软件无线电技术概要

4）感知无线电系统（Cognitive Radio）
结合人工智能领域的概念，实现的无线电系统能够 对所处的环境有所“感知”。以软件无线电为扩展平台 的一种新的智能无线通信技术，它可以感知到周围的环 境特征，并自动调整其设备的一些发射和接收参数。具 有感知能力的设备能够在时域、频域和空域多维空间， 对较宽的频段不断地进行频谱侦听，能够侦测到这些频 段内主用户，从而能得知频谱的使用情况。整个过程可 以通过“侦听—感知—自适应”的循环来表示，关键技 术：无线电传输场景分析、信道状态估计、功率控制、 频谱侦测功能、动态频谱分配、抗干扰技术。。。
3、已开发和正在开发的软件无线电系统
（1）SPEAKeasy （2）JTRS（联合战术无线电系统） 目标： 支持的工作频率范围最初为：2MHz-2GHz； 可以通过波形软件进行重构； 支持话音、视频和数据的应用； 在软件和硬件方面都可扩展； 利用商业现货组件； 能够与不同的波形、传统的装备以及为不同环境而设 计的无线电系统进行互操作。 应用环境：机载、固定/舰载、车载、背负、手持
易通话电台信号处理流程
波形 合成 通信保密 传输 保密 数字信 号处理 高速信号 预处理 频率变换 滤波放大
语音/数 据接口 终端控制 人机接口
天线分系统
时钟分系统
电源分系统
多处理器 分系统
预处理 分系统
波形产生 分系统
终端 控制
IR/FR控制 分系统
高频 分系 统频 率合 成器
信息保密 分系统
Baidu Nhomakorabea
（7）其他： 可编程模块化通信系统PMCS Atlantic Paw 计划 美国海军的数字模块化无线电系统 大量具有软件无线电特征的产品和实验系统。。。。。。
§7.2 软件无线电的实例
软件无线电技术的发现
SPEAKeasy Phase1
SPEAKeasy Phase2
MBMMR
序号 时 间 1980 年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1992 年 1994 年 1995 年 1996 年 1997 年 1998 年 1999 年 2001 年
2、美国军方开始的Speakeasy（易通话）研发， 代表软件无线电技术的研究全面开展。 易通话电台试图通过全数字、软件可编程、 基带信号处理、多频段、小功率射频收发信机、 大功率放大器和天线分系统来实现各种功能。 目前，易通话已经完成了第一阶段和第二阶段 的研究。
易通话的两个研发阶段
1）易通话工程的第一阶段
2、软件无线电的特点
（1）可重构性：改变无线电系统个性化的能力，编程实 现，波形、算法等可重构。 （2）灵活性：不用改变体系结构就能适应可重构的能力 （3）模块化：对每种功能的封装，增加或替换模块即可 改变系统功能。 （4）可扩展性：在系统硬件或软件中增加新模块的能力， 经得起考验的（future-proof）无线电系统。 （5）可复制性和互信道连接性：共享或交换信息的能力 （6）开放性
第一阶段主要验证软件无线电概念的正确性、 可行性。由美国国防部支持和Hazeltine, TRW, Lockheed-Martin, Motorola, and RockwellCollins等公司赞助，完成： -- 两个可编程信道的电台实现。 – VME bus architecture – Texas Instrument quad-TMS320C40 multichip module for digital signal processing – SUN Sparc 10 工作站作为主机接口。 -- 采用模块设计，19’’标准机箱。
第七讲 软件无 线电技术
电子科技大学：王 洪
§7.1 软件无线电概述
1、软件无线电的由来
无线通信被广泛应用于商业、气象、军事、民用等领 域。军方：大量不兼容的协议降低了联合作战的能力。 （固定、机载、车载、背负。。。不同公司的产品） “沙漠风暴”行动和格林纳冲突，美军各种通信设备的不 兼容性暴露无疑，不得不借助许多额外的无线电台，才能 保障高效的通信联络。

软件无线电的由来


民用：大量现有及新协议的竞争且互不兼容， 无线电系统被割据，受地理范围限制，运营商 为此投入大量费用，升级困难。 欧洲第一代模拟网：加入欧洲邮电会议(CEPT) 的16个国家，分别共使用6种不同的制式。这 些模拟通信体系的制式，频率各不相同，不能 互通、兼容。那些喜欢到邻国旅游的人们，车 一出国门电话就不通了，带来了极大的不便。
易通话第二阶段的功能模块
射频前端
天线 耦合 器 发射 接收 信道 A/D
信号处理
预处 波形 理器 处理器 D/A (ASIC) (DSP)
信息安全
信息 安全 控制
网络互联
多媒 体接 入
控制
路 控制 由 GPS 处理器 器
参考 时钟
蜂窝电话
外部接口
人机 接口
MBMMR电台的组成
易通话第二阶段的功能模块
实质上是一个无线电系统系列，共享通用的SCA（软 件通信体系结构），SCA强调开放式系统体系结构和 广泛使用的面向对象的方法。 （3）WITS（无线信息传输系统） MOTOLARA开发，JTRS/SDR论坛的第一个具体 例证，系列产品：6004/5004/3004,体系结构特点：具 有分布式处理环境、分成红边和黑边，由基于CORBA 的SCA促成。 （4）SDR-3000数字收发机子系统 由Spectrum Signal Processing提供，能够同时支 持许多发射和接收信道，每个信道具有独立的空中接口 协议，与2G/3G/JTRS等兼容，包括输入输出模块、基 带处理机和转换模块。
矛盾的核心：互通性 到底怎么办？
1）军方：设计一种能够使用几种不同协议在多个 不同频段上运作的无线电系统，即多频段多模式无 线电（MBMMR）
在单个机箱内放置支持不同系统的所有硬件，不同系统的 切换通过改变硬件设备的激活状态，实质是一种组合无线 电系统。其庞大的开支，短暂的寿命，使这种设想并没有 发挥多大作用。
信号 处理
信息 安全
网络 互联
系统 控制
人机 接口
内部互连总线(黑) 用户接口(用于信息安全)
4、JTRS提出的软件通信结构SCA

