第2章 软件无线电的关键技术汇总
2002-35软件无线电及其关键技术
软件无线电及其关键技术陈坚李在铭（电子科技大学通信学院102教研室成都610054）摘要软件无线电是近年提出的一种无线通信的体系结构，是继从模拟技术到数字技术后，无线通信领域的又一突破性新技术，本文从软件无线电的基本概念出发，讨论了其发展背景、功能结构、关键技术、先进特点和存在问题及应用与发展前景。
关键词软件无线电体系结构模数转换数字信号处理数字下变频一、引言随着通信技术不断地从模拟向数字化转变，现代无线系统越来越多的功能靠软件实现，因此产生了新一代的无线通信技术——软件无线电(software radio)[1]。
完整的软件无线电概念和结构体系是由美国MILTR公司的Jeo Mitola于1992年5月首次明确提出的。
其基本思想是：将宽带A/D变换尽可能地靠近射频天线，即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化，最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。
通过运行不同的算法，软件无线电可以实时地配置信号波形，使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。
软件无线电台不仅可与现有的其它电台通信，还能在两种不同的电台系统间充当“无线电网关”，使两者能够互通互连。
这样就解决了由于拥有电台类型、性能不同带来的无线电联系的困难。
人们研究软件无线电技术的主要原因如下：1)为了满足日趋复杂的无线电通信要求，通信设备必须符合各种无线通信手段相互协同的要求；同时，由于通信技术日新月异，为使电台保持与当今先进的通信技术同步，更新或增加电台功能速度加快；2)数字处理理论与技术的高度发展，以及A/D转换器和数字信号处理器(DSP)等器件的逐步成熟，为发展软件无线电奠定了技术基础。
软件无线电充分利用嵌入通信设备里的单片微机和专用芯片的可编程能力，提供一种通用的采用宽带A/D转换器、DSP和通用中央处理器(CPU)相结合的无线电台硬件平台，既保持无线电台硬件结构的简单化，又带来如下的优点：1)灵活性：能转换信道、改变调制方式和接收不同类型信号，对目前面临许多新标准或环境变化的无线电设计者而言，很有吸引力；2)集中性：软件无线电技术多信道共享前端射频级，可对每一信道进行低成本的数字处理，尽管软件无线电台比单个传统接收机要昂贵得多，但每个信道的成本大大降低了。
精品文档-软件无线电原理与技术(向新)-第2章
第2章 软件无线电硬件体系结构 图2-3 总线式结构示意图
第2章 软件无线电硬件体系结构
但是，多个功能模块以时分复用的方式通过公共系统总线完 成信号传输，这对系统总线的性能提出了很大的挑战，总线成为 系统功能扩展的瓶颈，特别是在实时性要求高的通信系统中。因 此，总线必须具有高速率，能提供复杂控制，便于功能扩展(可 集成未来更高性能的处理器)的功能。另外，软件无线电总线式 结构还应该具有以下特点：
第2章 软件无线电硬件体系结构
2.2 硬件体系结构 关于软件无线电硬件体系结构的划分，通常有两种方法：一 是按照构成硬件平台的物理介质划分；二是按照系统中各功能模 块的连接方式划分，即各功能模块如何互联，从而组成一个开放 的、可扩展的、标准的，同时具有较高数据吞吐率的硬件平台。 上述两种划分方法不是截然分开的，因为任何硬件平台的构成都 同时包括了这两方面的问题。
第2章 软件无线电硬件体系结构
软件无线电体系结构是实现软件无线电概念的具体设计结构， 包括硬件、软件和接口协议等部分。软件无线电体系结构是软件 无线电技术的核心。软件无线电体系结构的设计必须综合考虑无 线通信的技术现状和长远发展，具有融合各个通信标准的能力。 从广义上讲，软件无线电的专门技术和相关技术(也是软件无线 电的技术基础) 都属于软件无线电体系结构的研究范围，如软件 设计技术、宽带天线和多频段射频模块技术、电磁兼容技术、材 料技术、抗干扰和保密技术等。
第2章 软件无线电硬件体系结构
DSP：即数字信号处理器(Digital Signal Processor)，是 指专门为快速实现各种数字信号处理算法而设计的具有特殊结构 的微处理器。
FPGA： 即现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发 展的产物。FPGA是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制 电路出现的，它既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程 器件门电路数有限的缺点。
