软件无线电范文

软件无线电范文（精选12篇）

软件无线电 第1篇

软件无线电 (Software Radio) , 是一种既能够兼容多种制式的无线通信设备, 也能够满足未来个性化通信需求的无线通信体系架构[1]。

软件无线电提出一种崭新的设计和使用无线通信系统与设备的思想[2], 摆脱了依赖硬件的传统设计思路, 通过模块化的通用硬件平台, 利用软件可编程和低成本的优势, 提升无线通信技术水平。

1 软件无线电软件体系架构

体系结构如图1所示, 从下自上包括通用硬件平台、通用软件平台、通信波形三个部分。通用硬件平台包括由信道模块和FPGA、DSP、GPP (General Propose Processor) 组成的基于统一的硬件结构的综合处理模块, 提供无线信号处理能力。通用软件平台包括操作系统、中间件、硬件抽象层、核心框架, 对硬件平台进行统一管理, 为波形应用提供一致的运行环境支持。

软件无线电的软件技术基于CORBA软件总线的结构, 而通信波形基于软件组件技术进行设计。软件组件技术[3]采用面向对象的结构, 但系统中的对象是按照特定规范设计的模块, 且模块互相依存、互相作用。软件组件是结构化的单元, 协同定位函数与数据间的相关性。

2 软件无线电的GPP波形组件设计

2.1 GPP波形组件划分

组件化的波形开发是软件无线电的一个重要技术优势[4], 是提高波形可移植性, 提升硬件资源使用效率的技术基础, 对于提高波形开发的模块化程度, 加速新波形的开发进度都具有十分重要的作用。一般来说, GPP上的组件包括但不限于逻辑链路层组件和无线网络层组件。

2.2 GPP硬件抽象层的设计

硬件抽象层为各异构处理器上的通信波形组件屏蔽与硬件相关的接口, 做到通信波形与硬件平台的分离[5], 实现通信波形的跨平台快速移植。在GPP上, 硬件抽象层与波形组件之间通过CORBA进行交互。

GPP硬件抽象层也实现了核心框架的逻辑设备 (CF::Device) 接口[6], 还封装了接口、控制、路由表维护、中断管理及标志位管理等功能模块。

2.3 GPP通信波形组件的设计

这里以无线网络层组件为例进行介绍。如图2所示的无线网络层组件端口示意图, User即无线网络层组件的使用者, 可以为逻辑链路层组件或使用无线网络层组件的其他组件。

Wireless Net Data Consumer继承自Octet Stream接口[7], 通过该接口获得上行和下行数据。Wireless Net Control继承自Resource接口, 实现通信波形的参数控制和状态监控。Wireless Net Ctl Consumer接口为无线网络层组件控制接口, 实现一系列的参数配置工作。

3 结束语

优质的软件设计是软件无线电脱颖而出的途径和标志。对于软件无线电系统来说, 软件结构的设计应满足系统灵活性、易升级、高可移植性等要求。国内软件无线电仍处于起步阶段, 应结合国内通信波形的需求及应用特点, 借鉴SCA规范, 探索适用于国内实际情况的基于软件无线电的通信波形软件设计方法。

参考文献

[1]John Bard, Vincent J Kovarik Jr.Software Defined Radio-The Software Communications Architecture[M].England:John Wiley&Sons Ltd, 2007.

[2]粟欣, 许希斌.软件无线电原理与技术[M].北京:人民邮电出版社, 2010:1-2.

[3]吴国伟.基于组件技术的小灵通定位系统设计和实现[D].大连理工大学, 2005:2-3.

[4]王珏.组件技术在软件开发中的应用研究[D].哈尔滨工程大学, 2005:4-5.

[5]阎瑾.美军战术互联网体系架构研究[J].通信技术, 2011, 44 (9) :105-107.

[6]邱永红.无线通信波形描述方法研究[J].电讯技术, 2007, 47 (5) :19-23.

软件无线电 第2篇

摘要：软件无线电技术正日益广泛地应用于现代通信的各个领域。本文介绍以高速DSP芯片为核心实现通用的卫星测控平台。该通用平台的调制方式、码速率、载波频率、指令数据格式、调制码型等工作参数具有完全的可编程性。

关键词：软件无线电 数字信号处理 调制解调 TMS320C6701

软件无线电是随着计算机技术、高速数字处理技术的迅速发展而发展起来的，其基本思想就是将宽带A/D/A变换器尽可能地靠近天线，将电台的各种功能尽量在一个开放性、模块化的平台上由软件来确定和实现。该平台的.调制方式、码速率、载波频率、指令数据格式、调制码型等系统工作参数具有完全的可编程性。

传统的卫星测控平台存在着性能不完善，调制方式、副载波、码速率组态不灵活，体积偏大等问题。研制和开发通用化、综合化、智能化的测控平台，通过注入不同的软件，实现对调制载频、调制方式、传输码速率等参数的改变，应用于各种轨道卫星平台的遥测遥控任务。数字信号处理器(DSP)是整个软件无线电方案的灵魂和核心所在。通用平台的灵活性、开妻性、通用性等特点主要是通过以数字信号处理器为中心通用硬件平台及DSP软件来实现的。经过比较，我们采用TI公司的TMS320C6000系列DSP芯片和匹配的外围芯片形成一套实时的DSP系统。

图1 TMS320C6701结构框图

1 软件无线电通用平台的DSP技术

1.1 TMS320C6701 DSP芯片介绍

TMS320C6701是TI公司的高性能DSP芯片，具结构框图如图1所示。

TMS320C6701的主要特点为：

*单指令字长为32位，8个指令组成一个指令包，总字长为256位，引脚与TMS320C6201系列的引脚兼容。

*体系结构采用甚长指令字(VLIW)结构;(本网网收集整理)

*硬件支持IEEE标准的单精度和双精度指令集，支持字节寻址获得8位/16位/32位数据，指令集中有位操作指令(包括位域抽取、设置、清除以及位计数、归一化等);

*1Mb(位)的片内存储空间，其中程序存储空间和数据存储空间各512Kb;

*32b外部存储器接口(EMIF)，有52MB的外部存储器寻址能力;

*四通道自加载DMA协处理器，可用于数据的DMA传输;

*16位宿主机接口(HPI);

*两个多通道缓冲串口(McBSPs);

*两个32位通用定时器;

*灵活的锁相环路(PLL)时钟产生器，可以对输入时钟进行不同的倍频处理;

*芯片内部有IEEE1149.1标准边界扫描仿真器(JTAG)，可用于芯片的自检和开发;

*芯片共352脚采用BGA封装，以获得好的高频电气性能，并使芯片尺寸变小;

*采用0.18μm工艺，则五层金属组成，输入输出接口电压为3.3V，核心电压1.8V(167MHz时为1.9V)。

1.2 DSP技术在软件平台中的应用

每套测控平台含双机备份的遥控调制器与遥控解调器，双机分别由独立电源供电。系统总体框图如图2所示。调制器与解调器分别通过不同的RS232串口与遥控处理计算机通信，完成对调制解调器的控制及其带数据的收发。

用户在每次任务前通过控制计算机设置调制方式、调制参数及通信连接方式，并调用算法参数生成程序产生调制器和解调器中算法的预置参数，并在设备初始化时以批数据方式从串口送入DSP芯片，经校验后送Flash ROM中。为保证程序传送的可靠性，采用IRQ差错控制方式，DSP每接收一个数据包在存储的同时向计算机回传数据信息，计算机一旦发现数据出错即转入重传方式。参数设置成功后，调制解调器根据协议发送和接收遥控指令，并将工作状态回送遥控处理计算机，同时在遥控前端机面板上显示。

试述软件无线电的含义及其应用技术 第3篇

摘要：软件无线电技术,顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台,而许多的通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信，摸拟通信到数字通信之后第三次革命。随着现代微处理器技术，软件技术，数字信号处理（DSP)技术以及专用集成电路的进—步发展，软件无线电系统的发展及其高新技术的应用前景也将日益广阔。它将在军事通信，民用通信以及个人通信等领域内发挥巨大的作用。

