《軟件無線電原理與技術》課件-第3章

3.1綜述

3.2主要的軟件體系結構

3.3軟件通信結構SC

3.4軟件下載以及軟件可重配置

3.5軟件無線電可用的編程語言軟件無線電以軟件方式實現(xiàn)各種空中接口，提供了靈活的無線通信方式，以及靈活的傳輸機制、協(xié)議和應用。顯然，軟件的作用居于核心位置，這與傳統(tǒng)的基于硬件的無線電是完全不同的。軟件無線電的軟件設計包括：軟件的功能、軟/硬件之間的相互關系和軟件的體系結構。軟件可定義的特性包括射頻頻帶、空中接口波形及其他相關功能。涉及軟件無線電的軟件是較為復雜的，并且其規(guī)模在迅速擴大。因此，僅僅了解如何針對通信的某些特定功能來編制程序或研究算法顯然是不夠的。那么軟件無線電的軟件設計有什么特殊要求呢？在計算機互聯(lián)網時代，TCP/IP的出現(xiàn)屏蔽了異構網絡(即不同物理層結構的網絡)的差異，而向上層提供統(tǒng)一的服務，真正實現(xiàn)了網絡的互聯(lián)，從而使Internet的發(fā)展有了質的飛躍。類似的要求也出現(xiàn)在無線通信領域，即軟件無線電的軟件部分屏蔽硬件部分的差異(不同的硬件結構和信號特征)，而向上層提供統(tǒng)一的各類服務。因此要求軟件無線電的軟件部分具有以下特點：

(1)具有良好的開放性，采用模塊化結構。這樣使通信的高級應用可以利用現(xiàn)有的低層程序模塊，避免了低水平的技術重復，提高了開發(fā)效率，升級方便。

(2)軟件可重用。在不同開發(fā)環(huán)境下開發(fā)的軟件程序可以應用于不同的硬件平臺上，軟件程序具有統(tǒng)一的源代碼并能夠屏蔽硬件平臺和開發(fā)環(huán)境的差異。理想情況下，軟件也可以實現(xiàn)“即插即用”(plug&play)功能。這里引入一個重要的概念——“軟件總線”，軟件總線與硬件總線類似，將應用模塊按標準做成插件，插入總線即可實現(xiàn)集成運行，從而支持分布式的計算環(huán)境。

為了能夠達成上述目標，我們需要從一個更高的層次來認識軟件無線電的軟件設計問題，這就是軟件體系結構。軟件體系結構是指軟件系統(tǒng)的結構，它由一些規(guī)則、建議、習慣組成，從構件的角度定義了系統(tǒng)的結構，說明了構成系統(tǒng)的各個構件之間是如何通信和實現(xiàn)互操作的。簡單地說，軟件體系結構就是對系統(tǒng)軟件的總體描述，是一個系統(tǒng)的草圖，其描述對象是構成系統(tǒng)的構件。這些構件是抽象的，只有在具體實現(xiàn)階段，這些抽象的構件才會細化為實際的組件。軟件結構用于指導大型軟件各個方面的設計。3.1綜述在軟件無線電應用技術中，軟件體系結構位于中心位置。在確定軟件體系結構的基礎上，可以進一步通過編程實現(xiàn)通信的功能和相應的協(xié)議?，F(xiàn)有的軟件結構很多，但是對于軟件無線電而言，重點在于開發(fā)開放的軟件結構及其接口，這項工作的目標是鼓勵軟件可重用、可移植以及保障在不同通信設備以及協(xié)議之間的互操作性。3.2主要的軟件體系結構3.2.1硬件特定的軟件結構硬件特定的軟件結構如圖3-1所示，在這種結構中，系統(tǒng)的軟件采用處理器自身的語言開發(fā)，軟件可以直接調用硬件資源，例如直接操作寄存器和I/O。軟件的具體功能實現(xiàn)直接與相應的硬件相聯(lián)系，比如系統(tǒng)若采用DSP實現(xiàn)一個調制器，則調制器算法就通過相應DSP的軟件實現(xiàn)，軟件和硬件是緊密聯(lián)系的。這種結構較為簡單、直觀，容易實現(xiàn)，與結構化的軟件設計方法相聯(lián)系，但是這種方法是非面向對象的，因此不可移植。圖3-1硬件特定的軟件結構3.2.2開放的軟件結構

實現(xiàn)理想的軟件無線電要求軟件具有相對于硬件平臺的獨立性。實現(xiàn)軟件對硬件獨立的方式之一是建立介于硬件和軟件之間的中間件，形成硬件、軟件和中間插件的層次結構。這就構成了與硬件特定軟件結構不同的開放的軟件結構。開放的軟件結構如圖3-2所示。從圖3-2中可以看到，開放的軟件結構是分層的，這樣硬件完全可以與應用軟件剝離開來。為了實現(xiàn)這種剝離，采用中間件將硬件單元封裝到對象中，并且允許對象通過標準接口互相通信，這個中間件較常采用公共對象服務代理結構(CORBA，CommonObjectRequestBrokerArchitecture)。另外下層為操作系統(tǒng)、驅動程序、資源管理，以及內部處理器通信。硬件、中間件以及下層軟件通常合稱為框架。操作環(huán)境完成硬件資源的管理，比如分配硬件資源給不同的應用，存儲器管理，中斷服務，提供統(tǒng)一接口給硬件模塊。這種結構使應用軟件的開發(fā)更易于移植，更為快捷，成本更低。應用軟件的開發(fā)者從對底層硬件的編程中解放出來，可將精力集中在更為復雜和強有力的應用設計中。圖3-2開放的軟件結構3.2.3面向過程和面向對象的軟件設計方法

硬件特定的軟件結構和開放的軟件結構的軟件設計思想分別面向過程(或是結構化)和面向對象。在這里僅作簡單介紹，詳細情況可以參考相關參考書。

1.面向過程的軟件設計方法

面向過程(或結構化)的設計是從系統(tǒng)的功能入手，按照工程標準和嚴格規(guī)范將系統(tǒng)分解為若干功能模塊，通過函數實現(xiàn)其功能。結構化方法首先關心的是功能，強調以模塊(即過程)為中心，采用模塊化、自頂向下、逐步求精的設計過程，系統(tǒng)是實現(xiàn)模塊功能的函數和過程的集合，結構清晰，可讀性好。結構化的設計著重于“如何做”。然而，用戶的需求和軟/硬件技術的不斷發(fā)展變化使得作為系統(tǒng)基本成分的功能模塊很容易受到影響，局部修改甚至會引起系統(tǒng)的根本性變化。開發(fā)過程前期入手快而后期頻繁改動的現(xiàn)象比較常見。在面向過程的思想中，一個程序一般都是由一個個函數組成的，這些函數之間相互調用，于是就形成了一個完整的程序，解決了一個問題。它的基本結構如下：

