基于计算机和网络的软件无线电结构分析

基于计算机和网络的软件无线电结构分析

郭方勇

宝信软件（南京）有限公司 江苏 南京 210000

摘要：随着通信技术水平的不断提升，对于软件无线电的运用，衍生出了数字化的处理方式，使当前的通信效率随之提高。本文通过分析软件无线电的结构设计，基于计算机和网络的支持，使系统功能逐渐丰富，实现信息传递高效化目标。

关键词：计算机；网络；软件无线电；结构设计

引言：对于软件无线电而言，属于无线电广播通信技术的一种，通过改变其中的程序，可以满足使用要求。在计算机和网络的支持下，不需要更换其中的硬件，在做好软件编程工作时，能够为无线电信息的传递提供支持，获得高效化的传递效果，为日常的工作和生活提供了信息便利。

一、软件无线电体系结构设计

（一）软件分层结构

在总体上，采用了将处理层、配置层、接口层进行分级的方法。由于结构类型各不相同，所以实际用途存在一定的差别。对于软件无线电结构的接口层，对各种外部信息的处理要做到及时、准确。在外部资源与硬件之间搭建起一座相互联系的“桥梁”，这样就能使无线通信更方便地进行信息的传递。

当软件无线电的配置层被设定时，可以对接口层中的信息进行处理，完成储存、配置和管理等方面的工作，使得各种信息都可以被传送到相应的处理层，这对于保证信息传递的精度是有利的。在过程层，通过分析信息，修改模块，便于相关操作有效执行。

在现代化通信过程中，需要软件无线电的支持，注重对分层结构的运用，为有效处理数据通信兼容问题，可以采用软件无线电的方式，在5G网络的发展过程中突出灵活性的优势。在应用软件分层结构时，仅需要对软件系统升级即可，避免将过多的成本投入到硬件设备的改造过程中[1]。

（二）硬件平台

软件无线电主要是以硬件平台为主体，具有丰富的功能模块，可以很好的适应软件开发过程中的变化。模块有很多种类型，根据其功能特征，可以将模块划分成数据分析、数字变化、信号模仿、平台掌控等四种类型[1]。

由于模块的功能各不相同，在构成硬件平台时，其作用存在一定的差异。结合常见的硬件平台类型，有总线式和流水式等两种结构。在选择硬件平台的过程中，需要将信息的传递需求作为基本参考依据，要求硬件平台具有操作性、灵活性，及时对软件加以更新，可以保障信息的安全传递。

（三）功能模型与功能接口

在运用无线电技术的过程中，软件无线电体系结构建设属于其中的核心。通过对结构中所包括的主要内容进行分析，以软硬件和接口协议为中心，在软件无线电的发展过程中，为了满足灵活性的要求，在目前的技术条件下，必须重视对体系结构建设的优化和完善。在软件无线电系统中，按照其所具有的功能，可以划分为信息层次、信息安全等多个模块。

当使用软件无线电时，除了需要满足信息的整合、利用等需求之外，还应加快系统的更新速度，使其具有较高的灵活性，以便更好地满足客户需求。对于信息集而言，它涵盖了不同类型的信息运输模式，包括语音、数据、图像、视频等，这些模式可以满足客户对信息传输的不同需求。以同时性多波段传输模式为例，可以按照用户的需求，完成重写程序。这时，软件的形态就发生了变化，在同一个平台内，可以进行多项操作。

图 软件无线电的基本结构

二、基于计算机与网络做好软件无线电软硬件设计

（一）软件设计

1.软件无线电的软件体系架构

其一，在设计总线层的过程中，能够作用于每一个单元模块中，AMC子卡是一种用于扩展业务功能的模块，可以将不同类型的总线交换形式插入单元模块中，从而实现更多的业务功能。这种模块可以提供多种接口，支持多种业务功能，如视频会议、视频监控、呼叫管理等，从而达到扩展业务的效果。

其二，在服务于网路与串口时，可在面对不同的硬体基础介面时，提供对应的包装作业。比如，使用 Ethernet驱动器和运行软件，可以为操作系统的运行提供更好的支持。在不同的平台当中，使操作系统能够完成各项工作。

其三，在设置操作系统的过程中，通常会应用嵌入式的程序，在此基础上，考虑到各平台的应用特点，适时地对其进行屏蔽，从而为各平台的软件提供了标准化的硬件界面，保证了运行服务的适应性。在应用程序中，会出现设备无关的特性。

其四，COBBA中间件。在应用层与操作系统之间，通过构建 COBBA中间件，实现了应用与系统底层的相互隔离，屏蔽了不同的通讯方法，并做好了底层平台的具体工作。通过 COBBA中间件，对于组件的应用，其中存在不同的编程语言，能够发挥中间件的支持作用，使得单独的组件可以实现无缝的通信。当使用其他平台时，使软件开发者能够获取其中的资源。

其五，通过探讨软件无线电体系建设的核心内容，在引入了标准化的服务后，可以充分利用波形的优点。波形应用有一定的可控性，在安装、卸载时，底层的软件、硬件都有抽象性，可以实现部件的自动化组装，实现智能管理。当提供不同界面时，可以包括基本的应用界面，并为框架服务结合应用提供支持。在使用组件的过程中，可以使其保持独立性与可移植性。

其六，对于应用层而言，主要是指在无线通信任务完成后，波形应用的部件层，它所形成的处理功能具有独立性。其中，多个 RESOURCE接口被包括在应用层中，通过完成对多个接口的合理配置，在系统的运行过程中，以动态化的形式，将其加载到硬件模块中。

