《软件无线电技术》PPT课件
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软件无线电技术概述PPT课件
软件无线电技术
整理人：吴玉成
主要内容
一、软件无线电技术概述 二、软件无线电的关键和难点 三、软件无线电研究 四、软件无线电的应用 五、第三代移动通信中的软件无线电技术
一、 软件无线电技术概述
改变未来世界之技术 软件无线电的由来、发展及研究机构
软件无线电的基本概念
软件无线电主要特点 软件无线电优势
改变未来世界之技术
无线漫游的革命
• 无线通信领域是一个标准混乱的世界。手机通信、无线局 域网、军用无线通信、以及公共安全无线网络各自在特定 的频段工作，这一工作频率是相关硬件在工厂生产时就已 经设定的。所以美国的CDMA手机在欧洲不能用，而欧洲 的许多GSM手机在日本也没法用。
• 用软件替代相关硬件，从而能够与不同标准、不同工作频 段的无线通信网络兼容。这种技术称为软件无线电 (softwareradio)。
• 军事应用中，软件无线电技术将使海陆空各级指挥官和士 兵能够在激烈战斗的时候保持无线通信。
• 软件无线电技术进入消费市场还要再过一段时间。不过几 年之内，你就可以买一个能够在各种不同标准无线通信网 络工作的手机，从此无线漫游再无障碍。
• 软件无线电技术的崛起走的是从军用到民用的老路。无线 通信中CDMA(码分多址)本来是军用卫星通信技术，后来 用到民用移动通信，并因此出现了高通这样的企业。所以 就是在今天，军用领域的需求仍然是推动技术发展的动力。
软件无线电的由来
软件无线电最初是在军事通信中提出的，软件无线电作 为军用技术已有30年以上的历史，但是由于不同部队用 于不同目的的无线电台在工作频段、调制方式上存在差 异而无法互通。如果需要互通，就需要作进一步的改进， 如美国推出的JTRS(战术合作无线系统)的意向合同，其 目的就是能实现基于软件无线电技术的可以互操作、互 工作的系统。
整理人：吴玉成
主要内容
一、软件无线电技术概述 二、软件无线电的关键和难点 三、软件无线电研究 四、软件无线电的应用 五、第三代移动通信中的软件无线电技术
一、 软件无线电技术概述
改变未来世界之技术 软件无线电的由来、发展及研究机构
软件无线电的基本概念
软件无线电主要特点 软件无线电优势
改变未来世界之技术
无线漫游的革命
• 无线通信领域是一个标准混乱的世界。手机通信、无线局 域网、军用无线通信、以及公共安全无线网络各自在特定 的频段工作，这一工作频率是相关硬件在工厂生产时就已 经设定的。所以美国的CDMA手机在欧洲不能用，而欧洲 的许多GSM手机在日本也没法用。
• 用软件替代相关硬件，从而能够与不同标准、不同工作频 段的无线通信网络兼容。这种技术称为软件无线电 (softwareradio)。
• 军事应用中，软件无线电技术将使海陆空各级指挥官和士 兵能够在激烈战斗的时候保持无线通信。
• 软件无线电技术进入消费市场还要再过一段时间。不过几 年之内，你就可以买一个能够在各种不同标准无线通信网 络工作的手机，从此无线漫游再无障碍。
• 软件无线电技术的崛起走的是从军用到民用的老路。无线 通信中CDMA(码分多址)本来是军用卫星通信技术，后来 用到民用移动通信，并因此出现了高通这样的企业。所以 就是在今天，军用领域的需求仍然是推动技术发展的动力。
软件无线电的由来
软件无线电最初是在军事通信中提出的，软件无线电作 为军用技术已有30年以上的历史，但是由于不同部队用 于不同目的的无线电台在工作频段、调制方式上存在差 异而无法互通。如果需要互通，就需要作进一步的改进， 如美国推出的JTRS(战术合作无线系统)的意向合同，其 目的就是能实现基于软件无线电技术的可以互操作、互 工作的系统。
软件无线电
软件无线电软件无线电技术是指利用计算机软件技术实现无线电设备的控制、信号处理和通讯操作。
它的出现对无线电通讯技术的发展起到了重大的推动作用，使得无线电通讯技术向着数字化、智能化、高效化的方向不断发展。
软件无线电技术的起源可以追溯到20世纪80年代，当时计算机技术的发展以及数字信号处理技术的进步为软件无线电技术的兴起提供了技术基础。
