软件无线电的兴起_特点及其关键技术

软件无线电的兴起、特点及其关键技术

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查光明　倪成凯　孙科维

(电子科技大学通信与信息工程学院,四川成都,610054)

摘　要　回溯了软件无线电的起源动因和发展过程,讨论了软件无线电的主要特点和应用领域,重点介绍了软件无线电实现的关键技术与器件,认为世界第三次电子技术革命将是软件无线电技术.

关键词　软件无线电;移动通信;互连;互通;互操作【中图分类号】T N914,T N92915

【文献标识码】A

【文章编号】1005—7188(2003)03-0137-05

1　软件无线电的起源

1.1　软件无线电源于军事通信的需求

软件无线电(S oftware Radio )这个术语,最早是

美军为了解决海湾战争中,多国部队各军兵种进行联合作战时,所遇到的互联互通互操作(简称“三互”)问题,而提出来的.以往美军的军事通信装备无论是工作频段、通信体制、信息传输格式等方面,在陆、海、空三军都是各自为政,互不兼容.导致在联合作战时各军兵种间无法进行快速沟通、互传信息情报,结果仅是名义上的联合作战,而实际上只是各军兵种的简单参战,形成不了真正意义上的“联合”作战.就工作频段而言,陆军主要工作在30MH z ～88MH z ,空军主要工作在108MH z ～176MH z ,而海军和海航在225～400MH z 以及三军共用的短波2MH z ～30MH z 频段.陆、海、空三军上述频段的简单划分,虽然解决了三军间的相互干扰问题,但三军联合作战时互联、互通、互操作问题显然难于解决.通过海湾战争,充分暴露了军事通信互通性差、反应速度慢、带宽太窄、速率太低等一系列影响联合作战的关键技术问题.在1992年5月美国通信体系会议上,Joseph Mi 2tola 首次提出软件无线电(SWR.S oftware radio )概念.1995年IEEE C ommunication Magazine 出版了软件无线电专集.同年美国防部高级研究局(DARPA )提出了SPE AK easy 计划,又称“易通话”计划.该计划的最终目标是开发一种能适应联合作战的三军统一的多频段、多模式、多功能电台,即M BM MR (Multi -Band Multi -M ode Radio )电台.“易通话”计划分三个阶段

来实施,第一阶段(SPE AK easy Ⅰ

)主要完成预研和需求分析;第二阶段(SPE AK easy Ⅱ

)则完成模型样机的开发,并进行靶场演示验证;第三阶段(SPE AK easy Ⅲ)则进入装备研制和采购.目前正处于第三阶段,并开发满足三军装备需求的多频段多模式联合战术无线电系统(J TRS ),计划于2004年装备部队(计划执行进程如表1所示).

据美军称,一旦J TRS 电台开发成功,若未经特许,任何军兵种不得采购其他体制的电台,也就是说J TRS 电台将成为未来美军三军互联互通的主要战术通信装备.美军的这一行动从军用需求方面大大推动了M BM MR 电台的开发进程,也有力促进了软件无线电技术的迅猛发展.1.2　民用移动通信网络需求是软件无线电发展的

巨大驱动力

民用移动通信的需求是软件无线电技术进步与发展的巨大驱动力.移动通信经历了第一代(1G )模拟系统,第二代(2G )数字系统(G S M 和基于IS -95的C DMA ),直至目前第三代(3G )个人通信系统开发研制.无论是用户,还是运营商,都希望建立一个全球统一的标准来实现无缝隙覆盖通信体系.国际电联(IT U )在第三代移动通信体制标准制订过程中,世界各国政府和各大集团公司提交多种提案,经国际同行专家们多次考评、论证、反复协调后仍保留了三种基本提案,即确定了美国的C DMA -2000、欧洲的W -C DMA 、中国的T D -SC DMA.而下一代(3G 或4G )移动通信网络的需求将是:多频段、多模式、多功能、多媒体的模块化体系,要求模块即插即用.软件无线电(SWR )技术领域的发展能满足新一代移动网络的这些需求.当软件无线电在军事通信中得到

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收稿日期:2003-02-21

基金项目:中国人民解放军总装备部某军用保密型号项目.

