SDR走向軍用領(lǐng)域
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SDR的成本效益來自于一個(gè)假設(shè)，即維持單一的無線電平臺(tái)的費(fèi)用低于管理多個(gè)平臺(tái)。當(dāng)然，ASIC在大批量應(yīng)用中具備優(yōu)于FPGA和DSP實(shí)現(xiàn)的成本優(yōu)勢(shì)。但是，當(dāng)考慮多個(gè)平臺(tái)時(shí)，F(xiàn)PGA和DSP成本的持續(xù)降低，以及軟件的可重用性，這些優(yōu)勢(shì)可抵消多個(gè) ASIC 的開發(fā)與維護(hù)成本。
規(guī)模經(jīng)濟(jì)性
SDR背后的軍用和商業(yè)應(yīng)用動(dòng)力是降低成本。軍隊(duì)希望通過降低一個(gè)設(shè)計(jì)必須支持的總無線電數(shù)量而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。從商業(yè)角度看，SDR較少關(guān)注于支持多種無線電技術(shù)，而是希望減輕設(shè)計(jì)與開發(fā)工作，通過廣泛的升級(jí)而增加無線電的可靠性，并能在以前實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上使下一代架構(gòu)做到 IP （知識(shí)產(chǎn)權(quán)）重用。
當(dāng)前，軍隊(duì)要支持 30 個(gè)以上的協(xié)議。這些協(xié)議使用了一系列加密和非加密波形。SDR 在軍隊(duì)中推廣與發(fā)展的推動(dòng)力是 JTRS（聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)）。JTRS 的 SDR 努力旨在推廣現(xiàn)成軟、硬件部件的可用性，使單個(gè)實(shí)施能夠處理多種協(xié)議的波形，目標(biāo)也是最優(yōu)的功耗、性能和成本。
在商業(yè)領(lǐng)域，支持多協(xié)議的價(jià)值低于軍事領(lǐng)域。通常情況下，在一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中只有少量協(xié)議在競(jìng)爭(zhēng)。非軍事應(yīng)用關(guān)注 SDR 技術(shù)主要是兩個(gè)方面，即蜂窩式與安全性。在蜂窩方面，支持多種無線電技術(shù)（如 GSM 和 CDMA）的基站能夠擴(kuò)展蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量，增加潛在的運(yùn)營(yíng)收益。對(duì)于安全應(yīng)用（例如警察和消防隊(duì)員使用不同的無線電），一種通用的無線電會(huì)消除每個(gè)人攜帶多種無線電才能通聯(lián)的麻煩。
這些前景顯著改變了行業(yè)對(duì) SDR 是如何看待的。例如，一只可以在任何頻段上使用的全球電話可用性有限，市場(chǎng)份額也很小。軍隊(duì)希望的是統(tǒng)一，而商界則尋求設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和有效。
SDR 的前途
SDR 的終極目標(biāo)是建立這樣一種無線電，其頻率、中頻、基帶、調(diào)制、協(xié)議、跳頻等等都是可以編程的。一個(gè)典型的無線電實(shí)現(xiàn)是要將這些特性的多數(shù)固定下來，因而對(duì)其形成了限制。真正 SDR 則努力要能夠修改所有這些參數(shù)。
當(dāng)前的 SDR實(shí)現(xiàn)距營(yíng)銷經(jīng)理們想象的理想通用無線電仍然有漫長(zhǎng)的路。今天，大多數(shù)無線電采用 ASIC 來實(shí)現(xiàn)射頻部分，而前端則針對(duì)特定應(yīng)用。覆蓋多個(gè)頻段和頻率的通用型前端可以用軟件作修改，但它還沒有出現(xiàn)。此外，操作人員必須將無線電送回廠家重新編制波形，或者采用現(xiàn)場(chǎng)自己更換RF模塊的方法。
SDR還能節(jié)省其他成本，如動(dòng)態(tài)重新配置無線電資源的能力，以滿足當(dāng)前的系統(tǒng)需求?？紤]到軍用或商用基站采用單一類型的可重配置電路板，你可以通過軟件對(duì)該基站作配置，使它支持波形分配。例如，可以將基站中多個(gè)電路板的資源分配為處理Waveform A的20個(gè)信道，以及處理Waveform B的20個(gè)信道。如設(shè)備發(fā)生故障，例如支持Waveform A的 10個(gè)信道無法工作，你可以重新分配剩余的資源，使它們支持20/10、15/15，或其他適合于應(yīng)用和當(dāng)前波形使用的混合形式。
