軟件無線電技術(shù)在移動通信測試領(lǐng)域的應(yīng)用

山西信息規(guī)劃設(shè)計院有限公司 牛 偉

引言

移動通信是人們生活生產(chǎn)中重要的組成部分，并發(fā)揮著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及時代的不斷進(jìn)步，人們對移動通信提出的要求越來越高，在時代發(fā)展需求不斷提高的背景下，4G/LTE/WiMax等通信制式相繼應(yīng)運(yùn)而生，而這種多模、多頻段、多功能的通信制式也給無線基站和終端的研發(fā)及測試帶來了新的挑戰(zhàn)。隨著新的通信標(biāo)準(zhǔn)不斷推出，再加上無線通信市場的快速變化，都在很大程度上提高了對測試的要求，而如何滿足測試要求是當(dāng)下移動通信企業(yè)需要重點考慮的問題。為了更好的提高移動通信測試質(zhì)量和效率，就需要加強(qiáng)應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，軟件無線電技術(shù)在提高測試效率以及降低測試成本方面發(fā)揮著重要的作用。

1.軟件無線電概述

軟件無線電技術(shù)簡單來說就是采用現(xiàn)代化軟件對傳統(tǒng)的純硬件電路進(jìn)行操縱和控制的無線通信。傳統(tǒng)的硬件無線電通信設(shè)備只是作為無線通信的基本平臺，而在軟件無線電技術(shù)的支持下，許多通信功能都可以由軟件來實現(xiàn)，這也是軟件無線電技術(shù)最大價值的體現(xiàn)。軟件無線電的基本思想就是將寬帶模數(shù)變換器以及數(shù)模變換器與射頻天線相靠，并建立一個通用開放的硬件平臺，在硬件平臺中利用軟件技術(shù)來實現(xiàn)電臺的各種功能模塊。軟件無線電技術(shù)可以通過軟硬件結(jié)合使得設(shè)備、終端具有可配置的能力，在軟件無線電技術(shù)的支持下，可以實現(xiàn)段多模式、多功能、多頻的無線通信測試[1]。所以軟件無線電在移動通信領(lǐng)域中有著較為廣泛的應(yīng)用，尤其在移動通信測試領(lǐng)域，也發(fā)揮著重要的作用。

2.軟件無線電結(jié)構(gòu)組成分析

想要合理的應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，使得軟件無線電技術(shù)充分發(fā)揮其作用，就必須對軟件無線電的結(jié)構(gòu)組成有所了解。軟件無線電技術(shù)的基本組成包括天線、多頻段射頻變換器、處理器、儲存器等，如圖一所示，這些組成部分在軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用中都發(fā)揮著重要的作用，每一個部件都是幫助無線電技術(shù)實現(xiàn)其所需要的接口功能的關(guān)鍵所在[2]。就軟件無線電主要構(gòu)成單元天線而言，由于軟件無線電要支持多種通信標(biāo)準(zhǔn)，所以對頻寬有著一定要求，目前軟件無線電多采用組合式的多頻段天線以此來滿足在很寬的頻寬內(nèi)工作。就射頻變換器而言，射頻前段包括低噪音放大器、濾波器、功率放大器。與傳統(tǒng)無線電相比，軟件無線電的數(shù)模和模數(shù)與射頻段更加接近，其中DSP/FPGA也被高速的DSP/FPGA所代替，通過結(jié)合做數(shù)字化處理，可以更好的提高軟件無線電技術(shù)的有效性，進(jìn)而促進(jìn)軟件無線電技術(shù)在應(yīng)用中充分發(fā)揮其作用。在軟件無線電技術(shù)支持下，不僅可以使用一個BF模塊，也可以實現(xiàn)橫跨多個頻段。就目前來看，軟件無線電的主要技術(shù)包括高速寬帶A/D變化、并行DSP處理、職能天線技術(shù)、寬帶變頻技術(shù)等。軟件無線電與傳統(tǒng)無線電有較大的差異性，比如相比傳統(tǒng)無線電而言，軟件無線電具有很強(qiáng)的開放性和靈活性，這也是軟件無線電的優(yōu)勢所在。

