JP6922073B2 - ソフトウェア無線機 - Google Patents

Description

本開示はソフトウェア無線機に関する。

ソフトウェア無線機は、ソフトウェアプログラムによって無線機の実行プログラムを切り替えることにより、無線機における同一のハードウェアリソースで複数の無線通信方式に対応できる無線機である。ソフトウェア無線機においては、ネットワークから所望の機能を定義したファイルをダウンロードすることによって、ソフトウェア無線機内のモジュールの構成を変更し、複数の無線通信方式を実現するようになっている。ソフトウェア無線機においては分散オブジェクト技術を利用して複数のソフトウェアプログラムを部品（コンポーネント）として組み合わせて無線機機能を実現するものが開発されている。

無線機機能は、変復調方式、周波数等及びその用途に適合した機能を実現するソフトウェアプログラムをダウンロードすることによって実現する。ＣＯＲＢＡ（Common Object Request Broker Architecture）のような分散オブジェクト技術を利用すれば、変復調を行うモデム部や、セキュリティ部、通信方式部（プロトコル部）、制御部等のソフトウェアプログラム（無線通信ソフトウェア）がシステム上に分散されて配置されていても、相互接続を行うことができ、全体としてソフトウェア無線機システムを実現することができる。

特開２００４−２７４３００号公報

ソフトウェア無線機はソフトウェアプログラムを実行するＣＰＵとハードウェアリソース構成するリコンフィグラブルモジュールおよびスタティックモジュールで構成されるが、ＣＰＵと各モジュールとのインタフェースはモジュールごとに異なっていた。

本開示の課題は、ＣＰＵとハードウェアリソースのインタフェースが共通化されたソフトウェア無線機を提供することにある。

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 すなわち、ソフトウェア無線機は複数のハードウェアモジュールを有し、前記複数のハードウェアモジュールを制御する無線通信ソフトウェアを外部よりダウンロードして無線機機能を実現する。前記ハードウェアモジュールは、ＣＰＵ、リコンフィギュラブルモジュールおよびスタティックモジュールの少なくとも一つで構成される。前記ＣＰＵと前記リコンフィギュラブルモジュールおよび前記スタティックモジュールとのインタフェースは所定パターンに分類して構成される。

上記ソフトウェア無線機によれば、ＣＰＵとハードウェアリソースのインタフェースを共通化することができる。

ソフトウェア無線機を説明する図である。 ソフトウェア無線機のソフトウェア構造を示す図である。 ソフトウェア無線機を構成する半導体装置を示す図である。 リコンフィギュラブルモジュールのインタフェース部の構成を示す図である。 ＣＰＵとリコンフィギュラブルモジュールおよびスタティックモジュールとの接続関係（使用パターン）を説明するブロック図である。 ＣＰＵとリコンフィギュラブルモジュールおよびスタティックモジュールとの接続関係を説明する図である。 使用パターン例を示す図である。 使用パターンのポリシを示す図である。

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。

ソフトウェア無線技術とは、ハードウェアそのものには変更を加えることなく、制御ソフトウェアを変更することによって無線通信方式を切り替えることが可能な無線通信技術である。図１にソフトウェア無線機１００の概要を示す。ソフトウェア無線機１００のハードウェアモジュールとしては、アンテナ１０１、高周波部１０２、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａ部１０３、デジタル信号処理部１０４、制御部１０５を含む。アンテナ１０１は無線周波数信号の送受信を行う。高周波部１０２は、アンテナ１０１で受信した無線周波数帯の受信信号を低周波数帯の受信信号に変換する、または低周波数帯の送信信号を無線周波数帯の送信信号に変換する。Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａ部１０３は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換する、または送信するデジタル信号をアナログ信号に変換する。デジタル信号処理部１０４は、送信信号の符号化、受信信号の復号等の処理を行う。制御部１０５は、例えばソフトウェアプログラムを格納するメモリとそのメモリに格納されたソフトウェアプログラムを実行するＣＰＵとを備え、ネットワーク１０６を介して制御端末１０７からの制御を受けるとともに、ソフトウェア無線機のハードウェアモジュールの制御を行う。