1983年，美国开发了第一套软件无线电系统——软件电台（Software Radio），该系统通过DSP芯片实现了数字信号的采集、处理和发送。
这套系统的出现标志着软件无线电技术进入了实用化阶段。
软件无线电技术的主要特点是可编程性、可重构性和灵活性。
这些特点使得软件无线电可以符合不同的使用场景和应用需求。
比如，可以根据不同的频段、不同的调制方式以及不同的传输速率进行定制，实现智能化控制和自适应调整。
软件无线电技术的应用领域非常广泛，其中最主要的包括：航空航天、国防军事、广播电视、移动通信等。
在航空航天领域，软件无线电技术可以用于卫星通信、飞行控制、导航等方面，提高了通信的可靠性和精度；在国防军事领域，软件无线电技术可以用于军事通信、雷达和电子战等方面，提高了作战效率和战场指挥的精度；在广播电视领域，软件无线电技术可以用于数字电视、数字音频广播等方面，提高了广播电视的质量和体验；在移动通信领域，软件无线电技术可以用于3G、4G、5G等无线通信标准，提高了通信速率和网络容量。
软件无线电技术的发展趋势主要是数字化、网络化和智能化。
数字化是指数字信号处理技术的不断发展，使得传输速率和信道利用率不断提高；网络化是指软件无线电技术不断向网络化方向发展，构建起基于IP网络的无线电通信系统；智能化是指软件无线电技术逐步引入人工智能和机器学习技术，实现了更智能的调制方式、自适应调整和故障预测等功能。
当然，在软件无线电技术发展的过程中也会遇到很多挑战，如信号干扰、频谱管理问题、网络安全和隐私问题等。
软件无线电技术ppt
技术文挡及使用说明书编写
2014.01— 论文定稿， 准备答辩
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
LOGO
开发过程中可能会遇到的问题
设计GMSK载误波码的频率率升、相高位提取模块， 通位过和粗频调 率算，法然无粗后略通法的过跟细解踪调调原算发法射，载尽波量的精相确
的修正本地产生的载波相位，尽量降低本 地载波与原发射载波的相位与频率误差
研究进度计划
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
2013.01—2013.01
应用-电子战-电子干扰
目前的电子干扰系统往往都是在已知或者在事先假 设的几种信号样式下进行工作的，一旦目标信号特 征或通信方式发生变化，该系统就无能为力
跟踪跳频信号
软件化干扰发射机在一个通用扩展的硬件平台上， 采用软件实现各种干扰样式的形成以及干扰信号的 整个产生过程。开发式的硬件平台只涉及发射信号 的载频(外部)特征，发射信号的内部特征完全由不 同的软件来定义。载频特征一般来讲是相对固定的 ，而由软件定义的内部特征(干扰样式)可以升级换 代，以适应目标信号特征的千变万化。
▪ 工作的频段不同
▪ 调制方式不同
▪ 通信协议不同
▪ 数字信息的编码方式
▪ 加密方式不同等
SpeakEasy
应用-军事通信
❖ 联合战术无线电系统(JTRS)—波音、雷神MSRC
(1) 从波形有限的终端到多频段多模式多信道、可网络互联 的电台 (2)工作频谱为2~2000MHz可传输话音、数据和图象 (3)协同工作，并可与现有电台互连互通 (4)具有开放的体系结构 (5)硬件/软件模块化，便于
灵活性： 通过增加软件模块，实现新的功能，更新成本低
2014.01— 论文定稿， 准备答辩
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
LOGO
开发过程中可能会遇到的问题
设计GMSK载误波码的频率率升、相高位提取模块， 通位过和粗频调 率算，法然无粗后略通法的过跟细解踪调调原算发法射，载尽波量的精相确
的修正本地产生的载波相位，尽量降低本 地载波与原发射载波的相位与频率误差
研究进度计划
一种GMSK发射设备关键射频指标的无线检测方法
2013.01—2013.01
应用-电子战-电子干扰
目前的电子干扰系统往往都是在已知或者在事先假 设的几种信号样式下进行工作的，一旦目标信号特 征或通信方式发生变化，该系统就无能为力
跟踪跳频信号
软件化干扰发射机在一个通用扩展的硬件平台上， 采用软件实现各种干扰样式的形成以及干扰信号的 整个产生过程。开发式的硬件平台只涉及发射信号 的载频(外部)特征，发射信号的内部特征完全由不 同的软件来定义。载频特征一般来讲是相对固定的 ，而由软件定义的内部特征(干扰样式)可以升级换 代，以适应目标信号特征的千变万化。
