通信系统课程设计报告文档格式.docx

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　　南京信息工程大学滨江学院电子工程系

　　软件无线电是近几年来提出的一种实现无线通信的新概念和体制［1～3］。

它的核心是：

将宽带A／D和D／A变换器尽可能地靠近天线，而将电台功能尽可能地采用软件进行定义。

软件无线电把硬件作为无线通信的基本平台，而把尽可能多的无线通信功能用软件来实现。

这样，无线通信系统具有很好的通用性、灵活性，使系统互联和升级变得非常方便，这很可能使软件无线电成为继模拟通信到数字通信和固定通信到移动通信之后的无线通信领域的第三次突破［4］。

　软件无线电在通信系统中，特别是在第三代移动通信系统中的应用是越来越成为研究的热点。

例如欧洲的ACTS（AdvancedCommunicationsTechnologiesandServices）计划中，有三项计划是将软件无线电技术应用在第三代移动通信系统（UMTS－UnmiversalMobileTelecommunicationsSystem）中的。

FIRST（FlexibleIntegratedRadioSystemsTechnology）计划将软件无线电技术应用到设计多频／多模（可兼容GSM、DSP1800、W－CDMA、现有的大多数模拟体制）可编程手机。

这种手机可自动检测接受信号以接入不同的网络，且适应不同接续时间的要求；

FRAMES（FutureRadioWidebandMultipleAccessSystems）计划目标是定义、研究与评估宽带有效的多址接入方案来满足UMTS要求，技术方法之一是采用软件无线电技术；

SORT（SoftwareRadioTechnology）计划是演示灵活的有效的软件可编程电台，它具有无线自适应接入功能，并符合UMTS的标准。

在美国，研究基于软件无线电技术的第三代移动通信系统的多频带多模式手机与基站。

同时还注意到软件无线电技术与计算机技术的融合，为第三代移动通信系统提供良好的用户界面，如麻省理工学院的SpectrumWare计划［5］。

我国对软件无线电技术也相当重视，例如我国提出了第三代移动通信系统方案SCDMA［6］，SCDMA是一种同步的直接扩频CDMA技术，它结合了智能天线、软件无线电及全质量话音压缩编码技术等90年代通信新技术。

软件无线电技术在第三代移动通信中的应用是国家863计划的申请项目之一。

因而软件无线电技术是我国第三代移动通信系统的关键技术之一。

　软件无线电技术是90年代新技术之一，它已与第三代移动通信系统紧密的结合起来，第三代移动通信系统的研究推动了软件无线电技术的发展，而软件无线电技术又促使第三代移动通信系统更加灵活的实现。

本文分析了软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用，并总结归纳了由于第三代移动通信系统的推动作用，软件无线电系统呈现出的一些新的发展趋势。

