論基于軟件無線電的通信系統

云南省無線電監測中心 李 玲

在經濟水平和生產力水平不斷提升的前提之下，人類的通信需求也越來越旺盛，現代通信對安全性以及及時性要求越來越高，嶄新的通信要求呼喚新的通信方式的誕生，軟件無線電依托數字化和模塊化具有極強的可編程性，被譽為信息領域的第三次變革，以靈活開放的運用方式成為通信行業的研究熱點。

一、軟件無線電系統的簡單介紹

近二十年來世界范圍內對軟件無線電技術的研究越來越深刻，得到了通信行業內的普遍認可，軟件無線電系統依托于硬件系統，以相關的編程軟件為手段，實現對數字信號的轉換，可以實現通信信號的實時轉換，達到全頻段信息覆蓋的目的。近幾年軟件無線電技術更加迅猛，在無線移動通信普及程度越來越廣的前提下，依托于軟件無線電技術建立新的通信體制成為可能，在更新通信方法時，無須對原有的硬件設備進行變更，可以根據使用需要在DSP部分加載不同的軟件，即可完成系統的升級，使用戶獲得更高性能的通信業務。

軟件無線電的系統結構包括電源和天線，完成變頻任務的射頻前端，完成信息轉換的A/D/A轉換器，以及數據的處理器和存儲器。軟件無線電系統在進行工作時，覆蓋多頻段的天線對附近的能量進行智能分析，自動調整指向并接收信息，然后將信息傳送到射頻部分；射頻部分在接收到模擬信號之后進行變頻處理，將信號傳遞到中頻進行數字化的處理；在軟件處理DSP部分，對寬帶的數字信號進行合成和解調，編程后進行解碼和譯碼最后輸出信號。

二、軟件無線電應用于通信系統中的優勢

理想的軟件無線電系統可以有效減少模擬處理的環節，接收端的天線在接受信號之后，通過調制和變頻程序即可進行編碼，整個通信過程使用與無線電工程中的任何領域，具有廣泛的應用優勢，相比于其他類型的無線電通信技術，應用于通信系統中的軟件無線電具有以下顯著的優勢：

（一）實現通信系統的功能模塊化

功能模塊化是軟件無線電技術的設計理念，對通信系統的各個功能進行系統化的模塊設計，可以方便對整個通信系統進行管理，應用軟件無線電技術的整個通信系統硬件平臺實行統一標準，并且遵循開放性的設計原則，在需要對系統進行維護或者性能提升時，可以通過單獨模塊的更換實現，減輕了通信人員的工作壓力，也降低了通信系統建設的投資。

（二）有利于通信系統的靈活重構

軟件無線電技術是全面數字化的系統，整個系統的工作重點是以數字化的處理方式對天線周圍多頻段的信息進行處理，軟件化的功能增強了通信系統的靈活性。在通信技術日新月異的當今時代，通信技術和通信設備在不斷更新，軟件無線電系統的寬頻處理方式依托于原有的硬件設備，具有極強的兼容性，以功能性的軟件實現對信息的編程，有助于通信系統的靈活重構。

三、在通信系統中應用軟件無線電技術的幾個核心技術

目前在通信系統中成功應用軟件無線電技術的例子大多數是軍事方面，總結使用過程中的成功經驗可以有助于軟件無線電技術的推廣，使軟件無線電技術在民用通信行業中也發揮出應有的作用，在目前GSM和WCDMA網絡并行的通信時代，以現有硬件為基礎借助軟件的編程作用實現頻譜之間的兼容，具有廣闊的應用前景。

（一）覆蓋多頻段的天線技術

軟件無線電技術以天線完成對信號的收集，因此對天線的安裝要求比較高，天線需要全面覆蓋周圍的信息通信區域，具有比較大的信息接受范圍，從天線頻段上來說，要求天線的覆蓋頻段為2-2000MHz，實際上，就目前的技術水平，無法研究出這種全頻段的天線，因此在實際應用中軟件無線電系統所采用的天線只需覆蓋關鍵的頻段窗口，采用組合式的多頻段方式即可完成使用要求。

