如何使用模型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電的IIM和ISM

　　盡管軟件無(wú)線電（SDR）的指導(dǎo)原則是“開(kāi)發(fā)一次，隨處運(yùn)行”，但是每當(dāng)硬件發(fā)生變化時(shí)，所有開(kāi)發(fā)經(jīng)常要重新開(kāi)始。業(yè)界已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，基于文本規(guī)范的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式已無(wú)法滿足SDR硬件和軟件的可移植性要求。這種認(rèn)識(shí)促使下一代通信無(wú)線電的一個(gè)新設(shè)計(jì)方法的產(chǎn)生。該方法基于更高層次抽象描述，采用“基于模型的設(shè)計(jì)”思想，其核心為基于“與實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的模型（IIM）”和“特定實(shí)現(xiàn)的模型（ISM）”的可操作性規(guī)范。聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)（JTRS）的聯(lián)合項(xiàng)目辦公室（JPO）已經(jīng)提出這些可操作規(guī)范的使用指導(dǎo)方針，以便能充分發(fā)揮SDR的潛能。 SDR所提供的無(wú)線電可被動(dòng)態(tài)地編程，以支持不同的波形標(biāo)準(zhǔn)、提供新特性、改善系統(tǒng)性能，以及支持新的業(yè)務(wù)。目前SDR 發(fā)展的推動(dòng)者主要是美國(guó)軍方，他們希望在SDR上實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的JTRS（下一代通信系統(tǒng)）。SDR將讓士兵能在各種通信系統(tǒng)上進(jìn)行通訊，并僅需通過(guò)增加軟件就可模仿任何無(wú)線電的功能。與此同時(shí)，一個(gè)開(kāi)放和可互操作的框架，特別是由軟件通信架構(gòu) （SCA）定義的框架，可顯著減少設(shè)計(jì)、部署和維護(hù)將來(lái)無(wú)線電的費(fèi)用。從目前來(lái)看，由于SDR的低成本優(yōu)勢(shì)，許多商用無(wú)線設(shè)備廠商也逐步開(kāi)始采納SDR架構(gòu)。作為JTRS項(xiàng)目的一個(gè)重要分支，SCA提供了一個(gè)定義在各種軟、硬件之間如何實(shí)現(xiàn)互操作性的開(kāi)放架構(gòu)框架。SCA還提出一個(gè)被設(shè)計(jì)用來(lái)提供不同波形（與GSM和 802.11等標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)似）之間互操作性的核心框架（CF），這些波形作為軟件應(yīng)用用在商業(yè)用途中，可被下載到任何支持SCA規(guī)范的無(wú)線電設(shè)備上。開(kāi)發(fā)復(fù)雜度增加幾乎每次通信技術(shù)的重大進(jìn)步都會(huì)給軟件和硬件設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，SDR也不例外。領(lǐng)先的武器承包商、電子元件供應(yīng)商以及系統(tǒng)集成商目前都在開(kāi)發(fā)下一代SDR，并承諾新的SDR將使無(wú)線通信改頭換面，各種無(wú)線設(shè)備將可以相互操作，新功能的添加也將可通過(guò)軟件下載來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)運(yùn)行在更靈活的硬件上的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線系統(tǒng)與任何波形之間的通信，將是一個(gè)很大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。在當(dāng)今的軍用或商用無(wú)線平臺(tái)中，硬件都是針對(duì)波形進(jìn)行優(yōu)化，特別是射頻部分更是針對(duì)無(wú)線電所工作的狹窄頻段進(jìn)行優(yōu)化。從專(zhuān)用設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向通用設(shè)計(jì)必然會(huì)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能、電源消耗和尺寸大小等方面帶來(lái)不利影響。