除了支持多頻段以外，完全動(dòng)態(tài)和可重新配置的無線電還有很多好處。例如，一部無線電可以采用 FEC（前向糾錯(cuò)）技術(shù)來匹配該無線電工作的區(qū)域。另外，可重配置無線電以立即獲取創(chuàng)新的好處，如更高效的波形實(shí)現(xiàn)或可靠的安全機(jī)制。
SDR 亦有望減少開發(fā)時(shí)間，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者可以在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問題或要更換協(xié)議時(shí)重新為無線電編程。例如，雖然協(xié)議本身可以保持不變，但算法、波形和調(diào)制方式可隨時(shí)間而不斷改進(jìn)。采用了基于 SDR 的結(jié)構(gòu)，就可以無需重新設(shè)計(jì)無線電，而獲得這些改進(jìn)與創(chuàng)新的好處。
SCA 框架
在推進(jìn)軍用 SDR 方面，JTRS 指令的關(guān)鍵是 SCA（軟件通信結(jié)構(gòu)）框架。JTRS 正在開發(fā)該框架，以打破軟件和硬件之間的連接，從而消除在軍隊(duì)?wèi)?yīng)用中采用專利實(shí)現(xiàn)的固疾。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了使用無線電可用軟、硬件資源，不同供應(yīng)商的這些資源也各不相同。
SCA位于操作系統(tǒng)之上，是軟、硬件之間的“粘合劑”（圖 1）。其目標(biāo)是：任何符合 SCA 的波形都可以在任何符合 SCA 的無線電硬件上工作。這種軟、硬件之間的互操作性是軍事應(yīng)用的重要考慮內(nèi)容，更換一架 F-15戰(zhàn)斗機(jī)上的無線電可不是件簡(jiǎn)單的事。SCA希望有效地消除現(xiàn)場(chǎng)提供新無線電和升級(jí)任何已部署的無線電的困難。
今天的SCA框架支持波形的可移植性，這是開發(fā)者正在追求的為數(shù)不多的透明互操作能力。這個(gè)中間階段在 SCA 發(fā)展中的原因是，SCA 框架主要面向通用處理器，如 Pentium 或 PowerPC。但是，為實(shí)現(xiàn)足夠高的性能和成本效益，今天的多數(shù)設(shè)計(jì)都采用基于 DSP、FPGA 或同時(shí)采用基于 DSP和FPGA的專用硬件（圖 2）。SCA 能有效地滿足通用處理器的可移植性，但顯然它不能達(dá)到專用硬件的標(biāo)準(zhǔn)。這種不足是SCA 中最薄弱的一環(huán)，原因是，如果你不能在各個(gè)平臺(tái)間輕易地移植軟件，就不可能實(shí)現(xiàn)所需要的互操作性，或更準(zhǔn)確地說，實(shí)現(xiàn)接近或充分的互操作性。
JTRS 正在解決專用硬件問題。主要考慮到設(shè)計(jì)者采用一種線性或順序方式開發(fā)軟件，而硬件則在并行處理時(shí)才能達(dá)到其最高效率。開發(fā)者定義各個(gè)功能的方法對(duì)最終實(shí)現(xiàn)的效率有主要的影響。當(dāng)然，可以將一個(gè)打算運(yùn)行在通用處理器上的波形 C 實(shí)現(xiàn)移植到一個(gè) DSP 或 FPGA 上。要做的所有工作只是通過合適工具運(yùn)行 C 代碼，這種工具能將功能轉(zhuǎn)換為 FPGA 實(shí)現(xiàn)。但是這個(gè)步驟忽略了使用 FPGA 主架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) ：廣泛的并行性。事實(shí)上，利用這種并行性的唯一方法是有效地重作代碼，這是將一個(gè)簡(jiǎn)單移植轉(zhuǎn)換為一次廣泛的重新設(shè)計(jì)。在這點(diǎn)上還存有疑問，即 FPGA 實(shí)際上是否會(huì)增加成本。
這個(gè)問題很難解決。最高效的代碼要與所用結(jié)構(gòu)相匹配：FPGA、DSP、DSP 和 FPGA混合、通用處理器、等等。雖然幾乎不可能要求軟件供應(yīng)商建立這些顯然互異的代碼版本，但單一的通用實(shí)現(xiàn)看來也不會(huì)有效。