▪ 工作的频段不同
▪ 调制方式不同
▪ 通信协议不同
▪ 数字信息的编码方式
▪ 加密方式不同等
SpeakEasy
应用-军事通信
❖ 联合战术无线电系统(JTRS)—波音、雷神MSRC
(1) 从波形有限的终端到多频段多模式多信道、可网络互联 的电台 (2)工作频谱为2~2000MHz可传输话音、数据和图象 (3)协同工作，并可与现有电台互连互通 (4)具有开放的体系结构 (5)硬件/软件模块化，便于
灵活性： 通过增加软件模块，实现新的功能，更新成本低
《软件无线电技术》课件
《软件无线电技术》PPT 课件
通过本课件，我们将深入了解软件无线电技术的概念、应用和发展趋势，带 您探索这一引人入胜的领域。
引言
介绍软件无线电技术的概念和背景，分析其优势和应用。
基础知识
讲解无线电通信的基本原理，解释重要概念和术语，介绍软件定义无线电（SDR）的技术原理。
软件无线电技术的不同应用
探索在移动通信系统、卫星通信系统和无线电信号处理中的软件无线电技术应用。
软件无线电技术的发展趋势
分析软件无线电技术的现状和发展，展望未来的发展趋势和应用。
结语
总结本次课程的重点和亮点，并提
通过本课件，我们将深入了解软件无线电技术的概念、应用和发展趋势，带 您探索这一引人入胜的领域。
引言
介绍软件无线电技术的概念和背景，分析其优势和应用。
基础知识
讲解无线电通信的基本原理，解释重要概念和术语，介绍软件定义无线电（SDR）的技术原理。
软件无线电技术的不同应用
探索在移动通信系统、卫星通信系统和无线电信号处理中的软件无线电技术应用。
软件无线电技术的发展趋势
分析软件无线电技术的现状和发展，展望未来的发展趋势和应用。
结语
总结本次课程的重点和亮点，并提
软件无线电技术.正式版PPT文档
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
（6）开放性
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
软件无线电技术
§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。
（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， 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。
❖ 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
（6）开放性
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
软件无线电技术
§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。
（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， 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。
第一讲：软件无线电技术基础
4）结构 —模块化
软件无线电结构体现两大特点： 采用开放式、标准总线结构（包括串行、并行、 网络通信架构等） 采用模块化划分和实现功能，功能定义标准化、 结构/尺寸/电气接口规范化，来保障功能模块 开发的开放性与可移植性
5）控制网络化
6）体系标准化
软件无线电论坛：
?通过分析外部环境提供的激励来认识它通信任务的内容通过对接收和发送的多媒体内容进行分析选择适当的解决方式通过分析外部环境提供的激励来认识它通信任务的内容通过对接收和发送的多媒体内容进行分析选择适当的解决方式认知性?软件无线电模式能力和参数的自适应修改动态配置动态配置移动通信中软件无线电结构发展??aisr时代收发io超高频软件定义超高速智能键盘麦克风扬声器显示器等收发开关超高频宽带adc软件定义无线电处理引擎无线电处理引擎超高速多路dac智能宽带rf前端rf