软件无线电重点
1、软件无线电的核心思想：可重配置性。
采用开放的、标准化的通用平台构造无线电系统，使宽带ADC/DAC尽可能的靠近天线，用软件实现尽可能多的无线电功能，并通过软件实现功能的设定和升级，使通信系统具有多频带、多模式的通信能力。
2、软件无线电的定义：（1）、软件无线电是多频带无线电，它具有宽带的天线、射频转换、模/数和数/模转换，能够支持多个空中接口和协议，在理想状态下，所有方面（包括物理空中接口）都可以通过软件定义。
（2）软件无线电是一种新型的无线体系结构，它通过硬件与软件的结合使无线网络和用户终端具有可重配置能力。
软件无线电提供了一种建立多模式、多频段、多功能无线设备的有效而且相当经济的解决方案，可以通过软件的升级实现功能提高。
软件无线电可以使整个系统（包括用户终端和网络）采用动态的软件编程对设备特性进行重配置。
3、软件无线电的特点：（1）、可多频带/多模式/多功能工作。
（2）、具有可重配置、可重编程能力。
4、硬件体系结构的分类：1按照物理介质划分：第一种是以通用处理器GPP为基础的结构。
第二种是以DSP为基础进行数字信号处理的体系结构。
第三种是以FPGA为基础进行数字信号处理的体系结构。
2按照系统中各功能模块的连接方式划分的硬件体系结构：1流水式结构2总线式结构3交换式结构4基于计算机和网络式结构5、比较DSP和FPGA的性能：1硬件结构，DSP采用哈佛结构 FPGA器件由大量的逻辑宏单元组成 2 灵活性 DSP处理器软件更易改变，而硬件个管脚是固定的.FPGA则需通过改变FPGA中构成DSO系统的硬件结构来改变硬件功能。
3 适用场合 DSP适用于状态复杂的操作 FPGA适用于简单重复的操作和需要并行处理的操作。
4处理能力 DSP处理速度慢 FPGA 处理速度快 5开发流程 DSP的仿真必须有合适的硬件平台 FPGA有多个层次的仿真测试和硬件调试环节 6开发技术标准化不同的DSP处理器结构有较大区别，需选择不同的汇编语言机仿真开发工具和编码软件 FPGA则采用开发技术的标准化和规范化。
软件无线电的主要原理及技术
软件无线电的主要原理及技术嘉兆科技本文主要介绍了软件无线电的概念、主要原理、关键技术及在生活中的广泛应用。
它是以开放性、标准化、模块化、通用性、可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。
首先介绍了软件无线电的理论基础，即带通采样理论，多速率处理信号技术，高效信号滤波，数字正交变换理论，这些都是软件无线电实现的理论基础，然后是其关键技术，宽带智能天线技术，A/D转换技术，数字上/下变频技术，数字信号处理部分，这些技术是实现软件无线电的关键和核心所在。
最后，对其应用领域也进行了描述，指出其在个人移动通信，军事通信，电子站，雷达和信息加电中的巨大潜力。
软件无线电这个术语最早是美军为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。
陆，海，空三军简单就工作频段来分，解决了互不干扰问题，但三军联合作战时互通，互联，互操作问题难以解决，于是1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。
进而实现联合战术无线电系统<简称JTRS），它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。
软件无线电以开放性，标准化，模块化，通用性，可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能，选用不同软件可实现不同功能，软件可以升级更新，硬件也可像计算机升级换代，可称为超级计算机。
它是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。
理想软件无线电的结构框图：申明：所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。
浅析软件无线电发展现状及关键技术
浅析软件无线电发展现状及关键技术随着科技的不断发展，无线电技术也在不断进步。
传统的无线电设备使用硬件实现，每个设备通常只能支持特定的频率和协议，并且需要独立的硬件运营和维护，这使得无线电设备的使用和管理变得极为困难。
改变这种情况的，是软件定义无线电技术的出现。
本文将对软件无线电发展现状及关键技术进行浅析。