函數1()

{

……；}

函數2()

{

……；}

……

主函數()

{

……；}圖3-3PSK通信系統(tǒng)的工作流程下面舉一個通信系統(tǒng)的例子。PSK通信系統(tǒng)的工作流程如圖3-3所示。其程序中有一個主程序，每個模塊都用函數實現(xiàn)，通過主程序調用函數來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。這樣的設計方法較為直觀，但是從可重用的角度來看，對結構化的方法所強調的功能一般要求有嚴格定義的邊界，其功能在調用模型時不便于重用。如果我們需要改變系統(tǒng)的調制方式為FSK調制，那么原來程序中“PSK調制”和“PSK解調”功能將不可再用。

另外，如果初始設計的調制功能僅限于“PSK調制”，那么后來就需要對調制功能進行擴充，增加“FSK調制”。如果不是預先有所考慮的話，那么直接由“PSK調制”進行擴充也是較為麻煩的。

2.面向對象的軟件設計方法

對象其實非常簡單，因為在這個世界中，我們總是被“對象”所環(huán)繞，例如人、動物、植物、建筑物等，它們都是對象。我們可以認為，對象就是一個真實的實體，又可稱做實例。它具有以下性質：

(1)具有一系列屬性，比如對于球，有尺寸、形狀、顏色、重量等屬性。

(2)具有一系列行為，比如對于球，它能夠滾、彈跳、膨脹、縮小等。對于一組具有相同特性的對象，我們可以把它們抽象為“類”。類是對某一類事物的描述，是抽象的、概念上的定義。一個類可以看做是對象的“藍圖”，對象是類的一個實際例子(實例化的結果)。例如，我們可以在有輪子的能夠加速、剎車、轉向的對象集合中抽象出一個類——車，而小轎車就是“車”類的一個實例，是它的一個對象。在面向對象的設計中，編程的基本單元是類(面向過程編程的基本單元是函數)，而類是由數據(用來描述屬性)和函數(用來描述行為)封裝起來得到的。面向對象的程序設計方法一般是先設計一個類，然后由這個類產生一個對象，之后對這個對象進行相關操作。要說明一點，操作是對對象進行的，沒有對象就無所謂操作。對象和對象之間會有一些相互的關系，有一些對象是獨立操作的(比如照相機)，有一些對象則是彼此相互作用的(比如電話和電話應答機之間)。對象之間的通信通過定義接口來實現(xiàn)。這樣的編程方法具有以下優(yōu)點：

(1)信息隱藏。這意味著對象的具體實現(xiàn)細節(jié)是隱藏的，比如內部組織是什么，使用了什么函數，數據是如何組織的，等等。例如，一個汽車包括發(fā)動機、傳動機構、排氣機構等，我們駕駛汽車時可以使用每一個子系統(tǒng)而不需要知道內部是如何工作的。

(2)程序可重用。一組經過良好設計的類可以使程序具有良好的可重用性。我們在需要的時候只要建立類的對象，就能實現(xiàn)類的封裝功能。這樣可以提高編程的速度和質量。

(3)繼承。從一個類中可以派生出子類，子類可以繼承父類的特性和行為。比如，父類“車”可以派生出子類“汽車”和“火車”，它們都繼承了“車”的基本特性，但又分別有其特性。一個新的“類”可以繼承一個或多個類的特性，并增加其他特性。

(4)多態(tài)。多態(tài)是指利用一個相同的名字定義不同的函數，這些函數執(zhí)行的過程不同，但有相似的操作，即用同樣的接口訪問不同的函數。例如，在遙控器上按下Play鍵時，DVD可能在電視上播出一部電影；但是如果在播放機中放的是CD，那么它將通過音箱播放出音樂。雖然按鈕相同，操作相同，但是結果不同。綜上所述，面向對象的軟件設計方法可以簡單總結如下：

(1)面向對象的編程是對真實世界的建模，即對事物的屬性和行為進行建模。

(2)面向對象的編程對數據和函數進行了封裝。

(3)對象具有信息隱藏的特性。

(4)對象之間的通信是通過消息傳遞來完成的(通過接口)。

(5)對象允許繼承和多態(tài)。對于上面PSK調制的例子，我們首先對類進行設計，設計有信源/信宿、調制解調器、編譯碼器、濾波器幾個類，每個類分別有其屬性和行為，在確定類的基礎上形成對象，如圖3-4所示。這里采用了統(tǒng)一建模語言(UML)的類圖表示。類的UML表示是一個長方形，該長方形垂直地分為三個區(qū)，頂部區(qū)域顯示類的名字，中間的區(qū)域列出類的屬性，底部的區(qū)域列出類的操作。圖3-4類的舉例如果初始設計的調制功能僅限于“PSK調制”，而我們需要改變或增加系統(tǒng)的調制方式為FSK調制，那么僅需要增加或改變調制解調器對象的屬性和行為就可以了，其他對象是不變的。在本書中，以“*()”表示函數描述行為。

下面具體給出一個調制解調器的例子來說明針對軟件無線電的面向對象的程序設計方法。根據前面的說明，無論建模、仿真，還是軟件開發(fā)，開發(fā)面向對象方法的第一步都是確定對象的類。為了能定義無線電系統(tǒng)在受到外部激勵時的行為，可以把整個無線電系統(tǒng)作為一個對象，它封裝了整個系統(tǒng)。隨后定義構成系統(tǒng)組成的下層的對象，這些下層的對象提供了我們所熟知的無線電功能，比如濾波、調制、解調、同步、控制等。這些軟件對象封裝了一組函數，使無線電工程師可以實現(xiàn)重用和技術插入。下面具體說明面向對象在軟件無線電中的應用特點。

●

封裝。首先把整個調制解調器建模為一個調制解調器類，其屬性為調制類型、波特速率等，其行為是“調制()”和“解調()”。隨后，我們可以將調制解調器類按照功能分為調制器類、解調器類和時間標準類。調制器類的屬性為輸入比特流、輸出信號流，其行為是“調制()”；解調器類的屬性為輸入信號流、輸出比特流，行為是“解調()”；時間標準類的屬性是時鐘速率。同理，我們還可以繼續(xù)分下去，最終得到如圖3-5所示的調制解調器的模型圖。圖3-5一個簡單調制解調器的部分對象模型

●消息傳遞。為了完成任務，對象之間需要發(fā)生聯(lián)系，這依靠消息的傳送來實現(xiàn)。具體來講，若一個無線應用發(fā)送一個消息到調制器對象去調制一個基帶比特流，那么將執(zhí)行一個調用調制解調器對象的“調制()”，即調用對象執(zhí)行“調制解調器.調制()”，這時調制解調器對象發(fā)送一個請求要求調制數據比特。消息的傳遞使各軟件單元可以概念化地綜合在一起，以完成特定的任務，這實際也是各處理器之間的互聯(lián)。為了理解消息在軟件、硬件層面的傳遞，需要用到分層的概念。分層類似于OSI七層模型。另外，軟件和硬件實體之間通路的建立是通過管道化來實現(xiàn)的。驅動程序將硬件封裝起來，可形成其他對象可用的公開方法或函數。