数字化是在天线端（或者非常接近）进行 大动态范围 多波段 多模式 软件不仅定义处理功能，也定义结构、模式和波段
移动通信中软件无线电结构发展
软件定义时代－SDR
RF:869~894MHz 收/发 开关 射频 处理 下 变频 中频 处理 中频 ADC 软件定义 无线电 处理引擎
键盘/麦克风/ 扬声器/显示器等 I/O
DSP处理 数字TDMA
DSP处理 数字GSM
RF:935~960MHz 射频 处理 下 变频
四波段 四模式
数字处理 CDMA
3、SPR向软件定义无线电SR转换
软件定义无线电 (SDR) 的定义：其数字化是在天 线端（或者非常接近）进行，无线电所需要的所 有处理通过驻留在高速数字信号处理单元中的软 件来实现－－理想的软件无线电 SDR (Software Defined Radio) 的特征：
《软件无线电技术》课件
通过云计算技术，软件无线电可以获得更高效和灵活 的计算资源，实现更复杂的信号处理和分析。
边缘计算技术可以将计算和数据处理能力从中心服务 器转移至设备边缘，降低延迟和提高响应速度。
物联网的广泛应用
随着物联网的广泛应用，软件无线电将在智能家 居、智能交通、智能工业等领域发挥重要作用。
软件无线电可以通过物联网技术实现各种设备的 互联互通，提高设备的智能化程度和用户体验。
软件无线电还可以通过物联网技术实现设备的远 程监控和维护，提高设备的可靠性和安全性。
谢谢聆听
信号处理复杂性
总结词
信号处理复杂性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
软件无线电需要处理各种不同的信号，包括模拟信号和数字信号，而且需要能够 快速、准确地转换和处理这些信号。这需要高效的算法和强大的计算能力，增加 了软件无线电的复杂性。
安全与隐私保护
总结词
安全与隐私保护是软件无线电技术必须考虑的重要问题。
详细描述
在无线通信中，安全和隐私保护至关重要。软件无线电需要 采取有效的措施来保护用户的隐私和通信安全，防止数据被 窃取或篡改。这需要在设计和实现软件无线电时充分考虑安 全和隐私保护的需求。
标准化与互操作性
总结词
标准化与互操作性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
为了实现不同厂商和不同系统之间的互操作性，软件无线电需要遵循统一的标准化协议和规范。这需要软件无线 电技术和相关标准不断发展和完善，以确保不同系统之间的兼容性和互操作性。同时，标准化也有助于推动软件 无线电技术的普及和应用。
的信号接收和发送，支持多种移动通信标准。
02பைடு நூலகம்
软件无线电技术可以提高移动通信系统的灵活性和可
边缘计算技术可以将计算和数据处理能力从中心服务 器转移至设备边缘，降低延迟和提高响应速度。
物联网的广泛应用
随着物联网的广泛应用，软件无线电将在智能家 居、智能交通、智能工业等领域发挥重要作用。
软件无线电可以通过物联网技术实现各种设备的 互联互通，提高设备的智能化程度和用户体验。
软件无线电还可以通过物联网技术实现设备的远 程监控和维护，提高设备的可靠性和安全性。
谢谢聆听
信号处理复杂性
总结词
信号处理复杂性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
软件无线电需要处理各种不同的信号，包括模拟信号和数字信号，而且需要能够 快速、准确地转换和处理这些信号。这需要高效的算法和强大的计算能力，增加 了软件无线电的复杂性。
安全与隐私保护
总结词
安全与隐私保护是软件无线电技术必须考虑的重要问题。
详细描述
在无线通信中，安全和隐私保护至关重要。软件无线电需要 采取有效的措施来保护用户的隐私和通信安全，防止数据被 窃取或篡改。这需要在设计和实现软件无线电时充分考虑安 全和隐私保护的需求。
标准化与互操作性
总结词
标准化与互操作性是软件无线电技术的另一个挑战。
详细描述
为了实现不同厂商和不同系统之间的互操作性，软件无线电需要遵循统一的标准化协议和规范。这需要软件无线 电技术和相关标准不断发展和完善，以确保不同系统之间的兼容性和互操作性。同时，标准化也有助于推动软件 无线电技术的普及和应用。
的信号接收和发送，支持多种移动通信标准。
02பைடு நூலகம்
