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| 基于软件通信体系结构的OFDM波形实现 | |
| 陈雪莲 施俊武 魏急波 | |
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摘要：探讨了软件定义无线电开放的软件通信体系结构（SCA），实现了其核心框架，在此基础上给出了OFDM波形应用的开发过程，这些都为以后其他波形应用的开发提供了基础。
关键词：软件无线电;正交频分复用；波形；软件通信体系结构；核心框架
OFDM Waveform Implementation Based on Software Communication Architecturet
CHEN Xue-lian1，SHI Jun-wu2，WEI Ji-bo2
(1.The 57th Research Institute of the General Staff Headquarters,Chengdu 610041,China;
2.Department of Electronic Science and Engineering,National University of
Defence Technology,Changsha 410073, China)
Ａｂｓｔｒａｃｔ：This paper discusses the open Software Communication Architecture(SCA) of Software Defined Radio(SDR), implements Core Framework of SCA, and gives the development of OFDM waveform application . All these provide a reference of the new waveform development.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Software radio;OFDM；Waveform；Software communication architecture(SCA);Core framework
一、引言
软件定义无线电（SDR）是指可用软件控制和再定义的电台，在通用的硬件平台上，加载不同的通信软件以实现不同的通信模式和功能。由于功能的定义和实现由软件完成，所以可以通过配置不同的参数来支持不同电台系统互连互通；通过装载不同软件来动态配置系统功能，这使软件定义无线电具有很强的可移植、可重用和互操作性。
软件通信体系结构（SCA）是由美国的联合战术无线电系统（JTRS） 的JPO（Joint Program Office）发布的，它为建立一系列跨越多个领域的无线电台定义了开放的通用体系结构。符合SCA规范的软件无线电台具有很强的灵活性和互操作性，便于提供不同设备间应用软件的移植，可以使用广泛的带宽，很容易实现技术升级。
文章重点探讨了SCA的软件体系结构，并在此基础上给出了目前宽带无线数字通信领域的研究热点之一正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM) 波形应用的设计和实现。
二、SCA的分析
SCA是一种开放的通用体系结构，它定义了一个标准的、开放的、可互操作的软件平台。通过该软件平台，底层硬件与实现波形功能的软件相互隔离。SCA由操作环境（OE）、核心框架（CF）、CORBA中间件和POSIX-based操作系统（OS）组成。SCA中的核心框架（CF）是应用层接口和服务的基本“核心”集，为波形软件设计者提供底层软件和硬件的抽象，为波形应用组件的开发提供基本的接口和服务，并提供对整个波形应用的安装、卸载、操作、配置和管理等。CF主要由基本应用程序接口、框架控制接口和框架服务接口等组成。
基本应用程序接口向应用层提供服务，应用层和框架控制接口通过调用基本应用程序接口来装配应用程序，它包括的接口有Port、LifeCycle、TestObject、PropertySet、PortSupplier、ResourceFactory和Resouce。框架控制接口提供了对系统的装配和控制接口，分为域管理接口和设备管理接口：域管理接口包括Application、ApplicaitonFactory和DomainManager；设备管理接口包括Device、LoadableDevice、ExecutableDevice、AggregateDevice和DeviceManger。框架服务接口提供日志、时间、文件系统等服务，包括Log、File、FileSystem、FileManger和Timer等。CF使用域描述文件来描述系统中的组件，域描述文件采用XML语法，描述硬件设备和软件组件的标示符、属性、相互依赖关系、位置，它包括软件包描述文件（SPD）、软件组件描述文件（SCD）、软件装配描述文件（SAD）、设备包描述文件（DPD）、设备配置描述文件（DCD）等。
三、CF的设计与实现
SCA的核心框架（CF）采用CORBA的IDL语言定义。
系统实现了核心框架的ResourceFactory、ApplicationFactory、DomainManager、DeviceManager、File、FileSystem和FileManager。
Application、ApplicaitonFactory和DomainMaanger接口的实现必须是捆绑在一起的，作为一个完整的域管理应用和服务来发布。Application接口提供了对域内实例化应用程序的控制、配置和状态查询，其releaseObject操作实现为释放应用程序实例化过程中所分配的计算资源，并释放与应用程序相关的Device。Application继承自Resource，一个创建了的应用程序实例可以包含Resource组件或是非CORBA组件。ApplicationFactory采用工厂设计模式，实现其创建接口以在域内创建一个指定类型的Application，传入的SAD参数指明了创建的Application的类型和组成。DomainManger用来控制和配置系统域，包括人机界面、注册和CF管理3类接口。人机界面用来配置域，初始化维护函数；注册操作用来在启动时注册、卸载DeviceMangers、Devices、Services和Applications，或在运行时注册、卸载动态device、service和application。ResourceFactory采用工厂设计模式，实现了其创建和销毁Resource的操作。
File、FileSystem和FileManager也是作为一个完成的文件服务来实现的。File接口提供了基于CF的、分布式文件系统中文件的读写功能。系统实现了File接口的文件的读、写、关闭、设置文件指针等操作。FileSystem接口提供了远程物理文件访问的服务，它定义了文件的创建和打开操作，可以方便地完成对远程文件的访问和控制。FileManger继承自FileSystem，多个分布式的FileSystem可以通过FileManager进行访问。虽然实际文件存储可能跨越不同的物理文件系统，但FileManager接口屏蔽了它们的差异性。这是一种联合文件系统，是通过FileSystem的mount和unmount操作来实现的。用户对文件的各种操作，由FileSystem委派给具体的文件系统来完成。
域描述文件解析器自动解析域描述文件，向ApplicationFactory、ResourceFacorty、DomainManger等提供软件组件或硬件设备逻辑组件的属性信息。应用程序工厂和装配器等根据解析出的属性信息建立或断开组件间的连接，装载或卸载组件等等。
对于所有的波形应用程序，核心框架是相同的，它最大限度地保证了软件组件的可重用、可扩展性。所有应用程序都可以使用核心框架提供的文件服务；每个新的波形应用程序，不需要改变核心框架，只要继承其Application接口，实现其特定的操作即可；由于应用程序由Resource和Device组件装配而成，当引入新的算法、新的硬件时，只需要创建新的Resource和Device，用以替代原有的对象，并书写新的域描述文件，不需要对其他组件及应用程序做任何改变。
四、OFDM波形应用的设计
波形是指为了实现信息的无线传输而对信息所采取的一系列变换，一般包括无线通信双方为实现信息传输而采用的所有协议。软件平台通过加载软件模块来完成各种波形功能，这些模块称为组件。一般地，一个波形一般由调制解调、链路、安全、网络等组件来实现器完整的功能，简单的波形也可能没有链路组件和网络组件。正交频分复用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，它在移动高速数据传输中具有抗多径干扰等突出的优点，因此被广泛应用于各种无线通信系统，例如无线局域网、数字声广播（DAB）与数字视频广播（DVB）中。
整个OFDM波形系统采用软件无线电的设计思想，完成两台计算机之间的双工数据通信的功能，其架构图如图1所示。 （图片） （图片） （图片） | |
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