　　第三代移动通信系统是指国际电信联盟（ITU）正在组织进行研究的，未来公用陆地移动通信系统即FPLMTS，1996年更名为IMT－XX。

第三代移动通信系统的主要目标是要将包括卫星在内的所有网络融合为可以替代众多网络功能的统一系统。

它能提供宽带业务并实现全球无缝覆盖［7］。

　　该系统具有以下特点：

（1）提供全球无缝覆盖和漫游；

（2）提供第二代系统不能提供的多媒体业务（速率可高达2Mb／s）；

　　（3）适应多种业务环境：

蜂窝、无绳、卫星移动、PSTN、数据网、IP等；

　　（4）具有单一的通信号码；

　　（5）保证高的服务质量、按需分配带宽；

　　（6）有多频多模通用手机；

　　（7）频谱利用率高，容量大；

　　（8）网络结构能适用无线、有线多种业务要求；

　　（9）系统起始配置能充分利用第二代设备和设施，随后可平滑升级。

　在第三代移动通信系统所要实现的目标与系统的特点中，最核心的问题是提供不同环境下的多媒体业务及实现包含水、陆、空的全球覆盖。

因而它要求实现多种网络的综合：

无线网与无线网的综合；

移动网与固定网的综合；

陆地网与卫星网的综合。

又适应多种业务环境，且与第二代移动通信系统兼容，便于平滑升级。

对于通信终端而言，它面对是多种网络的综合系统，因而需要实现多频多模式终端（手机）。

第三代移动通信系统可支持的速率为室内静止2Mb／s；

步行移动384kb／s；

车速移动144kb／s；

卫星移动／s，所以手机要适应宽带多业务的要求。

软件无线电为通信系统提供一种新型的结构，那就是利用统一的硬件平台，不同的软件来实现不同的功能。

只有软件无线电技术才能解决多频多模式多业务终端问题［8］。

　由于第三代移动通信的标准的统一是非常困难的，IMT－XX的发展策略已经改变过去“一统”的概念，而注意到以各地区现有第二代系统网络基础为参考来制定比较现实的过渡方法，并在1997年3月的会议上一致通过了“IMT－XX家族”的概念［9、10］，它放弃了在空中接口、网络技术方面等一致性的努力，而致力于制定网络接口的标准和互通方案。

因此，也存在多频多模多业务基站问题。

软件无线电是解决基站问题的利器。

　具体地讲，软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用体现在以下几个方面：

（1）为第三代移动通信手机与基站提供了一个开放的、模块化的系统结构；

（2）智能天线结构的实现，空间特征矢量包括DOA的获得、每射频通道权重的计算和天线波束赋形；

　　（3）各种信号处理软件的实现，包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件算法等。

　开放的、模块化的系统结构是软件无线电技术的核心，对于第三代移动通信系统是非常重要的。

它为第三代移动通信系统提供了通用的系统结构，功能实现灵活，系统改进与升级很方便；

利用统一的硬件平台，不同的软件来满足“IMT－XX”家庭概念的要求，实现不同标准之间的互操作；

系统结构的一致性使得设计的模块化思想能很好的实现，且这些模块具有很大的通用性，能在不同的系统及升级时很容易地复用；

由于系统结构功能的实现主要是由软件来实现的，软件的生存周期决定了通信系统的生存期，这样就能更快地跟踪市场变化，降低更新换代的成本。

智能天线技术是第三代移动通信系统的关键技术之一，利用软件无线电来实现智能天线，可以提高智能天线的性能。

各种信号处理软件是软件无线电关键，应积极探索新的算法为更好的解决多频多模问题铺平道路。

　软件无线电技术是当今计算技术、超大规模集成电路和数字信号处理技术在无线电通信中应用的产物。

它在我国提出的第三代移动通信系统SCDMA中，应用就更广泛了，SCDMA系统的基站和终端都采用了高速数字处理器和高速A／D变换器，处理速度高于5000万次／秒，全部基带信号处理和变换都用软件来完成。

在SCDMA中软件无线电将实现如下功能：

（1）提供一个开放的模块化的系统结构；

（2）智能天线的实现；

　　（3）同步检测、建立和保持；

　　（4）用户终端D－QPSK解调器中的载波恢复、频率校准和跟踪；

　　（5）每码道功率的测得和发射功率控制的实现；

　　（6）接收通道的电平检测和接收增益控制；

　　（7）扩频调制和解调，包括WALSH码和PN码的产生；

　　（8）语音编译码；

　　（9）DTMF、MFC及各种信号的产生和检测；

　　（10）信道编码、复接和分接；

　　（11）发射脉冲成形滤波；

　　（12）SWAP信令的差错检测；

　　（13）接收信令的差错检测；

　　（14）发射通道的数字预失真；

　　（15）基站收发信机的校准。

　以上可以看出软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用是非常广泛的，而且只有软件无线电技术才能解决第三代移动通信系统中的多频多模手机与基站问题。

