试述软件无线电的含义及其应用技术

试述软件无线电的含义及其应用技术

卢连福谭荣明

关键词：现代通信软件无线电概念技术

0引言

现代通信的主要任务就是迅速而准确地传输信息。早期的通信手段是非常原始的，古代用烽火、狼烟、击鼓鸣金等方式通过声、光进行通信。随着文明的进步，又出现了以马匹、信鸽等为运载工具来传递消息。而对现代文明以及社会发展影响最深的通信方式莫过于电通信系统的出现及应用。随着电子管的出现，模拟通信得到了极大的发展。但随着香农信息论的提出，晶体管的出现，高速数字计算机的应用，以及ISDN和ATM等新技术的问世、发展及其应用，数字通信进入了它的全盛时期。下面介绍一下软件无线电产生的背景和应用。

1软件无线电的概念

以下我们先谈谈软件无线电系统的基本思想及其优越性，以充分认识软件无线电产生的必要性与必然性。

1.1完全数字化由于软件无线电的基本思想之一就是力图从通信系统的基带信号直至中频、射频段进行数字化处理，因此，它是一种比目前任何一个数字通信系统的数字化程度都要高得多的全数字化通信系统。

1.2完全的可编程性软件无线电通过一种通用的硬件平台，将通信的各种功能实现完全由相应软件运行来完成。它包括：宽频段内的可编程的信道调制方式、可编程的射频与中频频段、可编程的信道解调方式、信源编码、解码方式等等。

1.3系统升级的便捷性与系统功能的可扩充性由于软件无线电通信系统的功能更多体现在软件上，因此，系统的升级只需改变相应的软件，即对软件的升级即可。显然，它比以往对硬件电路的设计与改进更加快捷。通过软件工具可扩展通信系统业务、分析无线通信环境、定义所需扩展增强的各项通信业务。

1.4系统便于实现模块化利用软件无线电的基本思想，对现行的通信系统均可实行模块化设计，模块的物理及电气接口性能指标符合统一、开放的标准。通过更换单一模块，可以维护或提高系统的性能，也便于系统间复用。

根据上述软件无线电的这些特点，再结合它在宽频段内可编程的特性，一方面使其符合军事上三军协同快速通信的需要；另一方面在民用领域，由于它可以通过软件编程，保持一种硬件平台结构的通用性。所以在移动通信领域内，可以对不同体制进行综合兼容，真正实现移动通信系统中—机在手，漫游天下的设想及其优越性。因此，软件无线电思想及技木的提出与实现是非常必要的。

2软件无线电的关键思想

软件无线电是将模块化，标准化的硬件单元以总线方式连接构成基本平台，并通过软件加载实现各种无线电功能的一种开放式体系结构。软件无线电的关键思想是：将A/D/A尽可能靠近天线；用软件来完成尽可能多的无线电功能。对于软件无线电的认识应该注意：软件无线电并不是不要硬件，而是把硬件作为一个基本平台。这个平台具有两个特点：①模块化、标准化；②以总线方式连接。一个典型的软件无线电平台可以将硬件单元划分成射频、中频、基带、信源和信令等各层，它们具有模块化结构，各层之间的连接通过控制总线和数据总线实现。软件无线电与软件控制的数字无线电（digitalRadio）有着根本的区别：软件无线电的最终目的就是要使通信系统摆脱硬件系统结构的结构。在系统结构相对通用和稳定的情况下，通过软件实现各种功能使得系统的改进和升级非常方便且代价小，并且不同的系统间能够互联和兼容；而数字无线电的进一步发展并不能作到这一点，它只能导致对硬件和系统结构的更多的依赖。软件无线电是一种开放的系统结构。这种开放性包含三个方面的含义，即对使用的开放性、对生产的开放性和对研制的开放性。这三个开放性将同时给用户、厂家和科研部门带来好处。软件无线电具有灵活性和集中性两大优点。灵活性即可以任意地转换信道接入方式，改变调制方式或接收不同系统的信号等，利用这一特点，可以实现对现有多种体制的“无缝”连接。集中性即多个信道享有共同的射频前端与宽带A/D/A转换器，以获取每一信道相对廉价的信号处理性能。

3软件无线电的关键技术

软件无线电是近五年发展起来的新兴技术，对它的研究还处于起步阶段，许多技术问题需要解决，其中的关键技术有以下几个方面。

3.1开放式总线结构及实现软件无线电的一个重要特点是其开放性，这主要体现在软件无线电所采用的开放式标准化总线结构上，只有采用先进的边准化总线，软件无线电才能发挥其适应性广、升级换代方便等特点。由于软件无线电的研制国内外都起步不久，在研制开发过程中，必须逐步形成标准化的硬件平台和软件平台，而标准化的总线则是构筑上述两个平台的奠基石。现有的软件无线电研究和实验系统中一般采用双总线结构，既：控制总线和高速数据总线。控制总线结构，如VME总线、PCI总线等，尽可能采用现有的工业标准，以便与利用已有的软件及硬件平台，加快开发速度。为了适应软件无线电的需求，可将VME总线作为软件无线电的首选总线。高速数据总线结构则是软件无线电体系结构的关键，目前还没有形成标准，世界各国都在努力研究，以期待得到适合软件无线电高速数据处理的总线结构标准。

3.2宽带智能天线宽带智能天线在软件无线电通信中具有非常重要的功能。这是软件无线电不可替代的硬件出入口，只能靠硬件本身来完成，不能靠软件加载实现全部功能。它既有一个较宽的频率覆盖范围(如通常要求2—2000MHz宽)，又具有自动感知干扰源的存在，并抑制其影响的能力，也具有自动增强所需信号的能力，并可兼容各种无线电通信制式。它比传统的天线(如采用扩频技术或强定向天线等手段)具有更强的抗干扰能力。

3.3模数转换（A/D/A）在前面文中，我们已知软件无线电结构的基本待征之一是将A/D转换部分尽可能靠近射频天线，以在系统中尽早将模拟信号数字化，这样后级就可采用DsP等通用硬件来进行处理。因此，高速A/D/A转换在软件无线电系统中实际上作为一个标准接口，将RF/IF部分和通用数字/软件部分联接起来。因此，对软件无线电系统中A/D/A转换器的要求很高：高速A/D/A转换和数字/软件部分必须满足系统带宽；相应处理能力的要求；并具有良好的通用性。

3.4高速信号处理部分软件无线电系统性能在很大程度上依赖于其DSP的处理速度，限制其发展的一个较大障碍就是DSP硬件处理的速度。现有的A/D转换器的抽样率、分辨率、转换精度已基本达到实用软件无线电结构的系统可应用的程度，因此在由软件控制的专用数字信号处理器件的应用中，尤其是软件无线电系统对DSP器件的处理速度要求更高。