软件无线电技术综述(1)
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(*) 宽 带 中 频 带 通 采 样 结 构 宽带中频带通采样结构的软件无线电结构与目前 的中频数字化接收机的结构是类似的!都采用了多次 混 频 体 制 或 叫 超 外 差 体 制 !如 图 +所 示 "这 种 宽 带 中 频 带通采样软件无线电结构的主要特点是中频带宽更宽 (比 如 ,-./0)!所 有 调 制 解 调 等 功 能 全 部 由 软 件 加 以 实现"中频带宽宽是这种软件无线电与普通超外差中 频数字化接收机的本质区别"显而易见!这种宽带中 频带通采用软件无线电结构是上述 *种结构中最容易 实现的!对器件的性能要求最低!但他离理想软件无 线电的要求最远!可扩展性1灵活性也是最差的"
其保密机的品种数量)因而降低了电台的装备费用和 维护费用’
#*%软 件 无 线 电 集 成 了 各 种 通 信 频 段 &调 制 方 式 & 抗干扰模式及灵活的组网方式)故能够使各军兵种之 间的协同通信能力得到明显增强! $+( 体系结构
软 件无线电是一种基于宽带 ,-.器件&高速 ./0 芯片)以软件为核心 #/12345678697:37;%的崭新的体 系结构!在射频或中频对数字信号进行数字化)通过 软件编程来灵活地实现各种宽带数字滤波&直接数字 频率合成&数字下变频器&调制解调&差错编码&信 道均衡&信令控制&信源编码及加密解密功能!
能结构*关键技术和难点以及应用和发展前景+
关键词(软件无线电,宽带天线,宽带 -./)/.-,高速 /01
中图分类号(234&56 7#
文献标识码(8
文章编号(#$$5 %"%9 !&$$%’&# $:" $5
; <=>>?@ABC<BCDE?@FG?HIB
JKL MNOPQRN
!9STNOUOVWSWRWXYZ2X[QOY\YP])9STNO)"#$$%&)^QSON’
图 $给出了典型的软件无线电的结构框图)包括 天 线&多频段变换器&含有 ,-.和 .-, 变换器的芯片 以及片上通用处理器和存储器等部件)可以有效地实 现无线电台功能及其所需的接口功能!
图 $ 软件无线电结构框图
软件无线电的天线一般要覆盖比较宽的频段)比 如 $<(===>?@)要求每个频段的特性均匀)以满足 各 种 业 务 的 需 求! 例 如 可 以 为 A?B-C?B的 视 距 通 信 &C?B卫 星 通 信 )?B通 信 作 为 备 用 通 信 方 式 ! 为 便 于 实 现 )可 在 全 频 段 甚 至 每 个 频 段 使 用 几 副 天 线 )并 采用智能化天线技术
jFAEB@H‘(VYZWbNcXcNdSY, bSdX kNOdNOWXOON,bSdX01
移动通信的出现为通信方式带来了革命性的变 化)人们的联系和交流不再受时间和空间的限制+短 短一二十年)移动通信经历了从 -l10)3l2模拟移 动 通信)到 / -l10)U0 45)J0l 数字移动通信) 再 到 第 三 代 移 动 通 信 技 术 的 发 展 过 程 +在 移 动 通 信 技 术的发展为生活带来方便的同时)也出现了多种通信 体 制 并 存 *各 种 标 准 层 出 不 穷 和 频 率 资 源 缺 乏 的 现 象 + 尤其是第二代移动通信系统)这一矛盾尤为突出)严 重制约着移动技术的发展+以硬件为主的传统的通信 体制难于适应这种局面)这些新标准由于射频载波频 率和调制方式不同而限制了各种设备的互通和兼容) 造成资金浪费和重复投入+
从已经研制出来的软件无线电台来看)其结构和
收稿日期万(方&$数$%据$" &:
功能具有良好的可扩展性)是未来无线电通信的发展 方向+
q 软件无线电的基本概念及体系结构
#7# 基本概念 软 件 无 线 电 的 基 本 思 想 就 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 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+功能的软件化的实现方法势必减少功 能 单 一 *灵 活 性 差 的 硬 件 电 路 )尤 其 是 减 少 模 拟 环 节 ) 把数字化处理 !宽带模数变换器 !-./’及数模变换器 !/.-’’尽 可 能 地 靠 近 射 频 天 线 )建 立 一 个 具 有 r-./
模拟 信 号 进 行 数 字 化 后 的 处 理 任 务 全 由 ./0和 专 用 的 可 编 程 处 理 器 的 软 件 来 承 担!为 了 减 轻 通 用 ./0的 处 理 压 力)通 常 把 ,-.转 换 器 传 来 的 数 字 信 号) 经 过 专 用 数 字 信 号 处 理 器 件 #如 数 字 下 变 频 器 ..I%处 理万)方降数低据数 据 流 速 率 )并 把 信 号 变 至 基 带 后 )
的 (倍!比如)工作在 $<$===>?@的软件 无线电接收机)其采样速率就至少需要 ( L?@)这样高的采样率 ,-.能否达到暂且不 说)后接的数字信号处理器也是难以满足要 求的! #(% 射 频 带 通 采 样 结 构 射频带通采样结构的软件无线电可以较好地解决 上述射频低通采样软件无线电结构对 ,-.转换器&高 速 ./0等要求过高)以致无法实现的问题!其结构图 如图 *所示!
