软件无线电(个人整理)

1. 软件无线电是什么
无线通信在现代通信中占据着极其重要的位置， 几乎任何领域都使用无线通信， 包括有 商业、气象、金融、军事、工业、民用等。我们可从通信系统、调制方式、多址方式等几方 面可看到无线通信系统种类的繁多。 类 别 通信系统 调制方式 多址方式 种 类
卫星通信系统、蜂窝移动通信系统、无线寻呼系统、短波通信系统、 微波通信系统等 AM、FM、LSB、USB、ISB、FSK、PSK、MSK、GMSK、QAM 等 时分多址（TDMA） 、频分多址（ FDMA）和码分多址（CDMA）等
各种通信系统由于自身的特点而适用于各种特定的场合，例如： 短波电台适合远距离，其所需的发射功率不大，传输的“中继系统” —电离层不会被 摧毁；卫星通信能传播高质量的信息，所能提供的频带很宽 微波通信抗干扰能力强，适合大量的数据传输，但只能在点与点之间传输，传输距离 又有一定的限制 由于无线通信的设备简单、便于携带、易于操作、架设方便等特点，在军事和民用通信领域 中都是不可缺的重要通信手段。 然而， 电台往往是根据某种特定的用途而设计的， 功能单一， 有些电台的基本结构相似，而信号特征差异很大。比如，工作的频段不同，调制方式不同， 波形结构不同，通信协议不同，数字信息的编码方式、加密方式不同等等。电台之间的这些 差异极大地限制了不同电台之间的互通互连。 经过几十年的发展， 无线通信已有很大的发展， 通信系统由模拟体制不断向数字化体制过渡， 因此是否可能在数字化体制础上一个电台能满足多调制方式和多址方式， 从而根椐需要构成 多种通信系统呢。 我们先看一下一个数字蜂窝网接收站, 显示在图 1 中。 （注意： 为了说明软件无线电的概念， 这里给出了无线电的接收装置部分） 。
图 1：窄带无线接收装置

在窄带接收装置中所有的功能模块：滤波、放大、向下变频，直到调制，都是使用模拟 技术 ( 除了频率合成的部分 ) 实现的 。信号解调出来以后，使用一个可编程的数字信号 处理 ( DSP ) 器件进行处理。 软件无线电决定性的步骤， 是将 A/D （和 D/A） 变换器尽量向射频端靠拢 （如图 2 所示） 。 应用宽带天线或多频段天线，并将整个中频频段作 A/D 变换，这之后整个的处理都用可编 程数字器件特别是软件来实现。它的结构图显示在图 3 上。我们可看出，这样一个体系结构 具有非常大的通用性，对解决上面提到的问题有很大的潜力，可用来实现多频段、多调制方 式和多址方式，构成多体制的通用无线通信系统。
图 2 软件无线接收装置
图 3：软件无线电的结构图 从图 3 中可看出，所谓软件无线电，其关键思想是构造一个具有开放性、标准化、模块 化的通用硬件平台，各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协 议等，用软件来完成，并使宽带 A/D 和 D/A 转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵 活性、开放性的新一代无线通信系统。可以说这种电台是可用软件控制和再定义的电台，选 用不同软件模块就可以实现不同的功能， 而且软件可以升级更新。 其硬件也可以像计算机一 样不断地更新模块和升级换代。 由于软件无线电的各种功能是用软件实现的， 如果要实现新 的业务或调制方式只要增加一个新的软件模块即可。 同时， 由于它能形成各种调制波形和通 信协议，故还可以与旧体制的各种电台通信，大大延长了电台的使用周期，也节约了成本开 支。 软件无线电与传统结构数字无线电的主要区别在于： 将 A/D 和 D/A 向 RF 端靠近，由基带移到中频，对整个系统频带进行采样。 用高速的 DSP/CPU 代替传统的专用数字电路与低速 DSP/CPU 做 A/D 后的一系列处理。

以上两点仅仅是结构上的区别。 随着微电子技术的发展， 各种数字器件的性能不断提高， 现有的数字无线电也会不断发展，也将使得 A/D、D/A 一步步地向 RF 端靠近。那么软件无 线电会不会仅仅是数字无线电的进一步发展呢?回答是否定的。我们认为：软件无线电和数 字无线电的进一步发展在概念上是不同的。这主要是因为 A/D、D/A 的移向 RF 端只是为软 件无线电的实现提供了必不可少的条件， 而真正关键的步骤是采用通用的可编程能力强的器 件(DSP、CPU 等)代替专用的数字电路。由此带来的一系列好处才是软件无线电的真正目的 所在。 软件无线电的最终目的就是要使通信系统摆脱硬件系统结构的束缚。 在系统结构相对通 用和稳定的情况下，通过软件实现各种功能，使得系统的改进和升级非常方便又代价很小， 且不同的系统之间能够互联和兼容。 而数字无线电的进一步发展并不能做到这一点， 它只能 导致对硬件和系统结构更多的依赖。 不过， 目前软件无线电更多地是以一种概念和设想的形式出现， 具体的定义和体系结构 尚无定论。 可以说除了上面提到的两点关键思想被普遍接受以外， 其它各方面的内容都在探 讨之中。这一现状，除了由于软件无线电提出的时间还很短以外，还有这样几个原因： （1）硬件发展水平的限制是其中的最主要因素，应该说，现在的硬件水平对于实现真正的 软件无线电还是不足够的。 但软件无线电的某些应用， 在对系统结构和性能要求做一些适当 的折衷后，是可实现的。而且从目前器件的发展趋势来看，满足要求的产品应在不久的将来 能够得到。正是由于处于这样一个发展阶段，导致不同的研究机构、不同的应用采用了不同 折衷方案的各自不同的体系结构，而又都称为软件无线电。 （2）目前对软件无线电的研究工作还处于起步阶段，各研究机构相对独立，交流很少。待 研究的问题很多， 从不同的出发点和侧重面， 得出的结论也各不相同。 随着研究工作的深入， 问题会逐渐清晰，而软件无线电的定义和体系结构的规范问题则是应该尽早研究讨论的。 （3）传统的通信系统的体系结构也在很大程度上影响着目前的软件无线电的体制研究。软 件无线电与传统的体系结构有很大不同， 仅仅简单地将传统的通信系统用新的方式实现是不 够的。 可见，软件无线电的研究还刚刚开始，有许多问题需要解决，但它能给通信产业带来根 本性的变革，同时还会带来巨大经济效益和社会效益，值得我们努力去解决这些问题。 我们可以把软件无线电的主要特点归纳如下： 具有很强的灵活性。软件无线电可以通过增加软件模块，很容易地增加新的功能。它 可以与其它任何电台进行通信， 并可以作为其它电台的射频中继。 可以通过无线加载来 改变软件模块或更新软件。为了减少开支，可以根据所需功能的强弱，取舍选用的软件 模块。 具有较强的开放性。软件无线电由于采用了标准化、模块化的结构，其硬件可以随着 器件和技术的发展而更新或扩展。 软件也可以随需要而不断升级。 软件无线电不仅能和 新体制电台通信， 还能与旧式体制电台相兼容。 这样， 既延长了旧体制电台的使用寿命， 也保证了软件无线电本身有很长的生命周期。