무선통신 분야의 신기술로 SDR(Software Radio)은 안팎으로 주목받고 있다. 통신 분야에서는 아날로그 기술에서 디지털 기술로, 고정 통신에서 이동 통신으로 이어지는 새로운 무선 통신 시스템입니다. 통신 기술의 발달로 다양한 표준 유형과 호환되는 장비에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 소프트웨어 무선 시스템은 기존의 무선 시스템과 비교하여 일반적인 구조, 소프트웨어 기반 기능 및 상호 운용성과 같은 일련의 장점이 있습니다. .
Ⅰ. 소프트웨어 라디오의 기원과 발전
소프트웨어 라디오가 등장한 이유는 걸프전과 관련이 있다. 당시 미국을 중심으로 한 다국적군은 규격이 다른 다양한 통신장비를 사용하고 있어 서로 통신에 어려움이 있었다. 그 후 1992년 5월 저미톨라는 American Communication Systems Conference에서 "소프트웨어 라디오"의 개념을 처음 제안했습니다. 기본 아이디어는 동일한 하드웨어 플랫폼을 기반으로 모든 전술 라디오를 만들고, 다른 소프트웨어를 설치하여 다른 유형의 라디오를 구성하고, 다른 특성의 기능을 완성하는 것입니다. 따라서 소프트웨어 프로그래밍이 가능합니다. 군사 통신은 이제 무선 통신 시스템의 신뢰성, 상호 운용성, 유연성, 방해 전파 방지, 생존 가능성, 기밀성 및 보안에 대해 더 높은 요구 사항을 갖기 때문에 이 개념은 빠르게 전 세계 국가의 관심을 끌었습니다. 미군과 Hazcltine은 미군이 일반적으로 사용하는 다중 대역 및 다기능 무선 플랫폼을 실현하는 "speakeasy"(easy to talk)라는 소프트웨어 라디오 방송국을 개발했습니다. 4개 이상의 다른 변조 파형. 이 라디오는 음성과 데이터를 전송할 수 있는 안테나가 있는 "휴대용 컴퓨터"라고 할 수 있습니다. 통신 서비스에는 음성, 데이터 및 비디오 이미지가 포함됩니다.
현재 소프트웨어 라디오는 민간 분야에서 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 주된 이유는 현재 통신 시스템의 기술 표준이 다양하고 다양한 기술 표준과 해당 시스템이 서로 호환되기 어렵고 단일 장치로 구현하기 어렵기 때문입니다. 그리고 3세대 이동통신 시스템은 여전히 표준전투를 벌이고 있습니다. 소프트웨어 라디오를 사용하여 다른 표준에 적응한다면 실현 가능한 방법입니다. 한편, 통신 기술의 발전은 매우 빠르고 기존 시스템은 지속적으로 개선되며 새로운 시스템은 빠르게 등장하고 있습니다. 사람들은 오래된 장비를 완전히 없애는 것보다 더 경제적이고 소프트웨어 라디오의 프로그래밍 가능성이 더 나은 시스템 업그레이드 방법이 필요합니다. 이 필요에 맞게 조정되었습니다.