●繼承。當一個新的類從已存在的類中合成產生時，新的類繼承了屬性和行為。比如，我們可以在頂層建立一個調制解調器類，其子類為FSK調制解調器和PSK調制解調器。另外，我們還可以定義調制解調器由調制器和解調器構成，通過狀態(tài)來確定對象工作在PSK或FSK模式下。子類的波特速率屬性是從父類中繼承的，不再重新定義。

特性繼承允許人們定義通用的可重用的類，比如FIR濾波器、時鐘恢復等，從這些類中，我們可以合成一個完成特定任務的對象。圖3-5所示的調制解調器模型用來恢復載波，提取位同步，估計信號參數，實現(xiàn)位判決，可分別采用傳號和空號濾波器解調FSK信號。位判決對象在判決時間內比較傳號濾波器和空號濾波器的能量，根據最大的濾波器輸出決定輸出傳號還是空號。這些濾波器繼承了FIR濾波器類的特性，對象模型表明調制解調器的成員單元，即調制解調器可以由多個軟件單元構成，它可以將行為調制()和解調()分派給調制器對象和解調器對象，本質上是將所有的行為都分派給成員對象，這些對象繼承了調制形式和波特率等特性。

●

多態(tài)性和重載。重載允許給定算法在不同的數據結構上操作。調制器對象可以重載“調制()”，如果輸入比特流是打包的，一個打包的比特流包含一個幀頭，里邊有控制信息，幀體內包含信號，則“調制()”可以檢查幀頭并應用在包中定義的調制類型；類似地，“解調()”函數可以被重載，這樣無論采用什么樣的信號都可以應用合適的算法解調，在這種情況下，需要一個調制類型識別算法來判定需要應用的調制類型。在傳統(tǒng)的無線電結構中，調制的形式是被嚴格定義的，然而，在軟件無線電通信系統(tǒng)中調制形式應該可以根據QoS和SNR的實際情況進行相應的調整，在低信噪比的情況下采用BPSK調制，在高信噪比的條件下采用16QAM調制。因此可以很清楚地看到，封裝、消息傳遞、屬性繼承、多態(tài)在軟件無線電設計中是非常有用的。面向對象的語言在20世紀60年代出現(xiàn)，即Simula語言，到20世紀80年代早期出現(xiàn)了Smalltalk和Flavors語言，現(xiàn)在面向對象的語言有C++、Python、Ruby、Java等。3.3軟件通信結構SCA3.3.1SCA的定義軟件無線電的核心思想是“可重配置性”(Re-configurable)。對于基于硬件的無線設備，如果沒有物理的修改或重新設計，那么是不可能進行重配置的。隨著GPP、DSP、FPGA等器件處理能力的提高，以及ADC/DAC等器件其速度和精度的穩(wěn)定增長，越來越多的波形信號處理從傳統(tǒng)的模擬領域轉向數字領域通過軟件來實現(xiàn)。但是每一個無線設備制造商所開發(fā)的系統(tǒng)結構及其實現(xiàn)都是不同的，因此，雖然軟件的應用使無線系統(tǒng)越來越靈活，但每種系統(tǒng)又各不相同。這樣無線系統(tǒng)雖然可以通過改變軟件來實現(xiàn)某種意義上的重配置，但是這些無線系統(tǒng)中的控制結構和管理體系之間缺乏共性，因此不能夠采用相容的接口和協(xié)議進行管理、配置以及控制。所以，當多個來自不同廠商的無線設備在一起共同工作時，比如在軍事、救災等場合，多種基于軟件的無線系統(tǒng)之間既不能進行互操作，也不能容易地進行重配置，這無法達到軟件無線電的要求。簡單地說，需要有共同的規(guī)范來約束所有的相關研發(fā)機構和廠商。對于這一點，我們完全可以通過對個人計算機進行類比來想象這樣的情況，由于有相應的規(guī)范存在，因此我們可以很輕易地自己購買不同公司的配件來組裝一臺自己滿意的計算機，并安裝自己需要的軟件，而這根本不需要我們具有多么淵博的計算機方面的知識。顯然，將軟件無線電規(guī)范化、標準化對產業(yè)以及技術的發(fā)展是十分有利的。最早提出這種需求的是美國軍隊。早期的基于軟件的無線電SPEAKeasy系統(tǒng)的成功已經表明了采用軟件結構的優(yōu)勢，繼而大量無線設備開始采用軟件來實現(xiàn)核心信號處理。例如，開發(fā)于20世紀90年代的JCIT聯(lián)合戰(zhàn)斗信息終端、數字模塊無線電(DMR)等都提供了無線資源管理軟件的基礎結構。隨著重配置需求的增長，為了使系統(tǒng)能夠支持多任務，同時降低長期工作和維持的成本，美軍建立了聯(lián)合戰(zhàn)術無線系統(tǒng)(JTRS)聯(lián)合工程辦公室(JPO)，這個國防工程的目標是建立未來的通信系統(tǒng)，其特性是增強了靈活性、互操作性，易于升級，降低了采購、使用、維護的費用。為了達到系統(tǒng)的設計目標，一個重要的步驟就是規(guī)范軟件無線電通用軟件結構。這個努力開始于20世紀90年代中期，并進一步演變?yōu)楝F(xiàn)在所說的軟件通信結構，簡寫為SCA，由美國聯(lián)合戰(zhàn)術無線電系統(tǒng)聯(lián)合工程辦公室發(fā)布，雖然此前各個廠商早已有各自的架構和體系，但SCA是第一個軟件無線電規(guī)范。在這個規(guī)范中，美國政府的幾個主要的無線產品提供商均做出了相應的貢獻，而且美軍也將SCA應用于新的無線系統(tǒng)的開發(fā)。JTRSJPO構建SCA的目標如下：

(1)在遵循SCA規(guī)范的不同無線設備之間實現(xiàn)應用軟件的可移植性。

(2)基于開放的商業(yè)標準。

(3)支持無線系統(tǒng)的互操作能力、可編程能力和可裁減能力，而且系統(tǒng)成本可負擔得起。

(4)最大可能地將軟件和硬件相獨立，要求應用以及設備是可移植和可重用的，具備新技術快速引入的能力。例如，在SCA中的應用部分描述了可提供特定功能的軟件單元，而這可能有幾個不同的實現(xiàn)方案，比如一個在DSP上實現(xiàn)，一個在GPP上實現(xiàn)。當技術進步時，一個曾經在DSP上實現(xiàn)的可以容易地在GPP上實現(xiàn)。

