時間：2023-01-23 08:18:27
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
當今，通訊系統正由模擬體制向數字體制轉變，這為無線電通訊的發展創造了有利條件，但傳統的通過硬件設備改造升級來完成無線通信新技術改革的方法帶來了很多問題，限制了無線電技術的進一步發展，為了解決這一困境，軟件無線電應運而生，具有著傳統的硬件無線電通信設備所無法比擬的優勢。
一、軟件無線電的優勢
1.具有降低開發成本和周期的作用
傳統的無線通信系統在對技術和產品進行開發時，針對的只是單一的標準，從標準相對穩定到設計和開發專用芯片，再到產品設計和實現需要一年以上的時間，開發周期長，開發成本高，同時這種情況也導致標準制定過程中，許多新的技術都無法得到合理的應用，限制了新技術的發展和應用，也使商用產品和當時技術水平之間存在著較大的差異。而軟件無線電的應用，能為技術和產品的研究和開發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周期，降低了開發成本，使產品能夠和技術水平同步發展。
2.具有優秀的可拓展性
軟件無線電技術具有非常優秀的可拓展性，主要體現在它能極其輕松地完成系統功能的拓展與升級，但是由于網絡無線電技術是以模塊化、通用化、標準化的硬件支持平臺為基礎的，所以它在硬件方面能夠拓展的空間并不大，其優秀的拓展性主要集中在軟件方面。
另外，軟件無線電技術也為系統的升級和拓展提供了便利，只需要對相應的軟件進行升級或者拓展就可以了，而且與改進和優化硬件相比，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實際需求來實現各種通訊業務的拓展。
3.具有極強的靈活性
軟件無線電技術具有可重配置性，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實現了完全的數字化，這就使得軟件無線電技術可以通過更換軟件模塊來適應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換能力，使得軟件無線電對復雜的環境需求具有良好的適應性，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、業務種類及加密方式、接口類型。
二、軟件無線電技術在軍事通信中的應用
無線通信之所以在現代通信中占據著重要的位置，與其設備簡單、便于攜帶、易于操作等特點是分不開的，也是這些獨有的優勢使其被廣泛應用于各個領域，以軍事領域為代表，它是各軍種、各部隊中必不可少的重要通信手段，
軟件無線電這個術語最初是被美軍提出的，當時正處于海灣戰爭時期，多國部隊各軍種進行聯合作戰時，在互通互聯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，使得聯合作戰的關鍵技術受到了嚴重的影響，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、數據通信電臺的所有功能，實現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。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，目前已經取得了突破性的發展，有不少的數字式軟件可編程無線電臺已經被投入使用并且收效甚好。
另外，傳統的數字電臺以硬件為主，軟件無線電臺在許多關鍵技術上對其進行了改進，例如：對模數轉化器進行了改進，使其轉換率和動態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，使數字信號處理器能夠完成調制解調器的功能;對以編程技術為目標的技術進行了開發，使軟件的功能性獨立于基礎硬件之外。總之，隨著科技的迅速發展與進步，無線電臺將有望使軍用電臺獲得新的定義。
三、軟件無線電技術在移動通信中的應用
軟件無線電概念從提出至今，已經從最初的軍事領域開始向民用領域擴展，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在互聯方面的復雜程度與困難程度;各種通訊設備大量涌現，使無線電頻譜擁堵情況越來越嚴重;傳統的以硬件為基礎的無線通信系統已經難以滿足新時展的需要。只有采用軟件無線電技術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在移動通信中的應用。
1.用于蜂窩移動通信系統
在蜂窩移動通信系統中，軟件無線電的發射與其他系統相比較，有所不同。
它在發射前，要先對可用的傳輸信道進行劃分，探測傳播路徑，對適合信道進行調制，將電子控制下的發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，通過自我適應抵消干擾，對所需信號多徑的動態特征進行估計，對多徑的所需信號進行相干合并和自適應均衡，對信道調制進行柵格譯碼，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，需要通過軟件設置的調整來改變信道接入方式或者調制方式。
軟件無線電技術可以設計出靈活的通信終端，使不同制式的移動網絡能用同一部終端，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的持續發展。
3.用于第三代移動通信系統
軟件無線電技術在第三代移動通信系統中的應用主要包括三方面：
（1）為第三代移動通信手機與基站提供了一個開放的、模塊化的系統結構;
（2）產生了各種信號處理軟件，包括：各類無線信令規則與處理軟件、信道糾錯編碼軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、調制解調算法軟件等;
（3）實現了智能天線結構，包括DOA在內的空間特征矢量的獲得、每射頻通道權重的計算和天線波束賦形。
四、結語
總之，軟件無線電技術有著傳統數字無線電所無法比擬的優勢，在將來的發展和應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.軟件無線電技術綜述[J].通信技術，2011，01：37-39.
[2]朱瑞平.軟件無線電技術[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，用軟件實現盡可能多的無線通信功能。它被視為繼模擬和數字技術后的又一次電子技術革命。未來理想的網絡將是一個統一網絡，這個網絡會容納多種協議與標準，將對各種傳播環境與物理介質進行適應，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.
