時間：2023-01-23 08:18:27
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇軟件無線電，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
當今，通訊系統(tǒng)正由模擬體制向數(shù)字體制轉(zhuǎn)變，這為無線電通訊的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，但傳統(tǒng)的通過硬件設(shè)備改造升級來完成無線通信新技術(shù)改革的方法帶來了很多問題，限制了無線電技術(shù)的進一步發(fā)展，為了解決這一困境，軟件無線電應(yīng)運而生，具有著傳統(tǒng)的硬件無線電通信設(shè)備所無法比擬的優(yōu)勢。
一、軟件無線電的優(yōu)勢
1.具有降低開發(fā)成本和周期的作用
傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)在對技術(shù)和產(chǎn)品進行開發(fā)時，針對的只是單一的標準，從標準相對穩(wěn)定到設(shè)計和開發(fā)專用芯片，再到產(chǎn)品設(shè)計和實現(xiàn)需要一年以上的時間，開發(fā)周期長，開發(fā)成本高，同時這種情況也導致標準制定過程中，許多新的技術(shù)都無法得到合理的應(yīng)用，限制了新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，也使商用產(chǎn)品和當時技術(shù)水平之間存在著較大的差異。而軟件無線電的應(yīng)用，能為技術(shù)和產(chǎn)品的研究和開發(fā)提供一個新概念和通用無線通信平臺，在很大程度上縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，使產(chǎn)品能夠和技術(shù)水平同步發(fā)展。
2.具有優(yōu)秀的可拓展性
軟件無線電技術(shù)具有非常優(yōu)秀的可拓展性，主要體現(xiàn)在它能極其輕松地完成系統(tǒng)功能的拓展與升級，但是由于網(wǎng)絡(luò)無線電技術(shù)是以模塊化、通用化、標準化的硬件支持平臺為基礎(chǔ)的，所以它在硬件方面能夠拓展的空間并不大，其優(yōu)秀的拓展性主要集中在軟件方面。
另外，軟件無線電技術(shù)也為系統(tǒng)的升級和拓展提供了便利，只需要對相應(yīng)的軟件進行升級或者拓展就可以了，而且與改進和優(yōu)化硬件相比，升級和拓展軟件要簡單得多;最重要的是，借助軟件工具可以根據(jù)實際需求來實現(xiàn)各種通訊業(yè)務(wù)的拓展。
3.具有極強的靈活性
軟件無線電技術(shù)具有可重配置性，從而在很大程度上增強了其靈活性。目前，從基帶信號到射頻信號已經(jīng)實現(xiàn)了完全的數(shù)字化，這就使得軟件無線電技術(shù)可以通過更換軟件模塊來適應(yīng)多種工作頻段和多種工作方式。
同時，良好的多頻段天線和可控制的多頻段和多功率的射頻轉(zhuǎn)換能力，使得軟件無線電對復雜的環(huán)境需求具有良好的適應(yīng)性，可由軟件編程來改變 RF 頻段和帶寬、傳輸速率、信道接入方式、業(yè)務(wù)種類及加密方式、接口類型。
二、軟件無線電技術(shù)在軍事通信中的應(yīng)用
無線通信之所以在現(xiàn)代通信中占據(jù)著重要的位置，與其設(shè)備簡單、便于攜帶、易于操作等特點是分不開的，也是這些獨有的優(yōu)勢使其被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，以軍事領(lǐng)域為代表，它是各軍種、各部隊中必不可少的重要通信手段，
軟件無線電這個術(shù)語最初是被美軍提出的，當時正處于海灣戰(zhàn)爭時期，多國部隊各軍種進行聯(lián)合作戰(zhàn)時，在互通互聯(lián)的操作上遇到了難題，不僅通信互通性差，反映速度慢，而且寬帶太窄、速率也太低，使得聯(lián)合作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)受到了嚴重的影響，由此美軍開始制定具體的計劃來研究基于數(shù)字信號處理器、軟件可編程、模塊化、多模式并具有波形重新配置能力的通用軟件無線電臺――易通話，此電臺幾乎具備了美軍所有使用過的電臺包括話音通訊電臺、數(shù)據(jù)通信電臺的所有功能，實現(xiàn)了不同種類無線電臺之間的通信。
軟件無線電臺從其誕生至今，已經(jīng)成為能使不同國家或者說同一國家的不同軍種之間相互通信而沒有障礙的新技術(shù)。自20世紀70年代開始，可編程軟件無線電臺正式被列入研制項目中，目前已經(jīng)取得了突破性的發(fā)展，有不少的數(shù)字式軟件可編程無線電臺已經(jīng)被投入使用并且收效甚好。
另外，傳統(tǒng)的數(shù)字電臺以硬件為主，軟件無線電臺在許多關(guān)鍵技術(shù)上對其進行了改進，例如：對模數(shù)轉(zhuǎn)化器進行了改進，使其轉(zhuǎn)換率和動態(tài)工作范圍得到了大幅度的提升;對嵌入式處理器進行了改進，提高了其處理的速度和能力，使數(shù)字信號處理器能夠完成調(diào)制解調(diào)器的功能;對以編程技術(shù)為目標的技術(shù)進行了開發(fā)，使軟件的功能性獨立于基礎(chǔ)硬件之外。總之，隨著科技的迅速發(fā)展與進步，無線電臺將有望使軍用電臺獲得新的定義。
三、軟件無線電技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用
軟件無線電概念從提出至今，已經(jīng)從最初的軍事領(lǐng)域開始向民用領(lǐng)域擴展，但是在民用通信方面卻存在著許多的問題，例如：新老通訊體制并存，增加了不同體制系統(tǒng)在互聯(lián)方面的復雜程度與困難程度;各種通訊設(shè)備大量涌現(xiàn)，使無線電頻譜擁堵情況越來越嚴重;傳統(tǒng)的以硬件為基礎(chǔ)的無線通信系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足新時展的需要。只有采用軟件無線電技術(shù)才能對這些問題進行有效解決，下面就從三方面來介紹軟件無線電技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用。
1.用于蜂窩移動通信系統(tǒng)
在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，軟件無線電的發(fā)射與其他系統(tǒng)相比較，有所不同。
它在發(fā)射前，要先對可用的傳輸信道進行劃分，探測傳播路徑，對適合信道進行調(diào)制，將電子控制下的發(fā)射波束指向正確的方向，選擇合適的功率，做完這些才能進行發(fā)射。至于接收也同樣如此，它能對當前信道和相鄰信道的能量分布進行劃分，也能對輸入傳輸信號的模式進行識別，通過自我適應(yīng)抵消干擾，對所需信號多徑的動態(tài)特征進行估計，對多徑的所需信號進行相干合并和自適應(yīng)均衡，對信道調(diào)制進行柵格譯碼，然后通過FEC譯碼糾正剩余錯誤，最大限度的降低誤比特率
2.用于設(shè)計多頻多模的移動終端
對于不同的標準需要用不同的軟件來適應(yīng)，需要通過軟件設(shè)置的調(diào)整來改變信道接入方式或者調(diào)制方式。
軟件無線電技術(shù)可以設(shè)計出靈活的通信終端，使不同制式的移動網(wǎng)絡(luò)能用同一部終端，不僅為用戶提供了極大的便利，也在一定一定程度上降低了運營商的成本，促進了移動通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。
3.用于第三代移動通信系統(tǒng)
軟件無線電技術(shù)在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括三方面：
（1）為第三代移動通信手機與基站提供了一個開放的、模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu);
（2）產(chǎn)生了各種信號處理軟件，包括：各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信道糾錯編碼軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件等;
（3）實現(xiàn)了智能天線結(jié)構(gòu)，包括DOA在內(nèi)的空間特征矢量的獲得、每射頻通道權(quán)重的計算和天線波束賦形。
四、結(jié)語
總之，軟件無線電技術(shù)有著傳統(tǒng)數(shù)字無線電所無法比擬的優(yōu)勢，在將來的發(fā)展和應(yīng)用上一定會越來越廣泛，特別是在第四代移動通信的普及和推廣道路上，軟件無線電技術(shù)一定會貢獻越來越多的力量。
參考文獻
[1]陶玉柱，胡建旺，崔佩璋.軟件無線電技術(shù)綜述[J].通信技術(shù)，2011，01：37-39.
[2]朱瑞平.軟件無線電技術(shù)[J].科技傳播，2012，04：179.
Sun Guangdong
（Daqing Radio Monitoring Station，Daqing 163311，China）
摘要： 軟件無線電是將硬件作為無線通信的基本通用平臺，用軟件實現(xiàn)盡可能多的無線通信功能。它被視為繼模擬和數(shù)字技術(shù)后的又一次電子技術(shù)革命。未來理想的網(wǎng)絡(luò)將是一個統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)會容納多種協(xié)議與標準，將對各種傳播環(huán)境與物理介質(zhì)進行適應(yīng)，還有更加開放的接口需要其來提供，所以軟件無線電將會有更加廣闊的發(fā)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.