　　第三代移动通信系统是一个极富挑战性与创造性的未来标准的构想，而软件无线电技术是第三代移动通信系统的关键技术之一，故世界各国都投入巨大的力量研究软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用，推动了软件无线电的发展。

特别是近几年来，软件无线电的体系结构出现了一个些新的发展趋势。

　　体系结构分层化与软件模块化

　　软件无线电采用开放式的模块化的即插即用的系统结构，大大增强了第三代移动通信系统的灵活性、重用性。

这与以往的无线电台有本质的区别，但仅是采用此结构还是远远不够的。

第三代移动通信系统的软件设计是非常复杂的，为了减小软件设计的复杂性，软件无线电需要按层或级的方式来组织。

JosephMitola在数学分析的基础上提出了一个软件无线电分层虚拟机参考模型，如图1［11］。

　　分层虚拟机模型定义了关键的接口。

最底层是由普通处理器与具有指令集的ASIC与FPGA组成。

它包括了设备驱动、中断子程序、任务控制、资源分配与相关的操作系统服务。

它提供了一个统一的硬件平台。

基础结构虚拟机是建立与控制信息传输线程的。

这包括话音通道、数据路径、无线控制信息线程、定时分配、频率校准与本地服务。

基础结构状态机是为每一个用户信道提出请求与分配内部资源的。

信道状态机控制静音、同步、保密功能和多媒体数据与话音的传输。

通信服务如连接一个蜂窝用户与一个SINCGARS用户是通过建立连接与插入代理来实现。

此分层虚拟机模型是初步的，还需要研究与细化。

　软件无线电不仅需要硬件模块化，软件也需要模拟化［12］。

由于缺乏标准的应用级的软件到软件的API与缺乏对存储器、缓存空间与处理资源的量化。

软件重用度低，花费大，研制周期长，因而需要把软件实用地分成模块并有清楚定义与广泛应用的接口。

软件无线电论坛是根据API（ApplicationProgrammingInterface）来进行区分，采用CORBA技术。

CORBA技术能够无缝的共享应用数据，它提供了一种软总线。

利用接口定义语言（JAVA语言是一个子集），每一个软件包被提供一个信息传输接口到ORB，被确定数量的对象用CORBA接口来实现插拔。

CORBA技术在软件无线电中的应用还需要进一步研究。

　图1软件无线电分层虚拟参考模型

　　软件无线电结构数学分析化

　　当软件无线电经历从研究到实用的转变时，建立软件无线电结构的可证明特性越来越重要［11］。

如虽然用CORBA技术可以实现软件的模块化，大大提高了软件的可重用性，但是由于缺乏数学分析对存储器、缓存空间与处理资源的量化，很难讲出一个软件模块的数据吞吐、响应时间及其它关键要求。

当重用自己软件库中或第三方的软件时，可能存在系统性能下降，甚至系统崩溃，需要用数学模型来刻划快速涌现的技术。

利用拓扑学来研究软件无线电结构，提高了即插即用结构的应用和有效重用。

分析拓扑结构特性产生了分层分布虚拟机参考模型（如图1）与一系列的设计原则，结构设计原则是：

　　1）有界递归模块：

这样的模块将消耗可预测的资源，且软件错误不大可能引起系统崩溃。

　　2）清楚的可扩展的接口拓扑：

用拓扑空间的基来定义软件无线接口，并使用可扩展语言如UML、SDL、IDL和。

　　3）分布分层虚拟机结构：

这样可以最大的使用高一层或低一层的组件。

　为软件无线电结构建立数学模型，并进行数学分析，可以提高系统的稳定性，与可重用性等。

　　面向对象化

　　第三代移动通信系统面向的是个人服务。

因而第三移动通信系统中的软件无线电技术需要面向对象设计。

面向对象设计是一种很有效的设计方法。

软件无线电具有很强的灵活性，使对象具有很强的选择性，因此其功能的设计应面向对象。

面向对象的软件无线电系统结构如图2［13、14］。