基于SCA的通信波形DSP设计方法
2022-06-09
马田香 黄承波
（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）
【摘 要】提出了一种基于SCA的DSP软件设计方法，在DSP上以组件化的方式设计和实现通信波形，使得DSP软件独立于硬件平台。以组件化的设计思想实现软件和硬件的分离，利于DSP软件的移植和重用。
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关键词 SCA；DSP；波形；组件
0 引言
软件通信体系结构SCA规范建立了一个与实现无关的框架，是开发软件定义无线电SDR软件的基本要求[1]。
SCA可提供一种标准、开放的通用软件平台，本质上是独立于设备的结构框架，其主要目的是确保通信软件的可移植性和硬件升级的灵活性，并确保基于SCA开发的产品之间能实现互连、互通和互操作[2]。软件波形在设计时要考虑通用性、灵活性和可移植性等，由此可基于SCA规范进行设计，以此来提高软件性能。
1 软件通信体系结构SCA
对于通信系统来说，包括通用硬件平台、通用软件平台、通信波形三个部分。通用硬件平台基于统一的硬件体系结构，为通信系统提供信号处理能力，主要包括信道模块和综合业务处理模块[3]。通用软件平台统一管理硬件平台，为波形应用提供运行环境支持，包括操作系统、中间件、硬件抽象层、核心框架等。通信波形则采用接口标准统一的组件化设计方法，利于软件的重用性和可移植性[4]。
对通信波形的综合业务处理模块而言，按层级可划分为物理层、接入层、链路层和网络层四个部分，一般物理层部署在FPGA和DSP上，接入层部署在DSP上，链路层和网络层部署在GPP上。DSP作为信号处理的核心器件，主要承载物理层的同步捕获、调制/解调、信道编解码、信道估计均衡等，接入层的状态控制等[5]。
2 基于SCA的DSP波形设计
基于SCA进行DSP软件设计，可把DSP软件分为五个部分：硬件驱动库、硬件抽象层、波形组件、软件框架、操作系统。硬件驱动库是跟硬件密切相关的；硬件抽象层基于硬件驱动库将硬件平台的底层传输机制进行屏蔽，封装标准的交互接口，实现访问接口的一致性；波形组件是对功能模块的封装，便于集成、移植；操作系统提供各类线程和信号量支持，与软件框架一起为硬件抽象层和波形组件提供必要的软件环境。下面对硬件抽象层及波形组件设计进行详细介绍。
2.1 DSP硬件抽象层设计
硬件抽象层为波形组件屏蔽硬件相关接口、应用，使波形组件与硬件平台分离，可实现波形组件的快速移植。在DSP上，硬件抽象层主要对外部I/O接口进行封装，为波形组件提供标准的接口函数。另外DSP硬件抽象层还封装了数据维护和数据传输模块。
外部接口模块主要包括内存访问接口、事件接口；数据维护模块包括路由表操作，全局变量使用，数据缓存区操作，数据初始化；数据传输模块包括数据接收、数据转发和控制包响应。
2.2 DSP波形组件的实现方法
以组件化方式进行波形开发，可提高波形的可移植性[6]，提升硬件资源使用效率。波形组件是对通信波形的软件按功能模块划分进行相应的封装，便于与硬件抽象层集成，便于跨平台移植。波形组件的划分需按照高内聚低耦合的原则。DSP中需进行物理层部分处理和接入层处理，所以将DSP上的软件划分为基带处理组件和接入组件。下面以接入组件为例讲述DSP波形组件的实现方法。
接入组件的目的是实现时隙接入控制功能，具体实现时隙计算、时隙分配、业务类型接入状态控制等功能。媒体接入组件端口示意如下图所示，其中User一般指基带处理组件、逻辑链路组件和波形管理组件。
其中，MacDataConsumer接口继承自OctetStream接口[7]，通过该接口可获得上行和下行数据。MacCtrlConsumer接口继承Control接口，接受波形管理组件的参数控制和状态监控。
3 结语
软件通信体系结构SCA的目的是实现无线通信装备硬件模块化、软件具有可移植性、可重用性和互操作性。基于SCA进行通信波形软件的组件化设计和实现，利于波形软件的重用和移植，可缩短无线通信设备的开发周期，在一定程度上降低开发成本。
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参考文献
［１］蔡卓，张小琼.SCA 4.0 规范概述[J].通信技术，2013，07(46):126-127.
［２］Raytheon. Software Communications Architecture Specification(Version 3.0) [Z]. Washington:JTRS Joint Program Office， 2004，08.
［３］洪锡军，刘献科，张激.基于SCA的无线通信技术研究[J].计算机工程，2005，31(08):120-122.
［４］CHAMBERLAIN M C. A Software Defined HF Radio[J]. Military Communications Conference，2005(04):2448-2453.
［５］邱永红.无线通信波形描述方法研究[J].电讯技术，2007，47(05):19-23.
［６］范建华，昌遵明.可移植波形软件设计与实现研究[J].现代军事通信，2006(14):17-20.
［７］阎瑾.美军战术互联网体系架构研究[J].通信技术，2011，44(09):105-107.
［责任编辑：汤静］