關鍵詞： 軟件無線電 射頻天線 DSP數字處理 高性能總線技術
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計原則，其結構為開放的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挑戰
近些年，軟件無線電技術有了一定的發展，然而仍然存在很多技術難題，如射頻天線、DSP數字處理及高性能總線等問題。可以說這些技術決定著軟件無線電的發展和實現。
1.1 射頻天線軟件無線電系統的理想狀態是天線部分應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。智能天線的理念是：天線利用若干高增益的動態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理想軟件無線電系統的最佳天線方案。近一些年發展的微機電系統器件被高度小型化，能夠當作小型開關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晶體管，是促使寬帶可重構天線設計得以實現的一項突破性技術。MENS技術的應用將使WB和UWB天線的體積和成本降低多個數量級。
1.2 DSP數字處理技術在軟件無線電發展中，DSP的限制作用已經成為瓶頸問題，DSP數據處理精度與處理速度和軟件無線電臺的實現與否有直接關系。現在，數字信號處理及數字控制的方案大概包含：數字信號處理器（DSP）、可編程邏輯器件（FPGA）、可由參數控制的硬件電路、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。在軟件無線電的設計中，要綜合考慮器件性能和特點，構架可編程性能高、運算速度快、功耗低的系統。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對工作站的軟件與硬件加以運用從而對新的算法進行設計，而且能夠使系統結構的實驗方便地在工作站上進行。
1.3 高速總線技術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，總線資源對數字器件之間傳輸數據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、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的的能力比較緊張的問題凸現出來了。當前，一些公司已對專用總線類型進行了開發，而且在軟件無線電的通用硬件平臺上已經得到應用。比如加拿大Spectrum Signals Processing 公司開發的SONANO總線支持高于 400 Mbit/s的全雙工數據傳輸。設計中，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分配及整個系統的數據流量的分析，因此必須做認真仔細的考慮。
2無線電軟件的應用和優點
如今，軟件無線電的應用越來越廣泛，在蜂窩移動通信系統中軟件無線電的應用也是一個發展趨勢。如我國的第三代移動通信系統TD―SCDMA中就結合了軟件無線電、智能天線、全質量話音壓縮編碼技術與聯合檢測技術等新通信技術。蜂窩基礎結構以合適的軟件無線電技術為基礎，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，同時也使得數字通信更迅速地進入市場，提高頻譜的利用率。在無線電監測系統中，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，與利用硬件來實現監測、測向等功能相比較，軟件無線電的能夠大大節省資金。例如，華日公司的小型監測系統則成功運用了軟件無線電技術。跟蹤新技術的能力是軟件無線電最大的優點。對于目前無線通信系統的技術，其應用與數字通信相比已經非常落后了。這在很大程度上是因為經費的問題與時間的問題，包括配置底層的基礎設備來完成特殊的空中標準設置。因為資金投入很大，不可能經常對設備升級，因此新技術應用大約會滯后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制器、編碼器、指定信道帶寬的射頻信道協議。
3結束語
軟件無線電是現代計算機技術、超大規模集成電路和數字信號處理技術在無線電通信應用的產物。軟件無線電的通用性和靈活性決定了它的發展將在一定程度上決定或改變無線通信發展的方向，它將使無線通信具有更大市場價值和發展前景。
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．
體系結構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）組成的基于統一的硬件結構的綜合處理模塊，提供無線信號處理能力。通用軟件平臺包括操作系統、中間件、硬件抽象層、核心框架，對硬件平臺進行統一管理，為波形應用提供一致的運行環境支持。軟件無線電的軟件技術基于CORBA軟件總線的結構，而通信波形基于軟件組件技術進行設計。軟件組件技術[3]采用面向對象的結構，但系統中的對象是按照特定規范設計的模塊，且模塊互相依存、互相作用。軟件組件是結構化的單元，協同定位函數與數據間的相關性。
2軟件無線電的GPP波形組件設計
2.1GPP波形組件劃分
組件化的波形開發是軟件無線電的一個重要技術優勢[4]，是提高波形可移植性，提升硬件資源使用效率的技術基礎，對于提高波形開發的模塊化程度，加速新波形的開發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絡層組件。
2.2GPP硬件抽象層的設計
硬件抽象層為各異構處理器上的通信波形組件屏蔽與硬件相關的接口，做到通信波形與硬件平臺的分離[5]，實現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硬件抽象層也實現了核心框架的邏輯設備(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通信波形組件的設計
這里以無線網絡層組件為例進行介紹。無線網絡層組件端口示意圖，User即無線網絡層組件的使用者，可以為邏輯鏈路層組件或使用無線網絡層組件的其他組件。WirelessNetDataConsumer繼承自OctetStream接口[7]，通過該接口獲得上行和下行數據。WirelessNetControl繼承自Resource接口，實現通信波形的參數控制和狀態監控。WirelessNetCtlConsumer接口為無線網絡層組件控制接口，實現一系列的參數配置工作。
3結束語
1.1硬件平臺
軟件無線電技術的硬件平臺組成較為復雜，它主要包括模擬前端、寬帶數模變換器、寬帶模數變換器、數字上下變頻器以及高速數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勢。該平臺的數據源可以是文字、聲音和視頻等，通過對數據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，然后對其進行調制解調。值得注意的是，不同系統下的不同調制方式，應盡可能采用能夠兼容的方式。
1.2軟件平臺
數字廣播電視系統中的軟件無線電技術采用的是分層軟件體系，其包括DSP指令、函數庫、信號流變換庫、小波與濾波的變換、調制算法庫、編碼算法庫、信道糾錯編碼庫及各種無線電信令規程庫等。
1.3關鍵技術
