軟件無(wú)線電技術(shù)在5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙宏 昭通市工業(yè)和信息化局/昭通市無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心

引言

5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)為了應(yīng)對(duì)目前不斷加劇的數(shù)據(jù)流量和滿足廣大用戶的信息網(wǎng)絡(luò)需求應(yīng)運(yùn)而生。5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)給移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更高效更鮮活的體驗(yàn)；同時(shí)也會(huì)給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供更多的互聯(lián)密度，很大程度上降低物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)的成本，并降低對(duì)設(shè)備的能耗，提高設(shè)備接入的效率，有助于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的規(guī)范和管理；5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)還會(huì)給制造業(yè)、工業(yè)、等行業(yè)提過(guò)高效的信息溝通能力，把各個(gè)實(shí)體行業(yè)的互聯(lián)密度進(jìn)行優(yōu)化，加強(qiáng)互聯(lián)實(shí)體之間的業(yè)務(wù)往來(lái)。

5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用的核心理念就是給網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供最優(yōu)化最便捷的服務(wù)，按需提供服務(wù)是5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心。5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅是移動(dòng)通信系統(tǒng)的革命，更是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的一次全新升級(jí)。但是在5G移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，由于多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的共存，所以在多種網(wǎng)絡(luò)之間很難實(shí)現(xiàn)互通和優(yōu)化資源配置。軟件無(wú)線電技術(shù)在5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用有效的解決了這一難題。

1 軟件無(wú)線電概述

1.1 軟件無(wú)線電內(nèi)容

現(xiàn)階段無(wú)線電技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件無(wú)線電的誕生在無(wú)線工程中逐漸代替了很多舊的系統(tǒng)體系，軟件無(wú)線電在設(shè)計(jì)方式和理念上更進(jìn)一步。不僅是一個(gè)硬件通用的平臺(tái)，還把無(wú)線電功能的各個(gè)構(gòu)件，使其軟件化來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電技術(shù)在5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。將更多的硬件設(shè)施軟件化，這種設(shè)計(jì)理念和思想在通信技術(shù)團(tuán)隊(duì)的努力研究中最終得到了實(shí)現(xiàn)，并在通信技術(shù)行業(yè)中得到了很好的應(yīng)用效果。軟件無(wú)線電通過(guò)硬件平臺(tái)按照不同的環(huán)境需求進(jìn)行按需應(yīng)用，使其不同的無(wú)線電通信功能，在通過(guò)軟件無(wú)線電技術(shù)來(lái)轉(zhuǎn)化和統(tǒng)一起來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的全面應(yīng)用和覆蓋。簡(jiǎn)而言之，軟件無(wú)線電就是根據(jù)不同的軟件模塊來(lái)配備硬件設(shè)施，其中硬件設(shè)施和軟件模塊一樣能夠不斷的更新和升級(jí)換代，保證硬件設(shè)施和軟件模塊能夠同步配套。

1.2 軟件無(wú)線電的特點(diǎn)

1.2.1 可重構(gòu)性特點(diǎn)。

軟件無(wú)線電可重構(gòu)性就是指軟件無(wú)線電系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況，滿足實(shí)際需求進(jìn)行改變的功能，其中軟件模塊和硬件設(shè)施都必須同時(shí)具備可重構(gòu)能力。

1.2.2 靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)。

軟件無(wú)線電技術(shù)靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在為滿足實(shí)際需求進(jìn)行重構(gòu)的條件下，依然能夠使用重構(gòu)后的軟件無(wú)線電技術(shù)的應(yīng)用。

1.2.3 模塊化結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

軟件無(wú)線電主要是由各個(gè)硬件和軟件模塊組成的，其中的硬件模塊和軟件模塊都是相對(duì)獨(dú)立但是又相互關(guān)聯(lián)的，所以這就要求各個(gè)硬件模塊和軟件模塊之間必須要有一套邏輯系統(tǒng)進(jìn)行控制，才會(huì)保證各個(gè)模塊之間正常工作。

1.2.4 開(kāi)放性強(qiáng)的特點(diǎn)。

由于軟件無(wú)線電是由硬件模塊和軟件模塊組成的，而且軟件模塊會(huì)根據(jù)需要進(jìn)行更新或升級(jí)，硬件模塊同樣具有軟件模塊的特性，也是需要進(jìn)行更新和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了軟件無(wú)線電能夠同時(shí)對(duì)新舊體制的電臺(tái)進(jìn)行通信功能。

軟件無(wú)線電技術(shù)就是通過(guò)把硬件“軟件化”，從而解決通信系統(tǒng)中的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用的阻礙。通過(guò)把硬件“軟件化”來(lái)降低系統(tǒng)應(yīng)用成本以及提高系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)的便利，寵兒實(shí)現(xiàn)各個(gè)無(wú)線電系統(tǒng)的互聯(lián)和兼容效果。最終實(shí)現(xiàn)5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用。