关键词：现代通信 软件无线电 概念 技术

0 引言

现代通信的主要任务就是迅速而准确地传输信息。早期的通信手段是非常原始的，古代用烽火、狼烟、击鼓鸣金等方式通过声、光进行通信。随着文明的进步，又出现了以马匹、信鸽等为运载工具来传递消息。而对现代文明以及社会发展影响最深的通信方式莫过于电通信系统的出现及应用。随着电子管的出现，模拟通信得到了极大的发展。但随着香农信息论的提出，晶体管的出现，高速数字计算机的应用，以及ISDN和ATM等新技术的问世、发展及其应用，数字通信进入了它的全盛时期。下面介绍一下软件无线电产生的背景和应用。

1 软件无线电的概念

以下我们先谈谈软件无线电系统的基本思想及其优越性，以充分认识软件无线电产生的必要性与必然性。

1.1 完全数字化 由于软件无线电的基本思想之一就是力图从通信系统的基带信号直至中频、射频段进行数字化处理，因此，它是一种比目前任何一个数字通信系统的数字化程度都要高得多的全数字化通信系统。

1.2 完全的可编程性 软件无线电通过一种通用的硬件平台，将通信的各种功能实现完全由相应软件运行来完成。它包括：宽频段内的可编程的信道调制方式、可编程的射频与中频频段、可编程的信道解调方式、信源编码、解码方式等等。

1.3 系统升级的便捷性与系统功能的可扩充性 由于软件无线电通信系统的功能更多体现在软件上，因此，系统的升级只需改变相应的软件，即对软件的升级即可。显然，它比以往对硬件电路的设计与改进更加快捷。通过软件工具可扩展通信系统业务、分析无线通信环境、定义所需扩展增强的各项通信业务。

1.4 系统便于实现模块化 利用软件无线电的基本思想，对现行的通信系统均可实行模块化设计，模块的物理及电气接口性能指标符合统一、开放的标准。通过更换单一模块，可以维护或提高系统的性能，也便于系统间复用。

根据上述软件无线电的这些特点，再结合它在宽频段内可编程的特性，一方面使其符合军事上三军协同快速通信的需要；另一方面在民用领域，由于它可以通过软件编程，保持一种硬件平台结构的通用性。所以在移动通信领域内，可以对不同体制进行综合兼容，真正实现移动通信系统中—机在手，漫游天下的设想及其优越性。因此，软件无线电思想及技木的提出与实现是非常必要的。

2 软件无线电的关键思想

软件无线电是将模块化，标准化的硬件单元以总线方式连接构成基本平台，并通过软件加载实现各种无线电功能的一种开放式体系结构。软件无线电的关键思想是：将A/D/A尽可能靠近天线；用软件来完成尽可能多的无线电功能。对于软件无线电的认识应该注意：软件无线电并不是不要硬件，而是把硬件作为一个基本平台。这个平台具有两个特点：①模块化、标准化；②以总线方式连接。一个典型的软件无线电平台可以将硬件单元划分成射频、中频、基带、信源和信令等各层，它们具有模块化结构，各层之间的连接通过控制总线和数据总线实现。软件无线电与软件控制的数字无线电（digital Radio）有着根本的区别：软件无线电的最终目的就是要使通信系统摆脱硬件系统结构的结构。在系统结构相对通用和稳定的情况下，通过软件实现各种功能使得系统的改进和升级非常方便且代价小，并且不同的系统间能够互联和兼容；而数字无线电的进一步发展并不能作到这一点，它只能导致对硬件和系统结构的更多的依赖。软件无线电是一种开放的系统结构。这种开放性包含三个方面的含义，即对使用的开放性、对生产的开放性和对研制的开放性。这三个开放性将同时给用户、厂家和科研部门带来好处。软件无线电具有灵活性和集中性两大优点。灵活性即可以任意地转换信道接入方式，改变调制方式或接收不同系统的信号等，利用这一特点，可以实现对现有多种体制的“无缝”连接。集中性即多个信道享有共同的射频前端与宽带A/D/A转换器，以获取每一信道相对廉价的信号处理性能。

3 软件无线电的关键技术

软件无线电是近五年发展起来的新兴技术，对它的研究还处于起步阶段，许多技术问题需要解决，其中的关键技术有以下几个方面。

3.1 开放式总线结构及实现 软件无线电的一个重要特点是其开放性，这主要体现在软件无线电所采用的开放式标准化总线结构上，只有采用先进的边准化总线，软件无线电才能发挥其适应性广、升级换代方便等特点。由于软件无线电的研制国内外都起步不久，在研制开发过程中，必须逐步形成标准化的硬件平台和软件平台，而标准化的总线则是构筑上述两个平台的奠基石。现有的软件无线电研究和实验系统中一般采用双总线结构，既：控制总线和高速数据总线。控制总线结构，如VME总线、PCI总线等，尽可能采用现有的工业标准，以便与利用已有的软件及硬件平台，加快开发速度。为了适应软件无线电的需求，可将VME总线作为软件无线电的首选总线。高速数据总线结构则是软件无线电体系结构的关键，目前还没有形成标准，世界各国都在努力研究，以期待得到适合软件无线电高速数据处理的总线结构标准。

3.2 宽带智能天线 宽带智能天线在软件无线电通信中具有非常重要的功能。这是软件无线电不可替代的硬件出入口，只能靠硬件本身来完成，不能靠软件加载实现全部功能。它既有一个较宽的频率覆盖范围(如通常要求2—2000MHz宽)，又具有自动感知干扰源的存在，并抑制其影响的能力，也具有自动增强所需信号的能力，并可兼容各种无线电通信制式。它比传统的天线(如采用扩频技术或强定向天线等手段)具有更强的抗干扰能力。

3.3 模数转换（A/D/A） 在前面文中，我们已知软件无线电结构的基本待征之一是将A/D转换部分尽可能靠近射频天线，以在系统中尽早将模拟信号数字化，这样后级就可采用DsP等通用硬件来进行处理。因此，高速A/D/A转换在软件无线电系统中实际上作为一个标准接口，将RF/IF部分和通用数字/软件部分联接起来。因此，对软件无线电系统中A/D/A转换器的要求很高：高速A/D/A转换和数字/软件部分必须满足系统带宽；相应处理能力的要求；并具有良好的通用性。

SDR:软件定义的无线电 第4篇

SDR (Software Defined Radio是一种无线电广播通信技术, 它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现。换言之, 频带、空中接口协议和功能可通过软件下载和更新来升级, 而不用完全更换硬件。SDR针对构建多模式、多频和多功能无线通信设备的问题提供有效而安全的解决方案。SDR能够重新编程或重新配置, 从而通过动态加载新的波形和协议可使用不同的波形和协议操作。这些波形和协议包含各种不同的部分, 包括调制技术、在软件中定义为波形本身的一部分的安全和性能特性。

软件无线电 第5篇

基于软件无线电的抗干扰数字通信系统研究

各种自然干扰和人为干扰使得通信环境日益恶劣,采用数字扩频通信和软件无线电技术可以有效解决通信系统中的抗干扰和兼容性问题.首先讨论了软件无线电中的宽带/多频段天线、高速ADC以及高速DSP等关键技术;其次分析了扩频技术对于通信抗干扰的意义;最后结合数字扩频通信和软件无线电这两种技术的.特点,提出一种采用可编程数字器件的实现方案.实验表明该系统具有安全可靠的传输性能,而且具有良好的抗干扰以及兼容性,具有较好的发展前景.