JTRS 試圖在 SCA 規(guī)格 Version 3.0 中解決專用硬件問題。期望通過建立抽象的處理資源，將其分配給各種任務(wù)。但是，很多開發(fā)者認(rèn)為此方案是面向軟件，不足以趕上 DSP 和 FPGA 能力。尤其 SCA 并沒有明確地定義抽象等級(jí)，迫使供應(yīng)商用結(jié)果去解釋規(guī)范，而每種實(shí)現(xiàn)相差甚大，實(shí)際上成為了專有實(shí)現(xiàn)。此外，在某些情況下，由于實(shí)現(xiàn)抽象需要額外軟件，這足以完全削弱 DSP 和 FPGA 的任何性能優(yōu)勢(shì)。于是，JTRS 就回復(fù)到以前版本的 SCA。
DSP 和 FPGA 是在軍用和商業(yè)應(yīng)用中建立高效和高性價(jià)比 SCA 實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。通用處理器在實(shí)現(xiàn)一般任務(wù)時(shí)很有效，但在實(shí)現(xiàn)有良好定義、密集計(jì)算的處理算法時(shí)效率遠(yuǎn)低于專用硬件，從而帶來更大功耗和更大的無線電體積，兩者都不是想要的結(jié)果。JTRS 正尋求利用專用硬件的優(yōu)點(diǎn)，而無需將軟件捆綁到專有硬件實(shí)現(xiàn)上。JTRS 經(jīng) 2005 年的重組后，其領(lǐng)導(dǎo)層決定內(nèi)部解決這個(gè)問題。另一方面，盡管這個(gè)方案限制了業(yè)界在標(biāo)準(zhǔn)形成過程中的參與程度，但這個(gè)決定可防止商業(yè)勢(shì)力迫使變化，這種變化會(huì)對(duì)業(yè)界向軍隊(duì)供應(yīng)商委托 SCA 造成負(fù)面影響。
在 SCA 實(shí)現(xiàn)中有效使用專用硬件的工作正在進(jìn)行中。例如，在 FPGA 或 DSP 上實(shí)現(xiàn) SCA 的一個(gè)主要開銷源是 CORBA（公共對(duì)象請(qǐng)求代理結(jié)構(gòu)）的使用。CORBA 是操作系統(tǒng)和 SCA 框架之間的中間件層。它通過一個(gè)軟件總線在軟件對(duì)象之間傳送數(shù)據(jù)。在 DSP 或 FPGA 上實(shí)現(xiàn) CORBA 并非簡(jiǎn)單的事。但是，幾家供應(yīng)商正在開發(fā)一些在專用硬件上實(shí)現(xiàn) CORBA 的方法，它使硬件看起來更象軟件，而無需做不合理的性能折衷。
過渡期的 SDR
對(duì)軍隊(duì)來說，最高優(yōu)先級(jí)的工作是使 SDR 達(dá)到這樣一個(gè)程度，即無線電不再是專有平臺(tái)，而 JTRS 用它的指令不斷使這個(gè)目標(biāo)在現(xiàn)實(shí)中成為可能，即使有些軍用無線電供應(yīng)商并不熱衷于將原來狹窄的工作領(lǐng)域擴(kuò)展到外界競(jìng)爭(zhēng)中，SCA 是這種現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)。
但在商業(yè)領(lǐng)域，SCA框架只有有限的支撐點(diǎn)，或許沒有什么吸引力。雖然很多商業(yè)應(yīng)用可以從基于SCA的基礎(chǔ)上獲得好處，但SCA框架也許吞下了過多難以消化的互操作性問題。完全可交換的軟、硬件導(dǎo)致了一個(gè)只有成本差異的市場(chǎng)。商業(yè)領(lǐng)域的開放設(shè)計(jì)幾乎沒有好處，只不過會(huì)招致降低利潤(rùn)水平的競(jìng)爭(zhēng)而已。
商業(yè)領(lǐng)域在創(chuàng)新上繁榮發(fā)展，在無線電應(yīng)用中，硬件是主要的差異化根源。SCA 框架禁止引入專用硬件。但是，隨著 SCA 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，不采用正式標(biāo)準(zhǔn)而自己作為會(huì)有更高的效率。事實(shí)上，今天部署的很多商用基站都依靠了某些軟件定義基礎(chǔ)，相當(dāng)數(shù)量的功能是靠軟件實(shí)現(xiàn)，如代碼的遠(yuǎn)程升級(jí)修補(bǔ)、可編程的基帶處理器，以及可以支持多種波形的 DSP 和 FPGA?；局皇褂昧艘恍┝闼闁|西，可以說是有最大的意義。
SDR有廣泛的采用范圍。軍隊(duì)在追求完全互操作性和可互換性的理想境界。商業(yè)領(lǐng)域則致力于效率、功能和成本的均衡。由于目標(biāo)與應(yīng)用的差異，他們就像在處理兩種不同的技術(shù)。
評(píng)論