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)到目前為止，大多數(shù)SDR設(shè)計(jì)工程師一直使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：將系統(tǒng)架構(gòu)師定義的規(guī)范細(xì)化為文檔，用這些文檔指導(dǎo)專(zhuān)注于信號(hào)處理或射頻工程領(lǐng)域的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，然后由這些團(tuán)隊(duì)定義硬件、設(shè)計(jì)電路、編寫(xiě)軟件、運(yùn)行仿真、測(cè)試并生成大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被用來(lái)驗(yàn)證最終實(shí)現(xiàn)結(jié)果是否滿足規(guī)范要求。這種方法的一個(gè)重要問(wèn)題是，許多錯(cuò)誤常常要在原型階段上所有模塊可以一起測(cè)試的時(shí)候才能被檢測(cè)出來(lái)。如果產(chǎn)品原型不滿足規(guī)范，設(shè)計(jì)工程師必須確定問(wèn)題是出自于系統(tǒng)需求、仿真模型、接口，還是目標(biāo)處理器。因?yàn)榻鉀Q問(wèn)題的成本隨著設(shè)計(jì)規(guī)模的增大而不斷增加，所以目標(biāo)處理器出現(xiàn)問(wèn)題將快速增加開(kāi)發(fā)成本。

　　波形可移植性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)雖然這些挑戰(zhàn)不易解決，但與多目標(biāo)開(kāi)發(fā)的要求相比，其難度則遜色多了。每一個(gè)主要的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目都必須考慮各種硬件選項(xiàng)，包括通用處理器（GPP）、DSP、FPGA，而且硬件的選擇常常要到開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)入到一定階段時(shí)才能確定下來(lái)。即使硬件已經(jīng)選定，設(shè)計(jì)工程師也必須對(duì)硬件升級(jí)和外形因子改變有所準(zhǔn)備，以便能完全改變開(kāi)發(fā)方向，比如從DSP轉(zhuǎn)換到FPGA。傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法與特定硬件架構(gòu)相關(guān)聯(lián)，因此為了實(shí)現(xiàn)一種新的硬件平臺(tái)，必須從技術(shù)規(guī)范重新開(kāi)始。意識(shí)到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的局限性，JTRS聯(lián)合項(xiàng)目辦公室提出了一種新的設(shè)計(jì)方法。在該方法中，波形規(guī)范在一個(gè)可執(zhí)行的 IIM（與硬件規(guī)范無(wú)關(guān)）以及一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行的ISM（與硬件規(guī)范有關(guān)）中定義。這種方法有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，IIM和ISM是單個(gè)、明確、可執(zhí)行的波形規(guī)范，可以在團(tuán)隊(duì)、部門(mén)和承包商之間共享；其次，它們提供了一個(gè)高層次的設(shè)計(jì)視角，以進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的分析和折衷，并發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤；最后，它們可降低將波形從一個(gè)無(wú)線電裝置移植到另一個(gè)無(wú)線電裝置的成本，而同時(shí)還支持性能分析、需求分析跟蹤以及高性能波形設(shè)計(jì)。 IIM包含可用來(lái)定義、表征和驗(yàn)證波形行為的信息，波形行為可以被驗(yàn)證和跟蹤是否滿足波形需求文檔中的要求。波形的信號(hào)流、控制流和聯(lián)網(wǎng)方式可以利用波形子系統(tǒng)邊界、子系統(tǒng)抖動(dòng)、延時(shí)和定時(shí)要求、子系統(tǒng)處理要求以及信號(hào)端口采樣次數(shù)等信息來(lái)定義?？蓤?zhí)行的IIM提供一個(gè)測(cè)試臺(tái)來(lái)驗(yàn)證波形功能模塊或者系統(tǒng)是否滿足系統(tǒng)要求，并驗(yàn)證它們的性能。另一方面，ISM反映了預(yù)期實(shí)現(xiàn)被移植到特定無(wú)線電裝置架構(gòu)時(shí)的詳情。該模型包含更多將處理元件分配到各種處理器資源的信息，這可讓設(shè)計(jì)工程師詳細(xì)了解此實(shí)現(xiàn)。它還包括目標(biāo)處理器的執(zhí)行時(shí)間、延遲時(shí)間、存儲(chǔ)器和隊(duì)列大小的模型，這允許波形設(shè)計(jì)工程師以及后續(xù)移植工作能在系統(tǒng)級(jí)層次上理解資源變化帶來(lái)的影響，例如：吞吐量、抖動(dòng)、延時(shí)、存儲(chǔ)器消耗、DC 功率和實(shí)時(shí)性能。