从 图 <可 看 出 !在 5.4总 线 上 各 功 能 模 块 都 有 一 些插板!随着技术的发展这些插板也可不断地更新和 升级:同时软件无线电中的软件也具有开放性!可以 不断更新或升级!而软件的加载或更新都可以通过无 线 传 输 来 实万现方!数这据 样 使 用 起 来 更 加 快 捷 和 方 便 "
由于高速宽带 ,-.和 .-, 转换器目前还比较困 难)价格也高)图 $中的下变频和上变频模块 #..I.CI%都用模拟线路放在 DB部分中!
软件无线电的结构基本上可以分为 *种"射频低 通采样数字化结构&射频带通采样数字化结构和宽带 中频带通采样数字化结构!
#$% 射 频 低 通 采 样 数 字 化 结 构 这种结构的软件无线电)结构简洁)把模拟电路 的 数 量 减 少 到 最 低 程 度 )如 图 (所 示 !从 天 线 进 来 的 信 号经过滤波放大后就由 ,-.进行采样数字化)这种结 构不仅对 ,-.转换器的性能如转换速率&工作带宽& 动态范围等提出了非常高的要求)同时对后续 ./0或 ,/KI#专 用 集 成 电 路 %的 处 理 速 度 要 求 也 特 别 的 高 )因 为射频低通采样所需的采样速率至少是射频工作带宽
/01 /.-s模型的*通用的*开放的硬件平台)在这 个硬件平台上尽量利用软件技术来实现电台的各种功
能模块)系统的升级是通过软件来实现的+软件无线电 强调体系结构的开放性和全面可编程性)具有最大的灵 活性和适应能力)通过软件的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+
图 + 宽带中频带通采样结构
由于软件无线电的硬件具有开放性!其硬件必将 采 用 总 线 式 的 结 构 "工 业 控 制 总 线 的 总 线 标 准 很 多 !比 如 2&#!’32!42&#!54&#!5.4等等"2&# 总线 和 5.4总线在目前的数字信号处 理 和 工 业 控 制 中 用 得 较多!而5.4总线比 2&# 总线更有优势"2&# 总线 的 数据为 678!地址总线为 ,+8!地址空间 67.9!其 总线带宽仅有几 ./0:而 5.4总线数据宽度为*,8! 地址线共有 *,根!地址空间 有 +;9!总 线 带 宽 为 几 十 ./0"5.4总 线 是 针 对 多 处 理 器 系 统 设 计 的! 而 2&# 总线是单处理器系统总线!在采用多处理器时系 统的调度能力较低!而在软件无线电中为了提高处理 能 力 往往采用多处理器系统"5.4总 线 已 经 被 广 泛 用于工业控制之中!具有众多的支持者和强大的生命 力"图 <给出一种基于 5.4总线结构的软件无线电硬 件系统框图"
在发射时 DB部分主要 完 成 滤 波&功 率 放 大 等 任 务)接收时实现滤波&放大等功能!因实现射频直接 带通采样)要求 ,-.转换器有足够的工作带宽 #例如 (===>?@以上%)较高的采样速率 #一般在E=>?@以 上%)而且要有较高的 ,-.转换位数)以提高动态范 围!目前 FG,-.转换器的工作带宽已做到$H==>?@ 以上!