作 者：刘辉 张复春 李赞平冯国雨 LIU Hui ZHANG Fuchun LI Zanping FENG Guoyu 作者单位：空军航空大学,长春,130022刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL年，卷(期)：201017(3)分类号：V271.4 TN92关键词：数字扩频通信 软件无线电 可编程数字器件

软件无线电 第6篇

关键词软件无线电系统设计可行性研究

1引言

软件无线电的基本思想是构造一个开放、标准、模块化的通用硬件平台，将无线电通信系统的各种功能如调制解调类型、数据格式、加密解密、通信协议等通过软件编程来实现。将宽带 A/D和D/A转换器尽可能靠近天线端，即尽可能早地将接收到的射频模拟信号进行数字化是软件无线电接收机的基础架构思路。

目前由于 A/D及 DSP或CPU等器件的处理速度限制，直接对射频进行采样还无法实现，对于高频更多地采用下变频并采用中频采样技术。在A/D采样后通过高速通信口送给计算机的SDR软件进行后续处理（如图 1所示）。

2软件无线电理论基础

软件无线电是一种以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心的，以微电子技术为支撑的新的无线通信体系结构。其基础理论主要包括数据采集理论和数字下变频技术，其中数字下变频又包括2.1带通采样理论

带通采样定理：设一个有限带宽的信号x（t），其通带为（fl，fh），如果采样频率fs满足以下条件，则x（t）能被其采样

■ （1）

重构信号x（t）的表达式为：

■

（2）

式（1）中， M= fh /（fh-fl）-N，带宽 B= fh-fl，中心频率 fc=（fh-fl）/2，fh是上限截止频率， fl是下限截止频率。很显然，最小采样频率fs与B有如下关系: fs大于或等于2B小于4B。

3接收机硬件设计与实现

在本接收机中，主要分为多段射频预处理部分、包含多频段天线、高放、混频、DDS本振部分，高速AD负责将MF频段、HF及VHF频段混频后的中频信号进行模数转换、MCU负责系统控制、PC通信，系统总体结构（如图 2所示）。

3.1射频预处理部分

软件无线电中一项重要的技术就是理想天线技术，但实际中只能在特定的频段内实现相对理想的天线，因为在本方案设计中将本接收机的天线分为中频MF段0.3M-3M段、HF段3M-30M段、VHF低段30M-150M段共三段，使用三付相应频段的天线来代替全频段天线。

在各频段天线后设置独立的射频放大部分，将射频放大到适合后级采样或混频电路所需要的电平标准，使用分立高频放大电路实现。

3.2本振及下变频部分

受限于A/D及后级处理能力，除MF段直接进行送往A/D模数转换处理之外，HF/VHF两个频段需要下变频到4.5M再送往A/D处理。本振采用直接数字频率合成器（DDS）来实现。

本设计中使用了一片DDS程控生成频率范围为3M-150M的正弦波本振信号源，对HF、VHF各使用了一片LT5512来混频，混频输出混合到一路，送入下级A/D变换，HF、VHF的混频控制由MCU控制DDS频率及LT5512的使能端实现两路分离。

3.2.1AD9851 180 MHz完整DDS频率合成器

AD9851是一款高度集成的器件，采用先进的DDS技术，内置一个高速、高性能数模转换器和比较器，共同构成数字可编程频率合成器和时钟发生器。以精密时钟源作为基准时，AD9851能产生一个频率稳定、相位可编程的数字化模拟输出正弦波。该正弦波可以直接用作频率源，或在内部转换为适合捷变时钟发生器应用的方波。AD9851的创新型高速DDS内核提供一个32位频率调谐字；对于180MHz基准时钟，输出调谐分辨率可以达到0.040Hz。AD9851内置独特的X6基准时钟乘法器电路，无需高速参考振荡器。该6X PLL乘法器对无杂散动态范围（SFDR）和相位噪声特性的影响极小。该器件还提供5位数字控制相位调制，使其输出能够以180°、90°、45°、22.5°、11.25°及其任意组合的增量发生相移。

3.2.2LT5512有源双平衡频混器

LT5512是一款有源双平衡混频器 IC，专为高线性度 HF、VHF 和 UHF 应用而优化。该 IC 包括一个用于驱动混频器的集成 LO 缓冲器放大器和一个用于改善 LO-RF 隔离度的 RF 缓冲器放大器。内部偏置电路免除了增设精准外部电阻器的需要，并允许采用使能控制（EN）引脚来关断器件。外部匹配的 RF 和 IF 端口使得混频器能够在非常低（1MHz 以下）或高达 3GHz 的频率条件下使用。差分 LO 输入是专为单端或差分输入驱动而设计的。LT5512 是无源二极管混频器的一种高线性度替代方案。与具有转换损耗并需要高 LO 驱动电平的无源混频器不同，LT5512 提供了转换增益且所需的 LO 驱动电平低得多。

3.3模拟数字转换部分

根据A/D理论SNR公式：

■ （3）

由（3）式我们可以看出，模数转换的信噪比与这三个参数有关：A/D 的转换位数N、采样速率sf和输入信号的最高频率maxf。在本接收机的设计中，输人模拟中频信号最高频率为15MHz，接收解调对象AM、SSB、CW、FM等基带均为窄带信号，但为有更宽的接收带宽，故采用较为高速、分辨率较大的A/D转换器件。选用AD公司的AD6659，其性能参数（如表1）。

AD6659是一款混合信号双通道中频接收机，支持需要两条接收机信号路径的无线电拓扑结构，例如主信号/分集通道或直接变频。该通信系统处理器由两个高能性模数转换器（ADC）和噪声整形再量化器（NSR）数字模块组成。AD6659专为支持各种需要高动态范围性能和小尺寸的通信应用而设计。高动态范围ADC内核采用多级、差分流水线架构，并集成了输出纠错逻辑。各ADC的差分流水线第一级采用宽带宽开关电容采样网络。

各ADC输出从内部连接至NSR模块。集成NSR电路可以改善奈奎斯特区域内的小频段SNR使能NSR特性后，ADC输出经过处理，增强了AD6659在奈奎斯特带宽有限区域内的SNR性能，同时可以保持12位输出分辨率。NSR模块通过编程可提供采样时钟20%的带宽。例如，采样时钟速率为80 MSPS时，AD6659对9.7 MHz AIN下的16 MHz带宽最高可实现81.5 dBFS SNR。禁用NSR模块后，ADC数据直接提供至输出，输出分辨率为12位。在此模式下，AD6659对整个奈奎斯特带宽最高可实现72 dBFS SNR。

经过数字处理，输出数据路由至两个支持1.8 V或3.3 V CMOS电平的12位输出端口。AD6659接收机可对宽频谱的中频频率进行数字化处理。每个接收机均设计成可同时接收主通道和分集通道。与传统模拟技术或集成度较低的数字方法相比，这种中频采样架构大大降低了器件成本和复杂性。AD6659还可选用集成直流失调校正和正交误差校正（QEC）模块，用于校正两个通道之间的增益和相位失配。在直接变频接收机等复数信号处理应用中，此功能模块可发挥重要作用。

AD6659非常适合通用软件无线电的基带及中频信号的模数转换，也能应用于分集无线电系统、多模式数字接收机、3G、W-CDMA、LTE、CDMA2000、TD-SCDMA、MC-GSM等通信系统，另外也能应用于I/Q解调系统、智能天线系统、电池供电仪表等场合。

3.4MCU及PC接口部分

微控制器MCU是软件无线电接收机的硬件控制、数字信号预处理、通信接口、人机接口等功能的实现模块。

在本接收机中，MCU及嵌入式软件负责接收联机计算机上的SDR软件的指令，并根据指令来选择MF、HF、VHF频段，控制A/D模块的工作通道，控制DDS产生相应的频率的本振信号、控制混频通道，控制A/D模块的转换速度和其他参数，接收A/D模块的转换结果高速大容量数据，在联机情况下需要通过通信接口送往联机计算机，同时在液晶屏显示调试信息或当前工作状态等。实现软件无线电系统接收处理的完整过程。

当本接收机脱机工作时，可通过键盘来选择脱机简易工作模式，可进行选频、模式选择、建议数字信号处理、信号解调、实现脱机人机交互界面或显示调试信息等功能。

微控器在本设计中选用Atmel的32位AVR处理器ATUC256L4U，该系列处理器具有先进的架构、高处理能力、高速通信和先进的安全性与可靠性，更重要的是具备浮点计算，内部大容量Flash、RAM、全速USB2.0通信接口。其主要参数如下：

32-bit AVR核心、256KB多次编程Flash、16K RAM、50M最大工作频率、I/O管脚36个、1个全速USB2.0收发器、1个SPI接口、2个I2C接口、4个URAT、8通道460KspsADC转换器、输入捕捉通道、温度传感等其他部件。

3.5其他人机部分

为便于接收机调试、观察工作状态，以及可在脱离计算机及SDR软件的情况下也能简单工作，设置了包括简单键盘、液晶显示模块、及音频功率放大模块、喇叭等简单的人机交互部分。

4SDR软件系统

软件无线电信号接收系统在有了基本必要的无线信号接收电路后，即在预处理了基带信号或者IF信号、进行A/D转换后，后级将使用可定义、可配置的软硬件系统来代替传统无线电接收机的后级处理部分，使无线电的应用更趋于通用化、灵活化，这是基于现代计算机技术的发展而提出的全新的理念。

