软件无线电技术在5G 移动通信系统中的应用

赵宏 昭通市工业和信息化局/昭通市无线电监测中心

引言

5G 移动通信系统为了应对目前不断加剧的数据流量和满足广大用户的信息网络需求应运而生。5G 移动通信系统的应用将会给移动互联网用户提供更高效更鲜活的体验；同时也会给物联网设备提供更多的互联密度，很大程度上降低物联网设备互联的成本，并降低对设备的能耗，提高设备接入的效率，有助于对物联网行业的规范和管理；5G 移动通信系统还会给制造业、工业、等行业提过高效的信息沟通能力，把各个实体行业的互联密度进行优化，加强互联实体之间的业务往来。

5G 移动通信系统应用的核心理念就是给网络业务提供最优化最便捷的服务，按需提供服务是5G 移动通信系统的核心。5G 移动通信系统不仅是移动通信系统的革命，更是网络时代的一次全新升级。但是在5G移动通信系统运营的过程中，由于多种无线网络的共存，所以在多种网络之间很难实现互通和优化资源配置。软件无线电技术在5G 移动通信系统中的应用有效的解决了这一难题。

1 软件无线电概述

1.1 软件无线电内容

现阶段无线电技术的飞速发展，软件无线电的诞生在无线工程中逐渐代替了很多旧的系统体系，软件无线电在设计方式和理念上更进一步。不仅是一个硬件通用的平台，还把无线电功能的各个构件，使其软件化来实现软件无线电技术在5G 移动通信系统中的应用。将更多的硬件设施软件化，这种设计理念和思想在通信技术团队的努力研究中最终得到了实现，并在通信技术行业中得到了很好的应用效果。软件无线电通过硬件平台按照不同的环境需求进行按需应用，使其不同的无线电通信功能，在通过软件无线电技术来转化和统一起来，最终实现5G 移动通信系统的全面应用和覆盖。简而言之，软件无线电就是根据不同的软件模块来配备硬件设施，其中硬件设施和软件模块一样能够不断的更新和升级换代，保证硬件设施和软件模块能够同步配套。

1.2 软件无线电的特点

1.2.1 可重构性特点。

软件无线电可重构性就是指软件无线电系统可以根据实际情况，满足实际需求进行改变的功能，其中软件模块和硬件设施都必须同时具备可重构能力。

1.2.2 灵活性强的特点。

软件无线电技术灵活性强的特点主要表现在为满足实际需求进行重构的条件下，依然能够使用重构后的软件无线电技术的应用。

1.2.3 模块化结构特点。

软件无线电主要是由各个硬件和软件模块组成的，其中的硬件模块和软件模块都是相对独立但是又相互关联的，所以这就要求各个硬件模块和软件模块之间必须要有一套逻辑系统进行控制，才会保证各个模块之间正常工作。

1.2.4 开放性强的特点。

由于软件无线电是由硬件模块和软件模块组成的，而且软件模块会根据需要进行更新或升级，硬件模块同样具有软件模块的特性，也是需要进行更新和升级，实现了软件无线电能够同时对新旧体制的电台进行通信功能。

软件无线电技术就是通过把硬件“软件化”，从而解决通信系统中的硬件系统结构对移动通信系统应用的阻碍。通过把硬件“软件化”来降低系统应用成本以及提高系统维护升级的便利，宠儿实现各个无线电系统的互联和兼容效果。最终实现5G 移动通信系统的应用。

2 软件无线电在5G 移动通信系统中的应用研究

2.1 软件无线电的构造

软件无线电主要借助宽带上下变电器和通信频和网络发挥其作用。软件无线电的射频主要由多倍频程宽带低噪声接收放大器、功率控制器、自动增益控制器、发送全双工器组成。由于实际应用过程中的信号频率很高多以必须要增加高频模拟器件和一些软件模块来满足。软件无线电的中频主要由宽带ADCDCA、数字上下变频器、正交调制调节器组成，中频的主要任务是进行滤波器配置、多路信道选择等的速率方面的相互转换。基建部分的主要任务就是对基带信号进行编程处理。但是由于目前专业技术的局限性，还无法满足大宽带、整体动态、超快速度的ADCDAC 的需求。

2.2 软件定义网络 (SDN)

软件无线电思想引入网络,强调用软件的方式定义网络,传统的网络是基于实体硬件交换机来进行网络划分和管理,软件定义网络(SDN) 通俗讲就是在基于操作系统上用软件进行网络划分和管理。软件定义网络的目的就是把网络变得高效、更灵活、更开放，所以，软件定义网络作为现代化的新型网络架构必须做到管理控制软件化，这样才能真正实现网络的高效、开发、灵活的目标。软件定义网络的具体操作就是把网络的控制平面与数据平面分离，为了方便管理控制，在网络的控制平面为用户提供编程接口，数据平面还是保存在硬件模块中，这样更有利于数据的储存空间扩大和安全。在网络操作系统中，我们可以把网络中的全部资源都列入管理的范围中去，只需要在网络操作系统中抽象出一个管理系统，把数据层和应用层进行统一管理和编程接口。

2.3 关键技术

2.3.1 Open Flow 交换机

随着互联网的不断发展，互联网业务对互联网的传输质量要求是越来越高了，所以必须要修改互联网来满足新业务的需求。为此，设计人员开始了一系列的设计方案，OpenFlow 就是设计人员提出的一种新型网络交换模型，与此相应的，他们还成立了OpenFlow 交换机论坛(The OpenFlow Switch Consorlium，后文简称OpenFlow 论坛)。OpenFlow 交换机实现了数据层的转发，其主要是由流表、安全通道与Open Flow 协议组成。控制器是通过这个借口来实现控制和管理交换机的，同时还能接收交换机的信息和向交换机发出数据包。Open Flow交换机接收到数据包后,首先在本地的流表上查找转发目标端口,如果没有匹配,则把数据包转发给Open Flow 控制器,由控制器决定转发端口或丢弃。Open Flow 交换机既具有常用的商业交换机的转发模块,又具有Open Flow 的转发逻辑,因此支持Open Flow 的交换机可以采用两种不同的方式处理接收到的数据包。其基本机构可以参考下图一。

图一，Open Flow 交换机的结构图

2.3.2 Open Flow 控制器

Open Flow 控制器主要具有管理整个网络的Open Flow 交换机、流表的下发、向用户提供应用编程接口等功能。Open Flow 控制器是整个Open Flow 网络的大脑,用户开发的各种网络应用程序均运行在控制器上,通过安全通道能够动态添加、删除和更新各交换机上的流表以达到对网络行为和功能的动态控制,这打破了传统网络架构固定僵化的局限,为网络业务的创新和网络对新型业务的适应能力提供了基础。

3 结语

软件无线电技术作为5G 移动通信系统应用过程中的重要技术，通过对硬件“软件化”来实现各种无线电的互联和兼容，在很大程度上降低了5G 移动通信网络在运营过程中的成本投入，为后期的维护和升级提供了便利条件，其中，软件定义网络作为一种高效、灵活、开发的新型网络体系结构，为未来的网络自动化、安全化发展打下了基础。