!现代电子技术"#$$%年第 #&期总第 &’(期
软件科技园
软件无线电技术综述
郭芳华
!西安工业学院 陕西 西安 "#$$%&’
摘 要(软件无线电是最近几年提出的一种实现无线电通信的体系结构)被认为是继模拟通信*数字通信之后的第
三 代 无 线 电 通 信 技 术 )在 军 事 *商 用 通 信 中 有 着 广 泛 的 应 用 前 景 +本 文 主 要 介 绍 软 件 无 线 电 的 概 念 *组 成 *讨 论 了 其 功
EF
再 把 数 据 送 给 通 用 ./0进 行 处 理 !通 用 ./0主 要 完 成 各种数据率相对较低的基带信号的处理)比如信号的 调制解调)各种抗干扰&抗衰落&自适应均衡算法的 实 现 等 !还 要 完 成 经 信 源 编 码 后 的 前 向 纠 错 #BJI%&帧 调整&比特填充和链路加密等算法!也有采用多 ./0 芯片并行处理的方法)以提高其处理的能力!
图 ( 射频低通采样数字化结构
图 * 射频带通采样结构
这种射频带通采样软件无线电结构与低通采样软 件无 线 电 结 构 的 主 要 不 同 点 是 ,-.前 采 用 了 带 宽 相
!现代电子技术"#$$%年第 #&期总第 &’(期
对较窄的电调滤波器!然后根据所需的处理带宽进行 带通采样"这样对 #$%的采样速率的要求就不高了! 对后续 %&’的处理速度要求也可以随之大大降低"但 是需要指出的是!这种射频带通采样软件无线电结构 对#$%工作带宽的要求 (实际上主要是对#$%中采样 保持器的速度要求)还是比较高的"
软件无线电摆脱传统的面向单一用途的电台设计
思想)通过一种模块化的通用硬件平台来实现电台提 :"
郭芳华"软件无线电技术综述
供的业务!他带来的好处是多方面的" #$% 软 件 无 线 电 的 特 点 和 体 系 结 构 保 证 了 电 台 的
模块化&通用化&系列化设计’ #(% 软 件 无 线 电 的 使 用 可 大 大 减 少 无 线 电 设 备 及
针对目前多种无线通信标准和体制之间无法兼容 的 弊端)美国lUm2no公司在#44&年p月首次明确提 出 了 一 个 新 名 词( 软 件 无 线 电 !0YZWbNcXnNdSY’+ 0YZWbNcXnNdSY是 指 工 作 模 式 )包 括 业 务 种 类 *工 作 速 率*调制方式*接口类型*工作频率和加密方式等可 变 的 无 线 电 设 备 !含 有 线 *无 线 转 换 装 置 ’+
软件科技园
图 < 基于 5.4总线的软件无线电硬件结构
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其保密机的品种数量)因而降低了电台的装备费用和 维护费用’
#*%软 件 无 线 电 集 成 了 各 种 通 信 频 段 &调 制 方 式 & 抗干扰模式及灵活的组网方式)故能够使各军兵种之 间的协同通信能力得到明显增强! $+( 体系结构
软 件无线电是一种基于宽带 ,-.器件&高速 ./0 芯片)以软件为核心 #/12345678697:37;%的崭新的体 系结构!在射频或中频对数字信号进行数字化)通过 软件编程来灵活地实现各种宽带数字滤波&直接数字 频率合成&数字下变频器&调制解调&差错编码&信 道均衡&信令控制&信源编码及加密解密功能!
能结构*关键技术和难点以及应用和发展前景+
关键词(软件无线电,宽带天线,宽带 -./)/.-,高速 /01
中图分类号(234&56 7#
文献标识码(8
文章编号(#$$5 %"%9 !&$$%’&# $:" $5
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图 $给出了典型的软件无线电的结构框图)包括 天 线&多频段变换器&含有 ,-.和 .-, 变换器的芯片 以及片上通用处理器和存储器等部件)可以有效地实 现无线电台功能及其所需的接口功能!