(5)通過可重用設計模塊，降低新波形的開發(fā)時間。

(6)可擴展新的波形和硬件組件。

(7)可與嵌入式可編程的信息安全模塊INFOSEC相結合。

(8)支持JTRSORD的要求，即要求操作者可重配置，能夠支持多種現(xiàn)有的和新的波形，可以同時多信道操作(大于10個)。

SCA是什么呢？SCA定義了用于管理、控制、配置軟件無線電的軟件體系結構，由接口、行為規(guī)范、一般規(guī)則、波形應用程序接口(API)以及所需的安全需求構成，是一組用來實現(xiàn)軟件無線電的規(guī)則、方法和設計標準，它獨立于實現(xiàn)的框架，約束軟件無線電系統(tǒng)設計以幫助達到設計目標。

SCA結構的重點在于可重用模塊的設計和開發(fā)，以及推動商用軟件和標準的應用。確切地說，SCA是一個規(guī)范集，說明了軟件無線電的硬件和軟件之間的交互，并提供了控制這些組件的命令集。SCA建立了獨立于設備的結構框架，其目標是確保軟件和硬件的可移植性和可配置性。SCA基于面向對象和CORBA技術，使用統(tǒng)一建模語言(UML，UnifiedModelingLanguage)對接口進行圖示，使用接口定義語言(IDL，InterfaceDefinitionLanguage)對接口進行定義。SCA形成了開放分布的結構規(guī)范，使應用和操作環(huán)境分開，定義了管理和配置軟件構件的公共接口，還定義了支持器件以及應用移植能力的公共服務和API。

需要注意的是，SCA并沒有為無線電系統(tǒng)的硬件或波形應用指定任何特定的結構、設計或實現(xiàn)。3.3.2SCA的版本發(fā)展

SCA首先由JTRSJPO發(fā)布，后來被軟件無線電論壇(SDRForum)作為SDR的標準，其對軟件模塊之間的應用程序接口(API)進行標準化，并推薦Vxworks為操作系統(tǒng)。美國政府希望SCA通過對象管理組織OMG而成為商用標準，并且已經設計了使用商業(yè)需求的規(guī)范。到2001年9月，F(xiàn)CC發(fā)布了第一個關于軟件無線電的報告和規(guī)則，其內容要點如下：

(1)允許設備制造商和運營商在設備部署到位后進行重配置。

(2)第三方可以在原硬件制造商確認的情況下制造和銷售終端軟件。

(3)軟件無線電對無所不在的無線通信世界是必然的。

(4)需要多頻段和多模式能力。

(5)可實現(xiàn)較高的頻帶利用率。

(6)多個軟件模塊進行協(xié)作可以實現(xiàn)認知無線電。

(7)對操作系統(tǒng)和軟件API進行標準化，使得在各軟件模塊之間進行通信成為可能。

這些對軟件無線電標準化和SCA的發(fā)展起到了推動作用。SCA自誕生到現(xiàn)在已經發(fā)展了多個版本，圖3-6給出了SCA發(fā)展進程中的幾個重要的里程碑。圖3-6SCA的版本演化

2000年2月，SCA第一個正式版本SCA1.0出現(xiàn)。

2000年7月，經過補充后形成SCA1.1。

2000年12月，經過較大變動后形成SCA2.0。

2001年5月，SCA2.0增補版本SCA2.1形成。

2001年11月，SCA2.0增補版本SCA2.2形成。通常認為這個版本為完備的版本，足以應用于戰(zhàn)場無線電系統(tǒng)。

2002年6月，波音公司首次在地面移動無線電(GMR)計劃中應用SCA2.2。這是JTRS第一類終端(Cluster1)。

2004年4月，SCA2.2.1發(fā)布。該版本對SCA2.2進行了修正和補充。

2004年5月，OMG發(fā)布了軟件無線電規(guī)范，這個規(guī)范是由一些SCA的開發(fā)商發(fā)起的，目的是將SCA發(fā)展為商用標準，而不僅僅是軍用標準。

同時，在2004年初，在JTRS各類無線電終端的開發(fā)上提出了波形可移植的要求，因為在GPP上開發(fā)的代碼在平臺間移植較為容易，但是在DSP或FPGA上開發(fā)的代碼通常只能用于特定的處理器和無線電結構，所以，JPO提出要解決DSP和FPGA代碼的移植問題。幾個專業(yè)工作組解決了這個問題，以此為基礎，2004年8月，SCA3.0產生。

2006年8月，SCA2.2.2發(fā)布，這是SCA2.2.1的增補版本。

SCA規(guī)范包含以下三個方面的內容：

(1)SCA基本規(guī)范；

(2)應用程序接口(API)補充；

(3)安全補充。

其中，SCA基本規(guī)范還可進一步分為硬件結構和軟件結構。應用程序接口(API)補充為建立模塊化可移植應用單元提供了需求和指導方針。一個API組成了兩個構件之間用于通信的語言、語法以及可提供服務的協(xié)議。遵從SCA的API采用IDL描述，是應用可移植能力和設備可交換能力的要素。API保證了服務提供者和用戶可以在不考慮操作環(huán)境和編程語言的情況下進行通信。

安全補充定義了無線系統(tǒng)的安全需求，確定了這些需求的行為影響，定義了支持這些需求的API，采用公共標準評估等級作為安全需求定義的基礎(CommonCriteriaEvaluationAssuranceLevels)。安全需求可以分解為以下幾個成分：密碼子系統(tǒng)、INFOSEC界限、裝備水平界限、安全政策等。

下面將分別對SCA基本規(guī)范中的硬件結構和軟件結構進行說明。3.3.3SCA的硬件結構

SCA采用面向對象的方式分割軟件無線電的硬件。面向對象的方法描述了硬件類和其子類對象的層次。類的結構是分層的，它描述面向對象的類和子類之間是如何聯(lián)系的。SCA中類的結構確定了用于建立物理系統(tǒng)硬件設備的功能元素。采用面向對象的方法，設備從父類繼承通用的物理和接口特性。理論上，這將很容易確認和比較設備的可交換性。

劃分類的重點在于把系統(tǒng)分成不同的物理單元以及把這些單元組成一個功能單元，如圖3-7所示。

總的硬件父類是SCA-CompliantHardware類，它定義了可維護性、可用性、物理、環(huán)境、設備注冊等參數，它有兩個子類，即Chassis和HWModule(s)。

