軟件無線電技術在5G 移動通信系統中的應用

趙宏 昭通市工業和信息化局/昭通市無線電監測中心

引言

5G 移動通信系統為了應對目前不斷加劇的數據流量和滿足廣大用戶的信息網絡需求應運而生。5G 移動通信系統的應用將會給移動互聯網用戶提供更高效更鮮活的體驗；同時也會給物聯網設備提供更多的互聯密度，很大程度上降低物聯網設備互聯的成本，并降低對設備的能耗，提高設備接入的效率，有助于對物聯網行業的規范和管理；5G 移動通信系統還會給制造業、工業、等行業提過高效的信息溝通能力，把各個實體行業的互聯密度進行優化，加強互聯實體之間的業務往來。

5G 移動通信系統應用的核心理念就是給網絡業務提供最優化最便捷的服務，按需提供服務是5G 移動通信系統的核心。5G 移動通信系統不僅是移動通信系統的革命，更是網絡時代的一次全新升級。但是在5G移動通信系統運營的過程中，由于多種無線網絡的共存，所以在多種網絡之間很難實現互通和優化資源配置。軟件無線電技術在5G 移動通信系統中的應用有效的解決了這一難題。

1 軟件無線電概述

1.1 軟件無線電內容

現階段無線電技術的飛速發展，軟件無線電的誕生在無線工程中逐漸代替了很多舊的系統體系，軟件無線電在設計方式和理念上更進一步。不僅是一個硬件通用的平臺，還把無線電功能的各個構件，使其軟件化來實現軟件無線電技術在5G 移動通信系統中的應用。將更多的硬件設施軟件化，這種設計理念和思想在通信技術團隊的努力研究中最終得到了實現，并在通信技術行業中得到了很好的應用效果。軟件無線電通過硬件平臺按照不同的環境需求進行按需應用，使其不同的無線電通信功能，在通過軟件無線電技術來轉化和統一起來，最終實現5G 移動通信系統的全面應用和覆蓋。簡而言之，軟件無線電就是根據不同的軟件模塊來配備硬件設施，其中硬件設施和軟件模塊一樣能夠不斷的更新和升級換代，保證硬件設施和軟件模塊能夠同步配套。

1.2 軟件無線電的特點

1.2.1 可重構性特點。

軟件無線電可重構性就是指軟件無線電系統可以根據實際情況，滿足實際需求進行改變的功能，其中軟件模塊和硬件設施都必須同時具備可重構能力。

1.2.2 靈活性強的特點。

軟件無線電技術靈活性強的特點主要表現在為滿足實際需求進行重構的條件下，依然能夠使用重構后的軟件無線電技術的應用。

1.2.3 模塊化結構特點。

軟件無線電主要是由各個硬件和軟件模塊組成的，其中的硬件模塊和軟件模塊都是相對獨立但是又相互關聯的，所以這就要求各個硬件模塊和軟件模塊之間必須要有一套邏輯系統進行控制，才會保證各個模塊之間正常工作。

1.2.4 開放性強的特點。

由于軟件無線電是由硬件模塊和軟件模塊組成的，而且軟件模塊會根據需要進行更新或升級，硬件模塊同樣具有軟件模塊的特性，也是需要進行更新和升級，實現了軟件無線電能夠同時對新舊體制的電臺進行通信功能。

軟件無線電技術就是通過把硬件“軟件化”，從而解決通信系統中的硬件系統結構對移動通信系統應用的阻礙。通過把硬件“軟件化”來降低系統應用成本以及提高系統維護升級的便利，寵兒實現各個無線電系統的互聯和兼容效果。最終實現5G 移動通信系統的應用。

2 軟件無線電在5G 移動通信系統中的應用研究

2.1 軟件無線電的構造

軟件無線電主要借助寬帶上下變電器和通信頻和網絡發揮其作用。軟件無線電的射頻主要由多倍頻程寬帶低噪聲接收放大器、功率控制器、自動增益控制器、發送全雙工器組成。由于實際應用過程中的信號頻率很高多以必須要增加高頻模擬器件和一些軟件模塊來滿足。軟件無線電的中頻主要由寬帶ADCDCA、數字上下變頻器、正交調制調節器組成，中頻的主要任務是進行濾波器配置、多路信道選擇等的速率方面的相互轉換。基建部分的主要任務就是對基帶信號進行編程處理。但是由于目前專業技術的局限性，還無法滿足大寬帶、整體動態、超快速度的ADCDAC 的需求。

2.2 軟件定義網絡 (SDN)

軟件無線電思想引入網絡,強調用軟件的方式定義網絡,傳統的網絡是基于實體硬件交換機來進行網絡劃分和管理,軟件定義網絡(SDN) 通俗講就是在基于操作系統上用軟件進行網絡劃分和管理。軟件定義網絡的目的就是把網絡變得高效、更靈活、更開放，所以，軟件定義網絡作為現代化的新型網絡架構必須做到管理控制軟件化，這樣才能真正實現網絡的高效、開發、靈活的目標。軟件定義網絡的具體操作就是把網絡的控制平面與數據平面分離，為了方便管理控制，在網絡的控制平面為用戶提供編程接口，數據平面還是保存在硬件模塊中，這樣更有利于數據的儲存空間擴大和安全。在網絡操作系統中，我們可以把網絡中的全部資源都列入管理的范圍中去，只需要在網絡操作系統中抽象出一個管理系統，把數據層和應用層進行統一管理和編程接口。

2.3 關鍵技術

2.3.1 Open Flow 交換機

隨著互聯網的不斷發展，互聯網業務對互聯網的傳輸質量要求是越來越高了，所以必須要修改互聯網來滿足新業務的需求。為此，設計人員開始了一系列的設計方案，OpenFlow 就是設計人員提出的一種新型網絡交換模型，與此相應的，他們還成立了OpenFlow 交換機論壇(The OpenFlow Switch Consorlium，后文簡稱OpenFlow 論壇)。OpenFlow 交換機實現了數據層的轉發，其主要是由流表、安全通道與Open Flow 協議組成。控制器是通過這個借口來實現控制和管理交換機的，同時還能接收交換機的信息和向交換機發出數據包。Open Flow交換機接收到數據包后,首先在本地的流表上查找轉發目標端口,如果沒有匹配,則把數據包轉發給Open Flow 控制器,由控制器決定轉發端口或丟棄。Open Flow 交換機既具有常用的商業交換機的轉發模塊,又具有Open Flow 的轉發邏輯,因此支持Open Flow 的交換機可以采用兩種不同的方式處理接收到的數據包。其基本機構可以參考下圖一。

圖一，Open Flow 交換機的結構圖

2.3.2 Open Flow 控制器

Open Flow 控制器主要具有管理整個網絡的Open Flow 交換機、流表的下發、向用戶提供應用編程接口等功能。Open Flow 控制器是整個Open Flow 網絡的大腦,用戶開發的各種網絡應用程序均運行在控制器上,通過安全通道能夠動態添加、刪除和更新各交換機上的流表以達到對網絡行為和功能的動態控制,這打破了傳統網絡架構固定僵化的局限,為網絡業務的創新和網絡對新型業務的適應能力提供了基礎。

3 結語

軟件無線電技術作為5G 移動通信系統應用過程中的重要技術，通過對硬件“軟件化”來實現各種無線電的互聯和兼容，在很大程度上降低了5G 移動通信網絡在運營過程中的成本投入，為后期的維護和升級提供了便利條件，其中，軟件定義網絡作為一種高效、靈活、開發的新型網絡體系結構，為未來的網絡自動化、安全化發展打下了基礎。