软件无线电技术可以提高移动通信系统的灵活性和可
软件无线电软件无线电体系结构PPT课件
6.1.4 三种软件无线电结构的等效数
字谱 射频直接带通采样还存在“盲区”采样频带。“盲区”频
带的中心频率
f
0
m
由
下式定：
f0m
m 2
1
fS
式中，fS 为主采样频率，m为“盲区”频带号(m = 0,1,… M-1)，
其数字谱和射频信号谱如下图所示
XD( f )
B0
X
D
X
D
fSm / 4
X A ( f ) 跟踪滤 波器
• 本结构使前端电路设计得以简化，信号经过接收通道后的失真也小， 而且通过后续的数字化处理，本结构具有更好的波形适应，信号带 宽适应性以及可扩展性。
• 本结构的射频前端比较复杂，它的功能是将射频信号转换为适合于 A/D采样的宽带中频或把D/A输出的宽带中频信号变换为射频信号。
11
第11页/共74页
6.1.4 三种软件无线电结构的等效数字 谱
sin(0n) HLP (e j )
I (m) D
Q (m) D
第22页/共74页
22
在上图中，低通滤波器和后续的抽取器一起构成了一个标 准的抽取系统，该抽取系统可以通过多相滤波结构来实现，以降
低对滤波器吞吐率的要求。如果抽取因子D 很大，需要用多级抽
取来实现，如下图：
X (n)
cos(0n)
H1(e j )
• 低通采样的软件无线电结构的数字谱：
XD( f )
B f
fmin
fmax
fs / 2
图中的频率全部用模拟频率来表示的，且仅画了正半频率。
第12页/共74页
12
6.1.4 三种软件无线电结构的等效数 字谱
软件无线电发射机 PPT课件
S1(n)
sin(1n)
I2(m) 基带正交
I
信号产生
I
Q2(m)
…
IL(m)
基带正交
I
信号产生
QL(m) I
cos(2n)
S2(n)
sin( 2n) cos(Ln)
SL(n)
DA
零点
sin(Ln)
镜频滤 S(t)
波器
17
本结构其实就是多个单通道发射机构成的并行发 射机。
本结构可以同时发射的多个信号只能位于某个单 通道发射机的频段内，即：
超宽带滤波 双工器
分波段滤波
超宽带放大 超宽带功率放大
超高速超宽带 超高速超宽带
超高速
DSP （软件）
6
2.2 射频带通采样软件无线电结构
射频带通采样软件无线电结构在A/D前采用了窄带电 调滤波器，根据所需的处理带宽进行带通采样，从而降低 了对A/D采样速率和后续DSP处理速度的要求。此结构将 会成为未来软件无线电发展的主流。
邵保华.软件无线电在扩频通信发射中的应用研究 [D].哈尔滨：哈尔滨工程大学,2004.
陈道锦.通信系统中中频发射模块的软件无线电仿 真及实现[D].南京：南京航空航天大学,2008.
39
任何一个无线电信号均可表示为：
S (t) a (t)c o s [2f0 t(t)]
式中，a(t),(t) 分别表示该信号的幅度调制信息 和相位调制信息， f 0 为信号载频。 对上式进行数字化，可得：
S ( n T S ) a ( n T S ) c o s [ 2 f 0 n T S ( n T S ) ]
本结构核心与信道化接收机相同，都是基于多相滤 波器，通过内插的方式来实现的。
sin(1n)
I2(m) 基带正交
I
信号产生
I
Q2(m)
…
IL(m)
基带正交
I
信号产生
QL(m) I
cos(2n)
S2(n)
sin( 2n) cos(Ln)
SL(n)
DA
零点
sin(Ln)
镜频滤 S(t)
波器
17
本结构其实就是多个单通道发射机构成的并行发 射机。
本结构可以同时发射的多个信号只能位于某个单 通道发射机的频段内，即：
超宽带滤波 双工器
分波段滤波
超宽带放大 超宽带功率放大
超高速超宽带 超高速超宽带
超高速
DSP （软件）
6
2.2 射频带通采样软件无线电结构
射频带通采样软件无线电结构在A/D前采用了窄带电 调滤波器，根据所需的处理带宽进行带通采样，从而降低 了对A/D采样速率和后续DSP处理速度的要求。此结构将 会成为未来软件无线电发展的主流。
邵保华.软件无线电在扩频通信发射中的应用研究 [D].哈尔滨：哈尔滨工程大学,2004.
陈道锦.通信系统中中频发射模块的软件无线电仿 真及实现[D].南京：南京航空航天大学,2008.