図２にソフトウェア無線機１００のソフトウェア構造を示す。

ハードウェアモジュール２２０〜２２２はそれぞれ図１の高周波部１０２、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａ部１０３、デジタル信号処理部１０４に相当する。ハードウェアデバイスドライバー２１０〜２１２はそれぞれ、これらのハードウェアモジュール２２０〜２２２を駆動する。これらは所定のＯＳ（Operating System）２０９上で動作するが、ＣＯＲＢＡミドルウェア２０８により、アプリケーションとＯＳ・ハードウェアとが分離可能とされている。ソフトウェア無線機１００に電源投入されると、まずＯＳ２０９、ハードウェアデバイスドライバー２１０〜２１２、ＣＯＲＢＡミドルウェア２０８が起動される。続いて、環境ソフトウェア２１５が起動される。環境ソフトウェア２１５はソフトウェア無線機１００が動作するために、常時起動されている必要のあるソフトウェアプログラムであり、ユーザインタフェースソフトウェア２０１、ドメイン管理ソフトウェア２０２、ハードウェア管理ソフトウェア２０４、ハードウェア制御ソフトウェア２０５〜２０７が含まれている。ハードウェア制御ソフトウェア２０５〜２０７もそれぞれハードウェアデバイスドライバー２１０〜２１２に対応して設けられ、これらを制御する上位のソフトウェアプログラムである。

ソフトウェア無線機１００の特徴として、フィルタ、変復調、等化、同期機能などの無線機能をプログラブル化し、ソフトウェアプログラムの書き換えにより無線パラメータである変調方式、送受信周波数、帯域幅、伝送速度などのシステム固有の無線機能を変更可能としている。これら書き換えられるソフトウェアプログラムが、無線通信ソフトウェア２０３である。このため、無線通信ソフトウェア２０３は電源投入時でも起動可能だが、その多くはユーザインタフェースソフトウェア２０１からの指示に基づいて起動する。

ユーザインタフェースソフトウェア２０１は、ドメイン管理ソフトウェア２０２および無線通信ソフトウェア２０３と接続・通信する。ドメイン管理ソフトウェア２０２はユーザインタフェースソフトウェア２０１の他、ハードウェア管理ソフトウェア２０４と接続し、ハードウェア管理ソフトウェア２０４はハードウェア制御ソフトウェア２０５，２０６，２０７と接続する。ハードウェア制御ソフトウェア２０５，２０６，２０７は、無線通信ソフトウェア２０３とハードウェアデバイスドライバー２１０，２１１，２１２と接続し、無線通信ソフトウェア２０３はユーザインタフェースソフトウェア２０１とハードウェア制御ソフトウェア２０５，２０６，２０７と接続する。

図３にソフトウェア無線機１００を構成する半導体装置１０を示す。

ソフトウェア無線機１００を構成する半導体装置１０はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）の汎用メモリと論理回路でソフトプロセッサとして構成されるＣＰＵ１１と、ハードウェア構成や結線などもプログラムによって動的に変更可能（再構成可能）なリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２と、ハードウェア構成や結線などもプログラムによって設定は可能であるが動的に変更しないスタティックモジュール（ＳＭ）１３と、で構成される。図１の制御部１０５はＣＰＵ１１を含み、デジタル信号処理部１０４はリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２で構成され、リレー切替え等のハードウェアはスタティックモジュール（ＳＭ）１３で構成される。データ伝送制御部であるＣＰＵ１１はコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２およびスタティックモジュール（ＳＭ）１３へのパラメータ設定要求やパラメータ取得要求を制御する。ハードウェアモジュールは、ＣＰＵ１１、リコンフィギュラブルモジュール１２およびスタティックモジュール１３の少なくとも一つで構成される。