较为常见的软件无线电接收机系统在将接收信号预处理并A/D之后，基本使用类似Ti公司的TMS320C62X系列DSP芯片来做后续的信号处理及最终的解调等，即通常使用FPGA、DSP芯片+嵌入式软件来完成后级处理。这种模式作为承载业务相对固定、量产产品设计上是一种优选方案。

同样可以选择通用计算机平台来作为后级处理系统，对软件设计的要求将会更高，但其可配置、可定义性比基于嵌入式的系统平台更好。

4.1基础框架设计

在本设计中，采用更为贴近无线电定义软件（software defined radio）的理想的设计理念，在将接收信号预处理并A/D之后，完全采用通用计算机上运行SDR软件做后级处理、系统控制、业务处理方式来实现信号接收处理的后级处理（软件系统框架如图所示）。

软件系统主要分为负责和接收机进行通信的通信模块，负责基带及IF信号处理的数字滤波器DF、DSP等区块，负责各种信号解调的AM、SSB（包含LSB、USB）、CW、FM等解调区块，负责各种效果的音频处理或数字化处理等业务处理区块，以及输出、录音、数据通信、网络应用等辅助功能区块，负责人机交互的整体控制、各种参数显示、即可视化效果的区块。

4.2数字处理插件化设计

本系统各个区块中的各个功能模块的数字插件化设计，首先是软件架构适应软件无线电的应用模式的需要，可以象装配零部件一样为接收机插上不同的部件达到不同的系统诉求。其次，各个部件之间本来就存在这不同的功能和效用，随着软件无线电的发展，将来的趋势很可能会出现不同信号领域的功能插件很可能来自于不同的提供者。类似的情况在模拟接收机中，为了使接收机拥有良好的选频特性、中频特性、音频特性，在高端机型中往往充斥着大量各种各样的滤波器，有些部件可以由使用者来选择和装配。在软件无线电中，相对模拟机“天生”就是数字化的机器，因此“部件插件化”是一种既符合传统概念，又能适应将来发展的模式。

在本接收机中，主要以插件形式存在的有基带处理部分的数字滤波器、数字信号处理，各种模式解调插件，包含音效处理、数字处理的业务级插件，更包括处于直观信号的信号、处理显示、插件作用前后效果的对比的可视化效果插件。数字插件之间可以串联、并联，可控制工作参数，以由使用者进行最大程度的控制。

插件举例：

CW通信中的喀呖声通信中十分常见，当喀呖声滤波器（Click Filter）加载并启用后，插件从CW解调插件接收解调后的音频信号，进行喀呖声滤波，输出一路送往在可视化插件、同时输出给音频输出或CW译码插件做翻译。使用者可以在可视化窗口看到插件的作用效果，或者输出窗口看到电码翻译结果。

4.3概念系统的软件界面设计

软件设计的软件界面是人机交互的重要部分，其友好性、易用性、可操控性将会在很大程度上决定全系统的有效性。在软件无线电的控制和接收设计中这尤为重要，作为一个通用性的无线电的信号接收处理平台，其参数众多、中间处理插件数量多并组织灵活、业务有一定通用性，并且希望能有传统硬件接收机所不具备的可视化直观效果，因此对软件的设计有着较高的要求。

本例中采用C++开发基本应用界面框架，各个区块的模块采用插件化、可加载、可配置化设计。

5应用展望

本系统设计在一定程度上验证了软件无线电的理论，在使用了部分通用器件设计了基础硬件后，使用通用计算机平台加专用软件的方式完成系统整体架构。系统架构的优势在于硬件部分简单、软件可以随需而变、拥有良好的扩展性。即可以作为通用信号接收机单系统工作，由于功能模块化和插件化，更可以在应用上予以扩展。

5.1覆盖频段拓展

频段覆盖宽窄的关键在于天线、下变频处理、A/D的速度、采样带宽等主要因素，随着无线电技术及电子技术的不段发展，宽带天线， DDS、A/D、DSP等不断高速化，因此该模式的频段覆盖可以继续得以提高。

在本设计中，使用更为高速的DDS、或VCO、或上变频电路，或在不同频段是使用不同范围的器件组成不同的模块组，可以是整个接收机工作在更高的频段，进一步延展应用范围。

天线在低频段的合一化较高频段困难，因此可以在低频段继续沿用分段天线的模式，高频段可以市面已经能提供的700M-2700M超宽频带的天线。

5.2网络化应用

在接收机硬件部分采用带以太网通信模块的微处理器，将接收机作为网络终端模块来使用，各种功能配置可以通过网络来进行配置，模块接收到的信号数据可以通过网络传送到任意有网络的地方，配合网络中心软件系统既可实现网络化应用。

如，该模式可用于各级无线电管理局对辖区内的无线频点、频谱使用情况进行检测，甚至实现对某些频点进行录音等特殊功能，更可以通过中心软件来实现频点使用情况的长期跟踪记录。随着基础电信运营商能提供的网络覆盖和带宽越来越广和月来越宽，这种网络化分布式监测完全可以实现。相比传统的开出检测车的做法明显有着更为实时、有效，并且有着更为低廉的运行成本。

6结论

本系统基于软件无线电的基本原理，尽可能将A/D过程靠近天线，采用了可编程DDS，通过对基带信号同中频信号进行数字化采样，通过高速接口送到计算机，在SDR软件上进行全数字化处理，最后实现对AM、SSB、CW、FM等信号的解调。这种模式基本符合软件无线电接收机的模型，实现硬件宽容度高、工作模式广、模块化基本不变，通过软件的功能扩充、模块增减、功能修改即可实现多模式信号接收处理，是当前实现软件无线电技术的有效方案。最后，运用 MatLab仿真软件对AM、SSB、CW、FM信号的仿真结果验证了方案的可行性和合理性。

参考文献

[1] J. Mitola. Software Radio Architecture.Object-Oriented Approaches to Wireless Systems Engineering [J] .IEEE T.ASSP., 2003, 29(2): 155-162.

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[3] 胡平,叶春勇等. 软件无线电及其在数字电视中的应用[J]. 微计算机信息,2006, 1(2):80-83.

[4] 胡平,叶春勇等. 软件无线电及其在数字电视中的应用[J]. 微计算机信息,2006, 1(2):80-83.

A Software Radio Broadband Multi Mode Receiver Design

Ye Yongping

（Taizhou City bidding Center，Taizhou 318000，China）

AbstractThe software radio receiver is based on an general programmable hardware platform, realizes each kind of correspondence standard through the software. Progresses unceasingly along with the digital processing technology, the ideal software radio possibly realizes finally into. This article to the software radio in the key technologies, the system construction, radio-frequency signal processing, the intermediate frequency signal A/D processing technology, the digital signal multi-schema proccessing, the digital demodulation, the software radio receiver carries on the discussion, take AM, SSB, CW, the FM signal as the example, the simulation this design proposal feasibility.

Key wordsSoftware radio，System design，Feasibility study

软件无线电技术及其军事应用价值 第7篇

关键词：软件无线电,体系结构,军事应用

1概述

现代战争是陆、海、空、天一体化得立体战争,指挥机关对上、对下的通信联络及参战部(分)队之间的协同通信任务十分繁重,为了实施通信保障,传统的作法只好采取增加无线电台的品种和数量,这不仅要消耗大量的人力、物力和财力,还势必导致后勤保障、技术保障任务的加重和单兵负荷的增大,使军队战斗力降低。 在举世瞩目的海湾战争中,以美国为首的多国部队发生了自伤现象,造成这种自伤的原因是由于美国自身的陆、海、空三军之间,以及美国与多国部队之间、多国部队相互之间的无线电通信的互通性、兼容性和协调性存在着不少问题。这是因为他们各自采用的无线电通信体制和无线电台装备性能不同,势必造成了通信不畅。 海湾战争结束后,通信互通性问题引起了美军高层领导的极大关注。美国国防部高级研究项目规划局(ARPA)竭力寻找一种互通性、兼容性远远优于现行无线电台的全新设备。其中心思想是:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用软件平台, 将各种功能,如工作频段、调制解调类型、 数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,以研制出具有高度灵活性、 开放性的新一代无线通信系统。美国于90年代初就启动了软件无线电及其关键结构和技术的研究,以满足在全部通信频段(包括HF,VHF,UHF和SHF)、各种信道调制方式、各种编码方式和密码类型的通信需求,从而实现军事通信领域中的无缝隙、多媒体和各种数据速率通信。