現代的無線電已經是將計算機、通信等技術融合為一體的新技術。首先，寬帶多頻段是其核心技術，軟件無線電技術的工作寬帶一般是1Mhz到3Ghz，如果其天線采用傳統方法，由于天線長度的影響，會對信號的傳輸產生影響。其次，采用數模和模數技術，將兩者的轉換器靠近天線，并將其移到RF前端，對較高頻段的信號進行數字化，這個過程需要對工作寬帶和模數采樣頻率進行較高的要求。另一方面，環境的復雜性對模數轉換器的速率和寬帶都提出了較高的標準，要求其動態范圍較大，在寬帶達到要求時，也應注意ADC是否具有較高的采樣率。最后，DSP技術和高速數字處理技術也是軟件無線電的核心技術之一，數字信號在經過模數轉換器處理后，DSP軟件將繼續對其進行處理，因此說軟件無線電技術的關鍵是數字處理能力。硬件技術和軟件技術是影響無線電技術的重要因素，目前軟件無線電技術在實際中的應用由于受到硬件技術的限制，特別是在木塊分化方面，因此應加強硬件技術的改進，為軟件技術提供一個廣闊的發展平臺。
2數字廣播電視系統中軟件無線電技術的應用
數字廣播電視的基本原理就是將模擬信號轉變為數字信號，實現其完美過渡。將A/D變換器靠近射頻天線以盡早獲取模擬信號，隨后將其轉化為數字信號是軟件無線電技術的基本思路。無線電技術以數字廣播電視為載體，在產生數字信號后，利用數模轉換器將信號轉化為模擬信號。軟件無線電技術以較強的靈活性，通過升級去完成對一些關鍵技術的突破。
2.1DRM的發展
由于數字化媒體的快速發展及調頻廣播競爭的加強，許多機構已經開始了調頻廣播數字化的技術實驗。由于當前數字信號和模擬信號同時存在，可以借助無線電技術對模擬設備進行研制。隨著無線電技術的發展，為了提升無線電廣播的質量，可以將數字廣播與資源有效結合起來。
2.2DRM中無線電技術的應用
由于廣播的寬帶較窄，信號的動態范圍較大，在實際應用中對其方案的選擇應慎之又慎。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，使信號由全頻變為中頻帶，然后對中頻帶信號的預定功能進行實現。
2.3DRM發射機中軟件無線電技術的應用
相比較接收機，發射機的研制顯得更為復雜，發射機一般包含三個獨立的子系統，其中的調制子系統和數字編碼負責對數字信號和相位的處理，而模擬處理子系統則更多的被應用于調相符號或幅相符號的轉換上，功率放大以及信號的發射則依靠發射子系統來實現。
2.4數字電視接收系統
當前廣泛采用的是中頻數字化結構，其原理是通過多頻段的天線將數字信號傳送到RF部分，隨后經過模數轉換器和數模轉換器的轉換，再經過數字上下變頻器，其將信號傳送給DSP進行處理。在以軟件無線電技術為基礎的數字電視接受系統，首先要通過模擬變頻對信號進行處理，使其與模數轉換器的信號相適應，經過模數轉換器的處理后，其輸出為基帶信號，然后數字變頻對寬帶內的信號進行正交變頻，使其成為與信號帶寬相適應的數字信號，這種信號要能夠被HDTV處理。在實際中，為了提高數據的處理速度，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，在此基礎上，其不僅可以產生能夠適應多種編碼速率的數字電視信號，而且其自身的系統升級能力也較強。HDTV實現新制式的播放方法對軟件無線電技術降低成本具有較大的幫助。
2.5軟件無線電技術中的實際應用
在互聯網和3G時代，信道調制方式會極大影響數字廣播電視的發展，因此需要引進新的無線通信技術。當下用戶需要的是多層次配置，而軟件無線電技術中正是一種優質資源，依靠其實現各種業務的最佳配置，改變以往的追求統一性的調制方式，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業務的各種特征。
3結束語
關鍵詞：軟件無線電；體系結構；應用
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的無線電系統，也就是說，無線電在其系統硬件不需變更的情況下，可根據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、導航、測控、衛星載荷及民用廣播電視等整個無線電工程領域的廣泛關注，成為無線電工程領域具有廣泛適用性的現代方法。
1 軟件無線電的體系結構
軟件無線電在設計理念和結構體系上和傳統的無線電系統有著明顯的不同。軟件無線電則采用了硬件平臺與軟件平臺結合的全新體系結構，通過硬件平臺來對軟件進行編程和管理以實現通信功能。
⑴功能模型與功能接口。軟件無線根據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、服務與網絡支持、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質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。網絡比特要符合網絡協議要求，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，形成了信源到信道之間的信號的傳輸和控制。
⑵軟件分層結構。在軟件無線電的分層結構中，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。這三層結構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，在信息報內加上配制信息，然后發送給處理層。處理層主要負責對配置層信息的接收，并對其中的數據信息進行分析處理，由處理模塊的可重構模塊組成。
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構構成的。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、數字信號轉換模塊；4）數字信號處理模塊；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構包括：流水式結構、總線式結構、交換式結構等。
2 軟件無線電的應用
⑴在現在通信系統中的應用。3G通信是當今通訊系統中最為準確的通訊系統，它的完善性和規范性使之成為現今最常用的通訊系統，有著濃重的商業化。但是3G通信依然存在很大漏洞。全球化信息化的現代通信，存在非常大的局限性，各國并沒有消除相互之間的差異性，缺乏通訊系統之間統一的綜合標準。因此要使3G通訊完全達到全覆蓋全地區使用還需技術的進一步發展。技術的進一步發展可以分為兩類：寬帶連接，分布網絡。它的作用是在多個無線接收頻道中可以隨意實現信遞、接收、定位以及跟蹤，為通訊系統的發展、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多變性，可以運用于不同系統軟件的需要，可以與任意接收器為基礎做出相應適用性變化。不僅方便于今后系統開發，更為其提供了良好平臺，減少不必要的麻煩 作為現在信息通訊系統的核心存在，軟件無線電技術必將在今后被廣泛運用。
⑵用于衛星控制平臺。軟件無線電技術正日益廣泛地應用于現代通信的各個領域。隨著A/D/A器件與DsP處理器的迅速發展，使得軟件無線電技術廣泛地應用于陸上移動通信、衛星移動通信與全球定位系統等。用軟件無線電技術實現衛星控制平臺包括軟件無線電通用平臺的DsP技術和DSP實現信號調制和解調。其中軟件無線電通用平臺的DSP技術又包括TMS320C6701 DSP芯片，DSP技術在軟件平臺中的應用，調制器與解調器。DSP實現信號調制和解調又包括信號調制，信號解調。
軟件無線電通用測控平臺是衛星測控平臺發展的方向，可以很好地解決原來平臺開發成本高、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。軟件無線電相比現有無線電通信體制具備更多的特點。軟件無線電可以實現多種軍用電臺的互聯，還可以接入各種軍用移動網絡，并能運用到多頻段多模式的手機、基站以及無線局域網和通用網關等領域，應用前景非常廣泛。
