試述軟件無線電的含義及其應用技術

摘要：軟件無線電技術，顧名思義是用現代化軟件來操縱、控制傳統的“純硬件電路”的無線通信。軟件無線電技術的重要價值在于傳統的硬件無線電通信設備只是作為無線通信的基本平臺，而許多的通信功能則是由軟件來實現，打破了有史以來設備的通信功能的實現僅僅依賴于硬件發展的格局。軟件無線電技術的出現是通信領域繼固定通信到移動通信，摸擬通信到數字通信之后第三次革命。隨著現代微處理器技術，軟件技術，數字信號處理（DSP)技術以及專用集成電路的進—步發展，軟件無線電系統的發展及其高新技術的應用前景也將日益廣闊。它將在軍事通信，民用通信以及個人通信等領域內發揮巨大的作用。

關鍵詞：現代通信 軟件無線電 概念 技術

0 引言

現代通信的主要任務就是迅速而準確地傳輸信息。早期的通信手段是非常原始的，古代用烽火、狼煙、擊鼓鳴金等方式通過聲、光進行通信。隨著文明的進步，又出現了以馬匹、信鴿等為運載工具來傳遞消息。而對現代文明以及社會發展影響最深的通信方式莫過于電通信系統的出現及應用。隨著電子管的出現，模擬通信得到了極大的發展。但隨著香農信息論的提出，晶體管的出現，高速數字計算機的應用，以及ISDN和ATM等新技術的問世、發展及其應用，數字通信進入了它的全盛時期。下面介紹一下軟件無線電產生的背景和應用。

1 軟件無線電的概念

以下我們先談談軟件無線電系統的基本思想及其優越性，以充分認識軟件無線電產生的必要性與必然性。

1.1 完全數字化 由于軟件無線電的基本思想之一就是力圖從通信系統的基帶信號直至中頻、射頻段進行數字化處理，因此，它是一種比目前任何一個數字通信系統的數字化程度都要高得多的全數字化通信系統。

1.2 完全的可編程性 軟件無線電通過一種通用的硬件平臺，將通信的各種功能實現完全由相應軟件運行來完成。它包括：寬頻段內的可編程的信道調制方式、可編程的射頻與中頻頻段、可編程的信道解調方式、信源編碼、解碼方式等等。

1.3 系統升級的便捷性與系統功能的可擴充性 由于軟件無線電通信系統的功能更多體現在軟件上，因此，系統的升級只需改變相應的軟件，即對軟件的升級即可。顯然，它比以往對硬件電路的設計與改進更加快捷。通過軟件工具可擴展通信系統業務、分析無線通信環境、定義所需擴展增強的各項通信業務。

1.4 系統便于實現模塊化 利用軟件無線電的基本思想，對現行的通信系統均可實行模塊化設計，模塊的物理及電氣接口性能指標符合統一、開放的標準。通過更換單一模塊，可以維護或提高系統的性能，也便于系統間復用。

根據上述軟件無線電的這些特點，再結合它在寬頻段內可編程的特性，一方面使其符合軍事上三軍協同快速通信的需要；另一方面在民用領域，由于它可以通過軟件編程，保持一種硬件平臺結構的通用性。所以在移動通信領域內，可以對不同體制進行綜合兼容，真正實現移動通信系統中—機在手，漫游天下的設想及其優越性。因此，軟件無線電思想及技木的提出與實現是非常必要的。