39
任何一个无线电信号均可表示为：
S (t) a (t)c o s [2f0 t(t)]
式中，a(t),(t) 分别表示该信号的幅度调制信息 和相位调制信息， f 0 为信号载频。 对上式进行数字化，可得：
S ( n T S ) a ( n T S ) c o s [ 2 f 0 n T S ( n T S ) ]
本结构核心与信道化接收机相同，都是基于多相滤 波器，通过内插的方式来实现的。
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3.2 软件无线电结构数学分析化
•数学分析的必要性
1. 要掌握一个软件模块的数据吞吐量、响应时间及其他 参数，对存储器、缓存空间和可处理资源进行量化，要 求数学分析。 2. 当重用自己软件库（或第三方）的软件时，会引起系 统性能下降，甚至崩溃，要用数学模型来刻画快速涌现 的技术。 3. 用拓扑结构特性研究SDR结构，可提高即插即用结构 的应用和资源的有效重用。
•美国
•SPEAKeasy：研制多频段、多模式电台(MBMMR)，已 完成两个阶段(Ⅰ、Ⅱ) •MMITS论坛(后更名为SDRF论坛) •PMCS(Programmable Modular Communication System)
研究基于SDR技术的3G系统的多频段多模式手机与基 站。
•中国
提出了3G标准TD-SCDMA，SDR技术是其关键技术之一。
1.6主要研究机构及其应用进展
1.1 软件无线电的基本思想
•由来
•基本思想:在尽可能靠近天线的地方使 用宽带A/D和D/A变换，并且尽可能多地 用软件来定义无线功能 •软件无线电台=高速计算机+天线 •无线电通信的一次革命 •模拟无线电（1G）
•数字无线电（2G） •软件无线电（3G）
所有的无线通信系统均可基于一种通用 可编程硬件平台，工作频段、编解码方式、 调制解调方式、加密解密算法、多址方式等 均可编程，通过注入不同的软件，形成不同 标准的软件无线电终端或基站。这样的无线 电台既可以与现有的其他无线电台进行通信， 还能在不同的无线电系统之间起到“无线电 网关”的作用，保证各种无线通信业务的无 缝集成。
• FIRST(Flexible Integrated Radio Systems Technology) 计划用SDR技术设计多频/多模可编程手机
•FRAMS(Future Radio Wideband Multiple Access Systems)计 划目标是定义、研究与评估宽带有效的多址接入方案来满 足UMTS要求，技术方法之一是采用SDR技术 •SORT(Software Radio Technology)计划是演示灵活的有效 的软件可编程电台，它具有无线自适应接入功能，并符合 UMTS的标准
1.3 标准软件无线电台的结构
移 动 终 端
电话 视频 传真
实时/ 准实时软件
窄带A/D-D/A (可编程信源编码)
可编程处理器
宽带A/D—D/A
RF转换
数据
高集成度硬件
•无线接口
基 站
脱机软件
•业务开发 •工作站
在线软件
可编程处理器
实时/ 准实时软件 可编程处理器
宽带A/D—D/A
RF转换
实时系统 •模块化、开放式结构硬件
软件无线电手机的概念化方案
专用软件语言 应用程序 GSM模块
cdma-one模块
IMT-2000模块 PDC模块
A/D D/A DSP FPGA
数字无 线信号 处理器 宽带射 频前端 驱动模块 操作系 统
无线函数库 A/D D/A
LNA PA MIX
3G手机设计中的难题
•低功耗、小型化技术 电源管理技术、低功耗技术
软件无线电技术
李文元
2000.12.1
软件无线电技术
(Software Defined Radio，SDR)
1、基本概念
2、SDR的关键技术
3、SDR的新进展 4、SDR的算法设计
1、软件无线电的基本概念
1.1软件无线电的基本思想
1.2发展历史
1.3标准软件无线电台的结构
1.4软件无线电的特点
1.5软件化程度的评价方法
标准化
3、软件无线电的新进展
3.1 体系结构分层化与软件模块化 3.2 软件无线电结构数学分析化 3.3 面向对象化 3.4 认知化、智能化 3.5 计算机化 3.6 网络化、信息安全化
3.1体系结构分层化与软件模块化
•Joseph Mitola 提出了SDR分层虚拟机参考模型
通信服务虚拟机
服 务 个性描述 信道对象 代 理 信道状态机 信息流 基础结构状态机 线程建立与控制
SDR在3G中的应用
•移动台和基站 为3G的多模式、多频段、多功能手机与基站 提供一个开放的模块化的结构 •智能天线
空间特征矢量（如DOA）的获得、每个射频通道 权重的计算和天线波束赋形等 •各种信号处理软件算法的实现 包括各类无线信令规则与处理、信号流变 换、调制解调、加密解密、信道编码、信源编码 等软件算法
•数学分析的好处
提高了系统的稳定性、可重用性
