基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)設(shè)計研究

李維+賀月月

[摘 要]針對短波通信系統(tǒng)設(shè)各種類多、數(shù)量多、操作復(fù)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(shè)計力案，硬件平臺采用總線式組織結(jié)構(gòu)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(wù)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(shè)各功能擴展升級和小同設(shè)各互連互通的問題。

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

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

1 引言

由于體制結(jié)構(gòu)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(yīng)、寬帶抗干擾等多種新技術(shù)，每實現(xiàn)一種新的業(yè)務(wù)功能，都需研制一款新的短波設(shè)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(shè)計帶來了不小的難度，還會大幅增加系統(tǒng)成木和調(diào)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(yán)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(shè)計中，通過對現(xiàn)有業(yè)務(wù)波形的模塊化封裝，新波形組件的復(fù)用、重構(gòu)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(shù)、新體制波形的低成本注入，以及多通信頻段的業(yè)務(wù)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(dǎo)的技術(shù)體制帶來的功能擴展復(fù)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(shè)計思路

軟件無線電的核心思想是構(gòu)造一個具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺，將各種功能如工作頻段、調(diào)制解調(diào)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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范川，它規(guī)定了通信設(shè)備的軟件體系結(jié)構(gòu)、硬件體系結(jié)構(gòu)和安全體系結(jié)構(gòu)，以及API接II規(guī)范，其目的是實現(xiàn)無線通信設(shè)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(jié)構(gòu)。因此，基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)設(shè)計也必須遵循SCA的設(shè)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(jié)構(gòu)必須通用化、模塊化，即硬件體系結(jié)構(gòu)不能針對某個特定的功能設(shè)計，而是設(shè)計成可擴展、可升級的通用設(shè)備，這些設(shè)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(yīng)用。以下將分為硬件平臺和軟件平臺架構(gòu)兩部分進行設(shè)計方案描述。

3 硬件平臺架構(gòu)設(shè)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(gòu)組織起來的。硬件平臺架構(gòu)的設(shè)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(shè)備的使用壽命。

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

按照總線架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放性的系統(tǒng)設(shè)計原則訓(xùn)，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(gòu)成多頻段、多通道分布式的復(fù)雜信n5處理平臺。

4 軟件平臺架構(gòu)設(shè)計

基于軟件無線電的短波通信系統(tǒng)設(shè)計的核心就是“重配置性”，主要體現(xiàn)在軟件在異構(gòu)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(lǐng)域的技術(shù)引入軟件無線電，定義了層次化的軟件體系結(jié)構(gòu)州，共分為六層：板級支持包（總線層）、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、核心框架層和應(yīng)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(yīng)用波形組件通過核心框架提供的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用軟件，波形開發(fā)者像Win-down程序員一樣主要關(guān)注組件的劃分和設(shè)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(gòu)，從而實現(xiàn)代碼的可移植、可復(fù)用和可重構(gòu)。

5 結(jié)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(shè)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(wù)波形的可移植性、可配置性。該設(shè)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(shù)保障，代表了戰(zhàn)術(shù)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(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有一定的意義。

參考文獻

[1] Joint Program Executive Office （JPEO） Joint Tactical RadioSystem（JTRS）Software Communications Architecture Speci- fication，Version 2. 2. 2[S].2006.

[2] 范建華，王曉波，李云洲，等.基于軟件通信體系義無線電系統(tǒng)[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），結(jié)構(gòu)的軟件定，2011.08.endprint