2软件无线电技术体系结构和热点研究

2.1硬件体系结构

一个典型的软件通信体系结构(SCA) 系统主要包括射频模块、黑区/ 红区处理器(嵌入式计算机模块)、多通道信息安全模块、MODEN模块、黑/ 红区电源模块、 I/O接口模块。这些模块可通过标准总线如CPCI总线进行连接,构成类似于计算机的通用硬件平台。在系统中,将传输的用户信息中经过信息安全防护处理的区域定义为黑区;将用户信息中没有进行信息安全防护处理的区域定义为红区。黑区和红区使用各自的系统总线连接方式,黑区处理器和红区的信息安全模块之间通过光纤方式实现互联,这样就保证黑、红区之间的通信都要通过信息安全模块。

对应于硬件子类的硬件对象就是实际设备中的硬件模块,也就是这些硬件子类的物理实现,具有特定的属性值。硬件模块应根据平台和环境的要求来确定具体的属性值。只要符合某种要求,这些硬件子类就可以被实例化为适用于不同平台和应用领域的硬件模块。

2.2软件体系结构

SCA规范中定义的软件体系结构类似于OSI的七层结构,不同之处在于软件体系结构分为六层。软件体系结构定义了一个操作环境(OE),该操作环境包括了集成在一个SCA实现中的一组核心框架服务和基础软件(包含板级支持包、操作系统和服务、CORBA中间件服务等)。

1. 总线层(板级支持包)。软件结构要求能在商业总线上操作,同时OE需要可靠地传输机制支持,这就意味着需要在总线层次上支持错误的检测和纠正。目前,可能的总线包括VME、PCI、 Compact PCI、Firewire(IEEE1394) 和Ethernet。

2. 网络和串行接口服务。软件结构依赖于商业构件来支持多种串行和网络接口。可能的串行和网络接口包括RS232、 RS422、RS423、RS485、Ethernet和802.x。 为了支持这些接口就必须支持各种低级的网络协议,包括PPP、SLIP、LAPx等。

3. 操作系统层。软件体系结构包含实时嵌入式操作系统来提供对应用(包括CF应用)的多线程支持,同时,体系结构要求一个标准的操作系统接口来为操作系统服务,这是为了增加应用的可移植性。

4.CORBA中间件。CF中CORBA是作为分布式处理环境中的消息传递手段。 CORBA是一个跨平台的框架,用于标准化在分布式处理时的客户/ 服务器操作。 分布式处理是系统体系结构的一个基础部分,而CORBA是一个广泛使用的中间件服务,用于提供分布式处理。CORBA协议提供消息编码来处理发布消息是所需的位打包和握手。

2.3高速GSP及FPGA技术

数字信号处理器(DSP)技术是限制软件无线电发展的瓶颈问题,其数据处理速度和精度直接关系到软件无线电台能否实现。目前采用的技术方案主要是数字信号处理技术DSP、专用集成电路ASIC、现场可编程门阵列FPGA以及这几种技术的结合。高速DSP芯片是软件无线电的核心部分。随着微电子技术的发展,数字信号处理器件在速度和性能上有了很大的提高。为解决这一问题,采用了一种精简指令集计算结构,这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷改进芯核,并将几个DSP芯核、专用处理单元, 外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上,成为DSP系统级集成电路。目前尽管低功耗DSP、超强功能DSP发展迅速, 但DSP在速度、功耗上的现状仍然是制约软件无线电发展的关键。DSP的另一研究内容就是软件,软件是软件无线电技术的核心。在目前DSP不能满足软件无线电设计要求的情况下,开发DSP的数字信号处理软件应是软件无线电技术的主攻方向。这其中包括各种FFT算法,调制解调、信号编码、信源编码等各种通信软件, 也包括方式控制、信号控制和数据交换软件。

FPGA是可重编程器件,所实现的功能大大超过今天的DSP微处理器,包括实现软件的可编程性、高速的硬件,并可实时重构。事实上,FPGA是真正的“软” 硬件,能在制定硬件和灵活地全软件方案之间折中。近年来FPGA无论是在规模、 处理速度还是功耗上,都得到了长足的进步,成为软件无线电实现的一个有力的硬件基础。

DSP+FPGA的结构式目前软件无线电硬件实现的理想结合。FPGA能够被用作与DSP和通用处理器接口的协处理器, 从而提供更高的系统性能和更低的系统成本。拥有自由选择在哪里实现基带处理算法的权力为实现DSP算法增加了灵活性。

3军事通信中的软件无线电技术

21世纪的数字化部队将对通信速度、 容量、互通性有更高要求,设备的规范化、 小型化、扩展频段、减少电台品种和数量等是目前军事通信亟待解决的问题。软件无线电产生于军事通信的需求。1992年5月,MILTRE公司的Joe Mitola在美国国家远程系统会议上首次作为军事技术提出了软件无线电(Software Radio,简称为SWR)的概念,希望用这种新技术来解决军队无线电台多工作频段、多工作方式的互通问题,从此,对软件无线电的研究在国际范围内迅速展开。

3.1易通话(SPESAKeasy)

SPESAKeasy是军用软件无线电应用的开拓者,它要求在一个产品中包含200种不同军用电台的系列,把多个不同的单频段电台合并为一个2MHz ~ 2GHz的、 具有灵活的射频接入能力的、软件可编程的电台。该计划包括了SPESAKeasy Ⅰ和SPESAKeasy Ⅱ两个部分。SPESAKeasy Ⅰ 是由美国国防部先进研究项目局、美军电子通信中心和美国空军室内实验室联合组织的项目,最初的目标包括能覆盖2MHz ~ 2GHz的单天线设计,利用5GHz的模数变换实现直接数字化的射频接入和多媒体的输入输出。但是由于DSP处理能力等的限制,SPESAKeasy Ⅰ计划并没有实现这个目标,但是它引导了软件无线电以及电子基础技术的发展。

SPESAKeasy Ⅰ 为SPESAKeasy Ⅱ 打下了基础。SPESAKeasy Ⅱ是按一个先进的开发项目构思的,更多的面对了当时的实际条件,实现了在作战中的重新编程。 SPESAKeasy体系结构的发展促进了软件无线电论坛的创立和发展,为其后的联合战术无线电系统奠定了基础。

3.2美军联合战术无线电系统(JTRS)

美军国防部倡议的联合战术无线电系统(JTRS)计划开发一种适用于所有军种要求的电台系统系列,它可覆盖2MHz ~ 3MHz频段,后向兼容传统系统, 实现多种新的先进波形,极大增强部队之间的互相通信能力。JTRS将成为数字化战场环境中作战人员通信的主要手段,是未来军事通信的基本组成部分。联合战术无线电系统(JTRS)计划是美国正在集中研制和生产能经多波段、模式和网络传输话音、视频和数据信号的一种无线电系统。

3.3我国的软件无线电发展

软件无线电的关键技术及其应用 第8篇

随着无线电技术的发展, 无线通信有了长足的进步, 通信系统由模拟体制不断向数字化过渡, 数字无线电系统易于集成化、小型化, 相比于模拟系统, 其体积更小、功耗更低, 特别适用于个人无线数字手持终端。但无论模拟无线电系统还是数字无线电系统, 其系统结构都是面向特定用途的, 功能相对单一, 结构相对固定。目前无线通信领域存在的一些问题, 如多种通信体系并存, 各种标准竞争激烈, 频率资源紧张等, 特别是无线个人通信系统的发展, 使得新的系统层出不穷, 产品生产周期越来越短, 原有的以硬件为主、面向特定用途的传统通信体制, 迫切需要一种多频段、多模式、可编程、通用性强的无线电系统来取代。而软件无线电 (Software Radio) 概念的提出, 适时地解决了这些问题。

软件无线电, 目前的正式称谓为软件定义的无线电 (Software Definition Radio, SDR) , 顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。其中心思想在于:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台, 将各种功能, 如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成, 并使A/D和D/A转换器尽可能靠近天线, 以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。