經過近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，而且己獲得廣泛應用；尤其是近幾年，軟件無線電的發展勢頭更猛，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代無線電工程的設計和開發產生重大影響。
[參考文獻]
關鍵詞：DSP；軟件系統；無線電；雷達；應用技術
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的軟件無線電系統概述
1.1 DSP原理與特征分析
DSP，俗稱數字信號處理器，是利用計算機軟硬件設備和信號處理設備，通過對信號的數字化采集、變換、濾波、估值與識別等算法研究，再結合微處理器與軟硬件設備，來實現各種算法[1]。DSP系統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，數據采集A/D轉DSP系統的處理器用于將輸入信號轉換為數字信號，D/A轉換器可將數字信號轉換成模擬信號，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，易于大規模生產應用；DSP芯片則具有接口便捷，多功能，體積小，功耗低等特點。現階段我國關于DSP系統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展。
1.2 軟件無線電
軟件無線電是一種基于現代通信理論，采用數字信號處理與微電子技術將標準化、模塊化的硬件單元以總線方式連接構成通用的硬件平臺，再加載各種軟件以實現無線電通信功能的一種開放式無線電通信體系結構。
軟件無線電因其系統結構的一致性與通用性，并可采用不同軟件實現各項功能的特點，使得功能的完善與升級更加便捷，且系統各模塊可復用，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射頻可使系統的相互操作性成為可能。另外，軟件開發周期較硬件短，成本較低，易于更新，使通信系統的生存期更長了一些；若采用新數字信號處理手段，不僅可以提高抗干擾性能，還可實現其他超越性系統功能，如在線改變信號調制模式。
1.3 基于DSP的軟件無線電系統的特點與優勢
傳統的A/D器件采樣率，輸入寬帶已無法滿足高速發展的軟件無線電結構，且現階段DSP在進行高速實時數據流處理時仍然有所局限。為了實現理想的DSP的軟件無線電設計，還須將射頻信號從混頻專為中頻帶通采樣，且在DSP前加數字上、下變頻器，來突破系統的局限性。
2 DSP的軟件系統下的無線電雷達應用技術研究
基于DSP原理以及軟件無線電研究出的DSP的軟件系統下的無線電雷達技術，其在雷達系統中的應用主要體現在現代雷達收發系統中的數字接收機，以及高中頻雷達信號處理系統，這里筆者就這兩方面進行具體探究。
2.1 在雷達收發系統中的應用分析
2.2 在雷達信號處理系統中的應用分析
這里的DSP用于中頻處理和發射控制雷達信號，可實現信號檢測與調制解調前處理數字信號，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一的信號處理。其中DSP的主要任務是處理門限檢測、相干信號、恒虛警和雜波，分析頻譜和數據算法，提取多普勒與目標信息。
該雷達信號處理系統不僅片內存儲容量大，且無需外帶存儲器；還具備特殊的總線共享結構，而無需外部控制電路；DSP控件之間耦合緊密且相對獨立，構成有統一存儲空間和高數據傳送率的高速實時數據流并行處理系統。
3 應用前景與研究意義
3.1 應用前景
DSP的軟件系統下的無線電雷達技術的應用瓶頸是其數據流系統的速度難以達到實時性處理要求， 而近幾年高速DSP技術的發展正逐步在克服速度障礙。而目前該技術在雷達收發系統、 信號處理系統和數據處理系統中應用雖然廣泛卻不全面仍有待于進一步的擴展研究。該技術的靈活性與開放性決定了其為雷達數字系統研究提供了重要的發展方向，一方面可以通過突破功能單一、 可擴展性差的傳統雷達數字系統的設計局限，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用軟件來實現數字收發與信號、數據處理等功能；另一方面發射系統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計DSP軟件無線電接收系統和信號處理系統，接收各種形式的信號，完成相應的算法運算，輸出各種數據格式的運算結果[4]。在未來的研究中還可將該技術應用于雷達數據處理系統中，實現各種目標數據處理、多雷達信號特征融合和外設通信等功能。
3.2 研究意義
與傳統的軟件無線電雷達技術相比，DSP的軟件系統下的無線電雷達技術的應用使雷達系統在通用性、靈活性和兼容性方面更有優勢，不僅適應了新時代電子戰雷達系統的需要的高速實時數據處理功能，還大量避免了裝置閑置，節省了硬件成本，提高了雷達系統的運行效率。同時該技術也促進了系統的互聯和升級， 還能使雷達系統具有更好的抗干擾性和摧毀性、安全保密性，極有可能是雷達數字系統的突破性技術。
結束語：DSP的軟件系統下的無線電雷達技術在繼續研究的過程中，將會突破各種發展瓶頸，成為未來電子戰中雷達的“重磅科技”。
參考文獻：
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關鍵詞：軟件無線電DSPDDS
軟件無線電是一種無線電通信新的體系結構。在1992年5月美國電信系統會議上，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，構成通用的基本硬件平臺，并通過軟件加載來實現各種無線通信功能的開放式的體系結構。它使得通信系統擺脫了面向設計思想，被認為是無線通信從模擬到數字、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，調制解調技術是移動通信系統空中接口的重要組成部分。在不同的蜂窩半徑和應用環境下，移動通信的信道呈現不同的衰落特性，根據移動信道的衰落情況，自動地改變調制方式，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多制式信號發生器硬件原理圖
作者設計了一個基于DSP+DDS結構的可編程調制器的硬件平臺，并在此硬件平臺上實現了各種模擬調制和數字調制的通用軟件算法。當改變調制制式時，無需再次下載程序，而且調制制式、比特速率、輸出中頻均可調。
1硬件結構
通常，信號源輸出的波形多數是對周期的01序列進行調制，輸出波形單一，只能作為解調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制方式也是有限的。用DSP+DDS構成的通用多制式信號發生器不僅可以實現模擬調制，而且可以實現各種數字調制。DSP利于基帶信號的實時處理，可以實現高速調制，而DDS具有頻率分辨率高、頻率變化速度快、相位連續、易于數字控制等特點。圖1給出多制式信號發生器硬件原理圖。
信號發生器主要由三部分構成：控制單元、數字信號處理器(DSP)、正交數字上變頻器（QuadratureDigitalUpconverter）。
DSP采用TI公司的TMS320VC5402，它獨特的哈佛結構、硬件密集型方案和靈活的指令系統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用。
正交數字上變頻器采用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位是一個相位連續的直接數字頻率合成器DDS(DirectDigitalSynthesizer)。在該方案中，AD9857工作在正交調制模式。它的32位頻率控制字使輸出頻率的最高精確度為：SYSCLK（系統時鐘）除以232。
控制單元決定采用哪一種調制制式、比特速率及輸出中頻頻率。