圖一 軟件無線電結(jié)構(gòu)組成圖

3.軟件無線電關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 寬帶A/D變換

軟件無線電技術(shù)中寬帶A/D變換是一項非常關(guān)鍵的技術(shù)內(nèi)容，如圖二所示，在軟件無線電技術(shù)應(yīng)用中，一個較為顯著的特征就是數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器靠近射頻端，其中數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器就是A/D。中頻信號的帶寬一般為幾十兆赫茲，在中頻階段實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化中，對于抽樣頻率、動態(tài)氛圍有著較高的要求，而由于A/D變換設(shè)備容易受到不確定因素影響，所以在實際應(yīng)用過程中為了保證抽樣頻率及動態(tài)范圍，會選取2.5倍的寬帶來完成信號轉(zhuǎn)換[3]。就目前來看，大多數(shù)無線通信標(biāo)準(zhǔn)都工作VHF、UHF頻段，如果直接進(jìn)行A/D變換還存在一定的困難，所以一般都是先處理為中頻輸出，然后在由ADC數(shù)字化。

圖二 A/D變換器電路圖

3.2 數(shù)字中頻技術(shù)

數(shù)字中頻技術(shù)也是軟件無線電中的一項關(guān)鍵技術(shù)。就目前來看，隨著寬帶無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，對無線設(shè)備數(shù)字中頻帶寬和通道數(shù)的要求也在不斷提高，在此背景下，DSP處理器的缺陷就逐漸暴露出來，在實際應(yīng)用中DSP也無法滿足相應(yīng)需求，因此，引入數(shù)字中頻處理是減輕DSP處理負(fù)擔(dān)的關(guān)鍵。數(shù)字中頻技術(shù)較為復(fù)雜，其中包括數(shù)字上變頻、數(shù)字下變頻、數(shù)字預(yù)失真等。數(shù)字上變頻主要是通過插值濾波形成高速率信號，最終進(jìn)行A/D變換。在軟件無線電技術(shù)應(yīng)用中，數(shù)字下變頻是A/D變換后的數(shù)字信號處理器。

3.3 高速數(shù)字信號處理

軟件無線電技術(shù)應(yīng)用中，高速數(shù)字信號處理是尤為重要的組成部分，在軟件無線電中，基帶處理、調(diào)制解調(diào)、解碼都是高速數(shù)字信號處理。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高速數(shù)字信號處理技術(shù)也有了很大的進(jìn)步，并且越來越成熟。在高速數(shù)字信號處理技術(shù)的支持下，可以有效滿足高帶寬、高速的運(yùn)算處理工作需求[4]。可編程數(shù)字信號處理一般有DSP、FPGA、FIR專用芯片、儲存器、接口這五個部分組成，其中DSP是核心部分，為了保證高速數(shù)字信號處理的有效性，應(yīng)該根據(jù)實際應(yīng)用條件科學(xué)合理選擇DSP芯片。

4.軟件無線電技術(shù)在移動通信測試領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著軟件無線電概念提出后，軟件無線電技術(shù)受到了各個領(lǐng)域的關(guān)注和重視。在軟件無線電技術(shù)不斷發(fā)展下，軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，比如在軍事領(lǐng)域、民用通信領(lǐng)域、移動通信測試領(lǐng)域中都有了廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)揮著重要的作用。

4.1 個人移動通信

近年來，隨著時代的不斷發(fā)展以及移動通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，移動通信已經(jīng)成為了人們生活中重要的組成部分，同時人們對通信技術(shù)的需求也在不斷的增加。為了更好的滿足人們的需求，新通信體制相繼誕生，而新通信體制必然會出現(xiàn)與老通信體制并存的局面，這樣一來就是的通信系統(tǒng)更加多樣化和復(fù)雜化。為了使軟件無線電技術(shù)能夠更好的滿足人們的需求，就需要尋找更加具有拓展力的個人移動通信系統(tǒng)。比如可以采用無線電結(jié)構(gòu)的蜂窩移動通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)就是軟件無線電技術(shù)應(yīng)用的體現(xiàn)。 該系統(tǒng)主要是由軟件來定義功能，并且該系統(tǒng)對硬件的要求也比較簡單。蜂窩移動通信系統(tǒng)在測試中的應(yīng)用，首先應(yīng)該對檢測傳播的途徑與可用的傳輸信道進(jìn)行區(qū)分，然后根據(jù)實際需求選擇合適的功率與合適的信道調(diào)制，最后才能夠進(jìn)行發(fā)射[5]。