一、软件无线电的定义软件无线电是指利用现代计算机技术，通过软件实现无线电设备的调制/解调、滤波、解码、编码等功能，使用一个软件无线电设备就可以实现多种频率和协议的通信。
相比于传统硬件无线电设备，软件无线电设备可以更快更容易地升级协议和功能，而不需要重新设计新的硬件。
二、软件无线电的发展历程软件无线电技术的历史可以追溯到上世纪80年代。
当时由美国国防部资助的“波浪计划”启动了研究软件无线电技术的计划。
该计划的目的是研究能够在线路上实时调整信号处理参数，对信号进行加解密处理的软件定义无线电技术。
上世纪90年代初，研究人员开始使用现代计算机和数字信号处理技术来实现软件定义无线电系统。
当时这种技术还很新颖，但却有很多优点。
其中最大的优点就是，一个软件定义无线电系统可以模拟多个传统无线电设备，并且这些设备可以使用不同的信号处理器，模拟出不同的无线电标准和协议。
由于软件定义无线电技术具有这种通用性，它已被广泛用于卫星通信、移动通信、计算机网络和其他通信领域。
随着计算机技术的进步和数字信号处理技术的成熟，软件无线电技术的应用日益广泛。
现在，软件定义无线电系统已发展成为一种非常先进的技术，能够模拟多种模式和协议，并且能适应不同环境下的通信需求。
三、关键技术1、无线电频率合成技术软件定义无线电中最重要的技术之一是数字频率合成技术。
数字频率合成器是一个数字信号处理器，用于计算出精确的频率。
当然，为了得到准确无误的结果，算法需要准确地采样数据并运用数学公式进行处理。
此外，还需要模拟-数字转换器（ADC）和数字-模拟转换器（DAC）等专用硬件。
软件无线电关键技术分析
旦预测航迹的点出现在了区域 Ｂ 就可将测 得的数 据通过两 内，
个雷达之间的网络通信传输给区域Ｂ 内的雷达 ， 区域Ｂ 内的雷达 可以继续使用这些数据进行航迹预测工作， 这种工作模式类似 于地面移动 通信 中的 “ 软切换” 术， 技 从而保障 了平流层雷达 系统的成像、 探测、 跟踪和航迹预测的工作连续性 。 平流层雷达系统组网需要考虑在各种突发情况下系统都能 工作， 目前研究都建议采用具有极强 自 适应性 的Ａ ｏ 自组织 ｄＨｃ
代 电子技术： 军事通信， ０ ５ ２ （ ： ６４ ． ２ ０ ， ８１ ４ — ８ ） ［ 张直中． ３ ］ 逆合成孔径雷达 （Ｓ Ｒ 成像 ［］中国电子科学 ＩＡ ） Ｊ．
研究院学报 ： 基础理论， ０ ６ １５： ９— ０ ． ２０ ， （） ３ １４ ４
［］ ４王晓峰． 临近空间慢速平台Ｓ Ｒ Ａ 运动补偿 技术研 究［］ Ｄ． 北京： 国防科技大学．０ ７ ２０ ．
ｃ ｍ ｍ ｕｎｉａ ｉｎ ｍ ａ ｎ ｎｏ ｏ ｃ ｔｏ ｄｏ ｉ ｗ，Ｓ Ｒ ｓａ ｏｕ ｉ ｈｅ ｄ Ｄ ｉ ｒ ｓｎｇ ｔ ｏｍ ｅ ｔｃ ａ ｏ ｅｇｎ ｍ ｏ ｅ ａ ｏ ｅ ｉ ｔ ｒ ｓ ｓ ｓｉ ｎｄ ｆ ｒ ｉ ｒ ｎｄ ｍ ｒ ｎ ｅ ｅ ｔ．Ｔｈｉ ｒｉｌ ｎｔｏ ｃ ｄ ｓ ａ ｔｃ ｅ ｉ ｒ ｄｕ ｅ
摘要： 作为当 今无线通信领域的新技 术一 软件无线￣ Ｄ （ ｆ ａ ．ｅｎｄＲ ｄ ） 前景十分 ＿ Ｓ ＲＳｌ ｒ Ｄ ｆ ｅ ａｉ） ｏｗ ｅ ｉ ｏ￣ 广阔 正引 国 ， 起 内外越来越
多的关注。 本文介绍了 软件无线电的概 特点 及体 系结构， 分析了 软件无线电的关键技 术， 阐述了 软件无线电的发展应用前景。
进 行 深 入研 究 。
第二章 软件无线电综述
2.1 软件无线电的定义
软件无线电的定义
软件无线电论坛的定义：软件无线电一种新 型的无线体系结构，它通过硬件和软件的结 合使无线网络和用户终端具有可重配置能力。 软件无线电提供了一种建立多模式、多频段、 多功能无线设备的有效而且相当经济的解决 方案，可以通过软件升级实现功能提升。
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2.1 软件无线电的定义
23
2.1 软件无线电的定义
软件无线电的特点
4、结构的开放性
软件无线电的结构分为硬件和软件两大部
分。这两大部分都具有模块化和标准化的 特点，是一种开放式的体系结构，使得研 制、生产和使用各环节可以共享已有成果， 共同推进软件无线电技术的发展。
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2.1 软件无线电的定义
硬件无线电
所谓硬件无线电，是指无线电设备的功能由 硬件结构确定，系统的工作没有软件参与或 只有很少一部分有软件参与，它们在功能上 是固定的。
1、可多频带/多模式/多功能工作：(M3, Multiband/Multimode/Multirole)。