図４にリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２のインタフェース部の構成を示す。

リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２はレジスタ１２１と異常確認回路１２２とを備える。レジスタ１２１にはプリミティブのパラメータであるREQUEST_DATA信号と変更完了通知であるREQUEST_WEA信号が入力され、レジスタ１２１は設定したプリミティブのパラメータの折返しデータであるCONFIRM_DATA信号を出力する。異常確認回路１２２にはCONFIRM_DATA信号が入力され、異常確認回路１２２はプリミティブのパラメータの異常確認結果であるCONFIRM_ERR_CODE信号を出力する。スタティックモジュール（ＳＭ）１３もリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２と同様である。

図５にＣＰＵ１１とリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２およびスタティックモジュール（ＳＭ）１３との接続関係を説明するブロック図を示す。図６にＣＰＵ１１とリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２およびスタティックモジュール（ＳＭ）１３との接続関係を説明する図を示す。

ＣＰＵ１１とリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２およびスタティックモジュール（ＳＭ）１３との接続関係（インタフェース）には三つのパターンがある。

一つ目のＡパターンはＣＰＵ１１とリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２との間でパラメータ設定およびパラメータ取得を行う。図６の項番１、２に該当する。ＣＰＵ１１は、リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２にパラメータ設定を行う場合、例えば、アドレス０ｘ４０Ｘ００００にREQUEST_DATA信号の内容を書き込む。リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２は異常確認回路１２２で異常を確認し、例えばアドレス０ｘ４０Ｘ１０００にCONFIRM_ERR_CODE信号を書き込む。CONFIRM_ERR_CODE信号は、例えば正常の場合０ｘ００００、タイマエラーの場合０ｘ１１１１である。ＣＰＵ１１は、変更完了通知する場合、例えばアドレス０ｘ４０Ｘ０００８にREQUEST_WEA信号の内容を書き込む。ＣＰＵ１１は、リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２からパラメータ取得を行う場合、例えば、アドレス０ｘ４０Ｘ１００８からCONFIRM_DATA信号の内容を読み出す。

二つ目のＢパターンはＣＰＵ１１とリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２との間でパラメータ設定およびパラメータ取得を行い、ＣＰＵ１１とスタティックモジュール（ＳＭ）１３との間でパラメータ設定およびパラメータ取得を行う。図６の項番１〜４に該当する。リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２に接続するＣＰＵ１１の汎用ＩＯポートと、スタティックモジュール（ＳＭ）１３に接続するＣＰＵ１１の汎用ＩＯポートと、は異なる。ＣＰＵ１１がリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２にパラメータ設定要求またはパラメータ取得要求する場合は、Ａパターン（図６の項番１，２）と同じである。ＣＰＵ１１がスタティックモジュール（ＳＭ）１３にパラメータ設定要求またはパラメータ取得要求する場合は、図６の項番３，４に該当し、項番３，４の接続モジュールの蘭において、ＲＭが×、ＳＭが○の行に該当し、ＣＰＵ１１がリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２にパラメータ設定要求またはパラメータ取得要求する場合と同様に行われる（ただし、アドレスは異なる）。

三つ目のＣパターンでは、ＣＰＵ１１とスタティックモジュール（ＳＭ）１３との間でパラメータ設定およびパラメータ取得を行い、ＣＰＵ１１はスタティックモジュール（ＳＭ）１３に要求したパラメータ設定およびパラメータ取得をリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２に通知する。なお、リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２からＣＰＵ１１にCONFIRM_ERR_CODE信号は伝送されない。図６の項番３、４に該当する。リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２に接続するＣＰＵ１１の汎用ＩＯポートと、スタティックモジュール（ＳＭ）１３に接続するＣＰＵ１１の汎用ＩＯポートと、は同じである。ＣＰＵ１１がリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２とスタティックモジュール（ＳＭ）１３にパラメータ設定要求またはパラメータ取得要求する場合は、図６の項番３，４の接続モジュールの蘭において、ＲＭが○、ＳＭが○の行に該当し、ＣＰＵ１１がリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２にパラメータ設定要求またはパラメータ取得要求する場合と同様に行われる（ただし、アドレスは異なる）。