DSP讀入控制單元的數據，然后經過串口向AD9857發送控制字。原始信息數據（是由DSP產生的偽隨機序列）首先在DSP中進行編碼、調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，經過串并變換，轉換成兩路并行的I/Q數據，進行內插和上變頻運算，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制合二為一。
AD9857對輸入的數字信號進行采樣和內插，降低了DSP的處理負擔，使整個系統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。它采用數字信號處理技術，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定主實現無線電臺的各部分功能，包括對無線波段、信道調制、接入方式、數據速率的編程等。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。軟件算法的設計直接關系到電臺軟件的實現。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，只要某一調制方式及其對應的輸出狀態數目是有限的，就可以借助表法來實現。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，該表格存儲了經過量化的14位有符號的二進制數。表格的設計應達到查表過程簡單，同時滿足不同的調制方式。用這個表還可以實現正弦函數的計算，只需將當前相位移相π/2。
除了一張通用的余弦表，針對不同的調制方式還需分別建立對應的調制星座圖映射表，按照調制方式分類組成一個相位表格庫。對于差分相位調制，該表格為差分相位表格。當調制方式確定后，根據得到的碼元，查表計算當前相位Φk。
圖2以（π/4）DQPSK調制方式為例，介紹差分相位調制軟件算法。數字存儲區存儲的是一個周期的余弦函數波形樣點，設存儲區的采樣點數為N，表格的移動步長為d。原始調制每兩個比特一組，通過表1中的調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，根據偏移地址調制信號的數據。
設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在余弦表中對應的偏移地址為：0°、18°、36°、54°、72°、90°、108°、126°。
表1調制星座圖
xk0011
yk0110
Δφk-135°135°45°-45°
3調制信號波形
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。軟件無線電技術構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，將無線通信系統的各種功能，如工作頻段轉換，調制解調，數據格式變換，數據加密，差錯控制編碼，通信協議執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。軟件無線電技術包括軟件技術、硬件技術以及信號處理技術等，其中信號處理技術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。目前國內大學通信專業的實驗教學中，如通信原理和數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機作為數據采集處理設備，使用適當的虛擬儀器軟件編程技術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，方便學生理解理論內容，簡化了課程的實驗，甚至能夠讓有興趣的學生對現有虛擬儀器系統進行升級改造。
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，并將該結果應用于大學通信專業及相關專業的實驗教學中，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
本文介紹一套基于Labwindows/CVI的信號處理系統，LabWindows/CVI是NationalInstruments公司推出的一套面向測控領域的軟件開發平臺。它以ANSIC為核心，將功能強大，使用靈活的C語言平臺與數據采集，分析和表達的測控專業工具有機地接和起來。它的集成化開發平臺，交互式編程方法，豐富的控件和庫函數大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發人員建立檢測系統，自動測量環境，數據采集系統，過程監控系統等提供了一個理想的軟件開發環境[5]。本系統使用LabWindows/CVI實現了一個軟件的寬帶數字下變頻（WDDC）的單通道接收機等虛擬儀器，并對模擬的68MHz~72MHz的頻譜環境進行監測；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，只需要一根數據線連接兩臺PC即可。系統框圖如圖1所示。
1．1信號發生器
信號發生器利用PC機產生兩路信號，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“高級設置”中可對兩路信號的同步進行調整，也就是設置兩路信號的初始相位差，調整范圍為0~2π。系統面板圖如圖2所示。
1．2基于WDDC的單通道接收機使用
Labwindows/CVI對基于數字混頻下邊頻的單通道接收模型進行了模擬，實現了一個軟件的寬帶數字下變頻(WDDC)接收機。總體結構如圖3所示。首先，模擬了68MHz~72MHz帶寬內的頻譜環境，產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。根據帶通采樣定理，這樣的欠采樣剛好不會發生頻率混疊。將采樣得到的數據(速率為8MSPS)以文件格式存入硬盤，作為輸入數據模塊。然后，用DDS方式構造了一個混頻信號發生器，信號發生器采用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。信號發生器和后續的FIR抽取濾波器模塊共同構成了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抽取濾波器的級聯方式對帶寬進行控制，還可以控制頻譜顯示和數據文件的讀取。
2具體實例分析
信號譜分析是數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。系統模擬的頻譜環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，這些信號整個構成了一個小的頻譜環境。圖4是WDDC接收機的程序界面，主要有兩個控制臺：DDC設置以及顯示設置。在DDC設置中，調整頻率數字框可以改變接收機的中心頻率(68MHz~72MHz)，調整帶寬下拉框有三種帶寬(2MHz/1MHz/512kHz)可以選擇；在顯示設置中，可以進一步調整觀測頻譜的范圍。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，并且能夠對比任意頻點的相對電平，從而能夠迅速了解信號的類型及其它重要參數(調制度、頻偏等)。
【關鍵詞】第三代；移動通信系統；軟件無線電技術
軟件無線電技術的核心是以硬件為無線通信的基本平臺，用軟件來實現無線通信功能。這就實現了無線通信系統的通用性和靈活性，方便了系統的升級和互聯。該技術最早用于軍事方面，后來才擴展到無線移動通信領域。本文將研究無線電技術在第三代移動通信系統的應用。
一、第三代移動通信系統中的軟件無線電技術
（一）第三代移動通信系統