多频带是指软件无线电可以工作在很宽的
频带范围内；
多模式是指软件无线电能够使用多种类型
的空中接口，其调制方式、编码、帧结构、 压缩算法、协议等可以选择；
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2.1 软件无线电的定义
软件无线电的特点
软件无线电终端通过软件下载方式就可以进 行重新配置，适应不同体制、不同标准的通 信需求，获得新的服务。因此，软件无线电 将是一个解决全球无线通信需求的最佳方案， 将成为未来无线通信设备设计的核心。 42
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2.1 软件无线电的定义
无线电发展过程的困扰
其中心思想是：
软件无线电及其关键技术
关 键 词
中图法 分类 号
软件 无线 电 ；Ｄ Ｐ技 术 ；智 能天线 ；硬 件平 台 Ｓ
Ｔ ９ Ｎｌ
针 对 世 界 范 围 无 线 电通 信 领 域 所 存 在 的 多
体 系 并 存 ， 且 不 同 体 系 间 的通 信 设 备 彼 此 互 而
Ａ Ｄ Ａ转 换 器 、 用 和 专 用 数 字 信 号 处 理 器 以 ／／ 通 及 各 种 软 件 组 成 Ｅ４。 理 想 软 件 无 线 电组 成 结 ３］ ，
能 随 时 随地 适 应 他 所 在 的无 线 电环 境 ， 给 不 这 同体 系 用 户 间 的 沟 通 带 来 了极 大 方 便 ， 时 在 同 软 件 无 线 电体 系 结 构 中使 宽 带 Ａ Ｄ转 换 器 尽 ／
Ｈ Biblioteka 可 能 靠 近天 线 ， 以充 分 实现 数 字 化 ， 高 可 编 程 提 性 。软 件 无 线 电 作 为 未来 通 信 乃 至 无 线 电技 术 的发 展 方 向 ， 界 各 国都 在 对 其 进 行 深 入 研 究 ， 世 但 是 由 于软 件 、 件 发 展 水 平 的 限 制 ， 终 达 到 硬 最
２ １ 宽 带 多 频 段 天 线 ．
存 在着 平 衡 ， 般 采 样 率 越 高 ， 辨 率 越 低 。 比 一 分 如 ｌＧ ｚ 样 率 可达 ６～８比 特 的 分 辨 率 ， Ｈ 采 当采
样 率 降 到 １０ＭＨ 时 ， 辨 率 可 达 ｌ ０ ｚ 分 ０比特 。按
照采 样 定 理 ， Ｄ Ａ Ｃ高 端 采 样 率 至 少 为 ２×３Ｇ ｚ Ｈ
制 ， 件 无 线 电 具 体 实 施 还 有 许 多 技 术 上 的 困 软
难 。根 据 软 件 无 线 电 系统 结 构 ， 要 从 宽 带 多 主 频 段 天 线 、 带 Ａ Ｃ转 换 器 、 Ｓ 宽 Ｄ Ｄ Ｐ基 带 处 理 和 系统 总线 等 四个 部 分 加 以 探 讨 研 究 ［ 。
软件无线电的关键技术及发展趋势(精)
1软件无线电(SDR作为当今无线通信领域的新技术,正在引起国内外越来越多的关注,在通信领域是继模拟技术到数字技术、固定通信到移动通信之后的新的无线电通信体制。
随着通信技术的发展,兼容各种不同制式类型的设备已经日益显露出其需求性,与传统的无线电系统相比,软件无线电系统具有结构通用、功能软件化、互操作性好等一系列优点。
软件无线电的起源与发展软件无线电的产生原因与海湾战争有关,当时以美国为首的多国部队中使用了多种不同制式的通信设备,因而造成了互相通信的困难。
之后在1992年5月Jeo Mitola 在美国通信系统会议上首次提出“软件无线电”的概念。
其基本思想是使所有使用战术电台都基于同一个硬件平台,安装不同的软件来组成不同类型的电台,完成不同性质的功能。
因此它具有软件可编程能力。
这个概念很快就在世界各国引起了注意,这是因为现代军事通信对无线电通信系统的可靠性、互通性、灵活性以及抗干扰、抗毁性、保密、安全等都有更高的要求。
美国军方与Hazcltine 公司研制了一种名为“speakeasy”(易通话软件无线电台,实现了美军通用的多频段、多功能的无线电平台,能兼容军队现有的各种电台,能同时处理4种以上不同的调制波形。
这种电台可以称得上是一种带有天线的、能进行话音和数据传输的“掌上电脑”。
通信的业务包括话音、数据和视频图像等。
目前软件无线电在民用领域日益受到重视,主要原因是现行通信系统技术标准多种多样,各种技术标准和相应的系统间难以兼容,难以用统一的设备实现。
而第三代移动通信系统目前仍存在着标准之争,如果采用软件无线电来适应不同标准,不失为一种可行之道。