關(guān)鍵詞： 軟件無線電 射頻天線 DSP數(shù)字處理 高性能總線技術(shù)
Key words: software radio；RF antenna；DSP digital processing；high-performance bus technology
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）19-0170-01
0引言
在1992年5月的美國電信系統(tǒng)會議中美國科學家Joe.Mitola首次對軟件無線電（Software Radio）作了明確定義：將硬件作為無線通信的基本通用平臺，用軟件實現(xiàn)盡可能多的無線通信功能其具有開放性、靈活性的特點，它采用的是模塊化設(shè)計原則，其結(jié)構(gòu)為開放的ISO/OSI體系，同時它也可編程、可移植，支持多模式、高速率、寬頻段的無線通信。
1軟件無線電面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)
近些年，軟件無線電技術(shù)有了一定的發(fā)展，然而仍然存在很多技術(shù)難題，如射頻天線、DSP數(shù)字處理及高性能總線等問題。可以說這些技術(shù)決定著軟件無線電的發(fā)展和實現(xiàn)。
1.1 射頻天線軟件無線電系統(tǒng)的理想狀態(tài)是天線部分應(yīng)對整個無線通信頻段都有覆蓋，它的主要特點是頻率高、帶寬。我們能夠利用智能天線與多頻段組合式天線將其實現(xiàn)。智能天線的理念是：天線利用若干高增益的動態(tài)窄波束對多個用戶分別進行跟蹤，窄波束對準期望用戶，波瓣零點對準期望信號以外的干擾信號，從而得到最大的信干比。多頻段組合式天線是在全頻段甚至每個頻段使用幾付天線組合起來以形成寬帶天線。寬帶天線被視為是實現(xiàn)理想軟件無線電系統(tǒng)的最佳天線方案。近一些年發(fā)展的微機電系統(tǒng)器件被高度小型化，能夠當作小型開關(guān)來代替天線中體積大、成本高的真空繼電器、二極管及超寬帶場效應(yīng)晶體管，是促使寬帶可重構(gòu)天線設(shè)計得以實現(xiàn)的一項突破性技術(shù)。MENS技術(shù)的應(yīng)用將使WB和UWB天線的體積和成本降低多個數(shù)量級。
1.2 DSP數(shù)字處理技術(shù)在軟件無線電發(fā)展中，DSP的限制作用已經(jīng)成為瓶頸問題，DSP數(shù)據(jù)處理精度與處理速度和軟件無線電臺的實現(xiàn)與否有直接關(guān)系。現(xiàn)在，數(shù)字信號處理及數(shù)字控制的方案大概包含：數(shù)字信號處理器（DSP）、可編程邏輯器件（FPGA）、可由參數(shù)控制的硬件電路、用戶定制集成電路（ASIC）。對于以上四種方法，可編程性能為DSP最高，后者依次降低，ASIC不具編程能力；運算速度則相反，以ASIC為最高，DSP最低；功耗以DSP為最高，ASIC最低。在軟件無線電的設(shè)計中，要綜合考慮器件性能和特點，構(gòu)架可編程性能高、運算速度快、功耗低的系統(tǒng)。另外，虛擬無線電（Virtual Radios）也是可供選擇的一種方法，其思想是把高速ADC當作模擬和數(shù)字的接口，以高性能的工作站硬件作為處理器的核心。該方案就使用戶能夠?qū)ぷ髡镜能浖c硬件加以運用從而對新的算法進行設(shè)計，而且能夠使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實驗方便地在工作站上進行。
1.3 高速總線技術(shù)總線資源也是在軟件無線電硬件平臺中，總線資源也是特別重要的，總線資源對數(shù)字器件之間傳輸數(shù)據(jù)的能力起著決定性的作用。若沒有足夠的總線的帶寬，那么整個平臺的處理能力將會受到嚴重影響。通用總線有VME總線與PCI總線兩種類型，在這兩種類型中，VME總線是軟件無線電的最佳選擇，因為它擁有最成熟的技術(shù)、具有最好的通用性、得到最廣泛的支持。然而，目前這兩種總線形式處理高速復雜系統(tǒng)的的能力比較緊張的問題凸現(xiàn)出來了。當前，一些公司已對專用總線類型進行了開發(fā)，而且在軟件無線電的通用硬件平臺上已經(jīng)得到應(yīng)用。比如加拿大Spectrum Signals Processing 公司開發(fā)的SONANO總線支持高于 400 Mbit/s的全雙工數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計中，估測總線能力需求時涉及到的方面有：硬件平臺上詳細的任務(wù)分配及整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量的分析，因此必須做認真仔細的考慮。
2無線電軟件的應(yīng)用和優(yōu)點
如今，軟件無線電的應(yīng)用越來越廣泛，在蜂窩移動通信系統(tǒng)中軟件無線電的應(yīng)用也是一個發(fā)展趨勢。如我國的第三代移動通信系統(tǒng)TD―SCDMA中就結(jié)合了軟件無線電、智能天線、全質(zhì)量話音壓縮編碼技術(shù)與聯(lián)合檢測技術(shù)等新通信技術(shù)。蜂窩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以合適的軟件無線電技術(shù)為基礎(chǔ)，他可以利用安裝新軟件進行升級，這與配置新硬件相比更廉價、更迅速，同時也使得數(shù)字通信更迅速地進入市場，提高頻譜的利用率。在無線電監(jiān)測系統(tǒng)中，軟件無線電的作用也越來越重要。在達到一定精度的前提下，與利用硬件來實現(xiàn)監(jiān)測、測向等功能相比較，軟件無線電的能夠大大節(jié)省資金。例如，華日公司的小型監(jiān)測系統(tǒng)則成功運用了軟件無線電技術(shù)。跟蹤新技術(shù)的能力是軟件無線電最大的優(yōu)點。對于目前無線通信系統(tǒng)的技術(shù)，其應(yīng)用與數(shù)字通信相比已經(jīng)非常落后了。這在很大程度上是因為經(jīng)費的問題與時間的問題，包括配置底層的基礎(chǔ)設(shè)備來完成特殊的空中標準設(shè)置。因為資金投入很大，不可能經(jīng)常對設(shè)備升級，因此新技術(shù)應(yīng)用大約會滯后10年。軟件無線電消除了需要預先定義空中接口標準的大量工作，它僅需要一個接口定義及應(yīng)用程序接口。進而使軟件的運行可以在不同的操作平臺上進行，而且使無線電設(shè)備可以對必要的軟件進行下載。理想中的軟件無線電還能夠適用于任意一種調(diào)制器、編碼器、指定信道帶寬的射頻信道協(xié)議。
3結(jié)束語
軟件無線電是現(xiàn)代計算機技術(shù)、超大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號處理技術(shù)在無線電通信應(yīng)用的產(chǎn)物。軟件無線電的通用性和靈活性決定了它的發(fā)展將在一定程度上決定或改變無線通信發(fā)展的方向，它將使無線通信具有更大市場價值和發(fā)展前景。
參考文獻：
[1]NNakajima,RKohno, SKubota．Research and Developments of Software-Defined Radio Technologies in Japan[J]．IEEE. Commun. Magazine,2001，(8)：146-155．
[2]J Mitola．The software radio arichitecture[J]．IEEE Mag.，1995，(5)：26-38．
體系結(jié)構(gòu)從下自上包括通用硬件平臺、通用軟件平臺、通信波形三個部分。通用硬件平臺包括由信道模塊和FPGA、DSP、GPP（GeneralProposeProcessor）組成的基于統(tǒng)一的硬件結(jié)構(gòu)的綜合處理模塊，提供無線信號處理能力。通用軟件平臺包括操作系統(tǒng)、中間件、硬件抽象層、核心框架，對硬件平臺進行統(tǒng)一管理，為波形應(yīng)用提供一致的運行環(huán)境支持。軟件無線電的軟件技術(shù)基于CORBA軟件總線的結(jié)構(gòu)，而通信波形基于軟件組件技術(shù)進行設(shè)計。軟件組件技術(shù)[3]采用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)，但系統(tǒng)中的對象是按照特定規(guī)范設(shè)計的模塊，且模塊互相依存、互相作用。軟件組件是結(jié)構(gòu)化的單元，協(xié)同定位函數(shù)與數(shù)據(jù)間的相關(guān)性。
2軟件無線電的GPP波形組件設(shè)計
2.1GPP波形組件劃分
組件化的波形開發(fā)是軟件無線電的一個重要技術(shù)優(yōu)勢[4]，是提高波形可移植性，提升硬件資源使用效率的技術(shù)基礎(chǔ)，對于提高波形開發(fā)的模塊化程度，加速新波形的開發(fā)進度都具有十分重要的作用。一般來說，GPP上的組件包括但不限于邏輯鏈路層組件和無線網(wǎng)絡(luò)層組件。
2.2GPP硬件抽象層的設(shè)計
硬件抽象層為各異構(gòu)處理器上的通信波形組件屏蔽與硬件相關(guān)的接口，做到通信波形與硬件平臺的分離[5]，實現(xiàn)通信波形的跨平臺快速移植。在GPP上，硬件抽象層與波形組件之間通過CORBA進行交互。GPP硬件抽象層也實現(xiàn)了核心框架的邏輯設(shè)備(CF::Device)接口[6]，還封裝了接口、控制、路由表維護、中斷管理及標志位管理等功能模塊。
2.3GPP通信波形組件的設(shè)計
這里以無線網(wǎng)絡(luò)層組件為例進行介紹。無線網(wǎng)絡(luò)層組件端口示意圖，User即無線網(wǎng)絡(luò)層組件的使用者，可以為邏輯鏈路層組件或使用無線網(wǎng)絡(luò)層組件的其他組件。WirelessNetDataConsumer繼承自O(shè)ctetStream接口[7]，通過該接口獲得上行和下行數(shù)據(jù)。WirelessNetControl繼承自Resource接口，實現(xiàn)通信波形的參數(shù)控制和狀態(tài)監(jiān)控。WirelessNetCtlConsumer接口為無線網(wǎng)絡(luò)層組件控制接口，實現(xiàn)一系列的參數(shù)配置工作。
3結(jié)束語
1.1硬件平臺
軟件無線電技術(shù)的硬件平臺組成較為復雜，它主要包括模擬前端、寬帶數(shù)模變換器、寬帶模數(shù)變換器、數(shù)字上下變頻器以及高速數(shù)字信號處理器這五個部分，其有著模塊化、開放性及可拓展性等優(yōu)勢。該平臺的數(shù)據(jù)源可以是文字、聲音和視頻等，通過對數(shù)據(jù)進行信息道編碼和信息源編碼，而且可以采用多路方式對其進行訪問，然后對其進行調(diào)制解調(diào)。值得注意的是，不同系統(tǒng)下的不同調(diào)制方式，應(yīng)盡可能采用能夠兼容的方式。
1.2軟件平臺
數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)采用的是分層軟件體系，其包括DSP指令、函數(shù)庫、信號流變換庫、小波與濾波的變換、調(diào)制算法庫、編碼算法庫、信道糾錯編碼庫及各種無線電信令規(guī)程庫等。
1.3關(guān)鍵技術(shù)