第三代移動通信系統最大的特點就是能夠實現全球無縫覆蓋和漫游。 此外，還有以下幾個特點：能夠提供多媒體業務，能夠適應多種業務環境如蜂窩、無繩、衛星移動、PSTN、數據網、IP等，具有單一的通信號碼，能夠保證高質量的服務、按需分配寬帶，有多頻多模通用手機，頻譜利用率高、容量大，網絡結構能滿足使用有線和無線多種業務要求，系統起始配置能充分利用第二代設備和設施，隨后可平滑升級。
（二）軟件無線電技術在第三代移動通信中的應用
1、軟件無線電技術為第三代移動通信手機和基站提供了一個開放的、模塊化的系統結構。2、軟件無線電技術實現了智能天線結構，空間特征矢量包括獲得DOA、計算每射頻通道權重和天線波束賦形。3、實現了各種信號處理軟件，包括各類無線信令規則與處理軟件、信號流變換軟件、調制解調算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件算法等。
二、軟件無線電技術在SCDMA中的功能
軟件無線電技術能夠提供一個開放的模塊化的系統結構，實現智能天線，還能同步檢測、建立和保持。除此之外，軟件無線電軟件技術還能夠實現用戶終端D―QPSK解調器中的載波恢復、頻率校準和跟蹤，實現每碼道功率的測得和發射功率控制。軟件無線電軟件技術能夠接收通道的電平檢測和增益控制，擴頻調制和調節，包括WALSH碼和PN碼的產生。無線電技術還能進行語音編譯碼，產生和檢測DTMF、MFC及各種信號。信道編碼、復接和分接，發射脈沖成形濾波，SWAP信令的差錯檢測，接收信令的差錯檢測，發射通道的數字預失真，幾站收發信機的校準。
三、第三代移動通信技術中軟件無線電的新進展
（一）體系結構分層化與軟件模塊化
軟件無線電的系統結構是開放式的、模塊化的且可即插即用的。這種系統結構在很大程度上增強了第三代移動通信系統的靈活性和重用性。第三代移動通信系統的軟件設計按層級的方式來組織，并能在一定程度上減小軟件設計的復雜性。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用的接口。
（二）軟件無線電結構數學分析化
使用CORBA技術能夠實現軟件的模塊化，極大地提高了軟件的重用性。然而，缺乏數學分析對存儲器、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據吞吐、響應時間及其它關鍵要求。當重用自己軟件庫中或的軟件或者是第三方的軟件時，可能會使系統性能下降，甚至會使系統崩潰。這就需要數學模型來刻劃快速涌現的技術。利用拓撲學來研究軟件無線電結構，能夠提高即插即用結構的重用性。拓撲結構特性有一系列的設計原則，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，即使發生軟件錯誤也不至于引起系統崩潰。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構，這樣可以最大的使用高一層或低一層的組件。建立數學模型，進行數學分析，能夠有效提高系統的穩定性和重用性。
（三）面向對象化
第三代移動通信系統的服務對象是個人，所以第三代移動通信系統中的軟件無線電技術應該面向對象設計。面向對象設計是一種很有效的設計方法。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計應該面向對象。
（四）認知化、智能化
認知軟件無線電是指無線電內部工作狀態是可知的，通過無線電知識描述語言與網絡，針對無線規則進行智能交流，并采用支持關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。無線規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議目盲執行者轉變成為無線電領域的智能。他能找出各種方式來提供各種用戶需要的服務，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提供更強的靈活性、網絡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相結合。目前軟件無線電與計算機結合體現在兩個方面，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的基帶處理。
四、結語
隨著科學技術的發展，軟件無線電技術已從開始的軍事研究擴展到移動通信系統的應用。軟件無線電具有很大的潛力，它能創造出一個具有采用新標準、動態定義新軟件的無線通信基礎結構。本文綜合講述了軟件無線電在第三代移動通信系統中的應用，歸納總結了軟件無線電體系的結構。
參考文獻：
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1 數字調幅廣播技術的發展
1.1 廣播技術的發展
從20世紀二十年代開始，商業廣播先后在美、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。廣播無后經歷了中波調幅、短波調幅、調頻、調頻立體聲幾個階段，表1羅列了部分國家的廣播發展情況。
表1 世界主要國家的廣播發展情況
中波短波調頻調頻立體聲美國192019421941/蘇聯1922192919461960英國192319381955/法國1923193619501954德國1923192919491958中國1923193419741979日本19251935195719691．2 調幅廣播的優勢
盡管調幅廣播的帶寬只有9kHz或10kHz，音質無法與調頻立體聲相比，但是由于調幅廣播發展時間最久，全球標準統一，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、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，所以各國仍繼續大量投資支持短波業務。
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”。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點替代。據統計，全世界現在已有3333座短波發射臺，12590府中波發射臺，25億臺調幅收音機，其中7億臺可收短波廣播。
1.3 DRM的產生
由于調制廣播的競爭，音、視頻數字化的發展，傳媒手段的多樣化和九十年代開始的全球數字化浪潮，使許多廣播機構認識到，調幅廣播必須數字化才能適應競爭日益激烈的傳媒環境，紛紛開始了數字調幅廣播的試驗。
德國電信（DT）從1994年11月開始進行數字中被廣播的試驗。法國湯姆喀斯特（Thomcast）公司則從1995年起斥巨資進行數字調幅廣播系統的開發，并從1996年6月起演示了它的天波（SKYWANE）2000系統，到1998年4月，研制中的數字調幅廣播系統已至少有6個。
1994年，電聯曾要求各成員國提出數字系統的建議，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 國內外數字調幅廣播技術發展情況
目前，歐洲和北美的一些國家均研制了DRM接收設備，這些接收設備更接近于專業接收設備，主要采用計算機插板方式，絕大多數的解調、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，可以方便適應不同標準和新業務，便于在線測試，可以方便地使用各種分析工具等優點。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），不兼容原有設備等缺點。客觀地講，這些設備只能算作實驗性質的設備，不具備投放市場的能力。
我國在數字廣播領域與國際完全同步（DRM集團在我國成立足以說明），國內已經有了類似的產品，水平與國外產品沒有明顯珠差距。
圖2
1.5 DRM技術發展的機遇與挑戰