作者简介:查光明(1936～),男,云南玉溪人,教授,博士生导师.曾任电子部移动通信专家组成员,邮电部移动通信专家组成员,国家计委移动通信工程中心专家评审组副组长,主要从事移动通信与扩跳频通信技术研究.

第12卷第3期

2003年7月

云南民族大学学报(自然科学版)

Journal of Y unnan University for Nationalities (Natural Sciences Edition )V ol.12,NO.3Jul.2003

表1　联合战术无线电系统计划表

年月主要发展

19979美国国防部副部长签署JT RS决策备忘录,启动JT RS计划,并要求成立一个美国联合项目办公室

19979五角大楼宣布美国陆军将永久领导J TRS的采办计划,美国空军担任该项目第一个三年的项目管理者

199711J TRS项目的作战需求文件(ORD)草稿

1997四季度联合需求监督委员会(JROC)确认联合任务需求报告(M NS)

1998一季度建立联合项目办公室

19982美国国防部长办公室宣布,2000年以后将不再批准任何不属于J TRS系列的无线电台采办1998二季度联合需求监督委员会(JROC)批准联合作战需求文件(ORD)

19986Raytheon公司获得价值550万美元宽带网络无线电台系统合同,该系统有助于定义J TRS 19987～8美国国防资源委员会命令陆军承担J TRS的所有预算投资

19989M otorola公司获得一个研制数字模块化无线电台(DMR)的合同,作为J TRS的前身199811Raytheon公司获得一个研制DMR的合同,作为J TRS的前身

199811美国国防部建议在今后六年给J TRS预算增加2.7亿美元

19992以波音公司为首的企业集团和美陆军签定了一个共同投资300万美元,进行J TRS系统的规划和设计的协议.(该企业集团包括波音公司\Harris公司、朗讯公司、RAC A L通信公司、Autometric 公司、R ockwell科学中心、Viasat公司、X etron公司)

19992模块化软件可编程无线电台集团(MSRC)获得价值150万美元的J TRS项目第一阶段合同. (MSRC包括Raytheon公司、ITT公司宇航通信部、R ockwell C ollins公司、M orconi宇航系统公司C NI部、R ooftop通信公司)

1999二季度开始J TRS功能结构研究

1999四季度选定结构定义

2000一季度进行结构演示/确认

2000一季度完成功能结构研究

2001一季度完成结构演示/确认

2001二季度研制成功数字模块化无线电台(M DR)

2000～2004部署可进行网络连接的宽频段联合战术无线电台(J T)

应用的同时,一些有远见的通信专家亦看好民用移动通信市场需求,1996年发起了M MITS论坛(模块化多功能信息变换系统),至1998年,G S M MOU的软件无线电版本提出了向3G演进可能性的论述. 1999年4月IEEE JS AC出版了关于软件无线电的选集.同年国际无线电科学家联合会,在日本举行了软件无线电会议.此后成立了软件无线电技术工作组,集中关注S DR(S oftware Defined radio)在3G实现的可能性.民用软件无线电的发展状况如图1所示.软件无线电(SWR)是指一种全部可编程的无线电技术.图1中C OTS Handset属于ASIC基带可编程,HF STR -2000是基带可编程短波数字通信系统.由ASIC 实现中频(IF)数字接入的蜂窝基站(SWR Cell Site),和由FPG A和DSP实现IF数字接入的SPE AK easy-Ⅱ,都属于S DR,代表国际软件无线电现阶段软化程度较高水平.Virtual Radio是灵活性更高的通信处理器来实现IF数字接入,代表目前S DR的最好水平.在天线后射频(RF)直接采样的数字化处理是未来理想软件无线电的目标.

由以上可见军事通信与民用移动通信市场需求是软件无线电技术进步与发展的推动力.是解决目前无线通信多标准、多模式兼容工作和互操作性,频率资源共享的最佳途径

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2　软件无线电框架结构

按国际软件无线电软件化程度评判的四级标准,即零级(无可编程部件)、一级(基带可编程)、二级(中频IF可编程,含零中频方式)、三级(射频可编

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云南民族大学学报(自然科学版) 第12卷