Ⅱ. 소프트웨어 라디오 아키텍처
무선 주파수 부분, 업/다운 변환, 필터링 및 기존 아날로그 무선 시스템의 기저대역 처리는 모두 아날로그 모드를 채택하고 특정 주파수 대역 및 특정 변조 모드의 통신 시스템은 특수 하드 구조에 해당합니다. 디지털 무선 시스템의 저주파 부분은 디지털 회로를 채택하지만 (예를 들어, 국부 발진기는 디지털 주파수 합성기를 사용하고 소스 코딩 및 디코딩, 변조 및 복조는 전용 칩에 의해 완료됨), 무선 주파수 및 중간 주파수 부품은 여전히 아날로그 회로와 분리할 수 없습니다. 기존의 무선 시스템과 비교하여 소프트웨어 무선 시스템의 A/D/A 변환은 중간 주파수로 이동하고 가능한 한 무선 주파수 끝에 가깝게 전체 시스템 주파수 대역을 샘플링합니다. 즉, 디지털 처리는 소프트웨어 라디오의 두드러진 기능인 중간 주파수(또는 무선 주파수)에서 수행됩니다. 디지털 라디오는 전용 디지털 회로를 사용하여 프로그래밍 없이 단일 통신 기능을 구현합니다. 소프트웨어 라디오는 전용 디지털 회로를 프로그래밍 가능한 DSP 장치로 대체하여 시스템 하드웨어 구조와 기능을 상대적으로 독립적으로 만듭니다. 이런 식으로 비교적 일반적인 하드웨어 플랫폼을 기반으로 소프트웨어를 통해 다른 통신 기능을 실현할 수 있으며 작동 주파수, 시스템 대역폭, 변조 모드, 소스 코드 등을 프로그래밍하고 제어할 수 있으며 시스템 유연성이 크게 향상됩니다. .
소프트웨어 라디오의 하드웨어 플랫폼은 모듈식 설계를 채택하고 있으며, 이는 개방성, 확장성 및 호환성을 갖춘 통신 플랫폼이어야 하며, 모듈식 표준의 버스 형태로 만들어집니다. 이 비교적 일반적인 하드웨어 플랫폼을 기반으로 서로 다른 소프트웨어를 로드하여 서로 다른 통신 기능을 구현합니다(카드는 필요할 때 교체할 수 있음). 소프트웨어 라디오의 하드웨어 플랫폼은 PC보다 훨씬 더 까다로우며 광대역 무선 주파수 프런트 엔드, 광대역 A/D/A 변환기, 고속 DSP 장치 등이 필요합니다. 고속 A/D/A 변환 및 디지털 신호 처리를 수행하려면 소프트웨어 무선 시스템이 여러 CPU와 병렬로 작동해야 합니다. 또한, 디지털 신호 처리 데이터가 고속으로 교환되기 위해서는 시스템 버스의 T/O 전송률이 매우 높아야 합니다. 요구 사항을 충족하는 현재 시스템 버스 중 VME 버스는 가장 성숙한 기술, 최고의 다용성 및 가장 광범위한 지원을 가지고 있습니다. VME는 다중 CPU 병렬 처리를 제공하고 독립적인 32-비트 데이터 버스 및 주소 버스를 지원하며 속도가 40Mb/s(또는 320Mb/s)에 도달하여 기본적으로 소프트웨어 무선의 요구 사항을 충족하고 선호하는 버스 방법입니다. 소프트웨어 라디오용. 셋, 소프트웨어 라디오의 핵심 기술
1. 다중 대역 하향 변환 및 광대역 RF
소프트웨어 무선 시스템의 안테나는 다중 대역 안테나와 프로그래밍 가능한 무선 주파수 변환 기능이 있어야 합니다. 안테나 이득, 물리적 크기 및 가격을 만족하는 기준으로 2MHz-3MHz의 작동 대역폭을 가져야 합니다. 무선 공학에서는 전체 주파수 대역을 커버할 필요는 없지만 서로 다른 주파수 대역의 여러 창만 커버하면 됩니다. 따라서 복합 다중 대역 안테나를 사용할 수 있습니다. 미군의 speakeasy는 여러 세트의 RF 안테나를 사용하는 솔루션입니다. 광대역 RF의 경우 튜닝, 에너지 제어 및 저잡음 전치 증폭기(LNA) 구성도 핵심 기술이며 CAD(Computer-Aided Design)를 사용하여 시스템 설계를 최적화할 수 있습니다.
2. 광대역 A/D 부분.
