SCA最新发展研究及通用架构设计

梳理分析了软件通信体系架构(software defined radio,SCA)最新发展现状并设计了典型通用架构,研究了SCA的技术体制,总结了SCA技术体制中的规范特点和主要优势;对SCA的关键技术和标准演进进行了详细分析;给出了SCA的设计思路,并基于SCA标准设计了典型软件无线电平台的通用架构,主要包括硬件平台、通用软件平台和波形组件,并给出基于该典型通用架构的设计实例。通过对SCA发展研究及相关典型通用架构设计,能够为新型软无电台设计提供相关研究成果和参考依据,推进新体制软件无线电电台跨越式发展。

一种综合射频系统SCA软件平台的设计与实现

针对机载综合射频开放式系统架构,为了在软件综合层面上实现波形应用软件与具体平台的解耦,设计并实现了一种基于软件通信架构(Software Communication Architecture,SCA)的软件平台及其环境工具,解决了机载平台软件的分布式通信、资源调度管理、系统建模等技术问题,从而实现功能、应用和波形的组件化与动态重构。测试验证与工程应用情况表明,软件平台能够满足机载领域信号、信息处理强实时、高可用的应用需求,可有效提升综合射频系统软件开发质量与集成联试效率。

Universal Band Pass Sampling Algorithm for Integration of Multiple Wireless Technologies Using Software Defined Radio Platform

Software Defined Radio (SDR) architecture allows us to integrate different mobile technologies using common hardware but with different software modules. To achieve this, we need to keep the signal in digital form for as much portion of the circuitry as possible, so that the implementation could be carried out by programmable digital processors. For this purpose, the incoming radio frequency (RF) signal is down converted to baseband spectrum using band pass sampling method. Research works carried out so far in this field have developed a few algorithms for band pass sampling. But, these algorithms are not much useful for most of the mobile communication systems and they use complex methodology for computing the sampling frequency values. In order to use the SDR platform to integrate all current wireless technologies, an efficient, cost effective and less complex algorithm that can be labelled as universal band pass sampling algorithm is developed in this paper for multiple mobile systems. This algorithm is based on a novel idea of inserting guard bands between the signals which reduces the design complexities of perfect ADC and sharp cut off filters. Using this algorithm, valid sampling frequency ranges and corresponding IF values are calculated for down converting RF signals. The algorithm is tested for six RF signals of different wireless technologies which are integrated and simultaneously down converted using SDR based front end receiver and thus the system multiplies the base station capacity by a factor of six. The simulation results are obtained and shown in this paper which proves that the algorithm developed works well for most of the wireless technologies.

SCA架构中通信中间件技术研究

电子信息技术的高速发展促使装备系统综合化的需求越来越高。信息处理系统面临降功耗、提性能的要求,因此软件无线电技术得到了广泛应用。传统的软件通信体系结构(Software Communication Architecture,SCA)采用CORBA作为通信中间件,技术约束较多,实时性不强,通过分析特定的场景需求提出了轻量化的SCA软件架构,以及统一的通信中间件解决方案,对于提升信号处理的扩展性及综合化能力具有重要意义。

基于SCA的多频段电台设计

对传统通信装备的现状进行了分析,结合软件无线电通信架构的开放性、通用性和扩展性等特点,提出了基于SCA的多频段电台设计方案。对基于SCA架构的多频段电台的总体方案、硬件架构、软件结构进行了研究和分析;详细阐述了多频段电台的基带单元设计、射频收发系统设计和天线设计,明确提出了基带单元、射频收发系统和天线的详细设计思路和具体实现方案,可为同类通信产品的设计提供参考。

基于SCA的无线通信技术研究

介绍了一种新的无线通信系统设计思想,即基于SCA规范进行无线通信系统的设计和开发,给出了该系统的软硬件体系结构,通过定义核心框架服务详细规定了波形应用组件以及设备的自动装配、智能化管理和控制等接口,为各种波形间的互通提供了统一的运行环境,保证了波形应用组件实现的独立性。最后对基于SCA的无线通信系统中所涉及的一些关键技术进行了探讨。