現(xiàn)代的無線電已經(jīng)是將計算機、通信等技術(shù)融合為一體的新技術(shù)。首先，寬帶多頻段是其核心技術(shù)，軟件無線電技術(shù)的工作寬帶一般是1Mhz到3Ghz，如果其天線采用傳統(tǒng)方法，由于天線長度的影響，會對信號的傳輸產(chǎn)生影響。其次，采用數(shù)模和模數(shù)技術(shù)，將兩者的轉(zhuǎn)換器靠近天線，并將其移到RF前端，對較高頻段的信號進行數(shù)字化，這個過程需要對工作寬帶和模數(shù)采樣頻率進行較高的要求。另一方面，環(huán)境的復雜性對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速率和寬帶都提出了較高的標準，要求其動態(tài)范圍較大，在寬帶達到要求時，也應(yīng)注意ADC是否具有較高的采樣率。最后，DSP技術(shù)和高速數(shù)字處理技術(shù)也是軟件無線電的核心技術(shù)之一，數(shù)字信號在經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后，DSP軟件將繼續(xù)對其進行處理，因此說軟件無線電技術(shù)的關(guān)鍵是數(shù)字處理能力。硬件技術(shù)和軟件技術(shù)是影響無線電技術(shù)的重要因素，目前軟件無線電技術(shù)在實際中的應(yīng)用由于受到硬件技術(shù)的限制，特別是在木塊分化方面，因此應(yīng)加強硬件技術(shù)的改進，為軟件技術(shù)提供一個廣闊的發(fā)展平臺。
2數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用
數(shù)字廣播電視的基本原理就是將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，實現(xiàn)其完美過渡。將A/D變換器靠近射頻天線以盡早獲取模擬信號，隨后將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號是軟件無線電技術(shù)的基本思路。無線電技術(shù)以數(shù)字廣播電視為載體，在產(chǎn)生數(shù)字信號后，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)化為模擬信號。軟件無線電技術(shù)以較強的靈活性，通過升級去完成對一些關(guān)鍵技術(shù)的突破。
2.1DRM的發(fā)展
由于數(shù)字化媒體的快速發(fā)展及調(diào)頻廣播競爭的加強，許多機構(gòu)已經(jīng)開始了調(diào)頻廣播數(shù)字化的技術(shù)實驗。由于當前數(shù)字信號和模擬信號同時存在，可以借助無線電技術(shù)對模擬設(shè)備進行研制。隨著無線電技術(shù)的發(fā)展，為了提升無線電廣播的質(zhì)量，可以將數(shù)字廣播與資源有效結(jié)合起來。
2.2DRM中無線電技術(shù)的應(yīng)用
由于廣播的寬帶較窄，信號的動態(tài)范圍較大，在實際應(yīng)用中對其方案的選擇應(yīng)慎之又慎。可以對一個寬帶變頻模塊進行增加，將其增加到A/D/A天線間，使信號由全頻變?yōu)橹蓄l帶，然后對中頻帶信號的預定功能進行實現(xiàn)。
2.3DRM發(fā)射機中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用
相比較接收機，發(fā)射機的研制顯得更為復雜，發(fā)射機一般包含三個獨立的子系統(tǒng)，其中的調(diào)制子系統(tǒng)和數(shù)字編碼負責對數(shù)字信號和相位的處理，而模擬處理子系統(tǒng)則更多的被應(yīng)用于調(diào)相符號或幅相符號的轉(zhuǎn)換上，功率放大以及信號的發(fā)射則依靠發(fā)射子系統(tǒng)來實現(xiàn)。
2.4數(shù)字電視接收系統(tǒng)
當前廣泛采用的是中頻數(shù)字化結(jié)構(gòu)，其原理是通過多頻段的天線將數(shù)字信號傳送到RF部分，隨后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過數(shù)字上下變頻器，其將信號傳送給DSP進行處理。在以軟件無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字電視接受系統(tǒng)，首先要通過模擬變頻對信號進行處理，使其與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號相適應(yīng)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理后，其輸出為基帶信號，然后數(shù)字變頻對寬帶內(nèi)的信號進行正交變頻，使其成為與信號帶寬相適應(yīng)的數(shù)字信號，這種信號要能夠被HDTV處理。在實際中，為了提高數(shù)據(jù)的處理速度，常常采用較多的處理器模塊。而在軟件無線電技術(shù)中，都是采用軟件對算法進行處理，通過軟件的升級來增加新的功能，而HDTV接收機正是以軟件無線電原理為依據(jù)，在此基礎(chǔ)上，其不僅可以產(chǎn)生能夠適應(yīng)多種編碼速率的數(shù)字電視信號，而且其自身的系統(tǒng)升級能力也較強。HDTV實現(xiàn)新制式的播放方法對軟件無線電技術(shù)降低成本具有較大的幫助。
2.5軟件無線電技術(shù)中的實際應(yīng)用
在互聯(lián)網(wǎng)和3G時代，信道調(diào)制方式會極大影響數(shù)字廣播電視的發(fā)展，因此需要引進新的無線通信技術(shù)。當下用戶需要的是多層次配置，而軟件無線電技術(shù)中正是一種優(yōu)質(zhì)資源，依靠其實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的最佳配置，改變以往的追求統(tǒng)一性的調(diào)制方式，努力建立一個開放性的平臺，通過平臺上軟件的升級來實現(xiàn)業(yè)務(wù)的各種特征。
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞：軟件無線電；體系結(jié)構(gòu)；應(yīng)用
軟件無線電是JoeMitola于1991年提出的一種無線通信新概念，指的是一種可重新編程或者可重構(gòu)的無線電系統(tǒng)，也就是說，無線電在其系統(tǒng)硬件不需變更的情況下，可根據(jù)不同的需要通過軟件加載來完成不同的功能。軟件無線電概念的提出立馬得到了通信、雷達、電子戰(zhàn)、導航、測控、衛(wèi)星載荷及民用廣播電視等整個無線電工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，成為無線電工程領(lǐng)域具有廣泛適用性的現(xiàn)代方法。
1 軟件無線電的體系結(jié)構(gòu)
軟件無線電在設(shè)計理念和結(jié)構(gòu)體系上和傳統(tǒng)的無線電系統(tǒng)有著明顯的不同。軟件無線電則采用了硬件平臺與軟件平臺結(jié)合的全新體系結(jié)構(gòu)，通過硬件平臺來對軟件進行編程和管理以實現(xiàn)通信功能。
⑴功能模型與功能接口。軟件無線根據(jù)不同的功能模型可分為多個不同的部分，主要包括信道集、信道編，譯碼、信息安全、服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)支持、信源編譯和信源集。信道集包括RF信道、多波段傳播、有線互操作性及為了控制服務(wù)質(zhì)量自動采用多信道模式。
軟線無線電的接口示于各個功能模型之間，主要包括：RF波形接口，與之相對的是IF接口，信號被濾波及變換為IF波形進行處理。保護比特就是加密比特，明比特就是非加密比特。網(wǎng)絡(luò)比特要符合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要求，源比特適用于解碼器。這些接口組成了軟件無線電的接口系統(tǒng)，形成了信源到信道之間的信號的傳輸和控制。
⑵軟件分層結(jié)構(gòu)。在軟件無線電的分層結(jié)構(gòu)中，通過層可把無線電的功能實體分為接口層、配置層和處理層三層。這三層結(jié)構(gòu)都建立在流處理的機制上。接口層主要控制各種信息資源的輸入與輸出，是無線電平臺硬件與外部信息資源的接口。配置層主要負責存儲硬件平臺的二進制存儲信息，并接收接口層輸入的各種信息包，在信息報內(nèi)加上配制信息，然后發(fā)送給處理層。處理層主要負責對配置層信息的接收，并對其中的數(shù)據(jù)信息進行分析處理，由處理模塊的可重構(gòu)模塊組成。
⑶硬件平臺。平臺模塊化是軟件無線電的重要特征之一，它是由多種功能各異的硬件模塊和軟模塊按照一定的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。軟件無線電的多功能硬件模塊主要有：1）寬帶較大的多頻段天線模塊；2）射頻信號（RF）處理模塊；3）模擬信號、數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模塊；4）數(shù)字信號處理模塊；5）平臺控制模塊與接口。
在對軟件無線電的硬件平臺構(gòu)建時必須遵循開放性、擴展性、即插即用性等原則，并且要具有對信號的并行處理機制。軟件無線電的主要硬件平臺結(jié)構(gòu)包括：流水式結(jié)構(gòu)、總線式結(jié)構(gòu)、交換式結(jié)構(gòu)等。
2 軟件無線電的應(yīng)用
⑴在現(xiàn)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。3G通信是當今通訊系統(tǒng)中最為準確的通訊系統(tǒng)，它的完善性和規(guī)范性使之成為現(xiàn)今最常用的通訊系統(tǒng)，有著濃重的商業(yè)化。但是3G通信依然存在很大漏洞。全球化信息化的現(xiàn)代通信，存在非常大的局限性，各國并沒有消除相互之間的差異性，缺乏通訊系統(tǒng)之間統(tǒng)一的綜合標準。因此要使3G通訊完全達到全覆蓋全地區(qū)使用還需技術(shù)的進一步發(fā)展。技術(shù)的進一步發(fā)展可以分為兩類：寬帶連接，分布網(wǎng)絡(luò)。它的作用是在多個無線接收頻道中可以隨意實現(xiàn)信遞、接收、定位以及跟蹤，為通訊系統(tǒng)的發(fā)展、未來信息覆蓋提供便利。特點具有高效性、安全性及靈活多變性。
軟件無線電的另一大特點就是它強大的適應(yīng)多變性，可以運用于不同系統(tǒng)軟件的需要，可以與任意接收器為基礎(chǔ)做出相應(yīng)適用性變化。不僅方便于今后系統(tǒng)開發(fā)，更為其提供了良好平臺，減少不必要的麻煩 作為現(xiàn)在信息通訊系統(tǒng)的核心存在，軟件無線電技術(shù)必將在今后被廣泛運用。
⑵用于衛(wèi)星控制平臺。軟件無線電技術(shù)正日益廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代通信的各個領(lǐng)域。隨著A/D/A器件與DsP處理器的迅速發(fā)展，使得軟件無線電技術(shù)廣泛地應(yīng)用于陸上移動通信、衛(wèi)星移動通信與全球定位系統(tǒng)等。用軟件無線電技術(shù)實現(xiàn)衛(wèi)星控制平臺包括軟件無線電通用平臺的DsP技術(shù)和DSP實現(xiàn)信號調(diào)制和解調(diào)。其中軟件無線電通用平臺的DSP技術(shù)又包括TMS320C6701 DSP芯片，DSP技術(shù)在軟件平臺中的應(yīng)用，調(diào)制器與解調(diào)器。DSP實現(xiàn)信號調(diào)制和解調(diào)又包括信號調(diào)制，信號解調(diào)。
軟件無線電通用測控平臺是衛(wèi)星測控平臺發(fā)展的方向，可以很好地解決原來平臺開發(fā)成本高、周期長、通用性差的問題。以新一代DsP芯片TMs32oc6ooo～為軟件無線電平臺的核心，可以很好地滿足需要，且有較大的冗余度，利用升級。
3 軟件無線電的發(fā)展方向