另一方面,通信技术发展十分迅速,旧的系统不断改进,新的系统迅速涌现,人们需要一种比彻底淘汰旧设备更为经济的系统升级方法,而软件无线电的可编程性则较好地适应了这一需求。
软件无线电的关键技术及发展趋势摘要简要介绍了软件无线电的概念、发展历史、体系结构和关键技术,并对软件无线电的发展趋势作了分析和讨论。
软件无线电的关键技术
两方面来分析, 如图 1 所示[ 4] 。它们共包括电源、 天 线、 多频段射频转换器、 宽带 A/ D/ A 转换器 , 以及 通用可编程处理器和存储器等。移动软件无线电终 端通过话音、 数据、 传真 或多媒体等方 式与用户接 口。实时和准实时软件通过可编程处理器完成窄带 与宽带数据间的数据分析、 处理和变换, 然后宽带的 A/ D 和 D/ A 完成与射频 ( RF) 间的变换。软件无线 电基地台与公共电话交换网 ( PST N) 接口 , 还包括 支持运行和维护的软件系统 , 以及支持开发新业务 的工作站。
户的特定需求向用户提供一整套服务和协议。 今天 DWDM 系统可以在一条光纤上组合多达 80~ 100 条光波长, 从而使服务供应商无需付出铺 设更 多 光 纤 的 代 价 即 可 将 带 宽 提 高 数 百 倍。 SONET ( 同步光纤网) 是目前北美地区采用的 T DM 传播标准 , SDH ( 同步数字体系) 则是北美地区以外 采用的标准, 今天的商用 SONT T / SDH 系统已可以 在单一波长上提供 10 Gb/ s 的容量, 业内首个 40 G 系统已由朗讯科技提供给用户试验使用。贝尔实验 室是 DWDM 技术领域的先锋, 仅在光技术领域就 拥有 2 500 多项专利。在不久的将来, 世界上最强 大的宽带网将是以光的速度可靠地提供巨量信息的 全光网。在全光网中 , 业务将无需像现在那样转换 为电子, 从而使数据传输变得更为有效。可以处理 SONET、 帧 中 继、 AT M 等 任 意 形 式 网 络 业 务 的 DWDM 技术, 将成为全光通信网络的基石。
The technology of DWDM
Y U J in, ZH O U Jie ( T he Chinese People∀ s L iberation Army 76140, GuiL ing 541001, China) Abstract: T he concept of DWDM is g iven based on the comparison wit h T DM techno logy, then tw o key technologies are discussed. T o realize the DW DM , the per for mance of optical fiber must be impr oved first of all. Key words: D WDM ; concept; key techno logy
软件无线电技术综述
软件无线电技术综述一、概述随着信息技术的飞速发展，无线通信技术在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
传统的硬件主导的无线通信系统由于其固有的局限性，已无法满足日益增长的多样化、个性化通信需求。
在这一背景下，软件无线电技术应运而生，以其独特的优势引领着无线通信领域的新一轮变革。
软件无线电技术是一种基于数字信号处理（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）等先进技术的无线通信体系。
它的核心理念在于构建一个通用的硬件平台，通过加载不同的软件来实现各种无线通信功能。
这种技术范式不仅使得硬件平台能够兼容多种无线标准，如GSM、CDMA、WLAN等，还显著提高了系统的灵活性和可扩展性。
软件无线电技术的核心原理在于将模拟信号进行数字化处理，并在数字域上执行信号处理操作。
具体实现过程中，需要构建可编程的数字信号处理器（DSP）和FPGA等硬件平台，并开发相应的数字信号处理算法和软件模块。
通过这些技术和手段，软件无线电技术能够实现无线信号的收发和处理，从而满足不同的无线通信标准和功能需求。
软件无线电技术的应用领域广泛，涵盖了军事、移动通信、无线传感器网络、广播通信等多个领域。
在军事领域，软件无线电技术有助于构建灵活的军事通信系统，提高作战指挥效率和协同能力。
在移动通信方面，该技术能够实现多模多频的通信功能，支持多种无线标准，提升移动设备的通信能力和互联互通性。
在无线传感器网络和广播通信等领域，软件无线电技术也发挥着重要作用，推动着这些领域的持续创新和发展。
软件无线电技术以其独特的优势在无线通信领域展现出了广阔的应用前景。