基于SCA的波形开发

介绍了如何按照SCA规范进行波形软件的设计和开发,概括了波形开发的一般步骤和波形API接口定义的原则,并结合具体的工程实践经验,提出了一种示例波形的设计和开发,分析了示例波形的功能、模块划分、API接口定义和组件设计,为基于SCA的波形开发提供了参考。

SCA波形组件的可视化装配与部署

针对软件通信结构(SCA)规范中XML配置文件在可视化表示波形组件描述和波形应用装配与部署方面的不足,提出SCA波形组件的可视化装配与部署,为SCA兼容系统的架构设计者和系统开发者提供了一种图形化的装配逻辑和部署关系表示方式,减少了系统设计和开发过程中可能出现的错误。并对SCA规范中的组件间端口连接方式进行了归纳和总结,给出在不同应用场景下选择端口连接方式的原则,介绍了一种基于Eclipse体系框架的SCA波形集成开发环境。

SCA配置文件自动生成工具的设计

软件通信体系结构(SCA)提供了一种标准、开放、可互操作无线电通信软件平台,是联合战术无线电系统(JTRS)的顶层设计规范。SCA核心框架中的XML描述文件描述了SCA系统域中的硬件设备和软件组件的属性,在SCA的波形开发中占有非常重要的位置。“SCA配置文件自动生成工具”能够方便高效地自动生成和维护配置文件,提高开发效率,缩短开发时间。以软件组合描述符文件为例,说明了SCA配置文件自动生成工具的设计思想和实现过程。

基于扩展有限状态机的SCA符合性测试方法研究

软件通信体系结构(Software Communication Architecture,SCA)标准是针对软件无线电设备缺乏互操作性而制定的标准,通过定义设备组件对底层的硬件进行屏蔽,实现上层应用与底层硬件相互分离,SCA符合性测试通过验证实际的应用是否符合SCA标准中的定义,从而保证应用的跨平台性与通用性。当前国内外对SCA符合性测试的研究较少,测试过程中存在诸多问题,如各需求的测试之间存在依赖关系,某些需求测试的进行可能造成后续需求测试无法执行等,导致目前缺乏自动化的测试方法。针对这些问题,提出了一种测试序列自动生成方法,并基于扩展有限状态机的基本原理构造了SCA符合性测试模型。该模型能够直观地反映测试过程,分析测试中软件无线电系统存在的各种状态,判断测试用例执行序列的可行性,指导测试序列的构建,再结合基于集合的贪心算法对测试序列集进行优化。实验结果表明该方法能有效地保证测试覆盖度,并且提升测试效率。

基于Matlab的SCA调试分析组件开发与实现

在SCA波形组件上实现具体功能时需要大量的调试工作,通常的调试步骤是提取每个过程的输出数据进行分析,根据分析结果修改错误代码,然而该调试方式效率低下,数据提取过程复杂。为此,以Matlab引擎技术和curses图形库为基础,设计用于数据分析的Analysis Com波形组件。该组件按照SCA规范设计开发,在调试过程中避免了数据重复提取,并且在波形运行过程中能通过该组件直接调用Matlab进行数据分析。测试结果表明,Analysis Com波形组件可以在波形运行过程中快速准确地定位到数据发生错误的位置,完成对组件功能的验证,达到缩短组件开发周期的目的。

基于SCA的直接序列扩频通信波形的设计与实现

研究了软件通信架构(SCA)规范尤其是软件结构体系,提出了基于SCA的直接序列扩频通信系统结构图。基于SCA软件波形应用的建模思想,重点设计了基于SCA规范的直接序列扩频波形的应用,给出了软件波形的UML类图,最后提出了软件波形实现的方法。给出的直接序列扩频波形的设计与实现,对基于SCA的其它波形开发有一定的参考价值。

机载SDR系统SCA核心框架优化技术

针对软件通信架构(Software Communication Architecture,SCA)核心框架在机载领域臃肿和低效等问题,提出了一种面向机载软件无线电(Software Defined Radio,SDR)系统的SCA核心框架优化方案。首先,为使架构轻量高效,提出功能单元裁剪方法;其次,针对时间优化问题,分析了SCA的局限性,提出可灵活配置的加载流程优化技术,在兼容SCA规范的基础上可根据实际系统特点实施灵活的组件加载,充分发挥系统的并行加载潜力来缩短加载时间。实验结果表明,所提的优化技术能够有效提升SDR系统可用性,对面向机载SDR系统的SCA架构优化设计和应用具有较强的指导意义。