尽管软件无线电最初的应用背景主要集中在军事领域, 但在过去几年间, 越来越多的公司投入了大量的人力、物力积极开展这方面的技术研究, 使得它已从军事领域转向民用领域, 同时也成为经济的、应用广泛的、全球通信的第三代移动通信系统的战略基础。软件无线电技术的出现, 将成为通信领域继固定通信到移动通信, 模拟通信到数字通信之后的第三次革命。未来软件无线电技术的应用将为移动通信的发展提供新的机遇, 它将从不同途径对个人通信及其它产业, 产生深远的影响。

2、软件无线电的关键技术

2.1 软件无线电的结构和特点

软件无线电的核心是将宽带A/D、D/A尽可能靠近天线, 用软件在DSP处理器中实现尽可能多的无线电功能, 它把硬件作为无线通信的基本平台, 而把尽可能多的无线通信功能用软件来实现。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性, 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。理想的软件无线电的组成结构如图1所示, 同时总结出软件无线电技术自身的特点:

(1) 完全数字化。由于软件无线电的基本思想之一就是力图从通信系统的基带信号直至中频、射频段进行数字化处理, 因此, 它是一种比目前任何一个数字通信系统的数字化程度都要高得多的全数字化通信系统。

(2) 完全的可编程性。软件无线电通过一种通用的硬件平台, 将通信的各种功能实现完全由相应软件运行来完成。它包括:宽频段内的可编程的信道调制方式、可编程的射频与中频频段、可编程的信道解调方式、信源编码、解码方式等等。

(3) 系统升级的便捷性与系统功能的可扩充性。由于软件无线电通信系统的功能更多体现在软件上, 因此, 系统的升级只需改变相应的软件, 即对软件的升级即可。显然, 它比以往对硬件电路的设计与改进更加快捷。通过软件工具可扩展通信系统业务、分析无线通信环境、定义所需扩展增强的各项通信业务。

(4) 系统便于实现模块化。利用软件无线电的基本思想, 对现行的通信系统均可实行模块化设计, 模块的物理及电气接口性能指标符合统一、开放的标准。通过更换单一模块, 可以维护或提高系统的性能, 也便于系统间复用。

基于软件无线电的上述特点, 我们可以通过增加软件模块, 方便地增加新功能, 诸如信道带宽、调制及编码等也都可以实时地做动态调整, 以适应网络标准和环境、网络通信负荷及用户需求的变化。而且软件无线电采用标准化、模块化结构, 其硬件可以随器件和技术的发展而更新或扩展, 软件也可以随需要不断升级。所以在移动通信领域内, 可以对不同体制进行综合兼容, 真正实现移动通信系统中“一机在手, 漫游天下”的设想。

2.2 软件无线电的关键技术

在软件无线电系统中, 由于信号占据很宽的频带范围 (从几十KHz到几千MHz) , 加上不同体制之间的编码、复用、调制方式不同, 要求系统具有很强的数据处理能力和快速输入输出 (I/O) 能力。软件无线电系统要能达到不同系统、体制间的互联互通, 要传输包括视频数据在内的多媒体信息, 对系统各方面的要求将相当高。同时为了实现软件无线电特有的上述特点, 系统中需要用到下列关键技术:

(1) 宽带智能天线技术

智能天线在软件无线电通信中具有非常重要的功能, 是不可替代的硬件出入口, 只能靠硬件本身来完成, 不能靠软件加载实现全部功能。软件无线电中的智能天线与无线移动通信中的智能天线从功能上讲是完全相同的, 但在软件无线电系统中, 由于信号占据很宽的频率范围, 其天线必须具有接入多个频段的功能, 理想的软件无线电系统的天线部分则应该能够覆盖全部无线通信频段, 这对天线技术提出了较高的要求。

通常来说, 无线电台的射频前端、发射天线和接收天线部分都是由固定硬件实现的, 但是软件无线电具有智能的、可编程的数字信号处理核心, 可以充分利用此优势对固定天线接收下来的信号进行优化组合, 达到提高信噪比、抑制同信道干扰、增大系统容量的目的。这种可以动态配置的天线系统就是目前软件无线电系统中的关键热门技术之一——智能天线技术。

(2) 信号采样技术

软件无线电结构的基本待征之一是将A/D变换尽可能地靠近天线, 以在系统中尽早将模拟信号数字化, 这样后级就可采用DSP等通用硬件来进行处理。因此, 高速A/D/A转换在软件无线电系统中实际上作为一个标准接口, 将射频 (RF) /中频 (IF) 部分和通用数字/软件部分联接起来。因此, 对软件无线电系统中A/D/A转换器的要求很高:高速A/D/A转换和数字/软件部分必须满足系统带宽;相应处理能力的要求;并具有良好的通用性。

(3) 高速信号处理

DSP是软件无线电必需的基本器件, 是其灵魂和核心所在。系统在射频 (RF) 或中频 (IF) 对接收信号进行数字化处理, 通过软件编程灵活地实现宽带数字滤波、直接数字频率合成、数字上下变频、调制解调、差错编码、信令控制、信源编码及加解密功能。接收时, 来自天线的信号经过RF处理和变换, 由宽带A/D数字化, 然后通过可编程DSP模块进行所需的各种信号处理, 处理后的数据信号送至多功能用户终端。发送时, 通过类似接收信号处理流程的逆过程将数据通过天线发射出去。可见, 软件无线电的灵活性、开放性、兼容性等特点主要是通过以数字信号处理为中心的通用硬件平台及DSP软件实现的。

目前的DSP无论在功能上还是在性能上, 都不能满足无线电的要求, 很难用单片DSP直接处理宽带射频或中频信号, 可以先采用数字变频技术对宽带射频或中频信号进行处理, 然后再用DSP完成各种信号处理功能。数字变频的组成与模拟变频组成类似, 包括数字混频器、数字控制振荡器和低通滤波器三部分, 所不同的是数字变频采用正交混频。数字变频具有载频和数字滤波器系数可编程性、不存在非线性失真、频响特性好及造价低等优点。

(4) 信令处理技术

在现代的移动通信系统中, 信令部分已经是用软件完成的, 软件无线电的任务是将通信协议及软件标准化、通用化和模块化。无线接入是无线通信的重要内容, 其协议的主体是公共空间接口, 目前已经形成许多不同的标准。因此, 当用软件无线电实现多模互联时, 使用通用信令处理是必要的。这就需要把现有的各种无线信令按软件无线电的要求划分成几个标准的层次, 开发出标准的信令模块, 研究通用的信令框架。

(5) 低功耗、小型化技术

软件无线电技术要得到普及必须实现终端电台的低功耗、小型化。目前, 软件无线电手机仍然受到功耗、体积和成本的制约。美军的“易通话” (Speak Easy) 第二期工程样机接收功耗高达6 0瓦。所以降低功耗、减少体积是软件无线电手机必须逾越的难关。

3 软件无线电的应用

软件无线电是把硬件作为无线通信的通用平台, 使它尽可能地脱离通信体制、信号波形和通信功能, 尽可能多地由软件来实现, 这样的无线通信系统具有很好的通用性、灵活性, 而且系统升级也变得非常容易。软件无线电有这么多的特点和优越性, 它在通信领域中如个人移动通信、军事通信、卫星通信以及数字电视中, 都有极广泛的应用天地。

3.1 3G移动通信系统中的软件无线电

软件无线电概念虽然最早是为了解决三军联合作战时, 军事通信的互通互联问题而提出的, 但一经提出, 就引起了广泛的关注, 其技术已经迅速发展起来, 并从军事领域的演示阶段发展成为现代移动通信特别是3G移动通信系统的基石。

我们知道个人移动通信已从第一代FDMA模拟蜂窝移动通信系统发展到第二代数字蜂窝移动通信系统 (GSM、CDMA) , 目前正在向第三代WCDMA (3G) 发展。未来个人移动通信系统所要达到的目标是:任何人在任何时间、任何地点都可以和其他任何人进行任何种类 (语音、数据、图像等) 的通信。其核心的问题是提供不同环境下的多媒体业务及实现包含水、陆、空的全球覆盖。因而它要求实现多种网络的综合:无线网与有线网的综合, 移动网与固定网的综合, 陆地网与卫星网的综合。这样可以提供全球无缝覆盖, 为用户提供在无线与有线环境下统一的业务使用方式, 又适应多种业务环境, 且与第二代移动通信系统兼容, 便于平滑升级。所以寻求一种既能满足新一代移动通信需求, 又能兼容老体制, 而且更具有扩展能力的新的个人移动通信体系结构成为业界努力的方向。而软件无线电正好提供了解决这一问题的技术途径, 成为3G移动通信系统研究的热点。