圖3-7SCA的硬件結構

Chassis子類包含模塊插槽、構成要素、背板類型、平臺環(huán)境、功率、冷卻需求等。HWModule(s)是所有功能模塊子類的父類，這些功能模塊有射頻、電源、調制解調器、GPS、處理器、參考標準、I/O等。HWModule(s)類從SCA-CompliantHardware類繼承系統(tǒng)級屬性，HWModule(s)以下的類從HWModule(s)中繼承類屬性。不同的屬性值滿足不同的要求，可以在實現(xiàn)過程中進行選擇。硬件設備(Device)即類的物理實現(xiàn)，它是具有相應的物理平臺環(huán)境和設備性能要求的屬性值。一些屬性由設備描述體(DeviceProfile)給出，用于產生波形應用。核心框架(CF)可以解讀設備描述文件。每一個硬件子類都可以進一步擴展，比如射頻應用類可以擴展為天線類、接收機類、功率放大器類和激勵器類。每個類都包含相應的屬性或參數，如圖3-8所示。調制解調器類也可以擴展為調制器類和解調器類，如圖3-9所示。圖3-8SCA中射頻類的擴展圖3-9SCA中調制解調器類的擴展3.3.4SCA的軟件結構

SCA軟件結構主要分為以下幾個部分：

(1)操作環(huán)境(OE)。操作環(huán)境包括實時操作系統(tǒng)ROTS、實時對象請求代理ORB和核心框架CF，它規(guī)定了實現(xiàn)SCA兼容的無線系統(tǒng)所必須遵循的接口、規(guī)則、約束以及過程等。

(2)核心框架(CF)CORBA接口。

(3)日志接口(LogInterface)。

(4)事件服務(EventService)。

(5)命名服務(NamingService)。

(6)域描述體(DomainProfile)。

SCA軟件結構如圖3-10所示。圖3-10SCA軟件結構由圖3-10可見，SCA軟件結構是分層的，操作環(huán)境可以進一步擴展成為基礎設施層?；A設施層可以細分為總線層、網絡和串行接口層、操作系統(tǒng)層、CORBA中間件層、核心框架層。上層應用為應用層。

SCA的軟件結構具有以下特點：

(1)分層的軟件結構，把應用與底層硬件相分離。

(2)使用CORBA提供了一個分布式處理環(huán)境，保障實現(xiàn)軟件的可移植性、可重用性和可擴展性；CORBA還提供了一定的透明性及不依賴于編程語言的特性。對于非CORBA的應用，可以首先通過適配器的方式連接。

(3)盡可能利用商品標準和產品，比如，采用商用硬件總線結構(VME、cPCI等)。軟件架構操作系統(tǒng)采用具有嵌入實時能力的商用操作系統(tǒng)，且支持可移植操作系統(tǒng)接口(POSIX)標準，該標準對操作系統(tǒng)特定的方法提供了一個抽象層，從而將移植波形軟件的成本降到最低。圖3-10中的深色部分表明商用產品。

1.總線層

SCA的總線層如圖3-11所示。圖3-11SCA的總線層

SCA可以根據實際需要(比如數據帶寬等)使用現(xiàn)有的商用總線產品(例如VME、cPCI等)，總線層的主要成分是板級支持包，分別連接黑色的保密總線和紅色的非保密總線(對于沒有保密需求的應用，不需要進行兩種總線的劃分)。板級支持包通常由設備提供方提供，并且需要避免非典型特性，其作用如下：

(1)提供硬件抽象層。

(2)作為硬件和操作系統(tǒng)之間的分割。

(3)允許操作系統(tǒng)從一個主板到另一主板進行數據吞吐。

(4)提供設備驅動，以提供到操作系統(tǒng)的接口。

(5)使不同的底板同質化。

(6)統(tǒng)一存儲器映射。

2.網絡和串行接口層

SCA的網絡和串行接口層如圖3-12所示。

SCA使用商用網絡協(xié)議，支持多個獨立的串行接口和網絡接口，例如RS-232、RS-422等。為了提供與總線層可靠的傳輸，使用了不同的底層協(xié)議棧。TCP/IP或1394可以工作在背板上，PPP、SLIP工作在串口上。另外，CORBA可以繞過操作系統(tǒng)直接接入。圖3-12SCA的網絡和串行接口層

3.操作系統(tǒng)層

SCA的操作系統(tǒng)層如圖3-13所示。

操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，它是一些程序模塊的集合。這些程序模塊用于管理和控制計算機系統(tǒng)中的硬件及軟件資源，合理地組織計算機的工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個功能強大、使用方便的工作環(huán)境，從而在計算機和用戶之間起到接口的作用。在軟件無線電中通常采用的操作系統(tǒng)為實時嵌入式操作系統(tǒng)(簡稱RTOS)。

所謂嵌入式系統(tǒng)，是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件、硬件可裁減，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，而實時是指物理進程的真實時間。實時操作系統(tǒng)具有實時性，能從硬件方面支持實時控制系統(tǒng)的工作。圖3-13SCA的操作系統(tǒng)層目前市場上比較著名的實時操作系統(tǒng)有VxWorks、Unix、Linux、PSOS、Nucleus、QNX、VRTX、WindowsCE、PalmOS、LynxOS等。其中，由WRS(WindRiverSystems)公司開發(fā)的VxWorks是一個具有微內核、可裁減的高性能、強實時操作系統(tǒng),在實時操作系統(tǒng)市場上處于領先地位。該操作系統(tǒng)支持廣泛的網絡通信協(xié)議，并能夠根據用戶的需求進行組合。其開放式的結構和對工業(yè)標準的支持使開發(fā)者只需做最少的工作即可設計出有效的適合于不同用戶要求的系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)非常適合于軟件無線電應用，并得到了軟件無線電論壇的推薦。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛(wèi)星通信、彈道制導、飛機導航等。另外,Linux等系統(tǒng)也很適于軟件無線電的應用。國內一些廠商也開發(fā)了具有自主知識產權的實時操作系統(tǒng)，比如科銀京成所開發(fā)的DeltOS“道”系統(tǒng)也具備軟件無線電應用方面的能力。另外，SCA的操作系統(tǒng)還支持可移植操作系統(tǒng)接口(POSIX)標準，若在SCA中采用了基于POSIX的操作系統(tǒng)以及相應的主板支持包，則一個POSIX兼容的操作系統(tǒng)編寫的程序可以在任何其他POSIX操作系統(tǒng)上(即使是來源于另一個廠商)編譯執(zhí)行。系統(tǒng)軟件具有很好的可移植性。POSIX是IEEE為了在各種Unix操作系統(tǒng)上運行軟件而定義的API(一組用于應用程序呼叫某個功能或服務的函數)的一系列互相關聯(lián)的標準的總稱，POSIX可提高Unix環(huán)境下應用程序的可移植性?，F(xiàn)在許多其他操作系統(tǒng)(如MicrosoftWindowsNT)同樣支持POSIX標準，其正式稱呼為IEEE1003，國際標準名稱為ISO/IEC9945。