2 軟件無(wú)線電在5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

2.1 軟件無(wú)線電的構(gòu)造

軟件無(wú)線電主要借助寬帶上下變電器和通信頻和網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮其作用。軟件無(wú)線電的射頻主要由多倍頻程寬帶低噪聲接收放大器、功率控制器、自動(dòng)增益控制器、發(fā)送全雙工器組成。由于實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的信號(hào)頻率很高多以必須要增加高頻模擬器件和一些軟件模塊來(lái)滿足。軟件無(wú)線電的中頻主要由寬帶ADCDCA、數(shù)字上下變頻器、正交調(diào)制調(diào)節(jié)器組成，中頻的主要任務(wù)是進(jìn)行濾波器配置、多路信道選擇等的速率方面的相互轉(zhuǎn)換?；ú糠值闹饕蝿?wù)就是對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行編程處理。但是由于目前專(zhuān)業(yè)技術(shù)的局限性，還無(wú)法滿足大寬帶、整體動(dòng)態(tài)、超快速度的ADCDAC 的需求。

2.2 軟件定義網(wǎng)絡(luò) (SDN)

軟件無(wú)線電思想引入網(wǎng)絡(luò),強(qiáng)調(diào)用軟件的方式定義網(wǎng)絡(luò),傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)是基于實(shí)體硬件交換機(jī)來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分和管理,軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN) 通俗講就是在基于操作系統(tǒng)上用軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分和管理。軟件定義網(wǎng)絡(luò)的目的就是把網(wǎng)絡(luò)變得高效、更靈活、更開(kāi)放，所以，軟件定義網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)代化的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須做到管理控制軟件化，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高效、開(kāi)發(fā)、靈活的目標(biāo)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)的具體操作就是把網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，為了方便管理控制，在網(wǎng)絡(luò)的控制平面為用戶提供編程接口，數(shù)據(jù)平面還是保存在硬件模塊中，這樣更有利于數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存空間擴(kuò)大和安全。在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中，我們可以把網(wǎng)絡(luò)中的全部資源都列入管理的范圍中去，只需要在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中抽象出一個(gè)管理系統(tǒng)，把數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層進(jìn)行統(tǒng)一管理和編程接口。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 Open Flow 交換機(jī)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的傳輸質(zhì)量要求是越來(lái)越高了，所以必須要修改互聯(lián)網(wǎng)來(lái)滿足新業(yè)務(wù)的需求。為此，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始了一系列的設(shè)計(jì)方案，OpenFlow 就是設(shè)計(jì)人員提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)交換模型，與此相應(yīng)的，他們還成立了OpenFlow 交換機(jī)論壇(The OpenFlow Switch Consorlium，后文簡(jiǎn)稱(chēng)OpenFlow 論壇)。OpenFlow 交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)，其主要是由流表、安全通道與Open Flow 協(xié)議組成?？刂破魇峭ㄟ^(guò)這個(gè)借口來(lái)實(shí)現(xiàn)控制和管理交換機(jī)的，同時(shí)還能接收交換機(jī)的信息和向交換機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)包。Open Flow交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)包后,首先在本地的流表上查找轉(zhuǎn)發(fā)目標(biāo)端口,如果沒(méi)有匹配,則把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給Open Flow 控制器,由控制器決定轉(zhuǎn)發(fā)端口或丟棄。Open Flow 交換機(jī)既具有常用的商業(yè)交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)模塊,又具有Open Flow 的轉(zhuǎn)發(fā)邏輯,因此支持Open Flow 的交換機(jī)可以采用兩種不同的方式處理接收到的數(shù)據(jù)包。其基本機(jī)構(gòu)可以參考下圖一。

圖一，Open Flow 交換機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

2.3.2 Open Flow 控制器

Open Flow 控制器主要具有管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的Open Flow 交換機(jī)、流表的下發(fā)、向用戶提供應(yīng)用編程接口等功能。Open Flow 控制器是整個(gè)Open Flow 網(wǎng)絡(luò)的大腦,用戶開(kāi)發(fā)的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序均運(yùn)行在控制器上,通過(guò)安全通道能夠動(dòng)態(tài)添加、刪除和更新各交換機(jī)上的流表以達(dá)到對(duì)網(wǎng)絡(luò)行為和功能的動(dòng)態(tài)控制,這打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)固定僵化的局限,為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新和網(wǎng)絡(luò)對(duì)新型業(yè)務(wù)的適應(yīng)能力提供了基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

軟件無(wú)線電技術(shù)作為5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中的重要技術(shù)，通過(guò)對(duì)硬件“軟件化”來(lái)實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線電的互聯(lián)和兼容，在很大程度上降低了5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的成本投入，為后期的維護(hù)和升級(jí)提供了便利條件，其中，軟件定義網(wǎng)絡(luò)作為一種高效、靈活、開(kāi)發(fā)的新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，為未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化、安全化發(fā)展打下了基礎(chǔ)。