軟件無線電自動化程度高、擴展能力強，并能在城市復雜的電磁環(huán)境進行良好的工作，很有可能成為未來無線電檢測的主流技術(shù)。軟件無線電相比現(xiàn)有無線電通信體制具備更多的特點。軟件無線電可以實現(xiàn)多種軍用電臺的互聯(lián)，還可以接入各種軍用移動網(wǎng)絡(luò)，并能運用到多頻段多模式的手機、基站以及無線局域網(wǎng)和通用網(wǎng)關(guān)等領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣泛。
經(jīng)過近20年的推廣和全世界范圍的深入研究，軟件無線電概念不僅得到了普遍認可，而且己獲得廣泛應(yīng)用；尤其是近幾年，軟件無線電的發(fā)展勢頭更猛，已觸動到無線電工程的每一個角落。可以說軟件無線電的思想已對現(xiàn)代無線電工程的設(shè)計和開發(fā)產(chǎn)生重大影響。
[參考文獻]
關(guān)鍵詞：DSP；軟件系統(tǒng)；無線電；雷達；應(yīng)用技術(shù)
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）13-3194-03
1 基于DSP的軟件無線電系統(tǒng)概述
1.1 DSP原理與特征分析
DSP，俗稱數(shù)字信號處理器，是利用計算機軟硬件設(shè)備和信號處理設(shè)備，通過對信號的數(shù)字化采集、變換、濾波、估值與識別等算法研究，再結(jié)合微處理器與軟硬件設(shè)備，來實現(xiàn)各種算法[1]。DSP系統(tǒng)主要由以下四部分組成：抗混疊濾波器用于濾掉輸入信號中高于折疊頻率的分量，數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)DSP系統(tǒng)的處理器用于將輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，D/A轉(zhuǎn)換器可將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，低通濾波器可濾除高頻分量，得到平滑模擬信號。
與傳統(tǒng)的ASP相比，DSP具有高精度，高可靠性，高性能，靈活性大，成本低，，擴展性好，易于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用；DSP芯片則具有接口便捷，多功能，體積小，功耗低等特點。現(xiàn)階段我國關(guān)于DSP系統(tǒng)研究正處于逐步完善階段，尤其是對信號處理的能力，以及硬件與軟件方面取得了跨越性的發(fā)展。
1.2 軟件無線電
軟件無線電是一種基于現(xiàn)代通信理論，采用數(shù)字信號處理與微電子技術(shù)將標準化、模塊化的硬件單元以總線方式連接構(gòu)成通用的硬件平臺，再加載各種軟件以實現(xiàn)無線電通信功能的一種開放式無線電通信體系結(jié)構(gòu)。
軟件無線電因其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一致性與通用性，并可采用不同軟件實現(xiàn)各項功能的特點，使得功能的完善與升級更加便捷，且系統(tǒng)各模塊可復用，極大地降低了更換成本；同時在相對一致的硬件平臺加載各種軟件所對應(yīng)射頻可使系統(tǒng)的相互操作性成為可能。另外，軟件開發(fā)周期較硬件短，成本較低，易于更新，使通信系統(tǒng)的生存期更長了一些；若采用新數(shù)字信號處理手段，不僅可以提高抗干擾性能，還可實現(xiàn)其他超越性系統(tǒng)功能，如在線改變信號調(diào)制模式。
1.3 基于DSP的軟件無線電系統(tǒng)的特點與優(yōu)勢
傳統(tǒng)的A/D器件采樣率，輸入寬帶已無法滿足高速發(fā)展的軟件無線電結(jié)構(gòu)，且現(xiàn)階段DSP在進行高速實時數(shù)據(jù)流處理時仍然有所局限。為了實現(xiàn)理想的DSP的軟件無線電設(shè)計，還須將射頻信號從混頻專為中頻帶通采樣，且在DSP前加數(shù)字上、下變頻器，來突破系統(tǒng)的局限性。
2 DSP的軟件系統(tǒng)下的無線電雷達應(yīng)用技術(shù)研究
基于DSP原理以及軟件無線電研究出的DSP的軟件系統(tǒng)下的無線電雷達技術(shù)，其在雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在現(xiàn)代雷達收發(fā)系統(tǒng)中的數(shù)字接收機，以及高中頻雷達信號處理系統(tǒng)，這里筆者就這兩方面進行具體探究。
2.1 在雷達收發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析
2.2 在雷達信號處理系統(tǒng)中的應(yīng)用分析
這里的DSP用于中頻處理和發(fā)射控制雷達信號，可實現(xiàn)信號檢測與調(diào)制解調(diào)前處理數(shù)字信號，用編程和DSP完成基帶與中頻處理減少了混合信道的過程花費，集中信號處理資源有利于進行統(tǒng)一的信號處理。其中DSP的主要任務(wù)是處理門限檢測、相干信號、恒虛警和雜波，分析頻譜和數(shù)據(jù)算法，提取多普勒與目標信息。
該雷達信號處理系統(tǒng)不僅片內(nèi)存儲容量大，且無需外帶存儲器；還具備特殊的總線共享結(jié)構(gòu)，而無需外部控制電路；DSP控件之間耦合緊密且相對獨立，構(gòu)成有統(tǒng)一存儲空間和高數(shù)據(jù)傳送率的高速實時數(shù)據(jù)流并行處理系統(tǒng)。
3 應(yīng)用前景與研究意義
3.1 應(yīng)用前景
DSP的軟件系統(tǒng)下的無線電雷達技術(shù)的應(yīng)用瓶頸是其數(shù)據(jù)流系統(tǒng)的速度難以達到實時性處理要求， 而近幾年高速DSP技術(shù)的發(fā)展正逐步在克服速度障礙。而目前該技術(shù)在雷達收發(fā)系統(tǒng)、 信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中應(yīng)用雖然廣泛卻不全面仍有待于進一步的擴展研究。該技術(shù)的靈活性與開放性決定了其為雷達數(shù)字系統(tǒng)研究提供了重要的發(fā)展方向，一方面可以通過突破功能單一、 可擴展性差的傳統(tǒng)雷達數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計局限，將開放性的最簡硬件作為通用平臺，用可升級也可重新配置的應(yīng)用軟件來實現(xiàn)數(shù)字收發(fā)與信號、數(shù)據(jù)處理等功能；另一方面發(fā)射系統(tǒng)通過軟件控制變換的波形；在通用且開放式的硬件平臺上設(shè)計DSP軟件無線電接收系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)，接收各種形式的信號，完成相應(yīng)的算法運算，輸出各種數(shù)據(jù)格式的運算結(jié)果[4]。在未來的研究中還可將該技術(shù)應(yīng)用于雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，實現(xiàn)各種目標數(shù)據(jù)處理、多雷達信號特征融合和外設(shè)通信等功能。
3.2 研究意義
與傳統(tǒng)的軟件無線電雷達技術(shù)相比，DSP的軟件系統(tǒng)下的無線電雷達技術(shù)的應(yīng)用使雷達系統(tǒng)在通用性、靈活性和兼容性方面更有優(yōu)勢，不僅適應(yīng)了新時代電子戰(zhàn)雷達系統(tǒng)的需要的高速實時數(shù)據(jù)處理功能，還大量避免了裝置閑置，節(jié)省了硬件成本，提高了雷達系統(tǒng)的運行效率。同時該技術(shù)也促進了系統(tǒng)的互聯(lián)和升級， 還能使雷達系統(tǒng)具有更好的抗干擾性和摧毀性、安全保密性，極有可能是雷達數(shù)字系統(tǒng)的突破性技術(shù)。
結(jié)束語：DSP的軟件系統(tǒng)下的無線電雷達技術(shù)在繼續(xù)研究的過程中，將會突破各種發(fā)展瓶頸，成為未來電子戰(zhàn)中雷達的“重磅科技”。
參考文獻：
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[2] 任亞衛(wèi)，王文海.基于DSP的軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機與信息技術(shù)，2009，（12）：35-38.
關(guān)鍵詞：軟件無線電DSPDDS
軟件無線電是一種無線電通信新的體系結(jié)構(gòu)。在1992年5月美國電信系統(tǒng)會議上，JeoMitola首次提出了軟件無線電概念，之后迅速引起了人們的關(guān)注，并開始對它進行廣泛而深入的研究。具體地說，軟件無線電是以可編程的DSP或CPU為中心，將模塊化、標準化的硬件單元以總線方式連接起來，構(gòu)成通用的基本硬件平臺，并通過軟件加載來實現(xiàn)各種無線通信功能的開放式的體系結(jié)構(gòu)。它使得通信系統(tǒng)擺脫了面向設(shè)計思想，被認為是無線通信從模擬到數(shù)字、從固定到移動之后的又一次突破。
在軟件無線電的研究過程中，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是移動通信系統(tǒng)空中接口的重要組成部分。在不同的蜂窩半徑和應(yīng)用環(huán)境下，移動通信的信道呈現(xiàn)不同的衰落特性，根據(jù)移動信道的衰落情況，自動地改變調(diào)制方式，從而提高傳輸效率并保證傳輸性能。那么，一個通用的信號源是必不可少的。
圖1多制式信號發(fā)生器硬件原理圖
作者設(shè)計了一個基于DSP+DDS結(jié)構(gòu)的可編程調(diào)制器的硬件平臺，并在此硬件平臺上實現(xiàn)了各種模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制的通用軟件算法。當改變調(diào)制制式時，無需再次下載程序，而且調(diào)制制式、比特速率、輸出中頻均可調(diào)。
1硬件結(jié)構(gòu)
通常，信號源輸出的波形多數(shù)是對周期的01序列進行調(diào)制，輸出波形單一，只能作為解調(diào)輸入信號的一種特例，缺少通用性。而許多專用芯片采用的調(diào)制方式也是有限的。用DSP+DDS構(gòu)成的通用多制式信號發(fā)生器不僅可以實現(xiàn)模擬調(diào)制，而且可以實現(xiàn)各種數(shù)字調(diào)制。DSP利于基帶信號的實時處理，可以實現(xiàn)高速調(diào)制，而DDS具有頻率分辨率高、頻率變化速度快、相位連續(xù)、易于數(shù)字控制等特點。圖1給出多制式信號發(fā)生器硬件原理圖。
信號發(fā)生器主要由三部分構(gòu)成：控制單元、數(shù)字信號處理器(DSP)、正交數(shù)字上變頻器（QuadratureDigitalUpconverter）。
DSP采用TI公司的TMS320VC5402，它獨特的哈佛結(jié)構(gòu)、硬件密集型方案和靈活的指令系統(tǒng)可以滿足對信號的實時處理，它的高性能、低功耗及低價位使其得到廣泛應(yīng)用。
正交數(shù)字上變頻器采用AD公司的AD9857。AD9807最高工作頻率為200MHz，輸出中頻頻率范圍為0～80MHz。AD9807內(nèi)部集成半帶濾波器、CIC（ascadedIntegratorComb）濾波器、反SINC濾波器、高速的14位是一個相位連續(xù)的直接數(shù)字頻率合成器DDS(DirectDigitalSynthesizer)。在該方案中，AD9857工作在正交調(diào)制模式。它的32位頻率控制字使輸出頻率的最高精確度為：SYSCLK（系統(tǒng)時鐘）除以232。
控制單元決定采用哪一種調(diào)制制式、比特速率及輸出中頻頻率。
