软件无线电在第三代移动通信系统中的应用与新进展<2>

软件无线电在第三代移动通信系统中的应用与新进展<2>
3.1 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，但是便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
电就需要按居或级的方式来组织，使得软件无线电的软件具有高度的结构化。 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。
    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（专用
集成电路）以及FPGA（现场可编程门阵列）组成。它包括设备驱动、中断子程序、任务控制、
资源分配与相关的操作系统服务，提供了一个统一的硬件平台。无线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。无线应
用虚拟机包括代理、同级控制算法与保持无线工作模式如蜂窝接口标准或一个军用标准（如
SINCGARS：单信道陆空无线系统），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，也需要软件模块化。由于缺乏标准的应用级的软件到
软件的API（应用编程接口），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，因而需要把软件按功能分成模块，各模块功能与接口有清楚的定义。
软件无线电论坛是根据AP来进行区分，采用CORBA（公共对象请求代理结构）技术。CORBA技
术能够无缝地共享应用数据，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（对象请求代理），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应用还需要进一步研究。
3.2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际应用转变时，建立软件无线电结构的可证明特性越来越
重要。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
乏数学分析难以对存储器、缓存空间与处理资源量化。这样就很难讲出一个软件模块的数据
吞吐量、响应时间及其它关键要求。当重用自已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。这样就需要用数学模型来描述快速涌现的技术。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：用拓扑空间的基向量来定义软件无线电接口，并使用可
扩展语言如 UML（统一模型语言）、SDL（定义描述语言）和IDL（接口定义语言）等。
    （3）分布分层虚拟机结构：这样可以最大限度地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。
3.3 面向对象化
    第三代移动通信系统面向的是个人服务。因而第三代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。
    包括信源编解码功能库、服务与网络支持库、信息安全库与信道编解码库。其中信道编
解码库又可分为调制解调库、中频处理库与射频接入库。多模式无线电具有多种空中接口波
形，这些波形可能在不同的频带内，还可能扩展到几个频带内工作。由于具有不同的信源编
码与信道编码，因而变成了多个性。一个个性包括了频带、信道（控制与通信信道）、空中
接口波形、协议与相关的功能。从开放结构来看，系统集成者、网络操作者和服务提供者从
基于标准的可共同操作的功能库中选择子集，经一个联合控制（用多进程多处理器软件来混
合完成的）来实现服务。这样就具有了很强的灵活性，可以适合不同对象的需求。例如，一
个3G移动国际互连服务，可能从服务网络库中选已存在的IP协议与从信道编解码库中选出的
3G中频调制解调程序，并将程序下载到3G手机上，这样对于需要利用3G手机上网的用户，可
以很方便地实现上网功能；对于通信保密有特殊要求的用户可以调用信息安全模块中的加密
子程度；为了满足远离节点的信源进入3G系统，可以调用服务网络库中的支持SDH（同步数字
体系）与局域网互联的子程序来完成。
    由上可以看出，软件无线电采用面向对象设计，使第三代移动通信系统具有多个性，通
过灵活的取舍来满足不同对象的需求。
3.4认知化、智能化
    为了更好地为个人服务，最近Joseph Mitola在软件无线电的基础上提出了认知无线电。
认知软件无线电是指无线电的内部工作状态是可知的，通过无线电知识描述语言（RKRL）与
网络针对无线规则进行智能交流，并采用支持关于用户需要的自动推理的方式，更好地为个
人通信服务。无线规则是指一系列适合无线频谱使用的射频带宽、空中接口、空间时间模式。
认知无线电使软件无线电从预先定义协议的盲目执行者转变成为无线电领域的智能代理，它
能找出各种方式来提供各种用户需要的服务，甚至用户都不知道是如何得到它的。目前的软
件无线电构思不可能与网络进行智能交流，因为没有基于模式的推理计划能力和没有语言能
表达这些事。认知软件无线电则采用丰富的内部模式广泛地进行这种对话。GSM的自适应均衡
阶数反映了信道多径结构，例如，一个网络可能需要问一个手机：你看到多少可区分的多径
成份，认知无线电则知道内部自适应均衡状态。当根本没有多径，或多径很小时，软件无线
电的处理能力被浪费。认知软件无线电可以把这种能力转向更有用的部分（如无线电与网络
可以增加编码冗余度来增加下载速度），或处于休眠状态。
3.5计算机化
    软件无线电计算机化可以为第三代移动通信系统提供更强的灵活性、网络性与良好的人
机界面。计算机化是指软件无线电需要与计算机技术相结合。软件无线电的特征之一是实现
模块化，模块化是建立在总线结构的基础之上。软件无线电采用了总线结构，使得无线通信
系统中各功能部件之间的相互关系变为面向总线的单一关系。这样使无线通信产品易于实现
模块化、标准化、系列化和通用性。PC机的发展速度很快，功能强大，用代机来实现控制与
软件编程将使软件无线电的技术更加快速发展。目前软件无线电与计算机结合体现在两个方
面：一是提供友好的人机对话界面（MMI）；二是利用PC机进行第三代移动通信系统的基带处
理。如最近研究的一个热点虚拟软件无线电是充分利用计算机进行基带信号处理，它依靠高
性能的模数转换做成硬件插卡，采用PCI总线，工作在高速的PC机上。将信号宽带数字化后，
在PC机上进行数字信号处理而不是DSP上。这一方法允许我们利用代机硬件与软件资源，用新
的方法来进行信号处理，采用新的方法来构造系统。
4结束语
    本文论述了软件无线电在第三代移动通信系统中的应用，归纳总结了软件无线电体系结
构为了适应第三代移动通信系统的要求，出现了一些新的发展趋势，主要表现在体系结构分
层化、软件模块化、结构数学分析化、面向对象化、认知化、计算机化。希望通过这些归纳
与总结，能对国内软件无线电技术的研究工作特别是在第三代移动通信系统中的应用起到一
定的推动作用。

摘自《电信科学》