DRM系統已基本成熟，即將進入實施階段。但是，一項新技術能否在全球推廣，技術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鍵。歷史上已經有不少成功的經驗與失敗的教訓，DRM也把實施問題看作為嚴重挑戰，還把影響國家或地區一級啟動新技術的因素歸納為以下幾點：①技術變更的步伐；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；⑥消費者是否是新技術的早期采用者。
為使DRM取得成功，需要處理好三個關鍵性因素，即廣播機構/網絡運行者、接收機制造商與聽眾之間的關系。可以列出以下的實話依賴關系表（見表2）。
表2 實施依賴關系表
參與者依賴性關鍵推動者廣播機構/網絡運行者接收機可用性聽眾市場頻譜可用性
法規協議
發射機可用性接收機制制造商內容可用性聽眾市場低知識產權費用
市場規模
廣播機構簽約承擔義務
芯片組可用性聽眾接收機可用性內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在我國發展的前景
我國是AM廣播的大國，新世紀開始實話的西部創新工程還將進一步擴大AM廣播的規模，提高廣播覆蓋率與改變邊遠地區空中秩序。
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），因而數字調幅廣播具有很大的市場。由于許多重要的國際廣播機構一直積極參與DRM的活動，今后這些機構很可能較早地開始數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年起就一直關注與跟蹤數字AM廣播的發展，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，美國開發與評價IBOC DAB技術有較大進展，日本也參加了DRM，因此應該更加積極地創造條件，早日 在我國開展相應的實驗室與現場測試，積累自己的數據（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權，還要利用作為國際電聯與亞廣聯成員的條件和參加各種國際會議與相關活動的機會，積極了解國際新進展，調整與確定發展我國數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字調幅廣播領域的權益。
2 軟件無線電技術的發展
軟件無線電技術是近年來新興的一種技術，它最早由MITRE公司的約瑟夫·米托拉（Joseph.Mitola）在1992年5月“美國遠程系統會議（National Telesystems Conference）”上提出。該項技術一經提出就在世界上產生了重大影響，受到了各方的高度重視。
軟件無線電技術的核心思想是軟件無線電技術將寬帶的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化為數字信號，最大程度上通過DSP軟件來實現通信系統的各種功能。圖1為理想軟件無線電系統組成框圖。
作為軟件無線電技術載體的軟件無線電電臺是“用軟件定義波段、調制方式、信號波形的電臺。信號波形由數字信號采樣產生，用寬帶的數模轉換器轉換成模擬信號，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轉換器獲得該軟件無線電電臺節點所有波段的信號。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。”（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、總線數據受限等，導致在目前的技術條件下無線實現上述理想軟件無線電系統。為了使得軟件無線電技術可以應用于實踐，就在理想軟件無線電系統的基礎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，換來了可實現性。
考慮到DRM目前的犧牲性，為了減小研發的風險，可以考慮采用軟件無線電技術研制發射接收設備，在目前模擬數字混合暑期可以兼容原有的模擬設備，隨著社會的發展，當DRM技術成為主流技術時通過軟件升級就可以將用于兼容的資源專用作數字廣播質量的提升，從而最大限度的保護用戶的利益。
3 基于軟件無線電技術的DRM系統
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、信道編碼與數字調制方式等內容。
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字同播，作為模擬和數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、業務復用、數字復用等。信道編碼與數字調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調制結合的方式，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），數字調制方式采用OFDM和QAM調制。
3.2 國外同類產品（SKYWAVE2000）的性能
SKYWAVE 2000采用的基本技術情況如表3所示。
表3 SKYWAVE 2000采用的基本技術情況
頻譜適用波段LF、MF、HF帶寬選擇復用與現有范圍的兼容YES帶外發射與發射機Tx有關單頻網絡支持YES頻譜掩蔽在選定的帶寬內為矩形系統特性調制/信道編碼TCM+RS OFDM/QAM（8、16、64、256）混合/同播方式YES（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發射機峰值/平均值功率比4-8dB(與工作模式有關)SKYWAVE 2000的數字編碼與調制原理框圖見圖2。
3.3 基于軟件無線電技術的DRM系統接收機
鑒于廣播的特點：帶寬窄，一般為9kHz～10kHz；信號動態范圍大，短波波段的動態范圍高達120dB以上。在軟件無線電電臺選用實現方案方面必須予以考慮。根據文獻[2]的論述，選擇了基于中頻采樣技術的體系結構：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預定的功能。圖3所示為中頻采樣軟件無線電系統的組成框圖。
3.4 基于軟件無線電技術的DRM系統發射機
由于廣播自身的特點，相比于接收機，發射機的研制更為復雜。基于軟件無線電技術的DRM系統發射機由三個較為獨立的子系統：數字編碼與調制子系統、模擬處理子系統和發射子系統組成，其組成框圖及相互關系見圖4。
數字編碼與調制子系統主要負責數字信號處理和幅度、相位的計算；模擬處理子系統負責將I、O的基帶復信號變換到無線發射頻率的調相信號或幅相信號；發射子系統實現功率放大及信號發射。
圖5
3.5 基于軟件無線電技術的DRM系統工作原理
基于軟件無線電技術的DRM系統工作原理如圖5所示：
圖5中，信源編碼、復用、能量分集、信道編碼、交織、數字基帶的OFDM映射部分的功能將在數字編碼與調制子系統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。而無線射頻信號的生成、穩定載波的產生等模擬處理功能將在模擬處理子系統中通過DDS、I、Q調制器等技術或專用器件實現。
數字廣播領域市場廣闊，具有很好的發展空間，目前世界各個主要發達國家都在此領域投入了相當的人力、物力、財力。我國在這一領域的研究水平與國際同步，更不能放棄這一優勢。
關鍵詞：基于軟件，無線電，調制解調，設計實現
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：B 文章編號：1009--9166(2009)023(c)--0090--01