4.CORBA中間件層

SCA的CORBA中間件層如圖3-14所示。

在軟件無線電多工作方式的實現(xiàn)過程中，要求能實時加入新的功能軟件，通過軟件資源分配的辦法來實現(xiàn)軟件的功能重組，這就要求將通信協(xié)議及軟件標準化、通用化，從而實現(xiàn)軟件的即插即用功能。圖3-14SCA的CORBA中間件層中間件是一種用來將應用和操作環(huán)境細節(jié)(如硬件)相屏蔽的軟件，一般位于操作系統(tǒng)之上，在應用軟件之下，總的作用是形成一個在操作系統(tǒng)上可復用的部分，為處于上層的應用軟件提供運行與開發(fā)環(huán)境，幫助用戶高效、靈活地開發(fā)和集成復雜的應用軟件。這樣應用程序的開發(fā)和維護與底層的硬件和系統(tǒng)軟件相隔離，只要相應的中間件做出變化就可以保證原應用軟件不發(fā)生變化。特別是在軟件無線電應用中，通常會存在多種硬件平臺(DSP、FPGA等)，這些硬件平臺又存在各種不同的系統(tǒng)軟件，而且這些硬件平臺還可能通過網絡連接，形成分布式異構環(huán)境，這使軟件無線電應用程序的開發(fā)面臨新的需求，這就是中間件的必要性所在。中間件具有如下一些特點：

(1)滿足大量應用的需要。

(2)運行于多種硬件和OS平臺。

(3)支持分布式計算，提供跨網絡、硬件和OS平臺的透明性的業(yè)務和服務的交互。

(4)支持標準的協(xié)議。

(5)支持標準的接口。中間件的種類很多，在JTRS中采用的是對象請求代理中間件(ORB)，即公共對象請求代理體系結構(CORBA，CommonObjectRequestBrokerArchitecture)。這是由對象管理組織(OMG，ObjectMangementGroup)指定的一種標準的面向對象應用的應用程序體系規(guī)范，它是一種中間件標準。

1991年OMG提出CORBA1.1，同時還提出了接口定義語言IDL，能夠讓客戶/服務器對象在特定的ORB中進行通信。1994年提出并被采納的CORBA2.0標準真正實現(xiàn)了不同生產廠商間的互操作性。CORBA體系結構是OMG為解決分布式計算環(huán)境(DCE)中硬件和軟件系統(tǒng)的互聯(lián)而提出的一種解決方案；它基于“軟件總線”的思想(與硬件總線類似，軟件總線是將應用模塊按標準做成插件，插入總線即可實現(xiàn)集成運行，從而支持分布式計算環(huán)境)，目的是建立一個標準、開放、通用的體系結構。符合這個結構的對象可以互相交互，不論它們是用什么樣的語言編寫的，且不論它們運行于什么樣的機器和操作系統(tǒng)下。這種體系結構可以讓分布的應用程序完成通信，無論這種應用程序是什么廠商生產的，只要符合CORBA標準就可以相互通信，即對象之間的數據是通過CORBA進行傳輸的?？梢哉f，CORBA是一種描述接口的工業(yè)標準。當系統(tǒng)向分布式結構和用戶/服務器模式演化時，在兩個單元之間需要有相應的接口連接，這種接口采用偽代碼(稱為接口定義語言IDL)描述。IDL提供了指定可用接口的方法，通過IDL“編譯器”產生的源代碼可以編譯進每一個應用中，另外代碼產生必要的支持程序來支持遠程過程調用(在一個計算機內或計算機之間)，即可應用于分布式環(huán)境。這樣，開發(fā)者就從編寫低級的過程間通信代碼的工作中解放出來，更為重要的是，只要采用相同的IDL，不同的開發(fā)者開發(fā)的CORBA代碼就可以進行互操作。顯然，這對于開發(fā)模塊化軟件是非常重要的。在具體工作時，CORBA采用接口定義語言(IDL)定義系統(tǒng)中對象的接口，IDL通過編譯會生成針對客戶的stub代碼和針對對象實現(xiàn)的skeleton代碼，stub和skeleton的作用是作為客戶和對象之間的代理。當客戶請求對一個對象進行操作時，將工作交給ORB，由ORB決定哪個對象完成這個請求，激活該對象并將完成請求所需參數傳送給該對象，其過程如圖3-15所示。用戶(比如控制器)向兩個對象(Rake接收機和發(fā)射機)請求了不同的操作(如增加用戶和設置導頻)，它們分別用不同的ORB連接(ORB1、ORB2)。由于CORBA將其內部操作細節(jié)封裝起來，同時嚴格定義了接口，因此可通過代理完成客戶和對象之間的通信，客戶不需要知道每個對象的底層平臺是什么，即使語言以及ORB的實現(xiàn)都不同。圖3-15通過ORB實現(xiàn)通信例如，Rake接收機可以通過運行在GPP上的一個軟件單元實現(xiàn)，而發(fā)射機可以通過運行在DSP上的另外一個軟件單元實現(xiàn)。系統(tǒng)中每個對象(比如Rake接收機)有它的接口，這個接口由接口定義語言定義，當客戶調用一個對象上的操作(請求)時，它將使用IDL接口指定操作。

5.核心框架層

SCA的核心框架層如圖3-16所示。

核心框架是開放軟件接口和描述體(Profile)的基本“核心”集，這些接口和描述體用于嵌入式通信系統(tǒng)中的軟件應用單元進行配置、管理、互聯(lián)以及通信。

框架是一種特殊的軟件，可以作為操作系統(tǒng)的一部分，它為軟件應用的設計者提供了底層的軟件和硬件的抽象，它為軟件開發(fā)帶來了高度的可重用性，這也是它稱為框架的重要原因。圖3-16SCA的核心框架層使用框架的主要目的是讓框架負責將核心應用和第三方技術隔離開來，使當前軟件開發(fā)朝著協(xié)作的方向發(fā)展，可允許大量第三方軟件的使用。這樣雖然會帶來軟件開發(fā)的繁榮，但是對于軟件組織者而言，還必須考慮第三方軟件的成本、生命周期、本組織系統(tǒng)對其依賴程度等問題。核心框架由下面4個部分構成，其中包含3種接口，接口由IDL語言定義。

(1)基于應用接口：提供了一組通用接口，用于軟件應用單元之間的信息交換，可以被所有應用軟件使用。

(2)框架控制接口：提供用于軟件應用單元開啟、控制、關閉的接口，以及用于硬件分配和控制的接口。

(3)框架服務接口：為軟件應用單元提供分布式文件訪問服務和事件日志服務。

(4)域描述體文件：是一組可擴展標記語言(XML)文件，這些文件描述了系統(tǒng)的硬件和軟件成員及其特點、互聯(lián)關系等。

6.應用層

應用是指執(zhí)行一個特定的遵從SCA功能的程序，它必須滿足用戶的需求。除了應用于OE的接口操作外，SCA沒有對其進行其他定義。

圖3-17、3-18分別給出了兩種不同應用的示意圖：一種是支持CORBA的應用；另一種是非CORBA應用。圖3-17SCA的操作應用層圖3-18SCA的操作應用層(非CORBA應用)應用層主要完成用戶的通信功能，包括通信數字信號處理、鏈路級的協(xié)議處理、網絡級的協(xié)議處理、網絡互聯(lián)的路由選擇、外部的輸入/輸出訪問、安全性處理和嵌入式應用。應用層應使用CF服務的接口，不能直接訪問操作系統(tǒng)。網絡功能可以在應用層以下實現(xiàn)，像商用的IP網絡層就可以直接訪問操作系統(tǒng)。對于非CORBA類型的應用，必須使用適配器(adapter)進行轉換。適配器也是一種資源和設備。