DSP讀入控制單元的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過串口向AD9857發(fā)送控制字。原始信息數(shù)據(jù)（是由DSP產(chǎn)生的偽隨機序列）首先在DSP中進行編碼、調(diào)制等處理后得到基帶信號。基帶處理得到正交信號的I/Q分量交替進入AD9857，經(jīng)過串并變換，轉(zhuǎn)換成兩路并行的I/Q數(shù)據(jù)，進行內(nèi)插和上變頻運算，然后通過D/A變換直接輸出模擬中頻信號，從而將基帶處理和中頻調(diào)制合二為一。
AD9857對輸入的數(shù)字信號進行采樣和內(nèi)插，降低了DSP的處理負擔，使整個系統(tǒng)的性能達到較好的程度。
2軟件算法
軟件無線電具有完全的可編程性。它采用數(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定主實現(xiàn)無線電臺的各部分功能，包括對無線波段、信道調(diào)制、接入方式、數(shù)據(jù)速率的編程等。因此通過程序進行控制和操作，是軟件無線電最突出的特點之一。軟件算法的設(shè)計直接關(guān)系到電臺軟件的實現(xiàn)。軟件無線電臺對信號的處理都是實時的，因此對算法的時間及空間的復雜性都提出了很高的要求。
為節(jié)省有限的DSP運算資源，軟件無線電軟件算法研究中大量采用查表法來提高處理速度，通常在調(diào)制過程中使用波形存儲法。編寫軟件算法程序時，只要某一調(diào)制方式及其對應(yīng)的輸出狀態(tài)數(shù)目是有限的，就可以借助表法來實現(xiàn)。查表法避免了大量的中間運算，簡單易行，唯一的缺點是占用了大量的存儲空間。因此，需要建立一張通用的表格，該表格存儲了經(jīng)過量化的14位有符號的二進制數(shù)。表格的設(shè)計應(yīng)達到查表過程簡單，同時滿足不同的調(diào)制方式。用這個表還可以實現(xiàn)正弦函數(shù)的計算，只需將當前相位移相π/2。
除了一張通用的余弦表，針對不同的調(diào)制方式還需分別建立對應(yīng)的調(diào)制星座圖映射表，按照調(diào)制方式分類組成一個相位表格庫。對于差分相位調(diào)制，該表格為差分相位表格。當調(diào)制方式確定后，根據(jù)得到的碼元，查表計算當前相位Φk。
圖2以（π/4）DQPSK調(diào)制方式為例，介紹差分相位調(diào)制軟件算法。數(shù)字存儲區(qū)存儲的是一個周期的余弦函數(shù)波形樣點，設(shè)存儲區(qū)的采樣點數(shù)為N，表格的移動步長為d。原始調(diào)制每兩個比特一組，通過表1中的調(diào)制星座圖映射成差分相位ΔΦk與前一碼無的相位進行模2π相加得到當前碼元的絕對相位Φk，計算Φk在余弦表中的偏移地址，根據(jù)偏移地址調(diào)制信號的數(shù)據(jù)。
設(shè)f(i)=cos(id),其中0≤i<N,d=2π/N
那么，當前相位Φk（0≤Φk<2π）的偏移地址為：Φk×N/2π。
(π/4)DQPSK對應(yīng)的絕對相位Φk的可能取值有：0°、45、90°、135°、180°、225°、270°、315°。如果N=144,即d=2.5，則Φk在余弦表中對應(yīng)的偏移地址為：0°、18°、36°、54°、72°、90°、108°、126°。
表1調(diào)制星座圖
xk0011
yk0110
Δφk-135°135°45°-45°
3調(diào)制信號波形
軟件無線電的概念是在1992年5月MITRE公司的科學顧問JosephMitola在美國電信系統(tǒng)會議首次提出的[3]，IEEEComm.Magazine在1995年第5期正式推出了第一個軟件無線電專集[4]，掀起了軟件無線電的研究熱潮。軟件無線電技術(shù)構(gòu)造了一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，除了射頻信號發(fā)送和接收部分使用模擬電路和模擬信號外，將無線通信系統(tǒng)的各種功能，如工作頻段轉(zhuǎn)換，調(diào)制解調(diào)，數(shù)據(jù)格式變換，數(shù)據(jù)加密，差錯控制編碼，通信協(xié)議執(zhí)行等都用軟件來完成，以求研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)。軟件無線電技術(shù)包括軟件技術(shù)、硬件技術(shù)以及信號處理技術(shù)等，其中信號處理技術(shù)中的帶通采樣理論和多速率信號處理理論是軟件無線電理論的基礎(chǔ)。目前國內(nèi)大學通信專業(yè)的實驗教學中，如通信原理和數(shù)字信號處理的實驗課等，都可以用實驗的方法，對信號進行分析，有利于學生的理解。但往往由于信號生成、顯示和分析儀器的成本比較高，尤其是帶有頻譜分析和測量功能的儀器價格尤為昂貴，使得這部分的實驗無法普遍實施。PC機聲卡具有兩路AD，兩路DA，采樣率最高可達到44100Hz，采樣深度可達到16bit。如果利用PC機作為數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備，使用適當?shù)奶摂M儀器軟件編程技術(shù)就可以組成一個低成本高性能的信號采集與分析處理系統(tǒng)，方便學生理解理論內(nèi)容，簡化了課程的實驗，甚至能夠讓有興趣的學生對現(xiàn)有虛擬儀器系統(tǒng)進行升級改造。
這是我們研究該課題的意義之所在，希望通過我們的研究，能夠建立一個性能價格比較高的信號分析系統(tǒng)，并將該結(jié)果應(yīng)用于大學通信專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的實驗教學中，足以讓學生理解信號分析的概況了。
1基于軟件無線電的虛擬儀器系統(tǒng)
本文介紹一套基于Labwindows/CVI的信號處理系統(tǒng)，LabWindows/CVI是NationalInstruments公司推出的一套面向測控領(lǐng)域的軟件開發(fā)平臺。它以ANSIC為核心，將功能強大，使用靈活的C語言平臺與數(shù)據(jù)采集，分析和表達的測控專業(yè)工具有機地接和起來。它的集成化開發(fā)平臺，交互式編程方法，豐富的控件和庫函數(shù)大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)，自動測量環(huán)境，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境[5]。本系統(tǒng)使用LabWindows/CVI實現(xiàn)了一個軟件的寬帶數(shù)字下變頻（WDDC）的單通道接收機等虛擬儀器，并對模擬的68MHz~72MHz的頻譜環(huán)境進行監(jiān)測；這并不是仿真軟件，而是實用的工具，這些虛擬儀器可以很好的工作。使用起來也很方便，只需要一根數(shù)據(jù)線連接兩臺PC即可。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
1．1信號發(fā)生器
信號發(fā)生器利用PC機產(chǎn)生兩路信號，信號類型有正弦波、方波、三角波、鋸齒波和用戶自定義五種波形。在“高級設(shè)置”中可對兩路信號的同步進行調(diào)整，也就是設(shè)置兩路信號的初始相位差，調(diào)整范圍為0~2π。系統(tǒng)面板圖如圖2所示。
1．2基于WDDC的單通道接收機使用
Labwindows/CVI對基于數(shù)字混頻下邊頻的單通道接收模型進行了模擬，實現(xiàn)了一個軟件的寬帶數(shù)字下變頻(WDDC)接收機。總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。首先，模擬了68MHz~72MHz帶寬內(nèi)的頻譜環(huán)境，產(chǎn)生了包含多個通信信道的寬帶信號，并對這個信號作采樣率為8MHz的欠采樣。根據(jù)帶通采樣定理，這樣的欠采樣剛好不會發(fā)生頻率混疊。將采樣得到的數(shù)據(jù)(速率為8MSPS)以文件格式存入硬盤，作為輸入數(shù)據(jù)模塊。然后，用DDS方式構(gòu)造了一個混頻信號發(fā)生器，信號發(fā)生器采用4K點的波表和浮點累加器，使混頻信號的相噪降到足夠小。接著用可控級聯(lián)方式的FIR抽取濾波器組對混頻后的信號進行低通濾波和抽取。信號發(fā)生器和后續(xù)的FIR抽取濾波器模塊共同構(gòu)成了WDDC接收機的核心部分。最后，通過加窗FFT和顯示模塊對信號頻譜進行顯示。每個模塊都可以通過用戶接口控制程序進行控制，通過調(diào)整DDS累加步長對混頻信號頻率進行控制，通過切換FIR抽取濾波器的級聯(lián)方式對帶寬進行控制，還可以控制頻譜顯示和數(shù)據(jù)文件的讀取。
2具體實例分析
信號譜分析是數(shù)字信號處理課程中學生學習的重點，同時又是難點[6]。對于這些抽象的知識，老師在課堂上費盡心力講解，學生依然很難理解。有些學生雖然學會信號頻譜的計算方法，但對計算出的譜線形狀只能憑空想象，缺少直觀認識，久而久之，學生學習的積極性下降。通過此虛擬實驗，可以解決這些問題，學生通過選擇需要的的信號類型，設(shè)定信號的頻率和幅值，就可觀察到信號的時域波形和頻譜圖，這樣學生不僅直觀的了解譜線形狀，而且對原信號頻率和相位對譜線的影響有更深刻的理解。系統(tǒng)模擬的頻譜環(huán)境相當于一個很寬的中頻信號，其中存在10個常見的通信信號。表1描述了這10個通信信號的類型、中心和帶寬，其中包含有AM、FM、LSB、Chirp、Hop以及擴頻信號，這些信號整個構(gòu)成了一個小的頻譜環(huán)境。圖4是WDDC接收機的程序界面，主要有兩個控制臺：DDC設(shè)置以及顯示設(shè)置。在DDC設(shè)置中，調(diào)整頻率數(shù)字框可以改變接收機的中心頻率(68MHz~72MHz)，調(diào)整帶寬下拉框有三種帶寬(2MHz/1MHz/512kHz)可以選擇；在顯示設(shè)置中，可以進一步調(diào)整觀測頻譜的范圍。使用寬帶模式觀測信號的全景情況見圖4（a）（b）所示。在全景模式下，可以看到2M帶寬內(nèi)多個通信信號的整體情況，能夠檢測信號的位置、頻率占用情況以及頻譜環(huán)境的一些宏觀信息，單個信號的特征則不太明顯。用窄帶模式觀測單個信號的特征見圖5所示。在窄帶模式下，可以快速的確定信號的中心，測量信號的帶寬，并且能夠?qū)Ρ热我忸l點的相對電平，從而能夠迅速了解信號的類型及其它重要參數(shù)(調(diào)制度、頻偏等)。
【關(guān)鍵詞】第三代；移動通信系統(tǒng)；軟件無線電技術(shù)
軟件無線電技術(shù)的核心是以硬件為無線通信的基本平臺，用軟件來實現(xiàn)無線通信功能。這就實現(xiàn)了無線通信系統(tǒng)的通用性和靈活性，方便了系統(tǒng)的升級和互聯(lián)。該技術(shù)最早用于軍事方面，后來才擴展到無線移動通信領(lǐng)域。本文將研究無線電技術(shù)在第三代移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用。
一、第三代移動通信系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)
（一）第三代移動通信系統(tǒng)
第三代移動通信系統(tǒng)最大的特點就是能夠?qū)崿F(xiàn)全球無縫覆蓋和漫游。 此外，還有以下幾個特點：能夠提供多媒體業(yè)務(wù)，能夠適應(yīng)多種業(yè)務(wù)環(huán)境如蜂窩、無繩、衛(wèi)星移動、PSTN、數(shù)據(jù)網(wǎng)、IP等，具有單一的通信號碼，能夠保證高質(zhì)量的服務(wù)、按需分配寬帶，有多頻多模通用手機，頻譜利用率高、容量大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能滿足使用有線和無線多種業(yè)務(wù)要求，系統(tǒng)起始配置能充分利用第二代設(shè)備和設(shè)施，隨后可平滑升級。