2.网络协同运算软件设计

在软件无线电中，大部分的数据都是来自信号的样本。在对无线采样信号进行解调之后，此时所得的数据以及要调制的数据，均可以放置于系统中加以处理。对于上述几种数据而言，一旦处理间隔时间过长，在这种情况下，各资料间的相关系数将随机降低。数据块间隔时间，信息源，数据编码方式，都有一定的相关性[2]。

为了减少传输时延，在大部分的无线通信系统中，都采用了以帧为单元的方法。因为帧的长度通常不是固定的，所以在划分系统的帧时，帧数相对较小，这样就可以有效地降低延时。另外，软件无线电中，需要处理的数据流涉及多个数据块，而这些数据块的内容是不同的。为了使软件无线电能够更好地处理这些数据，需要对其进行解耦，即把每个数据块中所需要处理的内容都进行分离，这样可以更好地解决重复计算的问题。在解耦过程中，每一个数据块都会有一个独立的进程来处理，而这些进程之间又会相互影响，从而可以更好地解决重复计算问题。因此，在确立调用机制的过程中，可以提供一定的帮助，以便更好地实现解耦。

当设置相应的计算节点时，其执行操作方法是固定的，此时能够提高数据的传输效率。在应用层协议的设计中，要把信息的传递机制、功能的描述和调用机制的建立作为基础。比如， RTCPP协议的建立，计算机的 Daemon，以及主机的控制过程。在有一个空闲的时间周期中，可以对网络端口进行有效的侦听，此时发出广播，允许计算机扩展登记。通过回答，对网络中的资源进行综合分析，在遵循配置命令和配置要求时，用电脑来进行运算，并严格按规定来完成所规定的动作。

（二）硬件设计

1.中频采样与输出

随着软件无线电的运行，需要采用数字信号处理技术，及时替代传统的信号模拟处理方式，从而使软件无线电的运行更加高效。在运用可编程处理器时，可以借助智能天线、宽带数模、转换器、 RF设备等，实现基带和 If处理目标，进而提高软件无线电系统的性能。而在应用软件无线电系统时，数字信号处理速度相对较快，经过高密度的计算形式，可以实现多信道同步处理和并行目标。同时，在建立软件无线电硬件平台时，可以以 MTCA计算机和网络体系架构为基础，将数字信号处理装置作为基本依据。此外，在运用模拟器技术的过程中，也可以采取中频采样结构，运用射频的前端，将天线接收与发射的信号传输至中频。

在设计硬件部分时，在中频采集、输出等方面，采用软件无线电的架构，实现了中频数据的数字化，并将中频数据转换为 DSP与上位机的数字信号。这类信号在应用中表现出了良好的适用性， A/D接近射频的前端，可以将其转换成两个不同的频率，从而实现对数组信号的采样和下变频处理。采用14 BIT并行模板转换芯片，可以帮助我们有效地进行信号采样处理，实际采样速度可以超过10 MSPS，从而大大提高了信号的采样精度和准确性。

在对数组信号进行采样后，我们要进行下变频处理，将其转换成一个不同的频率，以实现对信号的不同频率和不同速率进行处理。在上变频与转换电路中，一般情况下采用的是AD9957芯片，可以实现高速 DDS和14 BITD/A转换功能，能够有效地完成上变频和下变频处理。此外，还具有可编程控制功能，可以根据需要控制各种参数，使系统更加稳定可靠。在 FPGA的基础上，完成对基带信号的传输，使其最终成为中频信号输出[3]。

2.高速信号处理电路

在处理数字信号的过程中，为了满足高速处理方面的需求，通常需要使用 GPP和 DSP信号处理器。在软件无线电硬件平台中，通常会使用 GPP和 DSP信号处理器联合的方式，使它们可以在同一时间内完成多种任务。在处理器联合之后，可以对逻辑器件进行编程，形成完善的信号处理电路。在 GPP信号处理器中，在这个时候，实际的时钟频率是1.2 Gb。经过整合后，就可以作为一个外部的高速界面，例如以太网接口。此外，还可以根据实际情况进行调整和优化，以达到更好的性能和稳定性。

当使用 DSP信号处理器的时候，一般都会要求采用并行处理的模式，此时的时钟频率与双核处理器相同，并且具有较高的性能。FPGA支持16串行的端口，使其能够支持多个信号处理结构，能够实现更高的传输速度，从而助力信号处理结构顺利优化。此外， FPGA还可以实现更多功能，比如扩展电路、硬件加速等。

在设计软件无线电背板总线时，由于硬件平台采取了互联的结构，在运用高速串行总线的过程中，能在电源面板开关面板与讯号处理器面板之间，形成以上三部分的连通性。为 AMC子卡的应用提供了最大21个端口的数据路径。比如，SATA端口或者GBE端口。当一个 ID编号被指定时，该通信芯片就会得到一个 ID编号，使其具有路由与数据转换功能，使信号处于高速的传输状态。

结束语：随着通信技术的持续发展，现阶段在应用软件无线电的过程中，可以清楚地了解技术的应用，使其更好地满足用户的需求，从而实现良好的兼容性效果。在分析软件无线电的体系结构时，需要考虑到其开放性和灵活性，以确保软件无线电系统可以与不同类型的设备兼容，以及可以在不同的应用环境中正常运行。在了解软件硬件的构成情况时，运用计算机和网络，使平台的抗干扰能力随之提高。在不同通信平台的运行过程中，可以满足当前的信息传递要求，使软件无线电的应用价值随之提升，为计算机和网络的发展提供基本帮助。

参考文献：

[1]程心欲姜胜林于奇.软件无线电的硬件体系研究[J].计算机与数字工程,2021,(05):34-38.

[2]林华东.软件无线电中通信信号调制方式的自动识别[D].哈尔滨工程大学,2022.

[3]彭艺,周正中,姚绍文.基于计算机网络的下一代软件无线电[J].计算机科学,2022.