應用由一個或多個資源組成。資源接口給軟件構件的控制和配置提供公共的API。應用的開發(fā)者可以通過生成特定的資源接口擴展這些定義，資源接口擴展時至少必須繼承基本的資源接口。另外，設備(Device)與資源是一個類型，它把實際的硬件映射為軟件，便于在應用中使用。3.4軟件下載以及軟件可重配置3.4.1軟件下載的定義軟件無線電技術最初是現(xiàn)代多模式通信系統(tǒng)的解決方案，即側重于在單一通用硬件平臺上實現(xiàn)多模式的通信。雖然軟件重配置是軟件無線電的重要特征，但是早期這種重配置在相當程度上是靜態(tài)的，即在一次有效的通信中，通信系統(tǒng)的狀態(tài)是不變的，而且重配置后的系統(tǒng)特性也是預先內置好的，缺乏靈活性。今天，軟件無線電更多地看做是一種可以通過軟件下載實現(xiàn)可重配置通信終端的技術。這樣的可重配置可以在設備的任何階段實現(xiàn)，從設計階段到生產階段，乃至那些已經被消費者購買的產品均可以實現(xiàn)可重配置，即軟件無線電研究關注的是如何設計一個開放的體系結構，將標準化、模塊化的硬件功能單元通過軟件下載和重配置方式來實現(xiàn)各種類型的無線通信系統(tǒng)。這種需求的出現(xiàn)源于現(xiàn)代移動通信的發(fā)展。由于現(xiàn)代移動通信的標準其種類很多，因此對于用戶而言，在不同的網絡中使用不同的終端是相當不便的，而通過軟件下載進行重配置是實現(xiàn)一機無縫介入多種無線通信系統(tǒng)的關鍵技術，這在軍用通信中也具有相當的吸引力。圖3-19和圖3-20分別顯示了軟件無線電終端和基站通過軟件下載在技術升級或修補漏洞方面所呈現(xiàn)的巨大優(yōu)勢。圖3-19軟件下載實現(xiàn)不同空中接口標準之間的通信以及軟件缺陷修補圖3-20軟件下載實現(xiàn)系統(tǒng)升級軟件下載是指為軟件無線電設備提供重配置數據或者新的可執(zhí)行代碼以改變其操作或性能的過程。軟件下載和重配置技術是軟件無線電與數字無線電的主要區(qū)別，這使通信系統(tǒng)能夠快速、有效地配置成不同的通信標準，可以更快速、更容易適應新技術的發(fā)展。軟件下載可以獲得以下優(yōu)勢：

(1)可以升級無線設備形成新的無線功能或業(yè)務。

(2)修補現(xiàn)有設備中軟件的缺陷。

(3)在空中接口標準不同的區(qū)域之間實現(xiàn)漫游通信。

軟件下載的方法有多種，例如可以通過直接連接下載，采用智能卡(SIM)下載或通過空中接口(OTA)下載。雖然通過空中接口下載具有非常大的優(yōu)勢，不僅可以使下載過程變得非常簡便，而且下載成本大為降低，對無線設備生產商、運營商、用戶等多方均非常有利。其實，我們只需想象一下如果不采用網絡升級，那么計算機庫會有多么麻煩。從圖3-19和3-20中可看出通過空中接口下載所顯現(xiàn)的優(yōu)勢，因此該法是軟件無線電重點考慮的方式。3.4.2軟件下載的內容

軟件無線電中的軟件包括兩個大類：應用軟件和操作軟件(包括操作系統(tǒng)、中間件、驅動程序等)。軟件下載的內容所涵蓋的范圍很寬，從最簡單的用戶應用到空中接口的特性。如果系統(tǒng)的硬件和軟件結構允許完全可編程，那么通過軟件下載實現(xiàn)功能改變可以分為五個層次，如圖3-21所示。圖3-21通過軟件下載實現(xiàn)功能改變的層次第一層次是用戶應用。如電子郵件閱讀器、MP3播放器、游戲、用戶接口等，這些相應的程序在有些地方稱為非無線電軟件，因為它們不改變無線電特性。

第二層次是協(xié)議漏洞的修補。在該層次可以實現(xiàn)對現(xiàn)有通信協(xié)議出現(xiàn)錯誤的修補或升級。

第三層次是新的通信代碼。在該層次可以對終端的物理層到用戶接口的功能進行改變，比如語音編碼的形式可以改變等，這些是在處理器上運行的，但并沒有改變終端軟件之間的接口。

第四層次是新的空中接口。注意，這不同于原來的雙模式終端，現(xiàn)在新的空中接口標準不是終端內已經設置好的，而是通過某種方式下載得到的。第五層次是靈活的空中接口。這是可重配置終端的最高級形式。在這種情況下，當通信發(fā)生時，通過軟件下載對本終端空中接口參數(如調制方式、編碼類型、比特速率等)均按照實際情況重新定義。這種完全靈活的空中接口就是指在通信發(fā)生以前，空中接口的參數都是不確定的，通信雙方根據實際業(yè)務以及鏈路情況來具體商定物理層的參數，比如，語音通信和圖像通信的要求是不同的。因此需要具體情況予以特別對待，這還可以擴展到頻譜的利用上。這個概念和認知無線電的概念相一致，后面將具體介紹。3.4.3軟件下載的過程

實施軟件下載的有兩個主體：一個是下載軟件的提供方，稱為軟件無線電服務器以及配套網絡；另一個是下載軟件的接收方，即軟件無線電設備。無線電軟件的下載大體上可以分為下載前、下載期間、下載后三個階段，每個階段還可以進一步劃分，如圖3-22所示，圖中也相應給出了各個階段的需求和功能。圖3-22軟件下載的過程為了保障軟件無線電設備的下載重配置功能，需要有重配置管理器對無線電軟件的下載、安裝、重配置、原位檢測、恢復等過程進行管理。這樣的重配置管理器位于軟件無線電設備中的一個安全的區(qū)域中，以保證其不會受到重配置的影響。另外，對下載服務器及其網絡也有特殊的要求，即它們也必須有重配置管理器的功能，可以維護當前配置數據庫，安排對軟件無線電設備的下載，能夠支持對大批設備的下載，保存并管理第三方或OEM生產的波形軟件，與軟件無線電設備中的重配置管理器進行通信以協(xié)調軟件下載以及重配置的過程等。另外，軟件下載實際上是將一些數據比特從一個地方移向另一個地方的過程，這些比特的傳輸需要遵循相應的通信協(xié)議，以保證通信的順暢。為了實現(xiàn)軟件下載，特別是通過空中接口進行下載，實現(xiàn)標準化是必須的，可以使下載與無線電接口技術和核心網絡相獨立，以具有最大擴展的可能。這意味著軟件可以采用相同的方式下載到不同的設備上。圖3-23給出了軟件下載標準化的示意圖。