（二）軟件無線電技術(shù)在第三代移動通信中的應(yīng)用
1、軟件無線電技術(shù)為第三代移動通信手機和基站提供了一個開放的、模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2、軟件無線電技術(shù)實現(xiàn)了智能天線結(jié)構(gòu)，空間特征矢量包括獲得DOA、計算每射頻通道權(quán)重和天線波束賦形。3、實現(xiàn)了各種信號處理軟件，包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件算法等。
二、軟件無線電技術(shù)在SCDMA中的功能
軟件無線電技術(shù)能夠提供一個開放的模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)智能天線，還能同步檢測、建立和保持。除此之外，軟件無線電軟件技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)用戶終端D―QPSK解調(diào)器中的載波恢復、頻率校準和跟蹤，實現(xiàn)每碼道功率的測得和發(fā)射功率控制。軟件無線電軟件技術(shù)能夠接收通道的電平檢測和增益控制，擴頻調(diào)制和調(diào)節(jié)，包括WALSH碼和PN碼的產(chǎn)生。無線電技術(shù)還能進行語音編譯碼，產(chǎn)生和檢測DTMF、MFC及各種信號。信道編碼、復接和分接，發(fā)射脈沖成形濾波，SWAP信令的差錯檢測，接收信令的差錯檢測，發(fā)射通道的數(shù)字預失真，幾站收發(fā)信機的校準。
三、第三代移動通信技術(shù)中軟件無線電的新進展
（一）體系結(jié)構(gòu)分層化與軟件模塊化
軟件無線電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是開放式的、模塊化的且可即插即用的。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在很大程度上增強了第三代移動通信系統(tǒng)的靈活性和重用性。第三代移動通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計按層級的方式來組織，并能在一定程度上減小軟件設(shè)計的復雜性。軟件無線電不僅在硬件方面需要模塊化，在軟件方面也要模塊化。缺乏標準的應(yīng)用級的軟件到軟件的API與缺乏對存儲器、緩存空間與處理資源的量化。這使得軟件重用度低下，花費較大，且研制周期長，因此需要把軟件實用地分成模塊并清楚定義廣泛應(yīng)用的接口。
（二）軟件無線電結(jié)構(gòu)數(shù)學分析化
使用CORBA技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)軟件的模塊化，極大地提高了軟件的重用性。然而，缺乏數(shù)學分析對存儲器、緩存空間與處理資源的量化，就難以明確一個軟件模塊的數(shù)據(jù)吞吐、響應(yīng)時間及其它關(guān)鍵要求。當重用自己軟件庫中或的軟件或者是第三方的軟件時，可能會使系統(tǒng)性能下降，甚至會使系統(tǒng)崩潰。這就需要數(shù)學模型來刻劃快速涌現(xiàn)的技術(shù)。利用拓撲學來研究軟件無線電結(jié)構(gòu)，能夠提高即插即用結(jié)構(gòu)的重用性。拓撲結(jié)構(gòu)特性有一系列的設(shè)計原則，包括三個方面。首先，有界遞歸模塊。這樣的模塊消耗的資源是可預測的，即使發(fā)生軟件錯誤也不至于引起系統(tǒng)崩潰。其次，清楚可擴展的接口拓撲。用拓撲空間的基來定義軟件無線接口，并使用可擴展語言，如UML、SDL、IDL和ASN.1。最后是分布分層虛擬結(jié)構(gòu)，這樣可以最大的使用高一層或低一層的組件。建立數(shù)學模型，進行數(shù)學分析，能夠有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重用性。
（三）面向?qū)ο蠡?/p>
第三代移動通信系統(tǒng)的服務(wù)對象是個人，所以第三代移動通信系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)應(yīng)該面向?qū)ο笤O(shè)計。面向?qū)ο笤O(shè)計是一種很有效的設(shè)計方法。軟件無線電活性強，對對象具有很強的選擇性。因此，軟件無線電功能的設(shè)計應(yīng)該面向?qū)ο蟆?/p>
（四）認知化、智能化
認知軟件無線電是指無線電內(nèi)部工作狀態(tài)是可知的，通過無線電知識描述語言與網(wǎng)絡(luò)，針對無線規(guī)則進行智能交流，并采用支持關(guān)于用戶需要的自動推理的方式。這樣能更好地為個人通信服務(wù)。無線規(guī)則是指一系列適合無線頻譜使用的射頻寬帶、空中接口、空間時間模式。認知無線電軟件使無線電從預先定義協(xié)議目盲執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無線電領(lǐng)域的智能。他能找出各種方式來提供各種用戶需要的服務(wù)，用戶甚至都不知道是如何得到的。
（五）計算機化
軟件無線電計算機化可以為第三代移動通信系統(tǒng)提供更強的靈活性、網(wǎng)絡(luò)性與良好的人機界面。計算機化是指軟件無線電需要與計算機技術(shù)相結(jié)合。目前軟件無線電與計算機結(jié)合體現(xiàn)在兩個方面，一是提供友好的人機對話界面，而是利用PC機進行第三代移動通信系統(tǒng)的基帶處理。
四、結(jié)語
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，軟件無線電技術(shù)已從開始的軍事研究擴展到移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用。軟件無線電具有很大的潛力，它能創(chuàng)造出一個具有采用新標準、動態(tài)定義新軟件的無線通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。本文綜合講述了軟件無線電在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，歸納總結(jié)了軟件無線電體系的結(jié)構(gòu)。
參考文獻：
[1]張鵬.軟件無線電技術(shù)在移動通信測試領(lǐng)域的應(yīng)用[J].電子測量技術(shù)，2013，03：110-117.
[2]任.移動通信系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)探討[J].電子制作，2013，08：166.
1 數(shù)字調(diào)幅廣播技術(shù)的發(fā)展
1.1 廣播技術(shù)的發(fā)展
從20世紀二十年代開始，商業(yè)廣播先后在美、蘇、英、德、法、中等國開播，在此后的近百年時間，廣播作為重要的傳媒工具，受到各國的重視。廣播無后經(jīng)歷了中波調(diào)幅、短波調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)頻立體聲幾個階段，表1羅列了部分國家的廣播發(fā)展情況。
表1 世界主要國家的廣播發(fā)展情況
中波短波調(diào)頻調(diào)頻立體聲美國192019421941/蘇聯(lián)1922192919461960英國192319381955/法國1923193619501954德國1923192919491958中國1923193419741979日本19251935195719691．2 調(diào)幅廣播的優(yōu)勢
盡管調(diào)幅廣播的帶寬只有9kHz或10kHz，音質(zhì)無法與調(diào)頻立體聲相比，但是由于調(diào)幅廣播發(fā)展時間最久，全球標準統(tǒng)一，在任何地方購買的收音機在全球各地都能使用，接收工具簡單，而且可以方便地進行室內(nèi)、外的便攜接收與車、船中的移動接收。因此至今它仍然是世界上使用最廣泛的廣播媒體。
短波國際廣播則由于在國際交往中的極端重要性與最適合對象為財力處于中下層的聽眾，所以各國仍繼續(xù)大量投資支持短波業(yè)務(wù)。
今天，世界上有160多家國際廣播電臺在進行著無形的“星球大戰(zhàn)”。美國之音（VOA）的一項研究甚至認為：未來40年沒有其它媒體能以相同的優(yōu)點替代。據(jù)統(tǒng)計，全世界現(xiàn)在已有3333座短波發(fā)射臺，12590府中波發(fā)射臺，25億臺調(diào)幅收音機，其中7億臺可收短波廣播。
1.3 DRM的產(chǎn)生
由于調(diào)制廣播的競爭，音、視頻數(shù)字化的發(fā)展，傳媒手段的多樣化和九十年代開始的全球數(shù)字化浪潮，使許多廣播機構(gòu)認識到，調(diào)幅廣播必須數(shù)字化才能適應(yīng)競爭日益激烈的傳媒環(huán)境，紛紛開始了數(shù)字調(diào)幅廣播的試驗。
德國電信（DT）從1994年11月開始進行數(shù)字中被廣播的試驗。法國湯姆喀斯特（Thomcast）公司則從1995年起斥巨資進行數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)的開發(fā)，并從1996年6月起演示了它的天波（SKYWANE）2000系統(tǒng)，到1998年4月，研制中的數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)已至少有6個。
1994年，電聯(lián)曾要求各成員國提出數(shù)字系統(tǒng)的建議，并建議建立一個世界性的集團以評估不同的方案，最終提出單一的建議由電聯(lián)推薦各國使用，由此誕生了DRM。DRM的全稱是Digital Radio Mondiale，其中Mondiale為法文，即“世界數(shù)字廣播”集團（Consortium）。DRM于1998年3月在中國廣州宣告成立。到2002年2月，DRM已有來自27個國家的正式會員（Full members）47個，和非正式會員（Associate members）25個。
1.4 國內(nèi)外數(shù)字調(diào)幅廣播技術(shù)發(fā)展情況
目前，歐洲和北美的一些國家均研制了DRM接收設(shè)備，這些接收設(shè)備更接近于專業(yè)接收設(shè)備，主要采用計算機插板方式，絕大多數(shù)的解調(diào)、解碼工作均由基于DSP和計算機CPU的軟件完成，它們具有便于軟件更新，可以方便適應(yīng)不同標準和新業(yè)務(wù)，便于在線測試，可以方便地使用各種分析工具等優(yōu)點。同時具有體積大（一般需計算機，也有較小的），功耗大（普通干電池無法滿足工作），不兼容原有設(shè)備等缺點。客觀地講，這些設(shè)備只能算作實驗性質(zhì)的設(shè)備，不具備投放市場的能力。
我國在數(shù)字廣播領(lǐng)域與國際完全同步（DRM集團在我國成立足以說明），國內(nèi)已經(jīng)有了類似的產(chǎn)品，水平與國外產(chǎn)品沒有明顯珠差距。
圖2
1.5 DRM技術(shù)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)
DRM系統(tǒng)已基本成熟，即將進入實施階段。但是，一項新技術(shù)能否在全球推廣，技術(shù)本身的先進性與可行性雖是前提，卻遠非決定因素，市場條件和消費者的接受程度十分關(guān)鍵。歷史上已經(jīng)有不少成功的經(jīng)驗與失敗的教訓，DRM也把實施問題看作為嚴重挑戰(zhàn)，還把影響國家或地區(qū)一級啟動新技術(shù)的因素歸納為以下幾點：①技術(shù)變更的步伐；②進口或出口控制；③市場成熟性；④財富或個人可支配的收入（PDI）；⑤法規(guī)；⑥消費者是否是新技術(shù)的早期采用者。
