1 引言

    目前，一种灵活、多功能的软件无线电系统正在研发之中。这种系统能够通过重新编程来实现不同的协议或标准，而且使多模式终端的产生成为可能，也减少了制造与测试的费用，并为产品的升级提供了方便。但是由于受技术与费用方面的限制，带有这种理想软件无线电系统的一些特征还没能在商用系统中得以体现，尤其是目前虽然有许多软件无线电系统已投入了应用，但对软件无线电体系结构的设计仍然缺乏统一的方法。为了解决这个问题，本文介绍了一种叫做软件无线电分层体系结构的设计方法，使软件无线电的体系结构能够达到开放、统一和正规化，以及软件无线电系统的标准化。

2软件无线电分层的体系结构

2.1 分层和流处理的概念

    在软件无线电分层体系结构中，形成了一种利用硬件分页来设计可重构无线电的方法，这种方法与通过软件对内存进行分页管理相类似，是对系统中硬件模块进行的分页管理。分层体系结构基于流处理的工作方式，共用一总线来传输数据和控制信息，并在总线中由信息包的报头存贮能反映信息包流特征的一些码位。基于流处理的工作方式是为使模块间的接口得到极大的简化和更有效地进行资源分配处理和复杂的数据处理，保持对硬件的重用性及体现出较大的灵活性和可伸缩性。

    在软件无线电分层的体系结构中，无线电的功能实体以层划分，数据包在每层中加上报头后再传送给下一层，在最后一层处理完毕后，信息将通过本层返回。该体系结构分为三层，即：接口层、配置层和处理层，均是基于流处理的，应用软件设置在三层之上。接口层是无线电硬件与外部的接口，负责协调各种信息资源的输入和输出。配置层存贮有配置处理层硬件的二进制代码，负责接收接口层传来的信息包，并在该信息包的报头上加入配置信息，然后传送给处理层。处理层则是由一系列叫做处理模块的可重构模块组成的，负责接收来自配置层的信息包，并对信息包中的数据进行处理，是真正进行数据处理的功能实体。

    上面讲到分层体系结构是基于流处理的，所谓流是一个指定长度的含有数据或控制信息的信息包，流最初在接口层形成，然后在底层通过报头信息进行解释。所以流处理就是每个处理模块只能处理全部任务中的一部分，而处理完这部分任务后需将数据和控制信息传送到下一个处理模块进行另一部分任务的处理，依此推到全部任务完成为止。如图1 所示。

2.2 接口层

    在接口层的存贮器中存储有对各种无线电配置的系统级的描述。每个系统级的描述都包含有实现该系统各种算法配置的代码列表，但不包含硬件配置的代码。进入接口层的数据可以是A/D转换后的数据，也可以是来自主机的控制和状态请求信息。一旦用户决定使用某一算法配置后，接口层即调用相应的代码，并打包传送给配置层，随后的数据将按这一预定算法进行处理，一直到用户决定改变系统的配置为止。另外，接口层会从配置层接收到含有很多信息的信息包，这些信息包中的信息含有处理数据和控制信息，当然也不可避免地会有错误信息。因此接口层应首先检查信息包中的信息是否合法，若合法，则将信息送到主机。

2.3配置层

    配置层在该层的存贮器中存储有配置处理层硬件的二进制信息包和处理层模块的状态代码列表。配置层接收来自接口层的信息包，通过报头了解信息包中的信息是控制信息还是数据信息。若是控制信息，则信息包中含有指定算法的代码。例如请求一个差分正交相移键控解调器和一个维特比解码器的代码等等。配置层须根据控制信息调用对应的配置，将二进制流连同处理层模块的地址一起传送给处理层。当配置层接收的是数据信息时，配置层将在此数据的后面加上本层的报头，然后传送给处理层。同样，来自处理层的信息包，经过类似的处理也会被传送到接口层。

2.4处理层

    处理层是软件无线电的核心，是真正进行数据处理的层面。该层对来自配置层的数据进行处理，并将处理后的数据返回到配置层，是由一套线性相关的处理模块组成的，如图2所示。每一个处理模块都能通过重新配置来完成指定的功能，而且不需要打断与主流水线的同步。

    图3 给出了处理模块的功能描述。每个处理模块都需要有三套流水线、一个信息包解释器和一个信息包重建器。配置流水线用以控制和处理相关的硬件配置，并通过执行编程信息让高版本的软件取代低版本的软件。如果信息包不是指定给该模块的，那么信息包将直接通过该模块的分路流水线绕越出该模块，以保证模块不中断不是指定给它的信息包。另外，由于每个流水线都具有相同的时延性能，因此信息包能够保证与主时钟的周期同步。信息包通过流水线后，将在信息包重建器中加上报头，送往另一个模块。

    另外，每个处理模块都包括有静态的和可重新配置的两部分。所有处理模块中的静态部分都是相同的，是由信息包解释器、配置流水线和信息包重建器组成的，而处理模块的可重新配置部分则是由信息包解释器和处理流水线和信息包重建器组成的。当一信息包进入处理模块时，信息包解释器仅当该模块的有效位被设置时才能检查信息包的内容，否则信息包会被直接通过分路流水线绕越出该模块。

    信息包解释器本质上是一个开关，通过检查接收到信息包的报头，将所有控制信息传送到配置流水线，并将所有数据和信令信息传送到处理流水线。配置流水线接收到控制信息包后，检查报头的附带地址与该模块的地址是否相同，若相同，控制信息包中的代码将在配置流水线中执行，从而改变处理流水线的硬件配置。若在执行代码中出现错误，则该模块将发送一个信令信息包给配置层说明错误的位置和特征，并将报头附带的地址设置为特定的值，防止随后的处理模块拦截含有错误信息的信息包。

3结束语

    分层体系结构提供了一个开放、统一和正规的结构来实现可重构平台的软件无线电系统，使软件无线电达到标准化。因此分层体系结构的主要优点就在于使硬件有极好的可重用性，而且使核心处理单元能适应非常多的标准，只要在硬件上设置相应的参数，就能实现指定的功能，可以说采用分层体系结构能够建立起与软件函数库相类似的硬件函数库。另外，分层体系结构还有很好的信息流的属性，使各层之间及模块之间的接口变得非常简单，以及使系统级和硬件单元级都具有较高的灵活性和可伸缩性。

The Layered Software Radio Architecture

LI Zhen-dongLIWen-chen REN Zhi-liang

(Nankai University,Tianjin300071,China)

Abstract: This paper presents the system architecture for the design of softw are radio on a reconfigurable platform called the layered softw are radio architecture. This architecture introduces all features of softw are radio, and simplifies the complex problems. It's an opening ,unity ,formal system architecture that fits the standard of software radio system. It's good for unity of the layered software radio architecture.

Key words:Software;Radio;Layered archit ecture;Stream-processing;Module