浅谈软件无线电技术及其应用

浅谈软件无线电技术及其应用

作者：孙广东

来源：《价值工程》2011年第19期

Software Radio Technology and Its Application

Sun Guangdong

（Daqing Radio Monitoring Station，Daqing 163311，China）

摘要：软件无线电是将硬件作为无线通信的基本通用平台，用软件实现尽可能多的无线

通信功能。它被视为继模拟和数字技术后的又一次电子技术革命。未来理想的网络将是一个统一网络，这个网络会容纳多种协议与标准，将对各种传播环境与物理介质进行适应，还有更加开放的接口需要其来提供，所以软件无线电将会有更加广阔的发展前景。

Abstract: Software radio takes hardware as the basic common platform of wireless communications, and uses software to achieve wireless communications as much as possible. It is seen as another revolution in electronic technology following the analog and digital technology. Ideal future network will be a unified network which will accommodate a variety of protocols and standards, will adapt to the mass media and physical environment, as well as will provide a more open interface requires, so software radio will have a more broad development prospect.

关键词：软件无线电射频天线ＤＳＰ数字处理高性能总线技术

Key words: software radio；RF antenna；DSP digital processing；high-performance bus technology

中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0170-01

0引言

在1992年5月的美国电信系统会议中美国科学家Joe.Mitola首次对软件无线电（Software Radio）作了明确定义：将硬件作为无线通信的基本通用平台，用软件实现尽可能多的无线通

信功能其具有开放性、灵活性的特点，它采用的是模块化设计原则，其结构为开放的ISO/OSI 体系，同时它也可编程、可移植，支持多模式、高速率、宽频段的无线通信。

1软件无线电面临的技术挑战

近些年，软件无线电技术有了一定的发展，然而仍然存在很多技术难题，如射频天线、DSP数字处理及高性能总线等问题。可以说这些技术决定着软件无线电的发展和实现。

1.1 射频天线软件无线电系统的理想状态是天线部分应对整个无线通信频段都有覆盖，它的主要特点是频率高、带宽。我们能够利用智能天线与多频段组合式天线将其实现。智能天线的理念是：天线利用若干高增益的动态窄波束对多个用户分别进行跟踪，窄波束对准期望用户，波瓣零点对准期望信号以外的干扰信号，从而得到最大的信干比。多频段组合式天线是在全频段甚至每个频段使用几付天线组合起来以形成宽带天线。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。近一些年发展的微机电系统器件被高度小型化，能够当作小型开关来代替天线中体积大、成本高的真空继电器、二极管及超宽带场效应晶体管，是促使宽带可重构天线设计得以实现的一项突破性技术。MENS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。

1.2 DSP数字处理技术在软件无线电发展中，DSP的限制作用已经成为瓶颈问题，DSP数据处理精度与处理速度和软件无线电台的实现与否有直接关系。现在，数字信号处理及数字控制的方案大概包含：数字信号处理器（DSP）、可编程逻辑器件（FPGA）、可由参数控制的硬件电路、用户定制集成电路（ASIC）。对于以上四种方法，可编程性能为DSP最高，后者依次降低，ASIC不具编程能力；运算速度则相反，以ASIC为最高，DSP最低；功耗以DSP 为最高，ASIC最低。在软件无线电的设计中，要综合考虑器件性能和特点，构架可编程性能高、运算速度快、功耗低的系统。另外，虚拟无线电（Virtual Radios）也是可供选择的一种方法，其思想是把高速ADC当作模拟和数字的接口，以高性能的工作站硬件作为处理器的核心。该方案就使用户能够对工作站的软件与硬件加以运用从而对新的算法进行设计，而且能够使系统结构的实验方便地在工作站上进行。

1.3 高速总线技术总线资源也是在软件无线电硬件平台中，总线资源也是特别重要的，总线资源对数字器件之间传输数据的能力起着决定性的作用。若没有足够的总线的带宽，那么整个平台的处理能力将会受到严重影响。通用总线有VME总线与PCI总线两种类型，在这两种类型中，VME总线是软件无线电的最佳选择，因为它拥有最成熟的技术、具有最好的通用性、得到最广泛的支持。然而，目前这两种总线形式处理高速复杂系统的的能力比较紧张的问题凸现出来了。当前，一些公司已对专用总线类型进行了开发，而且在软件无线电的通用硬件平台上已经得到应用。比如加拿大Spectrum Signals Processing 公司开发的SONANO总线支持高于 400 Mbit/s的全双工数据传输。设计中，估测总线能力需求时涉及到的方面有：硬件平台上详细的任务分配及整个系统的数据流量的分析，因此必须做认真仔细的考虑。

2无线电软件的应用和优点

如今，软件无线电的应用越来越广泛，在蜂窝移动通信系统中软件无线电的应用也是一个发展趋势。如我国的第三代移动通信系统TD—SCDMA中就结合了软件无线电、智能天线、全质量话音压缩编码技术与联合检测技术等新通信技术。蜂窝基础结构以合适的软件无线电技术为基础，他可以利用安装新软件进行升级，这与配置新硬件相比更廉价、更迅速，同时也使