SCA SDR数字化实验室总体架构

为了适应现代信息化战争中数字化部队、网络中心战和全球信息栅格对协同作战的要求,美军推出了软件无线电通信架构(SCA)、软件定义无线电(SDR)数字化实验室总体架构。以软件无线电为基础,开发了一种适用于所有军种的战术电台系列,以提高战术电台的通信速率、容量和互通性。从减少电台品种和数量出发,组建弹性系统骨架,使设备规范化、小型化。采用SCA规范用单一可编程无线电台满足语音、数据、图像和视频四种战术通信需求,取代不同型号电台,包括40多种波形,应用范围涉及机载、地面移动、固定站海上通信及个人通信,并可扩展到空间平台。提供的软件开发和验证解决方案适用于SCA SDR数字化实验室的建设。

一种运行时可重构的SCA规范兼容扩展方案

针对当前SCA规范在故障恢复方面的不足,本文提出了一种基于SAD文档描述语义的SCA核心框架扩展方案,在完全保持SCA规范兼容性的前提下,实现了包括热备份和冷备份在内的组件运行时自适应重构方案,从而实现系统动态重构和动态容错功能,有效的提高了系统可靠性并降低了维护成本。本方案类似设计在中国电子科技集团XXX研究所某仿真通信系统中得到运用。

基于SCA的SHP组件动态部署方案

在软件通信体系结构(SCA)中,调制解调级硬件抽象层(MHAL)规范不支持专用硬件处理器(SHP)中组件的动态部署。为此,提出一种基于SCA的SHP组件动态部署方案。介绍MHAL通信机制,设计硬件装配描述文件和硬件组件描述文件,在此基础上实现动态部署。分析结果表明,该方案能实现波形开发和部署阶段软件与硬件的分离,增强SCA对SHP的兼容性。

基于软件通信体系架构的OFDM波形的设计与实现

基于软件通信体系架构设计实现了通用硬件、软件平台和组件化OFDM波形。通用硬件平台采用Xilinx公司的ZYNQ SOC芯片和ADI公司的AD9361为核心处理芯片,并设计了覆盖30 MHz~2 GHz的宽频段信道模块;通用软件平台按照SCA 4.1标准研制了核心框架软件;OFDM波形按照波形标准API接口进行了组件化封装,并通过平台设备和服务组件接口与底层平台适配。最后测试了波形的功率谱、误码率、接收灵敏度等指标,结果证明,波形性能可以满足设计指标要求。

一个全特性软件通信架构核心框架的实现

介绍了一个全特性的软件通信架构(Software CommunicationArchitecture,SCA)核心框架(Core Framework,CF)的C++语言实现。还对在实现过程中发现的一些SCA架构相关的问题进行了简单的讨论。

装甲车辆综合化计算平台

根据新型装甲车辆对车载电子系统综合化的需求,分析并借鉴美军车载电子系统的发展思路,并结合我国军用计算机技术及装备的实际发展水平,在层次化交换网络体系基础上,提出一种采用通用标准化模块构建的开放式综合化计算平台。与上一代计算平台相比,该平台结构灵活,可支持任务的动态部署和系统的动态重构。

软件无线电标准符合性测试系统设计

随着软件无线电技术的迅速发展,越来越多厂家开展了基于软件无线电标准的技术研究和产品研制。由于各厂家对标准的理解不一致,研制软件产品的实现存在差异,导致未经符合性测试的软件之间不能相互兼容,需花费大量时间来进行波形移植开发和系统集成。针对该问题,提出了一种软件无线电系统标准符合性测试系统的实现方式,给出了系统测试内容、测试方法和实现方式,设计实现了一套软件无线电标准符合性测试系统,并进行了测试验证。测试结果表明,该测试系统可满足从单一软件产品到整机设备产品的符合性测试需求。