软件无线电技术论文

软件无线电技术

摘要：现行的面向具体用途来设计不同频段、不同制式的无线电通信电台及组网的思想已经远远不能满足现代无线电通信的实际需要，因此软件无线电系统及其技术，这种革新的通信理念与体制应运而生。文章对软件无线电技术的概念、功能和关键技术等进行了介绍，并阐述了软件无线电的应用和发展前景。

一．引言

软件无线电是近些年来随着微电子、信号处理、计算机等技术的高速发展应运而生的一种新的无线电技术。它最初起源于军事通信，是为了解决多军联合作战时通信互通互联问题而提出来的。经过这几年的迅速发展，软件无线电早已从军事领域的阶段逐步发展成为移动通信发展的基石，特别是第3、4代移动通信系统。个人移动通信系统已从第一代模拟蜂窝系统发展到第二代数字蜂窝系统（GMS、CDMA），目前正在向第三代移动通信系统发展，而且第四代移动通信技术也已经悄然问世。随着越来越大的通信需求，一方面使通信产品的生存周期缩短，开发费用上升；另一方面，新老体制共存，各种通信系统之间的互联变得更加复杂和困难、由于通信技术的迅猛发展，新的通信体制与标准不断提出，通信产品的生存周期减少，开发费用上升，导致以硬件为基础的传统通信体制无法适应新的局面；同时，不同体制互通的要求日趋强烈，并且随着通信业务的不断增长，无线频段资源变得越来越拥挤，对现有通信系统的频带利用率及抗干扰能力提出了更高的要求。但是沿着现有通信体制的发展，很难对频带重新规划。所以寻求一种既能满新一代通信系统需求，由能兼容老体制，而且更具有扩展能力的新的个人移动通信系统体系结构成为人们努力的方向。而软件无线电正好提供了解决这一问题的技术途径成为第三代移动通信系统研究的热点。

二．软件无线电的概念及特性

软件无线电技术将硬件、软件、无线技术有机地结合在一起，组成灵活多样的多功能系统。它的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，从通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现势必要求减少功能单一的、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A转换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式

总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。在设计和应用中软件无线电技术有下列优点：（1）完全的数字化。由于软件无线电的基本思想之一就是力图从通信系统的基带信号至中频、射频段进行数字化处理。因此，它是一种比目前任何一个数字通信系统的数字化程度都要高得多的全数字化通信系统。

（2）完全的可编程性。软件无线电通过一种通用的硬件平台，将通信的各种功能实现完全由相应软件运行来完成。它包括：宽频段内的可编程的信道调制方式、可编程的射频与中频频段、可编程的信道解调方式、信源编码、解码方式等。

（3）系统升级的便捷性与系统功能的可扩充性。由于软件无线电通信系统的功能更多体现在软件上，因此，系统的升级只需要改变相应的软件，即对软件升级即可。显然，它比以往对硬件电路的设计与改进更加快捷。通过软件工具可扩展通信系统业务、分析无线通信环境、定义所需扩展增强的各项通信业务。

（4）系统便于实现模块化。利用软件无线电的基本思想，对现行的通信系统均可实行模块化设计，模块的物理及电气接口性能指标符合统一开放的标准。通过更换单一模块，可以维护或提高系统的性能。

由于软件无线电的这些特点，使其一方面在军事领域，符合三军协同快速通信的需要；另一方面在民用领域，可通过软件编程，保持一种硬件平台结构的通用性。所以在移动通信领域内，可以对不同体制进行综合兼容真正实现移动通信系统“一机在手，漫游天下”的设想及其优越性。因此，软件无线电思想技术的提出与实现是非常必要的。

三．软件无线电系统的功能结构

理想软件无线电的结构如图所示。

实现系统的无线通信需要经过信号的发射，信号的信道传输与信号的接收3个过程。由于现在这种新型的软件无线电通信系统的信道接入、信道调制方式和信道的选址分配方式均可由系统终端的可编程软件功能来定义和实现，从而可使软件无线电通信系统的实现缩减为发射和接收两个过程。此外，在软件无线电系统中承担发射过程的软件相当丰富。它不仅能发射信号，而且能预先分析传输信道与相邻信道的干扰特性，从而探测确定信号的最佳传输途径。它能自行选择确定适应信道传输的最佳解调方式与编码方法；也能决策调整宽带天线的位置，以使发射波束获得最佳方向；并能自动调整合适的发射功率，以避免不必要的功率损失。软件无线电通信系统接收过程的软件功能是：它不仅能够接收信号，而且能够分析接收信号功率在本传输信道和相邻信道上的分布特性并能自动调整接收天线的方向；能识别接收信号的调制方式和编码方式；能自适应的抑制干扰，评估所需信号多径传输的动态特性，

并对其总体值进行相关的自适应均衡处理；能采用交织编码方式对信道解调方式进行解调，并能运用前向纠错控制方式（FEC）对漏检差错编码纠错以及更正驻留误码，从而使接收信号的差错比特率（BER）最小；同时，它还能对不同系统通信的相关协议进行转换。更重要的是，软件无线电系统还可以通过广泛的软件功能来支持该系统业务的广泛可扩充性。显然这些功能都是以往或现有数字无线电通信系统所不能比拟的。

四．软件无线电系统“软件化”程度的评价

如何评价一个软件无线电系统的“软件化”程度呢？1997年5月软件无线电概念的提出者Joe.M在欧洲召开的软件无线电会议中提到了一种思路：用一个矢量（N，PDA，HM，SFA）来表示其“软件化”程度，该矢量的每一维坐标取值均为0~3。其含义如下：N为空中接口所能支持的频道数，分为4中类型：单一频道（0），双频道（1），多频道（小于6个）（2）以及RF频段中的所有频道（3）。

PDA是指可编程数字化访问（Programmable Digital Access），即指软件无线电中数字可编程的程度，也分为4种类型：无可编程性（完全模拟或固定功能的数字无线电）（0），在基带可编程（1），在中频可编程（2）在射频可编程（3）。