図７に使用パターン例を示す。

図７の項番１，２に示すように、Ａパターンは、リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２に対し、例えば、変調信号を測定用の信号に設定（例えば、連続データ出力に設定、または単発データに出力に設定）する「測定モード設定」や測定モード設定で設定される測定を行う「測定送信開始」などに使用する。

図７の項番３に示すように、Ｂパターンは、例えば、リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２に対し送信するための出力値を設定し、スタティックモジュール（ＳＭ）１３に対し送信出力値に応じた外部モジュール（例えば、パワーアンプ（ＰＡ）モジュール）を設定する「送信出力設定」などに使用する。

図７の項番４、５に示すように、Ｃパターンは、例えば、リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２に対しアンテナの切替え情報のみを通知し、スタティックモジュール（ＳＭ）１３に対しアンテナの切替えを行う「アンテナ切替え」に使用したり、リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２に信号の折返し情報のみを通知し、スタティックモジュール（ＳＭ）１３に対し信号の折返しを行う「折返し」に使用したりする。

図８に使用パターンのポリシを示す。

図８の項番１に示すように、Ａパターンは、例えば、ＭＯＤＥＭ等の信号処理を行うリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２のみに要求される情報を使用する場合、すなわち、特定の通信方式に使用する情報の伝送に使用する。

図８の項番２に示すように、Ｂパターンは、例えば、ＭＯＤＥＭ等の信号処理におけるGAIN制御を行うリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２およびハードウェアにおけるVATT制御を行うスタティックモジュール（ＳＭ）１３の両者に要求される情報を使用する場合、すなわち、特定の通信方式で使用する情報の伝送に使用しつつ、ハードウェアに対しても使用する情報の伝送に使用する。

図８の項番３に示すように、Ｃパターンは、例えば、ハードウェアにおけるリレー切替えを行うスタティックモジュール（ＳＭ）１３のみに要求される情報であるが、リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２に対しても通知する場合、すなわち、特定の通信方式で使用する情報の伝送には使用せず、ハードウェアに対して使用する情報の伝送に使用する。

実施形態によれば、ＣＰＵ１１とリコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）１２とスタティックモジュール（ＳＭ）１３とのインタフェースをパターン化することにより、インタフェースの共通化ができるので、各ハードウェアモジュールの設計が簡素化され、設計効率を向上することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明、本実施形態は、無線通信機、無線通信システムなど、特にＣＰＵとハードウェアリソースのインタフェースが共通化されたソフトウェア無線機に利用可能である。この出願は、２０１８年３月１９日に出願された日本出願特願２０１８−０５０７８５を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

１０：半導体装置、１１：ＣＰＵ、１２：リコンフィギュラブルモジュール（ＲＭ）、１２１：レジスタ、１２２：異常確認回路、１３：スタティックモジュール（ＳＭ）、１００：ソフトウェア無線機、１０１：アンテナ、１０２：高周波部、１０３：Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａ部、１０４：デジタル信号処理部、１０５：制御部、１０６：ネットワーク、１０７：制御端末、２０１：ユーザインタフェースソフトウェア、２０２：ドメイン管理ソフトウェア、２０３：無線通信ソフトウェア、２０４：ハードウェア管理ソフトウェア、２０５〜２０７：ハードウェア制御ソフトウェア、２０８：ＣＯＲＢＡ、２０９：ＯＳ、２１５：環境ソフトウェア。

Claims (4)