軟件無線電技術的出現對于移動通信的發展起到了很大的推動作用，構建一個通用的、標準的、模塊化的硬件平臺，把以前用硬件實現的無線電功能用軟件來實現，大大地提高了通信系統的靈活性。用軟件無線電技術實現的調制解調靈活性好，可以通過空中下載實現不同的調制方式，從而適應不同的通信體制。
軟件無線電平臺的設計采用了TI公司的DSP芯片TMS320VC5416，TI公司的集成開發環境CCS(Code Composer Studio)是基于windows系統的DSP開發軟件，也是目前最優秀、使用得最為廣泛的DSP開發軟件之一。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計和實現ASK調制方式的方法。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的內部結構，比較容易掌握和使用，所以設計中算法的實現采用C語言編程。在進行軟件設計的時候把多種數字調制解調方式都放在一個程序中，然后通過硬件電路上的撥碼開關和軟件設置來選擇調制和解調的方式，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、數字調制解調的設計與實現
數字調制技術是移動通信中的一項重要技術，調制解調性能的好壞可能直接關系著通信系統的性能，所以一般要根據通信體制和移動通信信道特點的不同要求選擇合適的調制解調方式，如在第二代移動通信系統GSM系統中選擇了GMSK方式，同樣屬于第二代移動通信系統的窄帶CDMA系統中則選擇了QPSK方式。
(一)數字調制解調的整體流程。在實驗平臺上通過撥碼開關的不同設置來選擇對輸入的數據進行調制還是解調，以及調制和解調方式的選擇，這里安排了二進制數字調制ASK的調制和解調實驗。實驗前首先要對系統初始化，DSP的引腳CLKMD1、CLKMD2接高電平，CLKMD3接低電平，然后通過軟件設置內部時鐘方式寄存器CLKMD的值，設定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值，根據讀取的不同值設置決定調制解調方式的標志位KKstatus，由KKstatus的值來判斷要進行調制實驗還是解調實驗，如果是調制實驗進一步判斷是哪種調制方式，是解調則是對接收信號采取何種解調方式，并進入相應的程序實現調制解調的算法。
(二)ASK信號的產生。系統在初始化后，讀撥碼開關的鍵值，設NKKstatus的值，如果KKstatus=Oxl，則通過通用I／O口從模塊的數字信源上讀取信息，由于數字信源上只能產生24位的二進制信息，所以IO口要循環讀取，每次讀取24位，并存儲于DSP內部的存儲器中，進入ASK調制程序。
在ASK信號中，二進制數字信號相當于一個數字開關，用開關的通斷來控制正弦載波的輸出。進入AsKiN制程序后，首先在DSP內部產生一個正弦波并存放在一個數組中，正弦波的產生可以直接調用函數庫中的sin函數，產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組，如果二進制信息為0，則在一個正弦波周期內輸出均為0，最后調用輸出函數，由DA完成數模轉換后輸出ASK信號，并可以通過示波器觀察已調信號的波形。
(三)ASK信號的解調。由十所選用的DSP處理速度以及AD，DA的轉換速度較慢，實驗平臺沒有和射頻發射和接收電路連接，所以在做解調實驗時采用兩塊軟件無線電電路模塊，其中一個做調制實驗，另一個做解調實驗。在做數字解調實驗時，兩塊電路板通過電纜直接相連，其中一塊用作調制，數字調制后的信號由DA完成數模轉換，然后通過電纜把信號送到另一塊的AD轉換模塊，作為需要進行解調的已調信號，經過模數轉換后的信號送入DSP，并進行數字解調。其他的幾種解調方式中也采用了這種方法。
對于ASK信號的解調采用了相干解調的方式，為了得到相干載波，一般要設計數字鎖相環，來實現本地載波的同頻同相。實驗中為了簡化設計，在此沒有采用鎖相環電路，而是直接采用調制時所產生的正弦波作為相干載波。解調之前先從AD中取出24個周期的數字化的已調信號暫時存XDSP的存儲器中。由十接收信號與正弦波信號一個周期內的采樣點數相同，每次從數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相乘，并對相乘的結果在一個周期內求平均值，求得的平均值與一個預先設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，調用輸出函數從通用IO口輸出。
關鍵詞: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的“全數字化”,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構,實現多頻段、多模式、多業務、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,數字信號處理三部分。本文研究并實現了一種適用于上述軟件無線電基本結構的射頻前端電路(不包含天線),該射頻前端電路具有靈敏度高、動態范圍大、線性度好、噪聲系數低、工作頻段寬等特點。
1 接收機整體設計
由圖1基本結構可以看出,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過處理送給A/D轉換單元[2]。這不僅對后續的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,穩定性等方面提出了新的挑戰。接收機射頻前端電路主要的任務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,調整天線接收到的信號幅度,使其與A/D轉換器的最佳輸入范圍一致,基本結構如┩2所示:通常主要由帶通濾波器、LNA、AGC電路等組成。
圖1 軟件無線電基本結構
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、阻帶抑制是帶通濾波器要重點考慮的技術指標[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,工作頻段、線性范圍,P1 dB壓縮點等指標是LNA要重點考慮的技術指標。AGC(Automatie Gain Control)單元主要起到穩定信號幅度的作用,同時使信號幅度盡可能的符合A/D的需要,動態范圍、響應時間是AGC設計的關鍵。
2 設計中重點考慮的幾項技術指標
本設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、動態范圍、噪聲系數是設計中需要重點考慮的幾項技術指標。
(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[5]。接收機的靈敏度主要取決于整機總增益和內部噪聲的大小,要提高靈敏度必須從這兩方面下手。而總增益的提高與內部噪聲的減小又是有聯系的,系統總的噪聲主要取決于前一、二級的內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節,由于軟件無線電的接收通道是寬帶的,通帶內的非期望信號很多,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物。線性范圍是線性放大器的基本技術指標。
(3) 動態范圍
動態范圍在接收機中是由AGC電路實現的。AGC電路的動態范圍是指輸出電平在規定范圍內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,相應的輸入信號電平變化范圍越大,則AGC的動態范圍越大。本設計要求動態范圍達到70 dB。
(4) 噪聲系數
噪聲系數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)
