart değiştirilebilir). Yazılım radyosunun donanım platformu PC'den çok daha talepkardır, geniş bant radyo frekansı ön ucuna, geniş bant A/D/A dönüştürücüye, yüksek hızlı DSP cihazlarına vb. ihtiyaç duyar. Yüksek hızlı A/D/A dönüştürme ve dijital sinyal işleme gerçekleştirmek için, yazılım radyo sistemleri birden fazla CPU ile paralel olarak çalışmalıdır. Ek olarak, dijital sinyal işleme verilerinin yüksek hızda değiş tokuş edilmesi için sistem veriyolunun çok yüksek bir T/O aktarım hızına sahip olması gerekir. Gereksinimleri karşılayan mevcut sistem veri yolları arasında VME veri yolu en gelişmiş teknolojiye, en iyi çok yönlülüğe ve en kapsamlı desteğe sahiptir. VME, çoklu CPU paralel işleme sağlar, bağımsız 32-bit veri yolunu ve adres yolunu destekler ve hız 40Mb/s'ye (hatta 320Mb/sn'ye) ulaşır, bu temelde yazılım radyosunun gereksinimlerini karşılar ve tercih edilen veri yolu yöntemidir yazılım radyosu için. Üç, yazılım radyosunun temel teknolojisi
1. Çok bantlı aşağı dönüştürme ve geniş bant RF
Yazılım radyo sisteminin anteni için çok bantlı bir antene ve programlanabilir bir radyo frekansı dönüştürme işlevine sahip olmalıdır. Anten kazancını, fiziksel boyutunu ve fiyatını karşılama temelinde, 2MHz-3MHz'lik bir çalışma bant genişliğine sahip olmalıdır. Radyo mühendisliğinde, tüm frekans bandını kapsamak gerekli değildir, sadece farklı frekans bantlarının birkaç penceresini kapsaması gerekir. Bu nedenle, birleşik bir çok bantlı anten kullanılabilir. ABD ordusunun konuşkanlığı, birden fazla RF anten seti kullanan bir çözümdür. Geniş bant RF için ayarlama, enerji kontrolü ve düşük gürültülü ön yükseltici (LNA) yapılandırması da önemli bir teknolojidir ve sistemin tasarımını optimize etmek için bilgisayar destekli tasarım (CAD) kullanılabilir.
2. Geniş bant A/D kısmı.
Geniş bant analogdan dijitale dönüştürme performansını belirlemenin anahtarı örnekleme ve bit sayısıdır. Örnekleme hızı, sinyal bant genişliği tarafından belirlenirken, nicemleme bitlerinin sayısı belirli bir dinamik aralık ve DSP hassasiyeti gerektirir. Mevcut tek çipli ADC bu iki gereksinimi karşılayamadığından, paralel olarak birden fazla ADC kullanılabilir.
3. Yüksek hızlı paralel DSP parçası.
Sistemin dijital işleme operasyonunda en zoru yukarı dönüştürme, filtreleme ve alt örneklemedir. Yüksek hızlı paralel DSP, dijital temel bant işleme, modülasyon ve demodülasyon, bit akışı işleme ve kod çözme işlevlerini içerir. FM ve yayılı spektrum sistemleri için, bu bölümün ayrıca yayılma ve dehopping fonksiyonlarına sahip olması gerekir. Fonksiyonun bu bölümünü elde etmek için, daha fazla çoklu erişim çağrıları, daha geniş program veri yolu ve veri yolu, tek talimat çoklu veri, çoklu talimat çoklu veri dahil olmak üzere çok işlemcili bir paralel bilgi işlem sistemi oluşturmak için yüksek hızlı paralel DSP kullanmak gereklidir. . Süper talimat yapısının yapısı ve kullanımı, vb., bu kısım özel bir dijital entegre devre çipi ASIC (örneğin, Harris Corporation, Amerika Birleşik Devletleri'nin DDC çipi HS P50016) ile gerçekleştirilebilir.
4. Açıklık ve ölçeklenebilirliğin genel rota yapısını terk etmek.
Geleneksel sistem yapısında, genellikle boru hattı kullanılır, bunun özelliği, her bir işlevsel birimin bir devre ile bağlanmasıdır. Belirli bir parçanın işlevi eklenecek, silinecek veya değiştirilecekse, ilgili işlevsel modül ayarlanmalıdır. Bu nedenle bu yapı açık değil. Sistemdeki çeşitli fonksiyonel birimlerin birbirine bağlanmasını gerçekleştirmek için açık ve genişletilebilir bir donanım platformu oluşturulur ve aynı zamanda yüksek veri aktarım hızına sahiptir. Yazılım radyo sistemi, nispeten basit uygulama ile karakterize edilen ve çeşitli veri yolu standartlarını (VME, veri yolu, PCI veri yolu, vb.) doğrudan uygulayabilen yeni bir ara bağlantı yapısını benimsemelidir. , veri yolu tabanlı ara bağlantı yapısı.
