虛擬無線電

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虛擬無線電(virtual radio)

　　虛擬無線電不是由軟體控制的專門數字硬體或者是由DSP晶元實現的，而是從通用機角度出發，充分利用工作站等電腦資源來實現軟體無線電的。虛擬無線電是指這樣的通信設備：所有的數字信號處理過程都在用戶的現有工作站(也可以是高速PC機)上實現，處理過程既能提供新的特殊功能，也能實現傳統功能。虛擬無線電的目的是把模數轉換部分儘可能地靠近天線，以A/D轉換器作為軟／硬體劃分界限。由於技術的限制，目前多採用多頻段硬體前端將RF頻段信號下變頻到IF，然後直接採樣IF頻段波形，再將採樣結果送到主記憶體中，而這之後的處理將全部在應用層軟體中完成。

　　(1)易於實驗。工作站的容量和可編程環境優於專用DSP晶元，容易實現新演算法和新協議的信號處理。

　　(2)開發快捷。用戶可以很方便地通過更新設備驅動程式和升級軟體來開發新設備或增強現有設備的功能。

　　(3)與其他應用結合。虛擬無線電的研究將無線和其他應用的界限模糊化了，提高了多功能性和端到端的有效性。

　　(4)改進功能實現。軟體模塊中所有的信號處理不僅可以動態地分配通道和帶寬，也可以改變同一通道的調製和編碼。這種結構有利於新標準的推廣，可將不同標準的通信系統構造在一起。

　　虛擬無線電將採樣送到電腦主記憶體的方法被稱為後臺直接存儲接入(DMA)。電腦採用虛擬記憶體操作，所需成本很低。為支持這一功能，需開發通用PCII／O系統及構造可編程應用環境，這是在電腦上建立虛擬無線電的兩個關鍵技術。

　　1.通用PCII／O系統

　　通用工作站I／O系統需要解決的問題有兩個：一個是必須消除採樣信號和處理信號不穩定性的根源；另一個則是必須滿足應用和～D轉換器之間的高吞吐率。I／O系統結構主要由兩部分組成，通用PCII／O和操作系統相加。PCII／O提供系統前端到模擬前端的外部介面，介面設計必須滿足兩個需求，第一，以採樣速率接收或發送採樣後數據。第二二，易於設計。介面採用千兆比的PCI匯流排，支持連續雙向VO流，採樣速率達32MSPS(每秒百萬採樣數)。PCII／O可使模擬前端和主記憶體之間突發數據的速率接近VO匯流排的最高速率。此外，還能在不丟失任何採樣的前提下保證模擬前端速率固定以及保證I／O匯流排上可變速率問的解耦時間，這樣可有效地吸收由突發接入I／O匯流排所引起的不穩定。這些功能的完成都不需要處理器的參與，所需處理開支的每個採樣不超過半個周期。

　　2.可編程環境

　　可編程環境主要採用SPECTRA結構，它是一個支持受實時限制的攜帶型自適應信號處理系統的可編程環境。SPECTRA環境支持幾種不同的自適應信號處理概念，包括自適應環境、自適應用戶、自適應功能和自適應資源。為支持這幾種自適應，需要採用“數據牽引”結構，即當數據流程從輸入到輸出時，控制流程從輸出到輸入。通過控制下行流，實行預先估計並自適應下行流模塊所需求的系統構造結構。因為下行流部件只在上行流模塊需要數據時才處理，從而使總處理量減少。另外，對每個模塊都以數據塊形式進行操作可充分利用高速緩衝存儲器，避免引入不期望的等待延遲。

　　虛擬無線電的應用依賴於高性能的～D轉換器，但是並不採用DSP，而是選擇快速發展的工作站硬體。下麵以軟體蜂窩行動電話接收機為例介紹一個虛擬無線電的具體應用。軟體蜂窩行動電話寬頻數字接收機工作在美國“A—side”蜂窩行動電話頻段。接收機前端是把825MHz～835MHz帶寬的信號下變頻到基帶信號，然後以25．6MSPS採樣信號速率對信號進行採樣。12bit採樣流送入PC1I／O卡後，所有信號處理都在軟體中執行。值得註意的是所有系統都由軟體進行控制。這樣即使接收機正在工作，這些參數也可以很容易地被修改。

　　類似這樣的軟體接收機開發快捷，在開發期間充分利用大量容易修改的濾波演算法進行實驗。實現接收機構造的一個重要因素就是可利用現有的器件或軟體，這不但有利於縮短開發周期，也有利於增加新功能。此外，虛擬無線電也可以應用實現軟體無線網路介面卡，使網路介面卡功能可動態調整。軟體無線網路介面卡系統比普通的網路介面卡更具有動態靈活性、便攜性、兼容性強和軟體重覆使用率高等優勢。