本文将对软件无线电技术的定义、原理、发展历程、应用领域以及未来发展趋势进行全面综述，以期为相关研究和应用提供参考。
1. 软件无线电技术的定义软件无线电技术，是一种引领无线通信领域的技术革新。
它的核心理念在于利用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”，打破了传统通信设备仅仅依赖硬件来实现通信功能的局限。
软件无线电
软件无线电摘要：本文主要论述了软件无线电的基本概念、组成、关键技术、应用及制约因素。
1．软件无线电的基本概念软件无线电技术，顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。
这就打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局，所以说软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信，摸拟通信到数字通信之后第三次革命。
软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电的各种功能，从基于硬件、面向用途的无线通信机设计中解放出来。
软件无线电的核心是将宽带A/D和D/A尽可能靠近天线（将A/D和D/A由基带移到中频甚至射频），用实时高速DSP/CPU代替传统的专用数字电路做A/D转换后的一系列处理，将无线通信的各种功能用软件进行定义。
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的配置结构，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。
理想软什无线电的组成结构如图l一1所示。
2．软件无线电的组成及关键技术软件无线电技术是软件化、计算密集型的操作形式。
它与数字和模拟信号之间的转换、计算速度、运算量、存储量、数据处理方式等问题息息相关，这些技术决定着软件无线电技术的发展程度和进展速度。
软件无线电主要由天线、射频前端、宽带模数／数模转换器(ADC／DAC)、通用数字信号处理器(DSP)以及各种软件组成。
理想的软件无线电系统的天线部分应该能够覆盖全部无线通信频段，通常来说，由于内部阻抗不匹配，不同频段电台的天线是不能混用的。
而软件无线电要在很宽的工作频率范围内实现无障碍通信，就必须有一种无论电台在哪一个波段都能与之匹配的天线，所以，实现软件无线电通信，必须有一副可通过各种频率信号而且线性性能好的宽带天线。
射频前端在发射时主要完成上变频、滤波、功率放大等任务；接收时实现滤波、放大、下变频等功能。
软件无线电的关键技术及发展趋势(精)
软件无线电的起源与发展 软件无线电的产生原因与海湾战争有关,当时以美国为首的多国部队中使用了多种不同制式的通信设备,因而造成了互相通信的困难。之后在1992年5月JeoMitola在美国通信系统会议上首次提出“软件无线电”的概念。其基本思想是使所有使用战术电台都基于同一个硬件平台,安装不同的软件来组成不同类型的电台,完成不同性质的功能。因此它具有软件可编程能力。这个概念很快就在世界各国引起了注意,这是因为
目前软件无线电在民用领域日益受到重视,主要原因是现行通信系统技术标准多种多样,各种技术标准和相应的系统间难以兼容,难以用统一的设备实现。而第三代移动通信系统目前仍存在着标准之争,如果采用软件无线电来适应不同标准,不失为一种可行之道。另一方面,通信技术发展十分迅速,旧的系统不断改进,新的系统迅速涌现,人们需要一种比彻底淘汰旧设备更为经济的系统升级方法,而软件无线电的可编程性则较好地适应了这一需求。
天线
Байду номын сангаас射频(RF
部分
中频滤波
基带处理
用户接口
本振源
图1传统无线电系统结构
图2软件无线电系统结构
宽带/多频段天线
软件无线电的关键技术
承 俯 鳃 ＠ 国
黄智伟
（ 南华大学电气工程学院 衡 阳４ １０ ） ２ ０ １
摘 要 关键词
本文介绍 了软件无线电 中的智能天线 、 数据采集 、 数字信号处理 、 数字下变频技术等关键技术。 软件 无线 电 智能天线 数字信号处理
软件无线 电是将模块化 、 标准化 的硬件单元以 总线方式连接构成基本平台 ， 并通过软件加载实现 各种 无线通信功能的一种开放式体系结构 。其中的 关键技术有下面几个方面 ： 宽带／ 多频段天线 、 模数 （ ／ 和数模 （ ／ 转换器 、 Ａ Ｄ） Ｄ Ａ） 数字信号处理 、 数字
入带宽 以及功耗等参数来比较。采样速率由信号带 宽决定， 一般要求采样速率大于信号带宽 的 ２ 倍 ； ． ５