5. Yazılım protokolleri ve standartları.
1990'ların ortalarından sonlarına kadar, yabancı ülkeler yazılım tak ve çalıştır (Tak ve Çalıştır) uygulamasını nasıl uygulayacaklarını araştırıyorlar ve buna dayalı olarak teklifte bulunuyorlar. JAVA/CORBA yazılım protokolleri ve standartları. "Yazılım veriyolu"na dayalı fikir, standart tabanlı, açık ve kullanımı kolay bir mimari oluşturmaktır. Sözde "yazılım yolu", sıklıkla söylenen "donanım yolu"na benzer. Uygulama modülü, standarda göre bir veri yoluna dönüştürülür ve birleştirilmiş işlem, veri yolunun eklenmesiyle gerçekleştirilebilir, böylece dağıtılmış bir bilgi işlem ortamı desteklenir. Bu tasarım fikri, yazılım sistemlerinde yazılımın yeniden kullanılabilirliği ile tutarlıdır.
6. Sistemin güç tüketimi, hacmi ve maliyeti.
Bu, yazılım radyosunun ticarileştirilmesinin anahtarıdır ve çözümü büyük ölçüde donanım teknolojisinin geliştirilmesine bağlıdır. Dördüncüsü, yazılım radyosunun gelişimi ve beklentisi
1990'lardan bu yana, çeşitli kablosuz iletişim sistemlerinin hızlı gelişimi, radyo iletişim standartlarındaki farklılıklar ve dijital sinyal işleme teknolojisinin ilerlemesi ile yazılım radyo teknolojisi giderek daha fazla ilgi gördü ve geleceğin küresel bir iletişim olması bekleniyor. ağ. yeni sistem.
İdeal yapıya göre, yazılım radyo istasyonunun RF'den baseband'a kadar tüm sinyal işleme görevleri tam dijital formda yürütülür, bu nedenle tamamen programlanabilir ve yapısı da yeniden yapılandırılabilir ve tekrarlanabilir. Ancak, radyo frekans bandına uygulanabilecek bir A/D dönüştürücü olmadığı için, şu anda araştırılan diğer bir konu, tüm frekansın sayısallaştırılmasının anahtarı olan yazılım radyo istasyonunun dijital RF ön ucudur. bant.
Mevcut dijital sinyal işleme cihazları (DSP'ler), radyo ekipmanının teknik performansını yeni ve modern bir düzeye getiren IF, temel bant veya terminal gibi parçalarda sinyal işleme için yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak RF ön ucu hala dar banttır. . Yazılım radyo istasyonu için, RF ön ucundaki A/D dönüştürücünün, genellikle 2 MHz'den 3 GHz'e kadar olan tüm iletişim frekans bandını işleyebilmesi gerekir. Ek olarak, mobil iletişim sinyallerinin tipik özellikleri, zayıflama ve ekranlamadır ve güçlü engelleme ve parazit olabilir. Sonuç olarak, alıcı RF ucunda görünen mobil iletişim sinyallerinin dinamik aralığı 100dB veya daha fazladır. Farklı mobil iletişim sinyalleri standartları göz önüne alındığında, dinamik aralığı daha büyük olacaktır. 10 MHz bant genişliğine sahip bir sistem için, örnekleme frekansı 25 MHz'den fazladır ve bu, RF ön ucu tarafından işlenecek sinyal ortamı gereksinimlerini karşılamaktan uzak olan 2500 MIPS bilgi işlem işleme kapasitesi gerektirir. Bant genişliği ve dinamik aralık gereksinimlerini karşılayabilen A/D dönüştürücülerle bile, güç gereksinimleri mobil terminallerin kullanımını engelleyebilir. Mevcut aşamada geliştirilen yazılım radyo istasyonu, ideal tam frekans bandı sayısallaştırma yapısını benimseyemez, ancak Rf ön ucunun kısmi frekans bandı sayısallaştırmasının pratik yapısını benimser.
Özetlemek gerekirse, yazılım radyosunun iki anlamı vardır: biri radyo frekansı (RF) ön ucu, diğeri ise dijital sinyal işlemedir; çekirdek bileşenleri geniş bant A/D/A dönüştürücüler ve yüksek hızlı DSP yongalarıdır. Yazılım radyosunun en büyük avantajı, çeşitli çalışma parametreleri tanımlayarak ve kanal yapısını kablosuz bant ve kanal erişim yöntemine göre yeniden düzenleyerek donanım platformunda çeşitli sinyal işleme görevlerini yerine getirebilmesidir. Bu nedenle, ortak bir donanım platformunda her çalışma standardı için özel bir dijital ön uç tasarlanabilir veya farklı çalışma standartlarının ortak özelliği kullanılabilir. İlk tasarım yalnızca en yüksek serbestlik derecesini elde etmekle kalmaz, aynı zamanda kullanılan kapı sayısını da en aza indirirken, ikinci tasarım dijital ön uç işlevleri için özel algoritmaların geliştirilmesini gerektirir, ancak ASIC'lerle uygulanabilir, bu da bize avantaj sağlar yazılım radyo kavramı.
Genel olarak, yazılım radyoları orijinal olarak askeri kısa dalga ufukta iletişim için geliştirilmiş olsa da, analog alıcılarda bulunmayan yüksek düzeyde bir aslına uygunluk sundukları için mükemmel bir esneklik de sunarlar. Ufak bir modifikasyonla farklı kullanıcıların ihtiyaçlarına uyum sağlayabilir ve bu gereksinimleri karşılayabilir ve maliyeti çok düşüktür. Sayısal sinyal işleme teknolojisinin hızlı gelişimi ile birleştiğinde, sivil iletişim alanında, özellikle mobil iletişimde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Sistemdeki uygulama daha kapsamlıdır.