광대역 아날로그-디지털 변환의 성능을 결정하는 핵심은 샘플링과 비트 수입니다. 샘플링 속도는 신호 대역폭에 의해 결정되는 반면 양자화 비트 수에는 특정 동적 범위와 DSP 정밀도가 필요합니다. 기존의 단일 칩 ADC는 이 두 가지 요구 사항을 충족할 수 없기 때문에 여러 ADC를 병렬로 사용할 수 있습니다.
3. 고속 병렬 DSP 부분.
시스템의 디지털 처리 작업에서 가장 어려운 것은 상향 변환, 필터링 및 서브 샘플링입니다. 고속 병렬 DSP에는 디지털 기저대역 처리, 변조 및 복조, 비트 스트림 처리 및 디코딩 기능이 포함됩니다. FM 및 확산 스펙트럼 시스템의 경우 이 부분에는 역확산 및 디호핑 기능도 있어야 합니다. 기능의 이 부분을 달성하려면 더 많은 다중 액세스 호출, 더 넓은 프로그램 버스 및 데이터 버스, 단일 명령 다중 데이터, 다중 명령 다중 데이터를 포함하여 다중 프로세서 병렬 컴퓨팅 시스템을 형성하기 위해 고속 병렬 DSP를 사용해야 합니다. . 구조 및 슈퍼 명령어 구조의 사용 등 이 부분은 전용 디지털 집적 회로 칩 ASIC(예: 미국 Harris Corporation의 DDC 칩 HS P50016)으로 구현할 수 있습니다.
4. 개방성과 확장성의 일반적인 경로 구조에서 벗어나십시오.
기존의 시스템 구조에서는 일반적으로 파이프라인이 사용되며, 이는 각 기능 유닛이 회로에 의해 연결되는 것을 특징으로 합니다. 특정 부분의 기능을 추가, 삭제 또는 수정하려면 해당 기능 모듈을 조정해야 합니다. 따라서 이 구조는 열리지 않습니다. 시스템의 다양한 기능 단위의 상호 연결을 실현하기 위해 개방적이고 확장 가능한 하드웨어 플랫폼이 형성됨과 동시에 높은 데이터 처리율을 갖습니다. 소프트웨어 무선 시스템은 비교적 간단한 구현이 특징이며 다양한 버스 표준(예: VME, 버스, PCI 버스 등)을 직접 적용할 수 있는 새로운 상호 연결 구조를 채택해야 합니다. , 버스 기반 상호 연결 구조.
5. 소프트웨어 프로토콜 및 표준.
1990년대 중후반 이후 외국에서는 소프트웨어 플러그 앤 플레이(Plug & Play) 구현 방법을 연구하고 이를 기반으로 제안했다. JAVA/CORBA 소프트웨어 프로토콜 및 표준. "소프트웨어 버스"를 기반으로 하는 아이디어는 표준 기반의 개방적이고 사용하기 쉬운 아키텍처를 구축하는 것입니다. 소위 "소프트웨어 버스"는 흔히 말하는 "하드웨어 버스"와 유사합니다. 응용 모듈은 규격에 따라 버스로 만들어지고 버스를 삽입하여 결합 연산을 실현할 수 있어 분산 컴퓨팅 환경을 지원합니다. 이 디자인 아이디어는 소프트웨어 시스템에서 소프트웨어의 재사용성과 일치합니다.
6. 시스템의 전력 소비, 볼륨 및 비용.
이것이 소프트웨어 라디오 상용화의 핵심이며, 그 솔루션은 하드웨어 기술의 발전에 크게 좌우된다. 넷째, 소프트웨어 라디오의 발전과 전망
1990년대 이후 다양한 무선 통신 시스템의 급속한 발전, 무선 통신 표준의 차이, 디지털 신호 처리 기술의 발전으로 소프트웨어 무선 기술이 더욱 주목받고 있으며, 미래의 글로벌 통신이 될 것으로 기대됩니다. 회로망. 새로운 시스템.