（二）提升寬帶的模/數性能

決定寬帶模/數性能的主要因素是對信息進行采樣的速率，以及采樣的位數，采樣的速率由信號的帶寬決定，采樣的位數則需要滿足信號動態變化過程中的精度要求，目前使用的模/數轉換器不能同時滿足速率和采樣位數的要求，在進行信息采集時，可以通過多個采樣電路串聯的方式，將量化的采樣速度降低，從而實現提高采樣分辨率的目的。

（三）完成降噪任務的射頻前端

在信號采集之后，并不能直接對信號進行數字化處理，需要以射頻前端對信號進行預處理，包括噪聲的處理，以濾波和混頻為手段，對信號進行增益控制，增大信號的輸出功率，射頻前段需要有比較高的工作頻率和工作帶寬，該模塊在信號格式上應該與后續的A/D/A模塊匹配，以順利完成后續的數字化處理任務。

（四）實現中頻信號轉換的A/D/A轉換器

中頻信號的轉換任務由A/D/A轉換器完成，在模/數轉換的過程中，要求整個系統能夠高速完成信號的處理任務，以高采樣率以及高帶寬基礎，實現信號的動態調制，有效降低信號的信噪比。轉換器完成數據的處理之后，將把信息以帶代碼的形式傳送到DSP處理器中，為信息的編程提供基礎。

（五）對數字信號進行處理的DSP處理器

高速的DSP芯片是軟件無線電通信技術的核心，是針對通信過程中不同頻段的信息進行處理的部件，通過離散時間點的運算方式進行數據的處理，從可選擇的業務波段中選擇一個合適的波段，建立中等帶寬的用戶通信渠道，并將處理后的信號轉換到該通道上，最終完成通信任務。

四、軟件無線電技術的發展前景

在對軟件無線電技術進行研究的過程中，對SDR功能呢個的擴展研究發現，可以對天線周圍的電磁環境進行感知，以無線電語言和通信網絡實現只能交流，并對交流的數據進行及時的傳輸，使通信系統中的無線電參數與環境參數高度匹配，實現通信系統可靠性的有效提升，以及對頻譜帶寬的有效利用，這就是認知無線電技術（CR）。

區別于SDR強調以軟件對信號進行編程的形式，CR注重無線電系統對環境的感知，并根據對環境的感知進行工作狀態的微調，以目標推理和高層規劃為基礎展開通信業務方式，也使CR被稱為智能無線電。CR技術被認為是通信行業中無線通信技術的“下一件大事”，目前也已經受到了廣大研究者的普遍關注，但是技術上尚存在一定的欠缺，如頻譜以及路由器的選擇技術，以及提高頻譜利用率的有效方式等。

五、結語

軟件無線電具有極強的開放性，符合未來通信技術的發展趨勢，是現代的通信技術與電子技術相結合的產物，相比于傳統的無線通信技術具有明顯的優越性，無論是在軍事領域還是民用領域都有廣闊的應用前景。軟件無線電的發展客觀上帶動著認知無線電技術的進步，認知無線電技術尚存在不少的缺陷，相關的研究人員應該積極努力，為未來的無線通信技術注入了新的活力。

[1]杜飛.軟件無線電技術及其在軍事通信中的應用[J].信息通信,2009(01).

[2]陶玉柱,胡建旺,崔佩璋.軟件無線電技術綜述[J].通信技術,2011(01).

[3]白敏丹.從軟件無線電到認知無線電的無線通信發展現狀[J].信息通信,2010(01).

[4]宮憲峰.論基于軟件無線電的通信系統[J].黑龍江科技信息,2012(12).

[5]鄒建宏.論基于軟件無線電的通信系統[J].數字技術與應用,2012(01).