軟件無線電技術的發展應用探究

摘 要：軟件無線技術相對于傳統的“純硬件電路”具有非常大的優越性，以硬件為基礎，軟件在可以在此之上擴展更多的通信功能，使得設備的通信功能不再硬件鎖限制，并且可以大大簡化設備的硬件復雜程度，提升其可靠性、維護性，耐用性，并且由于軟件的可升級性以及更加優良的兼容性，因此可以大大降低開發、生產、升級換代和維護成本。軟件無線電技術是通信領域的第三次革命，前兩次模擬通信和數字通信。目前新技術的發展重點基本都已開始轉移軟件之上。文章就軟件無線電技術的發展和應用進行一些詳細的探討。

關鍵詞：軟件無線電；軟件無線電發展；軟件無線電應用

1 軟件無線電各個系統的作用

1.1 軟件無線電技術與傳統無線電技術的區別

軟件無線電與軟件控制無線電的區別在于軟件無線電是開放并且標準化的，因此研究更加容易也更加靈活，設備具有的功能不再主要依賴系統的構架和硬件，轉而開始依賴軟件環境，通過改變軟件來改變功能，使得系統、功能的升級或是不同系統間的兼容變得更加簡單，升級換代所需要的時間大大縮短。而數字無線電主要依賴于硬件和系統結構的發展，使得環境更加封閉，不利于推廣交流，一旦出現問題，需要花費相當多的人力、物力以及時間。

1.2 軟件無線電技術硬件平臺解析

軟件無線電是一個標準化、開放式的平臺，以硬件作為基礎，將編寫好的指令預先錄入，用以操縱硬件進而實現盡可能多的無線通信功能，可以通過改變軟件的方式改變軟件無線電所具有的功能，并可因此減少硬件模塊的數量和復雜程度，所具備的靈活性、集中性、維護性無可比擬。一個典型的軟件無線電需要以下的硬件系統：射頻、中頻、基帶、信源、信令，軟件部分則為數字信號處理器（DSP），DSP通過錄入程序，可以對帶寬、頻率、調制模式、信源解碼等進行控制，因此DSP處理性能的強弱直接影響通信功能的數量和質量。通過錄入程序，DSP控制各個系統，實現無線電軟件具體化。

1.2.1 天線

天線是保證信號的基礎，理論上天線最好應該能覆蓋全部的通信頻段，但在實際應用中，并不能做到覆蓋如此多的頻段，更多的時候需要能保證完美適配軟件所需的、線性性能較好的頻段，使用組合式多頻段天線，通過測試自動尋找干擾較小，流量寬松的頻段，因此就有多頻段天線和寬帶天線，其二者都可以為軟件無線電技術提供信號的保障，而區別主要在于多頻段可在分離的不同頻段上工作，而寬帶則意味著是連續的寬頻。而調頻、信號接收、算法優化仍然是天線在無線電技術中的關鍵。

1.2.2 A/D、D/A轉換器件

由于在輸入和輸出之間既有模擬信號型號又有數字型號，而DSP作為數字信號處理器更加適合處理數字信息，因此在射頻天線與DSP之間需要模數變換器（A/D）及數模變換器（D/A）形成具有A/D-DSP-D/A基本模型的硬件平臺。目前大多數低功耗的的A/D還不能做到同時滿足速率和采樣率，因此在適當的環境下會使用多條ADC。同時為了加快處理速度，使用多頻段的寬帶天線和智能天線，并將A/D、D/A變換盡可能地靠近射頻天線端口，將原來的基帶移至中頻，如果滿足條件甚至可以移至射頻，由于把A/D轉換盡可能的向天線段靠近，因此對模擬與數字之間來回變換的還原度要求很高。如何減少信號損失是關鍵的技術。

1.2.3 數字信號處理器（DSP）

DSP是整個軟件化的硬件核心，相當于PC上的CPU。由于軟件化，在A/D變換后的所有處理都用DSP所編入的軟件編程來實現，其中包括濾波、變頻、數據處理、解調、解碼、等工作，這對DSP的計算能力提出了一定的要求，尤其是一些大流量且要求高速的工作環境，比如DDC（包括數字下變頻、二次采樣和濾波），一個低性能的DSP幾乎無法完成任務。而對于高速信號的處理，這部分需要完成的工作有調制解調、處理比特流、編譯、基帶處理。由于容易出現瓶頸，故在需要高性能時可以通過多路DSP并行解決。

1.2.4 中頻處理

中頻處理技術用于基帶與中頻之間信號的變換，中頻處理能力需求主要在于頻率變化的程度和濾波的復雜程度，而在未來，可能可以做到基帶與射頻進行直接的信號溝通。

1.3 實時操作系統及軟件算法優化

算法是編程的靈魂，光有性能而沒有一個良好的算法予以支持只會白白浪費處理器的性能，而軟件能給整個系統一個完整的平臺。軟件的優勢是靈活、定制化容易，因此應針對不同的通信模式，開發出專門的軟件環境，保證DSP處在一個優良的處理環境，最大限度的發揮DSP的性能，并在實踐過程中不斷改善算法，完善系統，適應新的技術，新的功能模塊，提供更高效的服務而這也是軟件無線電的核心競爭力之一。

2 軟件無線電技術的應用

無線電具有功耗低，體積小的優勢，因此能在便攜設備上運行，同時還可運用在復雜場所，降低硬件量，減少維護工作量，因此使用范圍非常廣泛，從軍事到民用，從醫療到教育都有適合它們發揮的場所。