采样 精 度 在 ８ｄ 的动态 范 围要 求下 不 能低 于 ０Ｂ １ｂ 。对采样率和采样精度的关系进行研究的结果 ２ｉ ｔ
显示 ， Ｉ Ａ） Ｃ的采样率每提高一倍 ，采样精度大约损
通常ห้องสมุดไป่ตู้测量的方法给出 Ａ Ｃ的 ＳＤ Ｄ Ｆ Ｒ指标 。 噪声功率 比 （ Ｐ 的定义是 ： Ｎ Ｒ） 在陷波频段之外
在 目前实现软件无线电的方案中 ，数字信号处 理的解决方案大致可分为以下几类 ：数字信号处理 器 （ Ｓ ）用户定制的集成电路 （ ￥ 、 由参数 ＤＰ 、 ＡＩ 可 Ｃ） 控｛ 的硬件电路以及现场可编程逻辑器件 （ Ｐ Ａ） ６ ｉ ＦＧ
频采样 。
信 能 的 Ｓ 二 入 幅度 一 字 号 理 术 譬 的力最 大 的 在Ｒ生在输 至少： ３数 信…处 技’ 号 Ｆ 笔 Ｄ发 的 比 … …
。
全幅度输入小几个分贝时 ， 因为 当输入接近满幅度 时 ，Ｄ Ａ Ｃ的响应变得更加非线性 ，会产生更多的失 真 。另外 ， 当输入信号幅度接近满幅度时 ， 信号幅度 超 出满 幅度的概率就增大 ，这又会产生剪切失真 。
软件无线电关键技术详解
软件无线电关键技术详解近年来软件无线电技术发展取得了一些进展，但仍面临许多技术挑战，包括高速Ａ／Ｄ、ＤＳＰ数字处理、射频前端、天线技术等问题，可以说这些技术决定着软件无线电的发展和实现。
多年来在这方面的努力也从未停止过，这些技术仍在不断的发展，同时也出现了一些新的发展趋势。
一、天线技术理想的软件无线电系统的天线部分应该能覆盖全部无线通信频段，要能在很宽的工作频率范围内实现无障碍通信。
目前采用的是多频段组合式天线，即在全频段甚至每个频段使用几付天线组合起来形成宽带天线。
宽带天线被视为是实现理想软件无线电系统的最佳天线方案，也被认为在目前技术条件水平下是不能实现的。
近年来发展的ＲＦ是一种高度小型化的器件，可作为小型开关取代天线中的高成本、大体积的ＰＩＮ二级管、超宽带场效应晶体，是实现宽带可重构天线设计的一种具有突破性的技术。
采用ＭＥＭＳ，可以电子的方式改变一方环形开槽天线的工作频率。
在一方型的开槽天线上，当周长近似为一个波长时，在某个频率上可获取良好的性能，要针对新频段重构天线时，可通过交换不同的开槽天线单元的入口和出口。
因此，在３８ＧＨｚ范围进行频率变换成为可能。
利用ＰＩＮ二极管开关实现的ＭＥＭＳ开关还具有低损耗、高隔离与体积小等优势。
ＵＷＢＡ。
ＭＥＭＳ技术的应用将使ＷＢ和ＵＷＢ天线的体积和成本降低多个数量级。
另外建模和仿真方法的进步可实现对这些新天线单元的精确仿真。
二、ＲＦ前端技术目前ＲＦ元器件的水平还只能支持２０％左右的带宽，故在现有的软件无线电系统中采用的技术方案是使用一组ＲＦ模块覆盖整个频段。
在支持多标准时还可能要求更换射频模块。
随着宽频段合成技术、低噪声高性能半导体工艺技术的成熟，出现非ＲＦ芯片已于２００３年。
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• 在微波技术与工程中，频率、阻抗和功率是三 大核心指标，故将其称为微波铁三角。它能够 形象地反映微波技术与工程的基本内容。
振荡 器、压控 振荡 器、频率 合 成器 、分频 器、变频 器、倍频 器、混频 器、滤波 器等
频率
阻抗 测量 仪、 网络 分析 仪
频率 计数 器 /功率 计、频谱 分析 仪
阻抗
阻抗 变换 、 阻抗 匹配 、天线 等
标量 /矢量 网络 分析 仪
功率
衰减 器、功分 器、耦合 器、 放 大器 、开关 等
• 2. 微波的特点
• 微波，之所以作为一个相对独立的学科来加以研究， 是因为它具有下列独特的性质：
• （1）似光性，微波波长非常小, 当微波照射到某些物 体上时, 将产生显著的反射和折射, 就和光线的反射、 折射一样。同时微波传播的特性也和几何光学相似， 能像光线一样地直线传播和容易集中，即具有似光性。
• 2.2.2 智能天线原理
• 智能天线技术是基于波束赋形的一种技 术。
• 智能天线采用空分多址(SDMA)技术，利 用信号在传输方向上的差别，将同频率 或同时隙、同地址码的用户信号区分开 来，可最大限度地利用有限的信道资源。
• 1. 智能天线的概念
• 智能天线的概念来源于雷达和声纳系统所采用的阵列 天线。它可以通过某种智能算法来合并信号、自动适 应不同的信号环境。对于给定的方向，天线增益是可 以调整的。
第2章 软件无线电的关键技术 • 2.1 射频/微波技术 • 2.2 智能天线技术 • 2.3 多输入多输出技术 • 2.4 采样技术 • 2.5 调制解调技术 • 2.6 数字信号处理技术 • 2.7 软件设计技术 • 2.8 信息安全技术 • 2.9 同步技术