4.2 通信測試儀器

就傳統(tǒng)無線電技術(shù)來說，隨著時代的不斷發(fā)展，以及人們對通信技術(shù)要求的不斷提高，ADC、FFT硬件、DSP顯然無法滿足發(fā)展需求。就目前來看，雖然實時頻譜儀能夠?qū)崿F(xiàn)對基帶部分的數(shù)字化，但是對于移動通信測試來說確實十分不便。因此，SDR要求A/D、D/A器件盡可能的靠近天線射頻端，從而實現(xiàn)信號更早數(shù)字化。近年來，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能的ADC、FPGA/DSP等器件紛紛被推出，在軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用下，數(shù)字中頻頻譜儀也得以實現(xiàn)。與傳統(tǒng)中頻頻譜儀相比，數(shù)字中頻頻譜儀可以直接通過AD器件實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，同時通過使用數(shù)據(jù)處理方式，最終完成輸入信號頻譜計算。

4.3 軍事通信

就軍事通信而言，在移動通信方面需要保證海陸空三軍的通信互不干擾、互不影響，因此，就必須是的海陸空三軍的工作頻段各不相同，對此為了更好的保證軍事通信質(zhì)量和效率，就需要應(yīng)用到軟件無線電技術(shù)。就目前來看，在移動通信領(lǐng)域中，軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，比如在3G/4G/LTE等基站中，軟件無線電技術(shù)都發(fā)揮著重要的作用。但是在不同的基站中，軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用在細(xì)節(jié)上還是存在一定的差異?，F(xiàn)如今，電子戰(zhàn)可以說已經(jīng)覆蓋了整個無線頻段，這樣一來電子戰(zhàn)的頻段就十分寬，但是需要等待處理的信號類別也比較多，所以電子戰(zhàn)的工作往往都是被動接受的。為了更好的提高軍事通信質(zhì)量，避免對軍事活動造成影響，就需要研究出作戰(zhàn)能力寬、頻段寬、適應(yīng)性好的波形，只有這樣波形能夠具有良好的適應(yīng)能力以及對地方信號的識別能力。而想要滿足這些就需要加強(qiáng)軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用。

5.結(jié)束語

隨著通信標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和演進(jìn)，對移動通信測試領(lǐng)域的要求也相繼不斷提高，因此，為了滿足時代發(fā)展需求，更好的促進(jìn)移動通信測試領(lǐng)域的發(fā)展，就需要加強(qiáng)軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用，通過應(yīng)用軟件無線電技術(shù)可以促進(jìn)移動信息測試更加規(guī)范、科學(xué)、精準(zhǔn)，這不僅能夠促進(jìn)我國移動通信的良好發(fā)展，同時也能促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)信息技術(shù)水平得到提高。

[1]劉佳.談軟件無線電技術(shù)在移動通信測試領(lǐng)域的應(yīng)用[J].新通信,2018,20(2):2-3.

[2]劉睿.軟件無線電技術(shù)在移動通信測試領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].信息與電腦(理論版),2017(20):68-69+72.

[3]李鵬,曾令剛,楊保亮,楊守良,干紅平.基于軟件無線電的移動通信技術(shù)實時測試平臺[J].西南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,38(7):199-208.

[4]韓健,林韜.移動通信測試領(lǐng)域中軟件無線電技術(shù)應(yīng)用[J].科技資訊,2014,12(24):6+8.

[5]巴根.淺析4G通信技術(shù)應(yīng)用特點及發(fā)展趨勢[J].考試周刊,2014(35):98-99.