1. 複数のハードウェアモジュールを有し、前記複数のハードウェアモジュールを制御する無線通信ソフトウェアを外部よりダウンロードして無線機機能を実現するソフトウェア無線機であって、
   前記ハードウェアモジュールは、ＣＰＵ、リコンフィギュラブルモジュールおよびスタティックモジュールの少なくとも一つで構成され、
   前記ＣＰＵと前記リコンフィギュラブルモジュールおよび前記スタティックモジュールとのインタフェースは所定パターンに分類して構成され、
   前記所定パターンは第一パターンと第二パターンと第三パターンとを有し、
   前記第一パターンは前記リコンフィギュラブルモジュールで構成される信号処理部の通信方式の設定する場合に使用し、
   前記第二パターンは前記通信方式の設定し、かつ前記スタティックモジュールで構成されるハードウェアに対する設定する場合に使用し、
   前記第三パターンは前記通信方式での設定には使用せず、前記ハードウェアに対する設定に使用するソフトウェア無線機。
2. 請求項１のソフトウェア無線機において、
   前記第一パターンでは、前記ＣＰＵと前記リコンフィギュラブルモジュールとの間で第一情報を伝送し、
   前記第二パターンでは、前記ＣＰＵと前記リコンフィギュラブルモジュールとの間で第二情報を伝送し、前記ＣＰＵと前記スタティックモジュールとの間で第三情報を伝送し、
   前記第三パターンでは、前記ＣＰＵと前記リコンフィギュラブルモジュールとの間で第四情報を伝送し、前記ＣＰＵと前記スタティックモジュールとの間で前記第四情報を伝送するソフトウェア無線機。
3. 請求項２のソフトウェア無線機において、
   前記第一パターンでは、前記ＣＰＵから前記リコンフィギュラブルモジュールに第一パラメータ設定要求信号および第一変更完了通知信号を伝送し、前記リコンフィギュラブルモジュールから前記ＣＰＵに前記第一パラメータ設定要求信号に対する応答信号および前記第一パラメータ設定要求信号に含まれていたパラメータ設定値を伝送し、
   前記第二パターンでは、
   前記ＣＰＵから前記リコンフィギュラブルモジュールに第二パラメータ設定要求信号および第二変更完了通知信号を伝送し、前記リコンフィギュラブルモジュールから前記ＣＰＵに前記第二パラメータ設定要求信号に対する応答信号および前記第二パラメータ設定要求信号に含まれていたパラメータ設定値の応答信号を伝送し、
   前記ＣＰＵから前記スタティックモジュールに第三パラメータ設定要求信号および第三変更完了通知信号を伝送し、前記スタティックモジュールから前記ＣＰＵに前記第三パラメータ設定要求信号に対する応答信号および前記第三パラメータ設定要求信号に含まれていたパラメータ設定値の応答信号を伝送し、
   前記第三パターンでは、
   前記ＣＰＵから前記リコンフィギュラブルモジュールに第四パラメータ設定要求信号および第四変更完了通知信号を伝送し、前記リコンフィギュラブルモジュールから前記ＣＰＵに前記第四パラメータ設定要求信号に含まれていたパラメータ設定値の応答信号を伝送し、
   前記ＣＰＵから前記スタティックモジュールに前記第四パラメータ設定要求信号および前記第四変更完了通知信号を伝送し、前記スタティックモジュールから前記ＣＰＵに前記第四パラメータ設定要求信号に対する応答信号および前記第四パラメータ設定要求信号に含まれていたパラメータ設定値の応答信号を伝送するソフトウェア無線機。
4. 請求項３のソフトウェア無線機において、
   前記リコンフィギュラブルモジュールおよび前記スタティックモジュールのそれぞれは、
   パラメータ設定要求信号および変更完了通知信号が入力され、前記パラメータ設定要求信号に含まれていたパラメータ設定値を出力するレジスタと、
   前記パラメータ設定値の異常を確認し、前記パラメータ設定要求信号に対する応答信号を出力する異常確認回路と、を備えるソフトウェア無線機。

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