2 軟件無線電的關鍵思想

軟件無線電是將模塊化，標準化的硬件單元以總線方式連接構成基本平臺，并通過軟件加載實現各種無線電功能的一種開放式體系結構。軟件無線電的關鍵思想是：將A/D/A盡可能靠近天線；用軟件來完成盡可能多的無線電功能。對于軟件無線電的認識應該注意：軟件無線電并不是不要硬件，而是把硬件作為一個基本平臺。這個平臺具有兩個特點：①模塊化、標準化；②以總線方式連接。一個典型的軟件無線電平臺可以將硬件單元劃分成射頻、中頻、基帶、信源和信令等各層，它們具有模塊化結構，各層之間的連接通過控制總線和數據總線實現。軟件無線電與軟件控制的數字無線電（digital Radio）有著根本的區別：軟件無線電的最終目的就是要使通信系統擺脫硬件系統結構的結構。在系統結構相對通用和穩定的情況下，通過軟件實現各種功能使得系統的改進和升級非常方便且代價小，并且不同的系統間能夠互聯和兼容；而數字無線電的進一步發展并不能作到這一點，它只能導致對硬件和系統結構的更多的依賴。軟件無線電是一種開放的系統結構。這種開放性包含三個方面的含義，即對使用的開放性、對生產的開放性和對研制的開放性。這三個開放性將同時給用戶、廠家和科研部門帶來好處。軟件無線電具有靈活性和集中性兩大優點。靈活性即可以任意地轉換信道接入方式，改變調制方式或接收不同系統的信號等，利用這一特點，可以實現對現有多種體制的“無縫”連接。集中性即多個信道享有共同的射頻前端與寬帶A/D/A轉換器，以獲取每一信道相對廉價的信號處理性能。

3 軟件無線電的關鍵技術

軟件無線電是近五年發展起來的新興技術，對它的研究還處于起步階段，許多技術問題需要解決，其中的關鍵技術有以下幾個方面。

3.1 開放式總線結構及實現 軟件無線電的一個重要特點是其開放性，這主要體現在軟件無線電所采用的開放式標準化總線結構上，只有采用先進的邊準化總線，軟件無線電才能發揮其適應性廣、升級換代方便等特點。由于軟件無線電的研制國內外都起步不久，在研制開發過程中，必須逐步形成標準化的硬件平臺和軟件平臺，而標準化的總線則是構筑上述兩個平臺的奠基石。現有的軟件無線電研究和實驗系統中一般采用雙總線結構，既：控制總線和高速數據總線。控制總線結構，如VME總線、PCI總線等，盡可能采用現有的工業標準，以便與利用已有的軟件及硬件平臺，加快開發速度。為了適應軟件無線電的需求，可將VME總線作為軟件無線電的首選總線。高速數據總線結構則是軟件無線電體系結構的關鍵，目前還沒有形成標準，世界各國都在努力研究，以期待得到適合軟件無線電高速數據處理的總線結構標準。

3.2 寬帶智能天線 寬帶智能天線在軟件無線電通信中具有非常重要的功能。這是軟件無線電不可替代的硬件出入口，只能靠硬件本身來完成，不能靠軟件加載實現全部功能。它既有一個較寬的頻率覆蓋范圍(如通常要求2—2000MHz寬)，又具有自動感知干擾源的存在，并抑制其影響的能力，也具有自動增強所需信號的能力，并可兼容各種無線電通信制式。它比傳統的天線(如采用擴頻技術或強定向天線等手段)具有更強的抗干擾能力。

3.3 模數轉換（A/D/A） 在前面文中，我們已知軟件無線電結構的基本待征之一是將A/D轉換部分盡可能靠近射頻天線，以在系統中盡早將模擬信號數字化，這樣后級就可采用DsP等通用硬件來進行處理。因此，高速A/D/A轉換在軟件無線電系統中實際上作為一個標準接口，將RF/IF部分和通用數字/軟件部分聯接起來。因此，對軟件無線電系統中A/D/A轉換器的要求很高：高速A/D/A轉換和數字/軟件部分必須滿足系統帶寬；相應處理能力的要求；并具有良好的通用性。

3.4 高速信號處理部分 軟件無線電系統性能在很大程度上依賴于其DSP的處理速度，限制其發展的一個較大障礙就是DSP硬件處理的速度。現有的A/D轉換器的抽樣率、分辨率、轉換精度已基本達到實用軟件無線電結構的系統可應用的程度，因此在由軟件控制的專用數字信號處理器件的應用中，尤其是軟件無線電系統對DSP器件的處理速度要求更高。