图 $ 软件无线电结构框图
软件无线电的天线一般要覆盖比较宽的频段)比 如 $<(===>?@)要求每个频段的特性均匀)以满足 各 种 业 务 的 需 求! 例 如 可 以 为 A?B-C?B的 视 距 通 信 &C?B卫 星 通 信 )?B通 信 作 为 备 用 通 信 方 式 ! 为 便 于 实 现 )可 在 全 频 段 甚 至 每 个 频 段 使 用 几 副 天 线 )并 采用智能化天线技术
jFAEB@H‘(VYZWbNcXcNdSY, bSdX kNOdNOWXOON,bSdX01
移动通信的出现为通信方式带来了革命性的变 化)人们的联系和交流不再受时间和空间的限制+短 短一二十年)移动通信经历了从 -l10)3l2模拟移 动 通信)到 / -l10)U0 45)J0l 数字移动通信) 再 到 第 三 代 移 动 通 信 技 术 的 发 展 过 程 +在 移 动 通 信 技 术的发展为生活带来方便的同时)也出现了多种通信 体 制 并 存 *各 种 标 准 层 出 不 穷 和 频 率 资 源 缺 乏 的 现 象 + 尤其是第二代移动通信系统)这一矛盾尤为突出)严 重制约着移动技术的发展+以硬件为主的传统的通信 体制难于适应这种局面)这些新标准由于射频载波频 率和调制方式不同而限制了各种设备的互通和兼容) 造成资金浪费和重复投入+
从已经研制出来的软件无线电台来看)其结构和
收稿日期万(方&$数$%据$" &:
功能具有良好的可扩展性)是未来无线电通信的发展 方向+
q 软件无线电的基本概念及体系结构
#7# 基本概念 软 件 无 线 电 的 基 本 思 想 就 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 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+功能的软件化的实现方法势必减少功 能 单 一 *灵 活 性 差 的 硬 件 电 路 )尤 其 是 减 少 模 拟 环 节 ) 把数字化处理 !宽带模数变换器 !-./’及数模变换器 !/.-’’尽 可 能 地 靠 近 射 频 天 线 )建 立 一 个 具 有 r-./
模拟 信 号 进 行 数 字 化 后 的 处 理 任 务 全 由 ./0和 专 用 的 可 编 程 处 理 器 的 软 件 来 承 担!为 了 减 轻 通 用 ./0的 处 理 压 力)通 常 把 ,-.转 换 器 传 来 的 数 字 信 号) 经 过 专 用 数 字 信 号 处 理 器 件 #如 数 字 下 变 频 器 ..I%处 理万)方降数低据数 据 流 速 率 )并 把 信 号 变 至 基 带 后 )
的 (倍!比如)工作在 $<$===>?@的软件 无线电接收机)其采样速率就至少需要 ( L?@)这样高的采样率 ,-.能否达到暂且不 说)后接的数字信号处理器也是难以满足要 求的! #(% 射 频 带 通 采 样 结 构 射频带通采样结构的软件无线电可以较好地解决 上述射频低通采样软件无线电结构对 ,-.转换器&高 速 ./0等要求过高)以致无法实现的问题!其结构图 如图 *所示!
从 图 <可 看 出 !在 5.4总 线 上 各 功 能 模 块 都 有 一 些插板!随着技术的发展这些插板也可不断地更新和 升级:同时软件无线电中的软件也具有开放性!可以 不断更新或升级!而软件的加载或更新都可以通过无 线 传 输 来 实万现方!数这据 样 使 用 起 来 更 加 快 捷 和 方 便 "
由于高速宽带 ,-.和 .-, 转换器目前还比较困 难)价格也高)图 $中的下变频和上变频模块 #..I.CI%都用模拟线路放在 DB部分中!
软件无线电的结构基本上可以分为 *种"射频低 通采样数字化结构&射频带通采样数字化结构和宽带 中频带通采样数字化结构!
