浅谈软件无线电技术

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摘要：本文综述软件无线电技术的概念、特点及结构，阐明了软件无线电技术关键技术实现难点，及无线电台多频段、多工作方式互通问题的解决思路。

关键字：软件无线电 宽带天线

【分类号】：TM73

软件无线电技术最初起源于美国军方。在海湾战争期间，由于美军陆、海、空三军的通信装备在工作频段、通信体制、信息传输格式等方面各自为政、互不兼容，虽然解决了三军间的相互干扰问题，却也因此导致在联合作战时各军兵种无法进行快速沟通、互传信息和情报，没有形成真正意义上的联合作战。于是，在1992年5月的全美电信系统年会上，MITRE公司的资深科学家Joe Mitola提出了软件无线电技术，用以解决美军三军之间无线电台多频段、多工作方式互通问题。

1.软件无线电的概念和基本思想

软件无线电定义为：能够实现充分可编程通信，对信息进行有效控制，覆盖多个频段，支持大量波形和应用软件的通信设备。简而言之，软件无线电就是一种用软件实现物理层连接的无线通信设计。

软件无线电的基本思想是在一个标准化、模块化的硬件平台上，通过软件编程来实现无线电台的各种功能。未来新系统的升级、新产品的开发将逐步转到软件上来，这是无线电通信继固定通信到移动通信、模拟通信到数字通信之后的第三次革命，它将通过与现代微电子技术、软件技术和数字通信技术的结合，实现真正的多媒体、多模式的个人通信系统这一软件无线电的最终目标。

需要区分的是，目前使用的全数字化无线电台虽然也采用了软件控制和数字处理技术，但他们并不属于真正的软件无线电。其根本区别在于，软件无线电的结构和功能是完全可编程的，它的工作频段、信道接入模式和信号调制解调的方式都是可以通过编程来满足实际需要，而这些功能全数字化无线电台是无法实现的。

2.软件无线电的主要特点

（1）功能实现灵活

软件无线电的功能是可编程的，因此实现灵活，例如对信道带宽、调制方式及编码方式进行动态调整，以适应不同网络标准、通信负荷及用户需要的变化。它还可以与其他任何体制的电台实现空中接口，进行不同制式间的通信，也可以作为其它电台的射频中继。

（2）系统升级成本低

由于采用标准化、模块化的结构，其硬件可以随器件和技术的发展而更新或扩展，软件也可以随需要不断升级。模块的通用性强，能在不同的系统和系统升级时复用。因此在技术更新时，只需更换个别的模块即可，也可将更换下来的模块用于其他需求不同的系统，大大节约费用开支；

（3）生命周期长

软件无线电具有多频段、多功能通信的能力，因此不仅能与新体制电台通信，也可以与旧体制电台相兼容，这样既延长了旧体制通信系统的使用寿命，也保证了软件无线电本身有很长的生命周期。

（4）支持网络功能强

软件无线电技术支持软件可以通过无线方式载入，增添新的功能和软件升级都非常方便。例如，在民用方面，当用户到其他国家或者地区时，仅仅需要通过软件无线电装置空中接收该地区的通信标准，下载后即可利用该通信标准进行通信。

3.软件无线电的理想结构

这是一种理想化的结构，完全符合软件无线电的标准，把模拟电路的数量减少到了最低限度，将整个结构的数字化程度提高到最大的程度，即将天线接收的信号经过滤波放大后，直接由A/D（模数转换器）进行采样处理。但是这也对模数转换器的性能提出了更高的要求。因为射频的频率范围最高可达1、2GHz，射频低通采样频率必须至少是射频频率的2倍，也就是要达到2.4GHz才能完全采样。就目前的硬件技术来看，即使如此高的采样频率可以实现，那么在后续的DSP（数字信号处理器）也难以满足要求。同时，这也是目前软件无线电子的一个技术难点。

4.软件无线电的关键技术及实现难点

（1）宽带天线和RF（射频）模块

软件无线电要求天线的频率覆盖是2～2000MHz，并可以用程序控制方法对天线功能及参数进行设置。根据当前国内外宽带天线的技术水平，研制全频段的宽带天线是不现实的。在实际应用中，可以采取组合多频段天线来实现，借鉴美军软件无线电Speakeasy（易通话）方案，分三段来实行，2～30MHz、30～500 MHz、500～2000MHz，这样在技术上比较可行，也不影响战术使用的要求。鉴于天线的宽带特性，射频前端要求器件要有较宽的频率范围，并采用数字频率合成技术设置，对每种标准应能够多载波工作。射频前端可考虑用同天线一样分三段来实现，将其做成可转换的标准化模块。射频前端的宽带低噪声放大功能和输出功率放大都可以由市场上现有的产品进行实现。

（2）高速A/D

数字化是软件无线电的基础，模拟信号必须经过采样转化成数字信号才能用软件进行处理。A/D、D/A器件在软件无线电中的位置非常关键，它直接反映了软件无线电系统的软件化可操作程度。决定A/D器件的关键是它的采样速率和量化位数，就目前而言，对于某些软件无线电方面的应用，现有的A/D还不能同时满足速率和位数的需要，从长远考虑可以采用多个A/D并联使用，达到所需要求。

（3）高速DSP

软件无线电从设计思想到实现，其推动力来自DSP技术的发展，

作为软件无线电技术的灵魂所在，DSP运算能力的高低直接决定软件无线电的性能，软件无线电的诸多优势主要是通过以数字信号处理为中心的通用硬件平台及DSP软件实现的。目前的DSP无论是在功能上还是在性能上，都不能满足无线电的要求，很难用单片DSP直接处理宽带射频或中频信号。一方面可以先采用数字变频技术对宽带射频或者中频信号进行处理，然后再用DSP完成各种信号处理功能。另一方面是设计拥有多指令流多数据流的多处理器体系结构的处理器。