為使DRM取得成功，需要處理好三個關(guān)鍵性因素，即廣播機構(gòu)/網(wǎng)絡(luò)運行者、接收機制造商與聽眾之間的關(guān)系。可以列出以下的實話依賴關(guān)系表（見表2）。
表2 實施依賴關(guān)系表
參與者依賴性關(guān)鍵推動者廣播機構(gòu)/網(wǎng)絡(luò)運行者接收機可用性聽眾市場頻譜可用性
法規(guī)協(xié)議
發(fā)射機可用性接收機制制造商內(nèi)容可用性聽眾市場低知識產(chǎn)權(quán)費用
市場規(guī)模
廣播機構(gòu)簽約承擔義務(wù)
芯片組可用性聽眾接收機可用性內(nèi)容可用性信息的需要
接收機的費用
明確的獨特銷售點1．6 DRAM在我國發(fā)展的前景
我國是AM廣播的大國，新世紀開始實話的西部創(chuàng)新工程還將進一步擴大AM廣播的規(guī)模，提高廣播覆蓋率與改變邊遠地區(qū)空中秩序。
1998年的廣州會議已注意到了中國這樣的大國不容易由調(diào)頻（FM）廣播覆蓋（注：中國的陸地面積與歐洲大致相當，比美國本土大200萬平方公里，中國最小的浙江省相當于比、荷、丹三國的總和，新疆則相當于三個歐洲大國德、法、西的總和），因而數(shù)字調(diào)幅廣播具有很大的市場。由于許多重要的國際廣播機構(gòu)一直積極參與DRM的活動，今后這些機構(gòu)很可能較早地開始數(shù)字化的短波國際廣播，從而使他們的國際廣播效果大大改善與具有良好的抗干擾性。
我國雖然從1997年起就一直關(guān)注與跟蹤數(shù)字AM廣播的發(fā)展，北京廣播學院還進行了計算機模擬試驗。但鑒于DRM很快進入實話階段，美國開發(fā)與評價IBOC DAB技術(shù)有較大進展，日本也參加了DRM，因此應(yīng)該更加積極地創(chuàng)造條件，早日 在我國開展相應(yīng)的實驗室與現(xiàn)場測試，積累自己的數(shù)據(jù)（中國地形復雜，橫跨寒、溫、熱三帶，電離層條件也不同），并爭取有自己的知識產(chǎn)權(quán)，還要利用作為國際電聯(lián)與亞廣聯(lián)成員的條件和參加各種國際會議與相關(guān)活動的機會，積極了解國際新進展，調(diào)整與確定發(fā)展我國數(shù)字聲音廣播的方針政策與計劃日程，積極維護中國在二十一世紀數(shù)字調(diào)幅廣播領(lǐng)域的權(quán)益。
2 軟件無線電技術(shù)的發(fā)展
軟件無線電技術(shù)是近年來新興的一種技術(shù)，它最早由MITRE公司的約瑟夫·米托拉（Joseph.Mitola）在1992年5月“美國遠程系統(tǒng)會議（National Telesystems Conference）”上提出。該項技術(shù)一經(jīng)提出就在世界上產(chǎn)生了重大影響，受到了各方的高度重視。
軟件無線電技術(shù)的核心思想是軟件無線電技術(shù)將寬帶的A/D變換器盡可能的靠近射頻天線，即盡可能早的將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最大程度上通過DSP軟件來實現(xiàn)通信系統(tǒng)的各種功能。圖1為理想軟件無線電系統(tǒng)組成框圖。
作為軟件無線電技術(shù)載體的軟件無線電電臺是“用軟件定義波段、調(diào)制方式、信號波形的電臺。信號波形由數(shù)字信號采樣產(chǎn)生，用寬帶的數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，可能還要由中頻上變頻到射頻。類似地，接收機使用寬帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲得該軟件無線電電臺節(jié)點所有波段的信號。接收機用通用處理器上的軟件完成信號的提取，下變頻和解調(diào)。”（約瑟夫·米托拉給軟件無線電電臺做的定義。）
理想的軟件無線電電臺應(yīng)該擁有在全頻帶工作的能力，具有極大的靈活性，任何功能的改變或增加都可以通過軟件升級來完成。由于實際條件的限制，比如寬帶前端射頻模塊的性能不夠理想、寬帶A/D/A的工作帶寬和采樣速率有限、DSP的處理能力不足、總線數(shù)據(jù)受限等，導致在目前的技術(shù)條件下無線實現(xiàn)上述理想軟件無線電系統(tǒng)。為了使得軟件無線電技術(shù)可以應(yīng)用于實踐，就在理想軟件無線電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了若干限制條件，使得軟件無線電犧牲了一些靈活性，換來了可實現(xiàn)性。
考慮到DRM目前的犧牲性，為了減小研發(fā)的風險，可以考慮采用軟件無線電技術(shù)研制發(fā)射接收設(shè)備，在目前模擬數(shù)字混合暑期可以兼容原有的模擬設(shè)備，隨著社會的發(fā)展，當DRM技術(shù)成為主流技術(shù)時通過軟件升級就可以將用于兼容的資源專用作數(shù)字廣播質(zhì)量的提升，從而最大限度的保護用戶的利益。
3 基于軟件無線電技術(shù)的DRM系統(tǒng)
3.1 DRM的主要標準介紹
2001年4月4日ITU已通過DRM的標準建議書為ITU-RBS.1514,2001年9月通過歐洲標準為ETSI TS 101 980 V1.1.1。單個調(diào)幅頻道碼率可達24kbps，雙頻道可達72kbps。在ETSI TS 101 980 V1.1.1標準中，主要規(guī)定了了頻道使用模式、信源泉編碼方式、復用情況、信道編碼與數(shù)字調(diào)制方式等內(nèi)容。
具體來說DRM信號有三種頻道使用模式：半個頻道、一個頻道和四個頻道。半個頻道的模式可以用作模擬和數(shù)字同播，作為模擬和數(shù)字廣播的平滑過渡的方法。信源編碼推薦了四種方式：MPEG-4 AAC（高級音頻編碼），MPEG CELP（刺激線性預測編碼），MPEG HVXC（諧波矢量刺激編碼），SBR（頻帶復制編碼）。復用情況比較復雜，包括信道復用、幀復用、業(yè)務(wù)復用、數(shù)字復用等。信道編碼與數(shù)字調(diào)制方式包括擾碼生成多項式（x9+x5+1）、TCM編碼方式采用刪除卷級碼與QAM調(diào)制結(jié)合的方式，交織深度分為短交織（交織長度為0.4s）和長交織（交織長度為2s），數(shù)字調(diào)制方式采用OFDM和QAM調(diào)制。
3.2 國外同類產(chǎn)品（SKYWAVE2000）的性能
SKYWAVE 2000采用的基本技術(shù)情況如表3所示。
表3 SKYWAVE 2000采用的基本技術(shù)情況
頻譜適用波段LF、MF、HF帶寬選擇復用與現(xiàn)有范圍的兼容YES帶外發(fā)射與發(fā)射機Tx有關(guān)單頻網(wǎng)絡(luò)支持YES頻譜掩蔽在選定的帶寬內(nèi)為矩形系統(tǒng)特性調(diào)制/信道編碼TCM+RS OFDM/QAM（8、16、64、256）混合/同播方式Y(jié)ES（DSB/VSB）音頻編碼MPEG-2 Layer3,在電路實施中等待MPEG-4靈活性YES交織深度長交織6.6s短交織0.3s比特率Min6kbpsMax36kbps靈活性YES發(fā)射機峰值/平均值功率比4-8dB(與工作模式有關(guān))SKYWAVE 2000的數(shù)字編碼與調(diào)制原理框圖見圖2。
3.3 基于軟件無線電技術(shù)的DRM系統(tǒng)接收機
鑒于廣播的特點：帶寬窄，一般為9kHz～10kHz；信號動態(tài)范圍大，短波波段的動態(tài)范圍高達120dB以上。在軟件無線電電臺選用實現(xiàn)方案方面必須予以考慮。根據(jù)文獻[2]的論述，選擇了基于中頻采樣技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)：在A/D/A與天線之間增加一個寬帶變頻模塊，將全頻帶的信號變頻為一個固定的中頻，通過對該中頻處理實現(xiàn)預定的功能。圖3所示為中頻采樣軟件無線電系統(tǒng)的組成框圖。
3.4 基于軟件無線電技術(shù)的DRM系統(tǒng)發(fā)射機
由于廣播自身的特點，相比于接收機，發(fā)射機的研制更為復雜。基于軟件無線電技術(shù)的DRM系統(tǒng)發(fā)射機由三個較為獨立的子系統(tǒng)：數(shù)字編碼與調(diào)制子系統(tǒng)、模擬處理子系統(tǒng)和發(fā)射子系統(tǒng)組成，其組成框圖及相互關(guān)系見圖4。
數(shù)字編碼與調(diào)制子系統(tǒng)主要負責數(shù)字信號處理和幅度、相位的計算；模擬處理子系統(tǒng)負責將I、O的基帶復信號變換到無線發(fā)射頻率的調(diào)相信號或幅相信號；發(fā)射子系統(tǒng)實現(xiàn)功率放大及信號發(fā)射。
圖5
3.5 基于軟件無線電技術(shù)的DRM系統(tǒng)工作原理
基于軟件無線電技術(shù)的DRM系統(tǒng)工作原理如圖5所示：
圖5中，信源編碼、復用、能量分集、信道編碼、交織、數(shù)字基帶的OFDM映射部分的功能將在數(shù)字編碼與調(diào)制子系統(tǒng)中利用計算機的處理器、DSP處理器以及專用芯片等通過軟件編程來實現(xiàn)。而無線射頻信號的生成、穩(wěn)定載波的產(chǎn)生等模擬處理功能將在模擬處理子系統(tǒng)中通過DDS、I、Q調(diào)制器等技術(shù)或?qū)Ｓ闷骷崿F(xiàn)。
數(shù)字廣播領(lǐng)域市場廣闊，具有很好的發(fā)展空間，目前世界各個主要發(fā)達國家都在此領(lǐng)域投入了相當?shù)娜肆Α⑽锪Α⒇斄ΑＮ覈谶@一領(lǐng)域的研究水平與國際同步，更不能放棄這一優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：基于軟件，無線電，調(diào)制解調(diào)，設(shè)計實現(xiàn)
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：B 文章編號：1009--9166(2009)023(c)--0090--01
軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)對于移動通信的發(fā)展起到了很大的推動作用，構(gòu)建一個通用的、標準的、模塊化的硬件平臺，把以前用硬件實現(xiàn)的無線電功能用軟件來實現(xiàn)，大大地提高了通信系統(tǒng)的靈活性。用軟件無線電技術(shù)實現(xiàn)的調(diào)制解調(diào)靈活性好，可以通過空中下載實現(xiàn)不同的調(diào)制方式，從而適應(yīng)不同的通信體制。
軟件無線電平臺的設(shè)計采用了TI公司的DSP芯片TMS320VC5416，TI公司的集成開發(fā)環(huán)境CCS(Code Composer Studio)是基于windows系統(tǒng)的DSP開發(fā)軟件，也是目前最優(yōu)秀、使用得最為廣泛的DSP開發(fā)軟件之一。在CATI公司的DSP芯片TMS320VC5416為核心的軟件無線電硬件平臺上用軟件的方式設(shè)計和實現(xiàn)ASK調(diào)制方式的方法。C CS支持匯編語言和C語言編程，匯編語言編寫的程序代碼效率高，執(zhí)行速度快，但是程序的可讀性和可移植性較差，C語言編寫的程序不必過多的考慮DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比較容易掌握和使用，所以設(shè)計中算法的實現(xiàn)采用C語言編程。在進行軟件設(shè)計的時候把多種數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式都放在一個程序中，然后通過硬件電路上的撥碼開關(guān)和軟件設(shè)置來選擇調(diào)制和解調(diào)的方式，這種方式可以把程序燒寫進FLASH中，每次實驗時通過BootLoader把程序加載到DSP中，可以脫離電腦和仿真器進行實驗。