• 2.1 射频/微波技术
• 2.1.1 概述
• 设均匀传输线始端接信号源，终端接负 载，如图2-6所示。
• 3. 波导
• 波导是微波工程中应用最为广泛的传输 系统之一。波导通常分为以下两种：
• （1）矩形波导。
• 矩形波导通常由金属材料制成，截面为 矩形，内部为空气，如图2-7所示。其中， a为矩形波导的宽边，b为窄边。
• 4. 微波雷达
• 智能天线的核心在于数字信号处理部分，它根 据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向用 户，并自动地调整系数来实现所需的空间滤波。
• 3. 智能天线的原理 • 图2-13为智能天线的原理框图。
x1 w1
x2 w2
天 线 阵 输y 出 ∑
数据输出 数据滤波器
xm wM
＋ 基准信号
∑ － S
反馈控制 误 差 信 号
• 微波雷达是射频前端使用微波技术的典型示例。 雷达（RADAR）是英文无线电探测与测距 （Radio Detection And Ranging）的缩写。
• 在第二次世界大战期间，为迅速发现敌人的飞 机和舰船的踪迹，指引飞机或火炮准确地攻击 目标，发明了可以进行探测、导航和定位的装 置，这就是雷达。
• 软件无线电可以理解为有射频前端的计 算机，它可以使用一个单一的无线电前 端实现现在多种无线电终端的功能，如 图2-1所示。
• 2.1.2 微波“铁三角”
• 微波技术已有几十年的发展历史，现已成为一 门比较成熟的学科。随着科学技术的迅猛发展， 微波技术的研究向着更高频段—毫米波段和亚 毫米波段发展。
收发开关 接收机
天线控制器
发射机
定时器 显示器
• 2.2 智能天线技术 • 2.2.1 概述 • 天线是无线电系统发射与接收信号的器件。无
线通信与移动通信系统的信息传递过程是： • （1）在发射端，信号经发射机，调制成导行
波能量，经馈线传输到发射天线，通过发射天 线，将其转换为某种极化的电磁波能量，并辐 射到预定方向。 • （2）在无线信道中，电波经过一方式的传 播到达接收点。 • （3）在接收端，接收天线将接收的电波，转 换为已调制的高频电流能量，经馈线输送至接 收机输入端。经接收机解调后取出信号，就完 成了信息的传送。
本振
限幅
同 步 PN码
• 2.2.3 常用智能天线
• 智能天线通过调整权系数，可以将天线 波束对准来波方向。这个过程称为智能 天线的波束赋形。
• 智能天线的优良特性，使得它在现代无 线通信与移动通信系统中有着广泛的应 用。常用智能天线有：
• 1. 波束切换智能天线
• 波束切换智能天线由多个固定的预约波束构成， 这些波束分别指向不同的方向。天线阵列创建 一组叠加的波束，主瓣紧密结合成花瓣形状， 覆盖了所有方向。
• 波束切换智能天线系统检测并扫描每个波束的 输出，从中间选择具有最强接收信号的波束， 并根据需要从一个波束切换到另一个波束。
• 2. 自适应波束赋形智能天线
• 自适应波束赋形智能天线也称自适应阵 列智能天线。这种智能天线一般采用4— 16个天线阵列单元结构，利用数字信号 处理技术识别用户信号的到达方向。
• （2）穿透性，微波照射于介质物体时, 能深入该物体 内部的特性称为穿透性。微波是射频波谱中唯一能穿 透电离层的电磁波(光波除外)，因而成为人类外层空间 的“宇宙窗口”。 毫米波还能穿透等离子体, 是远程导 弹和航天器重返大气层时实现无线通信和末端制导的 重要手段。
• （3）信息性
• 2.1.3 射频前端
• 微波电路的经典用途是通信和雷达系统。近年 来发展最为迅猛的当数无线通信与移动通信系 统。
• 1. 微波传输线
• 微波传输线，是用以传输微波信息和能量的各 种形式的传输系统的总称, 它的作用是引导电 磁波沿一定方向传输, 因此又称为导波系统, 其 所导引的电磁波被称为导行波。
• 2. 传输线方程
• 2.2.4 智能天线应用
• 智能天线也就是自适应天线。它由多个天线单元组成， 构成一个天线阵列。在每个天线后面接一个复数加权 器，最后用相加器进行合并输出。
• 所谓智能或者自适应，就是指这些加权器的系数，可 以根据一定的智能或者自适应算法更新调整。
• 2. 数字智能天线
• 智能天线采用空分多址(SDMA)技术，利用信 号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、 同地址码的用户信号区分开来， 可最大限度地 利用有限的信道资源。