•结构设计的原则
•有界递归模块
消耗可预测的资源，且软件错误不会引起系统崩 溃
•可扩展的接口拓扑
用拓扑空间的基来定义软件无线电接口，并使用 可扩展语言如UML、SDL、IDL、ASN.1等
•分布式分层虚拟机结构
3.3 面向对象化
•SDR要面向对象设计——3G面向个人服务
•宽带射频前端和模块化技术
•高速A/D、D/A技术 •高速数字信号处理技术 •多信道数据交换技术 •系统软件设计技术 •嵌入式开放系统控制技术
射频前端信号预处理
窄宽带 ADC 窄宽带 ADC AGC DDC DDC DAC 总线 DAC DAC DSP DAC LPF LPF LPF 中放输出
带通滤波
外部环境支持
信号源集 开发支持 信道集
信源编 解码
服务与 网络支持 联合控制
信息 安全
调制 解调
IF 处理
RF信道 接入
信道编码解码
面向对象的软件无线电系统结构
3.4 认知化、智能化
•Joesph Mitola近期提出 •认知软件无线电是指无线电的内部工作状态是可知的，通过 无线电知识描述语言(Radio Knowledge Representation Language，RKRL) 与网络，针对无线规则进行智能交流，并采用支持关于用户 需要的自动推理的方式，更好地为个人通信服务。 •无线规则是指一系列适合无线频谱使用的射频带宽、空中接 口、通信协议和空间时间模式。 •认知无线电使软件无线电从预置程序的盲目执行者转变成为 无线电领域的智能代理，它具备通过各种方式来满足用户需 求的能力，甚至用户都不知道是如何得到它的。 •SDR为认知无线电的实现提供了一个理想的平台。
· · ·
宽带ADC
（a）数据采集模块结构图
FIR(LPF) IF 输 入 正弦/余弦 FIR(LPF) 可编程抽取器
逻 辑 电 路
输出
取样时钟-
滤波系数
（b）可编程数字下变频器（DDC）原理图
宽带A/D和D/A
•性能参数
信噪比(SNR)、无寄生动态范围(SFDR)、互调
失真(IMD)、采样速率和采样精度等 •采样方法 正交采样、带通采样、欠采样 •并行A/D、D/A技术
RF处理
IF滤波
基带处理
用户接口
OSC
OSC
传统的硬件无线电接收机
宽带射频前端
高速A/D和D/A
高速DSP
用户接口
软件无线电接收机
1.2软件无线电的发展历史
序号 时 间 发 展 历 程 1 1980 年 美国作做为可编程模块化通信技术开始研究开发 SDR 技术 2 1992 年 由 Joe. Mitola 正式提出软件无线电的概念 3 1994 年 SPEAKeasy(PHASE I)开发完毕 4 1995 年 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 5 1996 年 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) 6 1997 年 由 MMITS 主持第一次 SDR 专题研讨会： 7 1998 年 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） 8 1999 年 美国完成了 SPEAKeasy(PHASEⅡ)的开发； 9 2001 年 开始 IMT-2000 业务。
•PSTN
1.4软件无线电的特点
•可编程性 •模块化结构 •可重构性 •分层性
•开放性
软件无线电的开放式结构
多路耦合器 宽 带 射 频 板
高速数据总线
高 速
A/D D/A
存 储 器 板
并 行
DSP
VME
主 机 板
板
板
用 户 接 口 板
音频 视频 传真 数据VME总线1.5软件化程度的评价方法
1997年Joe Mitola 提出用矢量V(N，PDA，HM，SFA) 表示软件化程度，每个参量的取值均为0~3
软件模块化程度
0-无定义空中接口的软件 1-硬件只能运 行一个厂商的软件 2- 加载多个厂商软 件，硬件平台一个 3-多个软件可加载到 不同的硬件平台上
1.6软件无线电的主要研究机构及其应用
•欧洲 ACTS（Advanced Communications Technologies and Services)计划中有三项是将SDR应用在3G(UMTS)
SDR将在SCDMA中实现的功能
(1)提供一个开放的模块化的系统结构； (2)智能天线的实现； (3)同步检测、建立和保持； (4)用户终端D-QPSK解调器中的载波恢复、频率校准和跟踪； (5)每码道功率的测得和发射功率控制的实现； (6)接收通道的电平检测和接收增益控制； (7)扩频调制和解调，包括Walsh码和PN码的产生； (8)语音编译码； (9)DTMF、MFC及各种信号的产生和检测； (10)信道编码、复接和分接； (11)发射脉冲成形滤波； (12)SWAP信令的差错检测； (13)接收信令的差错检测； (14)发射通道的数字预失真； (15)基站收发信机的校准。