基于软件无线电的OFDM系统设计与实现
摘要：为了构建一个适应性强,复用程度高,易于维护、升级的无线电系统平台。提出采用软件无线电将通信系统软件模块化的思想设计OFDM无线通信系统。给出了采用软件无线电思想构建线通信系统的技术方案,其中重点介绍系统软件波形的开发方法,并具体给出波形算法开发流程,对于开发一个开放式的通信系统具有指导作用。
关键词：软件无线电;OFDM;CORBA;UML
传统的通信系统采用硬件电路实现,其优点是技术成熟、实现简单,缺点是功能单一,难以更新换代。通信行业的竞争日趋激烈,市场需求不断提高,必然要求新技术的研究、验证、投入周期不断缩短,开发成本逐步降低,而一个复用性高,开放性能良好的通信系统可以很好地满足这些要求,因此如何实现这样的通信系统就成为相关技术人员密切关注的问题。而另一方面,随着电子计算机技术的飞速发展,处理器性能不断提高,制造成本也不断下降,使得OFDM系统中很大一部分原来只能由硬件实现的功能完全可改由软件方法解决。基于以上考虑,我们提出并且实现了采用软件无线电思想构建OFDM无线通信系统的技术方案。
OFDM系统原理简介
正交频分复用(OFDM)是一种在多个相互正交的子载波上并行传输数据的方法。使用快速傅里叶变换(FFT)实现调制与解调。他在移动高速数据传输中具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、频率选择性衰落信道下性能不受影响等突出的优点,已经成为无线局域网IEEE802.11a/g协议和第四代移动通信系统标准的核心技术之一。OFDM通信系统的物理层原理如图1所示。从图中可以看出,整个系统涵盖了编码、交织、映射、调制解调等多种技术。对这些技术的研究在不断深入开展,其成果不断更新,要使通信系统能够及时采用这些新的技术成果,以较小的代价更新升级,就必须使系统可移植、可配置、开放式结构的特点。采用软件无线电思想可以很好地满足这些要求。
图1 OFDM系统原理图
软件无线电简介
软件无线电(SDR)的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托,通过软件编程来实现无线电台的各种功能。功能的软件化实现要求减少模拟环节,把数字化处理(A/D,D/A变换)尽量靠近天线。可以从逻辑上将软件无线电分为通信业务层、无线电应用层、无线电基础结构层和硬件平台等4层,如图2所示。
通信业务层支持一般业务和无线电专门业务,负责处理协议的交互、信息优先权等任务,提供良好的用户接口,面向用户。
无线电应用层将各分布式对象一起结合到波形中,提供无线信道的接入。由于SDR具有多波段多模式的特性,他的体系结构应是开放式的、可扩展的框架,能够同时接纳传统波形和新出现的技术,故而这一层应包容多种波形的实现,且具有将业务和功能与该层以下各层隔离开的功能。
图2 软件无线电抽象逻辑层次图
基础结构层管理分布的多处理器环境的各种资源。目前采用操作系统、中间件来提供分布式环境下的通信功能,并将上层应用和操作系统屏蔽开来,提高了开发的灵活性。硬件平台物理资源和相关配置,包括天线、处理机和存储设备等。硬件平台的价格是SDR价格的主要因素,要考虑用户的实际经济承受能力,这会对SDR的发展有重要的影响。
可以看出,SDR的功能软件化思想使得算法的实现在最大程度上和具体的硬件平台脱离。和采用硬件实现的方式相比较,他具有开发周期短、成本节约、便于升级的优点。在通信领域不断推陈出新的发展趋势下,其优越性更受瞩目。一套符合软件无线电思想的通信系统在新技术出现的情况下可以最大程度上使用现有资源,只作软件层的开发替换,就可以完成系统的更新换代,这对于开发商和运营商来说无疑具有很大的吸引力。
基于以上优点,构建结构开放、复用性能好、成本低廉的无线OFDM系统应采用SDR思想来设计和实现。
系统设计方案
本文提出的OFDM系统包括硬件和软件两部分,系统结构如图3所示。系统采取双工通信方式,可以作为电台单独使用,也可以接入局域网,同其他系统组成分布式操作环境。
图3 基于SDR的OFDM通信系统结构模型图