2.1 軟件無線電技術在軍事上的作用

2.1.1 電子戰

軟件無線電所具有的新概念，新思想在軍事中有著廣泛的應用，首當其沖的就是電子戰。電子戰頻段寬，信號種類多，而且主要以被動為主要工作模式。以往的電子戰都是以幾種信號為目標進行戰略設計，而如果敵方的信號的特征或者傳輸方式發生改變，那么就需要重新設計，部署。效率不足，不僅需要更多的經濟預算還很有可能延誤戰機，而軟件無線電可以通過改變軟件來改變工作模式，提升效率降低成本，軟件無線電的下一步認知無線電則可以對此進行智能化搜索和對應，可以看見未來的電子戰都在往這個方向發展。

2.1.2 雷達

雷達對于軍事的作用和價值無需多言，而不同單位、不同作戰設備工作方向不同，使用的雷達也不同，而不同的雷達對于信號、載波、頻寬、解碼等都有不同的要求，如果能使用軟件無線電，則可以大大降低后勤部門的補給壓力，同時一旦被解密，也可以通過更換軟件的方式保護數據和通信的正常交流。

2.1.3 軟件無線電技術在衛星通信上的應用

衛星通信的覆蓋范圍廣，技術更加先進。但由于多采用復雜、種類繁多的硬件，使得其維護的成本高，而且效率低，已經不能很好適應當今飛速的高速科技發展的步伐，而軟件無線電技術則可以小型模塊化，把一個大而復雜的整體拆分成多個小型化、模塊化的系統，降低維護成本，發現和解決問題也可以更加快速。而在加入了軟件無線電技術以后，可以做到在不改變原有功能的基礎上減少系統運行的成本，而且升級方式簡單，也更加靈活。

2.2 軟件無線電技術在民用技術領域的作用

2.2.1 移動通訊

移動通信是通信領域的一塊大蛋糕，網絡從最早的GSM，再到CDMA2000、TD-SCDMA和WCDMA，如今已經發展到了4G，即FDD-LTE和TDD-LTE，這么多代的升級已經發現了一系列的問題：2G、3G、4G的基站設備，不同制式的網絡受限于硬件壁壘導致網絡互不兼容，通信標準不一致，靈活度差，客戶使用感受度差。而在未來的LTE-A則有可能進行統一和兼容，因為軟件無線電技術的加入，使系統更加的實用和靈活，增強與2G，3G移動通信的兼容程度，通信行業競爭異常激烈，而提升用戶體驗并降低成本方為上策，軟件無線電技術簡直可以稱得上是量身定做的解決方案。

2.2.2 小區的維護管理以及智能化升級

小區內配套設施完善，集成度高，而且人口密度大，財產價值高，所以對于小區的經營管理非常重要。而如果使用采用軟件無線電技術的設備對小區進行監控管理，首先可以節約大量的人力物力，其次未來小區升級智能化（人臉識別門控、自動報警、信息上傳等）也相當容易，無須對核心部件更換，僅需要更換軟件，同時采用無線模式，無需再次打孔穿線，方便施工。可謂完美的小區生活管理助手。

3 軟件無線電技術的發展趨勢

3.1 國際通用使用標準

軟件無線電技術本身是標準化和開放化的，相對于過于的模式兼容性強可擴展性好，十分適合作為國際通用的使用標準。很多合作伙伴都可以對此技術進行合作開發，得到屬于自己的系統，針對性強，定制程度高，資源利用效果好。

3.2 增強自適應頻譜管理

大多數的國家和敵區，頻譜資源都已經永久分配，但是由于不能主動調頻，因此很多的頻譜實際利用率并不高，而軟件無線電和認知無線電通過ASM可以優化空中接口，進行探測、分析，自動改變頻譜、發射功率，跳轉到較為空閑的頻段，充分利用有限的資源，在當前不能擴大總頻段的頻段使用范圍之時，這項技術大大的提高了資源利用率，對于移動終端無線上網的意義非常重大。

3.3 擴大通信產業的影響力

每一次的重大理論技術進步都會讓相關基礎產業帶來質的飛躍，軟件無線電技術同樣如此。軟件無線電技術的潛在利益會體現在不同價值鏈的不同層次場合上。軟件無線電技術讓產業的進步標準由硬件轉變成軟件，發展更加迅速，而軟件的產出速度與硬件不在一個層次，因此可以變相提高企業的整體進步步伐，從原來的5年一換到現在的智能化升級，無時無刻都在搜集數據，分析，應對，升級。對于其他的產業同樣如此。

3.4 物聯網的基石

物聯網的口號是每一個物體都有自己的標志。通過物聯網，可以使用手機操作、監控、管理家中的各個家電，而這一切都需要以無線網絡為基礎，而軟件無線電就是基礎，軟件無線電將更多的向物理空間上的延伸，使得物理空間物體有靈魂，更加智能化，更加可聯系化，產品不再是單獨的一個產品，而是一個局域網絡其中一個點。而這已經開始改變目前各個行業的贏利點，未來的企業將會把重心向軟件化轉移和傾斜，擁有自己的軟件核心技術是立足在當前信息化浪潮的資本。

4 結束語

軟件無線擁有的開放、標準、靈活、更新速度無可比擬，推動了移動通信的迅猛發展，因此勢必會吸引越來越多的產業去發展、吸收、應用。而軟件無線電技術的下一代認知無線電也已開始推廣。當一個產業由硬件發展轉向軟件發展時，發展與推廣的速度就將獲得大大的提升，我們需要把握和享受新技術在生活中帶給我們的方便，并滿懷感激的像下一技術進發。

參考文獻

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