이상적인 구조에 따르면 RF에서 기저대역까지 소프트웨어 무선국의 모든 신호 처리 작업은 완전한 디지털 형식으로 수행되므로 완전히 프로그래밍할 수 있으며 구조도 재구성 및 재현할 수 있습니다. 그러나 무선 주파수 대역에 적용할 수 있는 A/D 변환기가 없기 때문에 현재 연구되고 있는 또 다른 주제는 전체 주파수의 디지털화의 핵심인 소프트웨어 무선국의 디지털 RF 프론트 엔드입니다. 밴드.
기존 디지털 신호 처리 장치(DSP)는 IF, 베이스밴드 또는 단말과 같은 부품에서 신호 처리에 널리 사용되어 무선 장비의 기술적 성능을 새롭고 현대적인 수준으로 끌어 올렸지만 RF 프런트 엔드는 여전히 협대역입니다. . 소프트웨어 라디오 스테이션의 경우 RF 프런트 엔드의 A/D 변환기는 일반적으로 2MHz ~ 3GHz의 전체 통신 주파수 대역을 처리할 수 있어야 합니다. 또한, 이동통신 신호의 전형적인 특성은 페이딩(fading) 및 차폐(shielding)이며, 강한 차단 및 간섭이 있을 수 있다. 그 결과, 수신 RF단에서 나타나는 이동통신 신호의 다이나믹 레인지는 100dB 이상으로 높다. 이동 통신 신호의 다른 표준을 고려하면 동적 범위가 더 커질 것입니다. 대역폭이 10MHz인 시스템의 경우 샘플링 주파수가 25MHz보다 크므로 2500MIPS의 컴퓨팅 처리 기능이 필요하며 이는 RF 프런트 엔드에서 처리해야 하는 신호 환경 요구 사항을 충족하는 것과는 거리가 멀습니다. 대역폭 및 동적 범위 요구 사항을 충족할 수 있는 A/D 변환기가 있더라도 전력 요구 사항은 여전히 모바일 터미널 사용을 방해할 수 있습니다. 현재 단계에서 개발된 소프트웨어 라디오 방송국은 전체 주파수 대역 디지털화의 이상적인 구조를 채택할 수 없지만 Rf 프런트 엔드 부분 주파수 대역 디지털화의 실제 구조를 채택합니다.
요약하자면 소프트웨어 라디오에는 두 가지 의미가 있습니다. 하나는 무선 주파수(RF) 프런트 엔드이고 다른 하나는 디지털 신호 처리입니다. 핵심 구성 요소는 광대역 A/D/A 변환기와 고속 DSP 칩입니다. 소프트웨어 라디오의 가장 큰 장점은 다양한 작업 매개변수를 정의하고 무선 대역 및 채널 액세스 방식에 따라 채널 구조를 재구성하여 하드웨어 플랫폼에서 다양한 신호 처리 작업을 완료할 수 있다는 것입니다. 따라서 각 작업 표준에 대한 전용 디지털 프런트 엔드는 공통 하드웨어 플랫폼에서 설계하거나 다른 작업 표준의 공통성을 활용할 수 있습니다. 전자의 설계는 최대의 자유도를 달성할 뿐만 아니라 사용되는 게이트의 수를 최소화하는 반면 후자의 설계는 디지털 프론트 엔드 기능을 위한 전용 알고리즘의 개발이 필요하지만 ASIC으로 구현될 수 있으므로 이점을 활용할 수 있습니다. 소프트웨어 라디오의 개념입니다.
일반적으로 소프트웨어 라디오는 원래 군용 단파 초수평 통신용으로 개발되었지만 아날로그 수신기에서는 볼 수 없는 높은 수준의 충실도를 제공하기 때문에 뛰어난 유연성도 제공합니다. 약간의 수정으로 다양한 사용자의 요구 사항에 적응하고 충족할 수 있으며 비용이 매우 저렴합니다. 디지털 신호 처리 기술의 급속한 발전과 함께 민간 통신 분야, 특히 이동 통신 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 시스템의 응용 프로그램은 더 광범위합니다.