幾個主要的國際組織，如軟件無線電論壇(SDRF)、對象管理組織(OMG)、第三代伙伴計劃(3GPP、3GPP2)、國際電聯(lián)(ITU)等均開展了相應的標準化工作。圖3-23軟件下載標準化的示意圖3.4.4軟件下載需考慮的問題

軟件下載和重配置對軟件無線電系統(tǒng)的影響是全面的。軟件無線電系統(tǒng)的多層視圖如圖3-24所示，可以分為物理層、網絡層、服務層、應用層。圖3-24軟件無線電的多層視圖軟件下載貫穿軟件無線電系統(tǒng)的各個層次，需要考慮如下問題。

1.下載的程度

根據下載的內容覆蓋原系統(tǒng)的程度，我們可以將下載分為部分下載和完全下載兩類。完全下載就是完全替換原系統(tǒng)代碼,這需要較大的系統(tǒng)資源，如帶寬。部分下載只是替換原系統(tǒng)的部分代碼，下載量相對較少，但各層之間的接口通常較為穩(wěn)定。

2.系統(tǒng)單元之間的通信

系統(tǒng)各層以及層內各單元之間均是相互聯(lián)系、共同完成任務的，那么在軟件下載和重配置的過程中必須保持這種通信，無論是完全下載還是部分下載，各個單元之間必須有能力相互發(fā)現(xiàn)，這也稱為綁定。

3.下載的內容

下載的內容可根據其執(zhí)行情況分為可執(zhí)行代碼和數據兩大類。可執(zhí)行代碼就是可供系統(tǒng)主動執(zhí)行功能的代碼；數據是被動執(zhí)行的，例如系統(tǒng)所需的一些參數等。

4.安裝

當內容下載完畢且得到認證后，就可以開始安裝了。根據結構和內容的種類，安裝可以分為以下三類：

(1)離線安裝模式：整個通信終端離線進行安裝，當重新工作時，終端重置進入新狀態(tài)工作。

(2)部分離線安裝模式：對終端暫時沒有用到的部分進行安裝，在安裝過程中，終端的功能受限。

(3)在線安裝模式：即在工作過程中同時完成安裝。

5.對異常情況的預防

終端下載的內容會造成一些異常情況，可能會與系統(tǒng)資源沖突，從而引起死機，處理器過載，要求系統(tǒng)更大的總線流量等。這需要在系統(tǒng)設計時更多地考慮在下載重置時系統(tǒng)的完整性問題。

6.版本管理

這個問題在部分下載的時候是非常突出的，比如什么版本的軟件可以與之配合工作，從一個提供商獲得的軟件是否能被另一個提供商所提供的軟件替代等。

7.軟件下載的標準

在新空中接口標準上運行的終端重配置將需要標準化協(xié)議，以用于傳輸、認證和下載軟件。

8.軟件下載的安全保障

由于下載軟件的來源很多，既可以是原設備提供者，也可以是第三方軟件供應商，因此軟件的安全下載對軟件無線電設備是至關重要的，其核心任務是保證惡意的軟件代碼不能被下載以及激活。安全威脅存在于軟件編寫到軟件下載的各個階段，如軟件本身的有意或無意的漏洞等。同時還需要考慮軟件在下載、存儲、安裝之后，如果安全檢測失敗所需要的恢復措施。安全性需求可以歸納為以下五類：

(1)授權：確認用戶可以訪問數據或使用網絡。

(2)完整性：確認接收的數據在傳輸中沒被修改和破壞。在接收和安裝新軟件之前，軟件無線電設備需要確認下載的數據沒有被修改。采用加密和編碼等技術驗證信息的完整性。

(3)隱私：確保他人不能訪問用戶的個人信息和受保護的設備制造商或軟件發(fā)行者的可執(zhí)行軟件，可以采用加密技術實現(xiàn)。

(4)認證：指可以確認接收原始數據的能力，確認交易的雙方是它們本身，可以采用簡單的口令方法或高級的加密技術實現(xiàn)。認證包括身份認證、消息來源認證、消息內容認證。

(5)認可：接收者和傳送者都肯定各自的行為，采用數字簽名或適當的協(xié)議方法實現(xiàn)。3.5軟件無線電可用的編程語言3.5.1匯編語言匯編語言是一種面向機器的低級語言。它依賴于硬件，能通過巧妙的程序設計充分發(fā)揮硬件的潛力。如果采用匯編語言實現(xiàn)軟件無線電的編程，則需要編程人員熟悉處理器的結構。雖然采用匯編語言開發(fā)處理器芯片能充分利用處理器的軟硬件資源，程序代碼的執(zhí)行效率高，有其性能方面的優(yōu)勢，但是卻延長了開發(fā)周期，降低了開發(fā)效率，而且匯編語言程序在可讀性、可修改性、可移植性和可重用性等方面的缺點日益突出，軟件需求與軟件生產力之間的矛盾日益嚴重。一般情況下，采用匯編語言編程主要用于對運算速度以及實時性要求極高，或者在不能擴展外部存儲器而且片內存儲器又非常有限的條件下。3.5.2高級軟件語言

采用高級語言的目的是使程序與將要執(zhí)行指令的目標處理器相分離，通過編譯器來決定哪一種硬件特定的指令將被執(zhí)行，這與匯編語言是不同的。在軟件無線電應用中，常用的高級語言是C和C++。

1.C語言

DennisRitchie在1972年改進了B語言，在一臺DECPDP-11計算機上開發(fā)出了最早的C語言版本，其主要目的是開發(fā)Unix操作系統(tǒng)。C語言優(yōu)秀的設計和合理的結構使得移植C代碼變得異常容易。Kernighan和Ritchie于1978年出版的《TheCProgrammingLanuage》成為了最成功的計算機學術著作之一。很快C語言得到了推廣，在各種機型上都有了C的不同版本。但這也造成了很大的問題，不同版本的C編譯器往往并不兼容，于是標準C出現(xiàn)了。1989年，美國國家標準協(xié)會制定了一個C語言標準(ANSIC)，Kernighan和Ritchi