一、數(shù)字調(diào)制解調(diào)的設(shè)計與實現(xiàn)
數(shù)字調(diào)制技術(shù)是移動通信中的一項重要技術(shù)，調(diào)制解調(diào)性能的好壞可能直接關(guān)系著通信系統(tǒng)的性能，所以一般要根據(jù)通信體制和移動通信信道特點的不同要求選擇合適的調(diào)制解調(diào)方式，如在第二代移動通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)中選擇了GMSK方式，同樣屬于第二代移動通信系統(tǒng)的窄帶CDMA系統(tǒng)中則選擇了QPSK方式。
(一)數(shù)字調(diào)制解調(diào)的整體流程。在實驗平臺上通過撥碼開關(guān)的不同設(shè)置來選擇對輸入的數(shù)據(jù)進行調(diào)制還是解調(diào)，以及調(diào)制和解調(diào)方式的選擇，這里安排了二進制數(shù)字調(diào)制ASK的調(diào)制和解調(diào)實驗。實驗前首先要對系統(tǒng)初始化，DSP的引腳CLKMD1、CLKMD2接高電平，CLKMD3接低電平，然后通過軟件設(shè)置內(nèi)部時鐘方式寄存器CLKMD的值，設(shè)定DSP的工作頻率為20MHz。初始化后通過IO口從模塊上讀取撥碼開關(guān)值，根據(jù)讀取的不同值設(shè)置決定調(diào)制解調(diào)方式的標志位KKstatus，由KKstatus的值來判斷要進行調(diào)制實驗還是解調(diào)實驗，如果是調(diào)制實驗進一步判斷是哪種調(diào)制方式，是解調(diào)則是對接收信號采取何種解調(diào)方式，并進入相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)調(diào)制解調(diào)的算法。
(二)ASK信號的產(chǎn)生。系統(tǒng)在初始化后，讀撥碼開關(guān)的鍵值，設(shè)NKKstatus的值，如果KKstatus=Oxl，則通過通用I／O口從模塊的數(shù)字信源上讀取信息，由于數(shù)字信源上只能產(chǎn)生24位的二進制信息，所以IO口要循環(huán)讀取，每次讀取24位，并存儲于DSP內(nèi)部的存儲器中，進入ASK調(diào)制程序。
在ASK信號中，二進制數(shù)字信號相當于一個數(shù)字開關(guān)，用開關(guān)的通斷來控制正弦載波的輸出。進入AsKiN制程序后，首先在DSP內(nèi)部產(chǎn)生一個正弦波并存放在一個數(shù)組中，正弦波的產(chǎn)生可以直接調(diào)用函數(shù)庫中的sin函數(shù)，產(chǎn)生的正弦波一個周期包括64個點，存儲在存儲器中。讀取一位二進制信息并對其判斷，如果為1，則把一個周期的正弦波放入輸出數(shù)組，如果二進制信息為0，則在一個正弦波周期內(nèi)輸出均為0，最后調(diào)用輸出函數(shù)，由DA完成數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出ASK信號，并可以通過示波器觀察已調(diào)信號的波形。
(三)ASK信號的解調(diào)。由十所選用的DSP處理速度以及AD，DA的轉(zhuǎn)換速度較慢，實驗平臺沒有和射頻發(fā)射和接收電路連接，所以在做解調(diào)實驗時采用兩塊軟件無線電電路模塊，其中一個做調(diào)制實驗，另一個做解調(diào)實驗。在做數(shù)字解調(diào)實驗時，兩塊電路板通過電纜直接相連，其中一塊用作調(diào)制，數(shù)字調(diào)制后的信號由DA完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后通過電纜把信號送到另一塊的AD轉(zhuǎn)換模塊，作為需要進行解調(diào)的已調(diào)信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號送入DSP，并進行數(shù)字解調(diào)。其他的幾種解調(diào)方式中也采用了這種方法。
對于ASK信號的解調(diào)采用了相干解調(diào)的方式，為了得到相干載波，一般要設(shè)計數(shù)字鎖相環(huán)，來實現(xiàn)本地載波的同頻同相。實驗中為了簡化設(shè)計，在此沒有采用鎖相環(huán)電路，而是直接采用調(diào)制時所產(chǎn)生的正弦波作為相干載波。解調(diào)之前先從AD中取出24個周期的數(shù)字化的已調(diào)信號暫時存XDSP的存儲器中。由十接收信號與正弦波信號一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)相同，每次從數(shù)字化的信號中讀取一個周期，與存儲在存儲器中的一個周期正弦波對應(yīng)相乘，并對相乘的結(jié)果在一個周期內(nèi)求平均值，求得的平均值與一個預先設(shè)定的門限值相比較進行判決，平均值大于門限值則判決為二進制信息1，否則判決為二進制信息0，調(diào)用輸出函數(shù)從通用IO口輸出。
關(guān)鍵詞:軟件無線電; 射頻前端; 自動增益控制; 可變增益放大器
中圖分類號:TN911; TP274文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)15-0037-04
Research and Design of Receiver RF Front-end Circuit for Software Radio
DENG Ai1, GE Li-jia1, XU Zi-ling2, ZHU Lin1, SHUANG Tao1
(1.Chongqing Communication College, Chongqing 400035, China; 2.The Second Artillery Equipment Research Institute,Beijing 100085,China)
Abstract: A RF front-end circuit for software radio was designed, which can operate on short wave and ultra-short wave frequency band(3～89 MHz). The received signal from antenna turns the input signal to 2 V and then transforms to the next class-analog-to-digital converter circuit through front-end filtering, AGC and amplification processing. AGC is the core of the circuit, which takes a form of cascade VGAS and improves the dynamic range and linear range. Taking hardware practical test, the maximum sensitive is -90 dBm, the largest dynamic range is 70 dB, the system has good linearity and low noise figure.
Keywords: software radio; RF front-end; AGC; variable gain amplifier
收稿日期:2010-03-18
軟件無線電要求通信系統(tǒng)的“全數(shù)字化”,也即寬帶ADC(Analog-to-Digital Converter)和DAC(Digital-to-Analog Converter)向射頻(RF)端靠近,同時要求開放的、可擴展的、模塊化的軟硬件平臺體系結(jié)構(gòu),實現(xiàn)多頻段、多模式、多業(yè)務(wù)、多個性[1]。典型的軟件無線電主要包括射頻前端(含天線),AD/DA,數(shù)字信號處理三部分。本文研究并實現(xiàn)了一種適用于上述軟件無線電基本結(jié)構(gòu)的射頻前端電路(不包含天線),該射頻前端電路具有靈敏度高、動態(tài)范圍大、線性度好、噪聲系數(shù)低、工作頻段寬等特點。
1 接收機整體設(shè)計
由圖1基本結(jié)構(gòu)可以看出,適用于軟件無線電的接收機射頻前端電路較之傳統(tǒng)接收機射頻前端電路沒有了混頻單元,射頻前端直接將天線接收的信號經(jīng)過處理送給A/D轉(zhuǎn)換單元[2]。這不僅對后續(xù)的A/D采樣、基帶處理提出了更高的要求,也對射頻前端電路放大,穩(wěn)定性等方面提出了新的挑戰(zhàn)。接收機射頻前端電路主要的任務(wù)是對天線接收到的信號進行選擇性放大,提高接收信號的信噪比;同時,調(diào)整天線接收到的信號幅度,使其與A/D轉(zhuǎn)換器的最佳輸入范圍一致,基本結(jié)構(gòu)如┩2所示:通常主要由帶通濾波器、LNA、AGC電路等組成。
圖1 軟件無線電基本結(jié)構(gòu)
圖2 接收機射頻前端功能框圖
帶通濾波單元初步濾除帶外噪聲干擾,提取有用信號。RF插入損耗、波紋、3 dB帶寬、矩形系數(shù)、阻帶抑制是帶通濾波器要重點考慮的技術(shù)指標[3]。LNA單元主要完成對有用信號的前端放大,使信號能滿足后級的各種需要,并盡最大可能提高信噪比。噪聲系數(shù),工作頻段、線性范圍,P1 dB壓縮點等指標是LNA要重點考慮的技術(shù)指標。AGC(Automatie Gain Control)單元主要起到穩(wěn)定信號幅度的作用,同時使信號幅度盡可能的符合A/D的需要,動態(tài)范圍、響應(yīng)時間是AGC設(shè)計的關(guān)鍵。
2 設(shè)計中重點考慮的幾項技術(shù)指標
本設(shè)計要求接收機工作于短波/超短波頻段即3～89 MHz,工作頻段、靈敏度、線性范圍、動態(tài)范圍、噪聲系數(shù)是設(shè)計中需要重點考慮的幾項技術(shù)指標。
(1) 靈敏度
靈敏度定義為當接收機輸出功率和輸出信噪比┮歡í時,天線上所需感應(yīng)的最小電動勢[4],它表示了接收機接收微弱信號的能力,靈敏度越高,則表示接收微弱信號的能力越強。
靈敏度(dBm)=10log(kT)+10log(BW)+SNR+NF
(1)
式中:當T=300 K時,10log(kT)=-173.8 dBm,BW為接收機帶寬;SNR為接收機要達到的信噪比;NF為噪聲系數(shù)[5]。接收機的靈敏度主要取決于整機總增益和內(nèi)部噪聲的大小,要提高靈敏度必須從這兩方面下手。而總增益的提高與內(nèi)部噪聲的減小又是有聯(lián)系的,系統(tǒng)總的噪聲主要取決于前一、二級的內(nèi)部噪聲和增益的大小,因此必須采用具有特定性能指標的低噪聲放大器(LNA)作為前端放大器。本設(shè)計要求靈敏度達到-90 dBm。
(2) 線性范圍
線性范圍是指使接收機信號不發(fā)生失真的線性工作范圍,它由各級電路的線性工作范圍共同決定[6]。放大是整個前端電路中非常重要的一個環(huán)節(jié),由于軟件無線電的接收通道是寬帶的,通帶內(nèi)的非期望信號很多,因此,在軟件無線電中不能用非線性放大器,而只能用線性放大器,否則就會引起許多非線性產(chǎn)物。線性范圍是線性放大器的基本技術(shù)指標。
(3) 動態(tài)范圍
動態(tài)范圍在接收機中是由AGC電路實現(xiàn)的。AGC電路的動態(tài)范圍是指輸出電平在規(guī)定范圍內(nèi)時所允許的輸入信號電平的變化范圍[7]。輸出電平變化┮歡í時,相應(yīng)的輸入信號電平變化范圍越大,則AGC的動態(tài)范圍越大。本設(shè)計要求動態(tài)范圍達到70 dB。
(4) 噪聲系數(shù)
噪聲系數(shù)是指放大器輸入端的信噪比與輸出端的信噪比之間的比值,即:
NF=(Psi/Pin)/(Pso/Pno)
(2)