首先提出SCA的是美军联合战术无线电系统 （JTRS），目的是建立独立于设备的结构框 架。其目标是确保软件和硬件的可移植性和可 配置性，并确保根据SCA开发的产品之间的互 通。之后，软件定义无线电（SDR）论坛也接 受SCA规范，并正在把SCA发展为商业应用的 标准。
时钟/定时 参考分系统
干扰抑制 分系统
基带转换 分系统
易通话工程功能方框图
2）易通话工程的第二阶段
在第一阶段成功完成理论验证基础上，研制 演示系统，达到下列目标： -- 正真开放式结构 -- 功能软件可编程 -- 能与TF-XXI AWE F, Irwin, March 97等电 台互通 -- 支持HF, VHF, UHF 多频段
SPEAKEASY MULTIBAND, MULTIMODE COMMUNICATIONS TERMINAL
易通话第二阶段的功能模块
SPEAKEASY MULTIBAND, MULTIMODE COMMUNICATIONS TERMINAL
3、联合战术无线电系统（JTRS）
JTRS是美军为了适应三军联合作战的需要， 在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。 系统构成的基础是基于MBMMR的战术无线电台 （JTR）。JTR系列电台与常规电台的最大不同 点是具有很强的网络功能和信息安全处理能力。 另外，JTR比MBMMR电台支持更加广泛的信号 波形，它还能适应技术发展进行快捷高效的波形 升级。

自动区域或互联网路由选择； 动态网络连接、寻址和带宽分配； 模拟选定的传统无线电台； “动中通”功能； 开放式物理结构和软件结构； · 应未来技术、系统和支援作战结构 （可扩展性）。
联合战术无线电系统（JTRS）
用户接口 网络接口 内部互连总线(红)
天线 接口
射频 前端
调制 解调
2）可编程数字无线电系统（PDR）
对简单参数可编程，允许某种程度的重构，特别 是基带处理过程，但无线电系统的主要功能仍由硬件 定义，特别是发射和接收部分。
3）软件无线电系统（SDR）
将更多的无线电基本功能推延到软件领域，使数 据转换过程更加接近天线，射频硬件获得更大的独立 性。



1992年，MILTRE公司的Joseph Mitola首次明确 提出了软件无线电的概念。其中心思想是： 构造一个具有开放性、标准化、模块化的通 用硬件平台，将各种功能，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。 目前，采用开放式系统体系结构（OSA），一种 非专利、层次化的体系结构，每个层次公开且有 明确定义的接口和标准 未来，将数字化处理推延到天线端并实现包括天 线在内的所有组件的完全可编程控制。
1、1991年Joseph Mitola III提出软件无线电概念， 并各到广泛认可。
I coined the term Software Radio in 1991 to signal the shift from hardware intensive digital radios of the 1980's to the multiband multimode software-defined radios of the year 2000 and beyond. Last year, I coined the term Cognitive Radio to refer to that class of software radio that employs model-based reasoning and at least a chess-program level of sophistication in using, planning, and creating radio etiquettes. Cognitive radio is an emerging topic within software radio.
发 展 历 程 美国作为可编程模块化通信技术开始研究开发 SDR 技术 由 Joe. Mitola 正式提出软件无线电的概念 SPEAKeasy(PHASE I)开发完毕 欧洲电信标准协会(ETSI)举荐 SDR 做通用移动通信系统 (UMTS)；IEEE Communications Magazines 出 SR 专辑 美国 FAA 要求研究使用 SDR；组建 SDR 标准化组织模块 化多功能传输系统论坛(MMITS Forum) 由 MMITS 主持第一次 SDR 专题研讨会： 准备策划制定面向 MMITS 的规格；年底更名为软件无线 电论坛（SDRF） 美国完成了 SPEAKeasy(PHASEⅡ)的开发； 开始 IMT-2000 业务。
3、联合战术无线电系统（JTRS）
JTR系统除2MHz~2GHz工作频率外，具有 以下技术特性： 即插即用通用性； 模块化硬件可现场配置； 波形软件可现场编程； 嵌入式定位：自动向网络输送态势感知； 保密的数据网络功能； 3个或更多个其他网络模式；



3、联合战术无线电系统（JTRS）
（5）Spectrum Ware 麻省理工学院启动，考察学术性软件无线电体系结 构，研究通用处理器在实现软件无线电系统方面的适应 性，两个关键创新：用于处理系统输入输出的机制;创 建快捷而简单的实时功能实现所需要的编程环境，其编 程环境支持4个方面的适应性：信号环境、内部算法、 用户需求、资源可用性。由Vanu公司研究成果的商业 化。 （6）CHARIOT(适于互操作通信的可变高级无线电系统) 弗吉尼亚工学院开发，美国国防高级研究计划局的 全球移动信息系统计划的一部分，集中发展3个前沿技 术：自适应天线阵、多用户基站和自适应移动接收机。 通过创建形式化的结构，在运行环境中使用可重构的硬 件实现软件无线电系统，采用3种先进思想：自定义计 算设备、基于流的处理和硬件分页。