欧洲的ACTS (Advanced Communication Technology and Services) 计划中, 有三项计划是将软件无线电应用到3G中, FIRST (Flexible Integrated Radio Systems Technology) 计划将软件无线电技术应用到设计多频多模可编程手机 (可兼容GSM、DCS1800、WCDMA、现有的大多数模拟体制) 。FRAMES (Future Radio Wideband Multiple Access Systems) 计划目标是定义、研究、评估宽带有效的多址接入方案来满足UTMS要求, 技术方法之一就是采用软件无线电技术。在美国, 研究基于软件无线电的3G系统的多频段多模式手机和基站, 同时还注意到软件无线电技术与计算机技术的融合, 为3G提供良好的用户界面, 如麻省理工学院的Spectrum Ware计划。我国对软件无线电技术也相当重视, 提出了基于软件无线电和智能天线技术的3G移动通信系统方案TD-SCDMA, 并把软件无线电技术在3G移动通信系统中的应用课题列入国家的“863”计划, 成为我国3G移动通信系统的关键技术之一。

软件无线电技术正越来越广泛应用于移动通信领域, 在第二代移动通信系统向第三代移动通信系统过渡过程中, 软件无线电技术将发挥重要作用。

3.2 军事通信中的软件无线电

软件无线电概念的提出就起源于军事通信, 其新技术在电子战中有广阔的应用前景。电子战的最主要特点是频段宽 (几乎复盖整个无线频段) , 待处理的信号种类多, 而且是处于被动接收的条件下工作。而目前的电子战系统往往都是已知的, 或者在事先假设的几种信号样式下工作, 一旦目标信号的特征或信号的通信方式发生变化, 该系统就无能为力了, 必须研制开发新的电子战系统来适应变化, 这样必然贻误战机。所以研究开发一种工作频段宽, 波形适应能力强, 可扩展性好, 既能适应通信信号, 又能适应雷达信号, 还能适应导航和敌我识别信号的综合电子战系统是现代信息战的必然要求。软件无线电正好是解决这一问题的最佳途径。

以往的军事通信装备无论是工作频段, 还是信息传输格式或者通信体制, 陆海空三军通信互不兼容, 就工作频段来说, 陆军主要工作在30MHz~88MHz, 空军主要工作在225MHz~400MHz, 而海军则主要以短波 (2MHz~30MHz) 为主, 导致在联合战时各军种之间无法进行快速沟通、互传信息情报, 失去实质的三军联合作战, 特别在海湾战争中暴露出来军事互通信极差、反应速度慢、带宽太窄、速度太低等一系列影响合作作战的关键技术问题。软件无线电对此提供了灵活的解决方案。另外, 软件无线电由于采用了标准化、模块化的结构, 其硬件可以随着器件和技术发展而很容易更新或扩展, 软件也可以随需求而不断升级;同时公开统一的体系结构标准, 有利于引进竞争机制, 降低研制和装备费用。

1995年美国国防高级研究设计局 (DARPA) 提出的SPEAK easy (易通话) 计划, 就是基于软件无线电的思想, 该计划的最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段、多模式电台即MBMMR (Multi-Band Multi-Mode Radio) 。

3.3 卫星通信中的软件无线电

卫星通信是当代最重要的通信方式之一, 但是由于目前卫星通信系统设备种类繁多, 设备管理和维护工作复杂, 使得卫星通信系统更新换代周期长, 不能很好地适应现代高科技的发展步伐。同时考虑到卫星通信频带宽, 信息速率高且变化范围大的特点, 在目前的计算机技术水平上, 如果设备功能全由软件来实现, 由于软件的逐条运行指令的特点, 即使采用多处理器来协同运算, 也无法实现高信息速率下的实时处理, 使其在卫星通信中的使用范围受到了限制。

而软件无线电以其软件定义功能和开放式模块化结构的技术思想能很好地解决卫星通信系统存在的问题。软件无线电的主要特点是通信系统的功能可以用软件来定义。通信系统的功能包括设备功能和系统功能。在卫星通信系统中, 系统功能主要指多址方式、网络结构、组网协议和通信业务等;而设备功能指接口标准、调制解调方式、信道编码方式、信源编码方式、信息速率、复用方式等。软件无线电技术使得上述功能可以用软件来定义。通过友好的人机界面, 人们可以在不改变硬件设备的情况下实时地改变通信系统的功能, 从而使该系统能适应各种应用环境, 因而具有很强的适用性和灵活性。

3.4 数字电视系统中的软件无线电

20世纪90年代广播电视领域掀起划时代的数字革命, 以高清晰度电视 (HDTV) 为标志的第三代电视达到了理想的视听功效, 成为新的一代数字电视发展方向。HDTV信源编码速率达25MHz, 为了使HDTV能在现有的模拟电视信道 (带宽为6MHz~8MHz) 上进行传输广播, 必须对HDTV进行信道编码, 以压缩传输带宽。所谓信道编码就是选择合适的调制方式, 把25Mbps的视频数据调制到射频上, 并保持其带宽在6MHz~8MHz范围内。信源编码现已有统一标准, 采用MPEG-2, 而信道编码在国际上还没有统一的标准, 它将会各种体制并存。为完成信源编码和多种体制的信道编码, 采用软件无线电来实现就比较方便。

4.结束语

本文介绍了SDR的关键技术及应用领域。随着无线网络的发展, 各种无线通信体系结构和设计规范不断出现。未来的无缝多模式网络要求无线电终端和基站具有灵活的RF频段、信道接入模式、数据速率和应用功能。软件无线电可以通过灵活的应变能力, 提高业务质量;同时可以简化硬件组成, 快速适应新出现的标准和管理方式。因此它有着广泛的应用前景。是无线电通信领域的一次重大变革, 而且还代表着未来无线通信体制的发展趋势。

可以预见, 软件无线电将会把现代先进的通信技术、微电子技术和计算机技术结合在一起, 并随着现代微电子及计算机技术的发展和突破而实现腾飞。软件无线电作为3G移动通信中的关键技术之一受到人们的普遍关注。可以设想, 在使用了软件无线电技术的3G移动通信系统中, 将使原先不能互联的多种通信体制综合为一个通用的通信体制。这种崭新的通信体制将给我们目前的生活方式, 甚至思维模式带来巨大的变化, 软件无线电技术必将打开精彩纷呈的无线通信世界之门。

摘要：本文介绍分析了SDR的关键技术及应用领域。软件无线电技术的重要价值在于打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。其关键技术包括有宽带智能天线、信号采样、高速信号处理等等。随着现代微处理器技术、软件技术、数字信号处理技术以及专用集成电路的发展, 软件无线电系统及其高新技术的应用前景也将日益广阔。它将在军事通信、民用通信以及个人通信等领域内发挥巨大的作用, 将成为通信领域继固定通信到移动通信, 模拟通信到数字通信之后的第三次革命。

关键词：软件无线电,无线通信,移动通信

参考文献

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软件无线电技术的发展及应用 第9篇

软件无线电 (Software Defi ned Radio, 简称SDR) 是一种通过硬件作为无线通信的基本平台, 通过软件实现把尽可能多的无线通信及个人通信功能的现代通信技术。

一个典型的软件无线电平台由以下硬件组成:射频、中频、基带、信源和信令等。软件方面有可编程力强的DSP器件, 灵活的通信软件对工作频率、系统带宽、调制方式、信源编码等进行编程控制等应用软件和系统软件。

2 关键技术

软件无线电技术通过具体应用软件化, 有些设备的功能通过计算密集型的模式利用软件实现。在软件无线电的关键技术中, 宽带/多频段天线作为通信范围保障、A/D/A转换器件作为信号处理基础、DSP (数字信号处理器) 技术作为数据处理及实时操作系统作为软件基础平台等。