#$% 射 频 低 通 采 样 数 字 化 结 构 这种结构的软件无线电)结构简洁)把模拟电路 的 数 量 减 少 到 最 低 程 度 )如 图 (所 示 !从 天 线 进 来 的 信 号经过滤波放大后就由 ,-.进行采样数字化)这种结 构不仅对 ,-.转换器的性能如转换速率&工作带宽& 动态范围等提出了非常高的要求)同时对后续 ./0或 ,/KI#专 用 集 成 电 路 %的 处 理 速 度 要 求 也 特 别 的 高 )因 为射频低通采样所需的采样速率至少是射频工作带宽
/01 /.-s模型的*通用的*开放的硬件平台)在这 个硬件平台上尽量利用软件技术来实现电台的各种功
能模块)系统的升级是通过软件来实现的+软件无线电 强调体系结构的开放性和全面可编程性)具有最大的灵 活性和适应能力)通过软件的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+
图 + 宽带中频带通采样结构
由于软件无线电的硬件具有开放性!其硬件必将 采 用 总 线 式 的 结 构 "工 业 控 制 总 线 的 总 线 标 准 很 多 !比 如 2&#!’32!42&#!54&#!5.4等等"2&# 总线 和 5.4总线在目前的数字信号处 理 和 工 业 控 制 中 用 得 较多!而5.4总线比 2&# 总线更有优势"2&# 总线 的 数据为 678!地址总线为 ,+8!地址空间 67.9!其 总线带宽仅有几 ./0:而 5.4总线数据宽度为*,8! 地址线共有 *,根!地址空间 有 +;9!总 线 带 宽 为 几 十 ./0"5.4总 线 是 针 对 多 处 理 器 系 统 设 计 的! 而 2&# 总线是单处理器系统总线!在采用多处理器时系 统的调度能力较低!而在软件无线电中为了提高处理 能 力 往往采用多处理器系统"5.4总 线 已 经 被 广 泛 用于工业控制之中!具有众多的支持者和强大的生命 力"图 <给出一种基于 5.4总线结构的软件无线电硬 件系统框图"
在发射时 DB部分主要 完 成 滤 波&功 率 放 大 等 任 务)接收时实现滤波&放大等功能!因实现射频直接 带通采样)要求 ,-.转换器有足够的工作带宽 #例如 (===>?@以上%)较高的采样速率 #一般在E=>?@以 上%)而且要有较高的 ,-.转换位数)以提高动态范 围!目前 FG,-.转换器的工作带宽已做到$H==>?@ 以上!
!现代电子技术"#$$%年第 #&期总第 &’(期
软件科技园
软件无线电技术综述
郭芳华
!西安工业学院 陕西 西安 "#$$%&’
摘 要(软件无线电是最近几年提出的一种实现无线电通信的体系结构)被认为是继模拟通信*数字通信之后的第
三 代 无 线 电 通 信 技 术 )在 军 事 *商 用 通 信 中 有 着 广 泛 的 应 用 前 景 +本 文 主 要 介 绍 软 件 无 线 电 的 概 念 *组 成 *讨 论 了 其 功
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再 把 数 据 送 给 通 用 ./0进 行 处 理 !通 用 ./0主 要 完 成 各种数据率相对较低的基带信号的处理)比如信号的 调制解调)各种抗干扰&抗衰落&自适应均衡算法的 实 现 等 !还 要 完 成 经 信 源 编 码 后 的 前 向 纠 错 #BJI%&帧 调整&比特填充和链路加密等算法!也有采用多 ./0 芯片并行处理的方法)以提高其处理的能力!
图 ( 射频低通采样数字化结构
图 * 射频带通采样结构
这种射频带通采样软件无线电结构与低通采样软 件无 线 电 结 构 的 主 要 不 同 点 是 ,-.前 采 用 了 带 宽 相
!现代电子技术"#$$%年第 #&期总第 &’(期
对较窄的电调滤波器!然后根据所需的处理带宽进行 带通采样"这样对 #$%的采样速率的要求就不高了! 对后续 %&’的处理速度要求也可以随之大大降低"但 是需要指出的是!这种射频带通采样软件无线电结构 对#$%工作带宽的要求 (实际上主要是对#$%中采样 保持器的速度要求)还是比较高的"
软件无线电摆脱传统的面向单一用途的电台设计
思想)通过一种模块化的通用硬件平台来实现电台提 :"
郭芳华"软件无线电技术综述
供的业务!他带来的好处是多方面的" #$% 软 件 无 线 电 的 特 点 和 体 系 结 构 保 证 了 电 台 的
模块化&通用化&系列化设计’ #(% 软 件 无 线 电 的 使 用 可 大 大 减 少 无 线 电 设 备 及
针对目前多种无线通信标准和体制之间无法兼容 的 弊端)美国lUm2no公司在#44&年p月首次明确提 出 了 一 个 新 名 词( 软 件 无 线 电 !0YZWbNcXnNdSY’+ 0YZWbNcXnNdSY是 指 工 作 模 式 )包 括 业 务 种 类 *工 作 速 率*调制方式*接口类型*工作频率和加密方式等可 变 的 无 线 电 设 备 !含 有 线 *无 线 转 换 装 置 ’+
软件科技园
图 < 基于 5.4总线的软件无线电硬件结构
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