一般PC機軟件有四層,應用程序、應用程序接口APl 、操作系統OS 和總線用驅動器、外圍設備及其他硬件。SWR的應用程序是實現無線電通信功能的各種軟件模塊,如波形調制解調、信道編解碼、保密算法、網絡協議、機內測試等軟件。應用程序接口形成一個公用裝置,在應用程序和操作系統之間提供抽象電平,保證應用碼的可移植性,將參數表變換格式,并在各層之間調用或按參數變量調用轉譯程序。操作系統管理、執行應用軟件功能所需的處理過程、文件、資源和存儲器,建立內部處理器間通信、任務仲裁、應用程序調用、完成啟動、停機和其他“內務”工作——軟件驅動程序器控制總線、硬件部件外圍設備、視頻顯示器等。
2.4 軟件功能模塊的劃分
SWR軟件模塊間的接口供數據流和控制流使用,其數據為通過軟件電臺的端到端用戶信息,控制是軟件電臺應用的系統指令、參數和狀態,供建立、管理、監控通信使用。該概念模型不表示物理硬件實現,目的是把同類功能劃分為一個軟件模塊可分為若干子模塊 ,各模塊作用如下:
1 RF模塊:RF軟件控制內部RF硬件,完成已調數字波形與可傳播的RF波形的相互變換、增益控制、調諧控制、功率設置等功能。
2 調制解調模塊:通過DSP、現場可編程門陣列FPGA 實現信號處理功能;波形控制完成應用波形的建立和拆除,波形處理完成應用波形操作,包括ADC、調制解調、糾錯、載波跟蹤、交織、特定波形所需的數據成幀。 3 信息保密模塊:包括傳輸保密保護波形擴展碼 和通信保密 發送的信息 ,同一硬件處理器實現許多不同加密算法的軟件可編程密碼,其功能分為執行密碼算法,管理算法和密鑰。
4 網絡化模塊:傳輸成形數據的路由選擇交換,不同協議或波形之間橋接轉換信息 ,專用波形作網絡化的消息鏈路處理,移動用戶信息的移動性管理。
5 系統控制模塊:用于發送接收的指令、狀態和參數的控制信息,提供三類功能: ●資源管理:實現波形的初始化和配置,適用或處理加載應用軟件,資源分配、保護、仲裁,用戶授權和訪問保護。
●處理過程管理:模塊間處理過程中的通信,系統任務的同步,狀態監控,機內測試。
●數據庫管理:新軟件下載和存儲,文件存儲、尋址、命名,訪問控制和授權。此外,系統控制能實現具有自適應特性的智能無線電功能,包括信道可用性和利用評估、傳輸延時最小化、數據速率最大化、發射功率最小化等。
(6)人機接口模塊:控制接口從用戶收集指令和參數,把狀態信息告知用戶,數據I0包括鍵盤輸入、字符圖形輸出。
3 自適應智能天線技術
3.1 工作原理
自適應智能天線技術是一種軟件技術,是軟件無線電技術的基礎,使用自適應陣列信號處理軟件,對所有用戶無線信號進行高速時空處理,實時調整無線信號的傳輸。智能天線是一個天線陣列,一般使用4~16個天線陣元結構,陣元間距12波長,每個陣元有M個加權器,可以形成M個不同方向的波束,同一組天線陣元可以形成不同的天線輻射圖,一種天線尺寸,可以建立一個基本的陣元結構。可變增益放大器VGA 通過調整增益的指令字驅動,可編程移相器進行相位調整,用DSP實現VGA和移相器,在振幅和相位上控制天線陣元激勵以改變天線輻射圖。
3.2 關鍵技術
自適應智能天線的核心在基帶的數字處理部分,由數個軟件功能模塊組成。天線輻射圖沒有固定的形狀,隨著信號和干擾而變化,采用DSP技術識別用戶信號到達方向,并在此方向形成天線主波束。由于自適應天線能形成不同的天線輻射圖,并可用軟件設計完成自適應算法更新、自適應地調整輻射圖,可在不改變系統硬件配置的前提下,增加系統靈活性,因此稱為軟件天線。自適應智能天線的關鍵是自適應算法;非盲算法借助參考信號導頻序列/導頻信道 的算法,算法處理時先確定信道響應,再按逼零準則確定加權值,或直接按一定準則逐漸調整權值。盲算法無需發送已知導頻信號,收端自己估計發送的信號,并以此為參考信號進行上述處理。一般利用調制信號本身固有的、與具體承載的信息比特無關的一些特征,并調整權值,以使輸出滿足這種特性,將兩者結合稱為半盲算法,即先用非盲算法確定初始權值,再用盲算法進行跟蹤和調整。此外通過時域獲得天線最優加權算法有:最小均方算法(LMS)、取樣協方差矩陣的直接求逆DMl 、遞歸最小均方誤差RLS 算法、恒模(CM)算法;通過空域對頻譜進行分析,以獲得信號到達方位角DOA 估計的算法有:多信號分類法算法、旋轉不變技術信號參數估計法算法等。
3.3 系統處理流程
自適應天線陣列系統持續監控其覆蓋范圍,針對不斷變化的無線環境,系統提供有效的天線發送和接收模式跟蹤用戶信號,系統處理流程如下:
1 對來自所有天線中的信號進行取樣,然后轉換成數字形式,并存儲下來。
2 處理器立即分析樣本,對無線環境進行評估,確認用戶干擾源及其所在位置。
3 處理器對天線信號的組合方式進行計算,最佳地恢復用戶信號,以提高用戶信號接收質量,屏蔽非用戶信號和干擾。
4 系統進行模擬計算,使天線陣列有選擇地向空間發射信號。 通過上述處理,系統便能在每條空間信道上發射和接收信號。
4 SWR在短波通信中的應用
4.1 短波通信技術體制
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