2.1 宽带/多频段天线

天线是通信的基本结构, 在软件无线电系统的天线部分应该尽可能满足覆盖全部无线通信频段。天线仍然是软件无线电技术中关键的一环, 软件需要满足一种与相应波段匹配, 并可通过各种频率信号且线性性能较好的宽带天线。

2.2 A/D/A转换器件

软件适合处理数字信号, 所以需要尽可能多的以数字形式处理无线信号。在设计数模转换软件或实现时对转换的要求很高, 因为需要把A/D转换尽可能地向天线端推移。

2.3 DSP (数字信号处理器) 技术

电台内部数据流量大, 需要利用DSP完成电台内部数据处理、调制解调和编码解码等工作。在一些高速、实时、并行的数字信号处理器模块或专用集成电路的相关任务就需要更加有效的DSP技术来处理滤波、变频等任务。

2.4 实时操作系统及软件算法优化

有了高性能的DSP处理器, 还需要有实时性高的应用软件和实时性高的操作系统支持, 使处理器充分发挥其性能。针对不同的通信模式, 制定或开发相应的实时操作系统和应用软件, 在实践中完善相关应用软件的算法, 与通信技术一起发展及灵活增加具有新的功能的系统模块, 使其提供更先进的服务。

3 软件无线电技术的应用

3.1 软件无线电技术在卫星通信上的应用

卫星通信的技术先进性, 覆盖广泛性等优点决定了其仍然是目前最重要的通信方式之一。但由于其技术大多采用复杂而且种类多的硬件设备, 使其维护工作相当繁杂, 管理工作效率很低, 不能很好的适应现代高科技的发展步伐和适应社会日益多元化的的通信需求。在软件无线电技术中可以采用模块方式对其功能分块, 使复杂的问题分解成多个小问题, 容易解决问题。卫星通信技术中应用软件无线电技术时也可以尽量不改变原有通信设备的前提下, 优化或升级其系统, 使其成本下降和灵活性增强。

3.2 软件无线电技术在4G上的应用

移动通信领域更新换代速度越来越快, 目前为止已经应用第四代移动通信技术。在第四代移动通信的发展中面临与第二代及第三代移动通信兼容的问题。假如仍然采用以前以硬件为中心来改造通信系统, 则会面临通信标准很难运用、成本太大、灵活性差、客户体验衔接差等问题。如果可以利用软件无线电技术来更新或改进通信技术, 则可以使系统的实用性和灵活性大大增强, 并与第二代及第三代移动通信兼容性增强。通信行业竞争是非常激烈的, 通信企业要想可持续发展就必须迅速抢占市场份额, 及时提升用户体验, 降低企业成本才能在行业中生存, 而软件无线电技术很好的解决了这些问题。

3.3 软件无线电技术在智能小区的应用

众所周知, 城市住宅小区是一栋栋紧挨的高楼组成的, 里面配套了健身场所, 超市, 饭店, 停车场等设施。所以小区的管理和运营就尤其重要。采用软件无线电技术对小区大门, 停车场, 水电设施进行全方位监控;对小区无线网络信号全覆盖;住户的大门都安装上应用软件无线电技术的脸部识别报警系统。小区的智能化很好的解决了目前有线监控设备、有线网络设备的安装占用宝贵的空间资源, 也方便后续设备升级维护, 方面小区高效管理。

4 软件无线电技术的发展趋势

(1) 软件无线电技术可以提高产业间的大规模合作, 软件无线电技术标准兼容性更好, 可以形成一套国际通用的软件无线电使用管理标准。

(2) 具有更加有市场前景的新型应用, 比如新型网络教育、移动终端的接入及应用、APP应用的灵活上传及下载等。

(3) 软件无线电的软件技术可以提高自适应频谱管理。

(4) 软件无线电将更多的向物理空间上的延伸, 使得物理空间物体有灵魂, 更加智能化。比如人工智能洗衣机, 智能化手机等。这将改变目前这些行业的赢利点, 所以未来这些企业将更多的在软件上投入研发资金, 在软件无线电技术中寻找属于自己的核心技术, 所以, 物理空间的产品智能化也未来发展的趋势之一。

摘要：软件无线电技术可以使产品的硬件大大简化, 可靠性大大提高, 成本更低廉;其升级、维护、操作都尽可能的在软件上实现, 大大节省了人工开支和提高了工作效率。由于软件开发成本低, 降低了更新换代的成本, 新技术产品的开发也逐步从硬件转到软件上来。文章从软件无线电应用的实用性入手, 分析了软件无线电的关键技术;重点分析了软件无线电技术在卫星通信上的应用、软件无线电技术在4G通信技术上的应用及软件无线电技术在智能小区的应用;最后展望了四种软件无线电技术的发展趋势。

关键词：软件无线电,软件无线电发展,软件无线电应用

参考文献

软件无线电在无线电监测中的应用 第10篇

关键词：软件无线电,无线电监测,应用

无线电是一种电磁波, 它是一种看不到摸不着的物质, 无线电监测主要包括以下几个方面:其一, 日常的检测工作, 主要内容包括电磁环境的检测和使用频率的检测。其二, 设备检测, 主要是检测相关设备的技术指标、型号特征以及其他设备等非无线电设备的电磁存在。其三, 空中的控制管理, 主要是指在特定的环境下, 采取有效的管理措施对发射出去的频率进行空中管理。其四, 无线电测向, 这种方式的目的主要是为了检查对无线电造成干扰的源头在哪里, 以及是否存在其他非法电台。由此可以看出, 通过检测不仅能够及时处理和检查到是否存在其他干扰情况, 而且还能够掌握每一段频率的实际使用情况, 为频率的规划和支配提供了有效的技术依据, 从而能够提高频率的利用效率, 满足不同的需求。而软件无线电就是在上述各种方面进行充分应用, 保证了各个方面的运行的稳定和安全。

1 软件无线电的结构

如图1所示, 软件无线电主要是由以下几种设备构成:天线、射频前端、高速转化器、通用和专用数字信号处理器、低速转化器、各种接口和软件。软件无线电的天线一般覆盖的范围比较广泛, 主要覆盖宽频范围, 并要求天线每一个频率的特性均匀, 能够满足不同业务的需求。为了方便软件无线电的使用, 可以在每一个频段甚至是全部的频段多使用几副天线, 并采用智能化的天线技术, 使其能够达到自动识别各频率的信号, 感知到空中的协议。在使用过程中应使用与之配套的通信协议, 实现全新功能。

2 软件无线天线的特点

该种无线电的特点主要集中表现在以下几个方面:其一, 可以自行进行相关程序的编程, 可以利用其自身携带的各种软件实现无线电的各种功能, 具有可重复利用的特点。能够实现上述可编程的结构主要是无线短波的波段、信道的接入方式和数据处理速度的快慢程度等。其二, A/D和D/A尽可能地向RF靠近, 也就是要求将相关装置接受到的信号进行数字化处理, 之后在较长的时间内将数字信号转变为需要的模拟信号, 同时能够到达设备充分利用相关元件和资源的目的。在上述过程中要求尽量利用软件自身携带的器件完成信号从采集到发射和相关信号处理的工作。其三, 可以实现监测的模块化, 软件无线电主要采用的是模块化的结构, 因此能够为以后的设备更换和升级改造创造良好的基础。新业务的增加仅需要向其中增加相关的插件和系统模块, 从而能够降低设备更新的额外花费, 在很大程度上提高各方面的系统。软件无线电的模块化主要是建立在总线结构的基础上, 当无线电监测采用这种方式之后, 能够使系统中的各个元件之间复杂的关系变得更为单一, 在很大程度上方便了无线电相关产品的系统化、标准化建设。

3 软件无线电在无线电监测中的应用

3.1 在日常监测中的应用

其一, 由于传统的通信制度和新型的通信系统同时存在, 系统之间的联系较为复杂, 因此, 需要寻求一种能够满足两者设备之间的无线电通信系统, 而软件无线电监测设备具有更广的扩展性和兼容性, 很好地解决了上述问题。其二, 随着科学信息技术的不断进步以及人们对新事物的需求不断增加, 需要无线电体系能够提供更加高质量的通信服务以及覆盖范围更广的系统, 以便实现无缝衔接似的网络覆盖, 要想实现这方面的要求就需要解决好电磁干扰、信道建设不通畅以及多种传播制式不兼容的问题。软件无线电在解决对通信技术方面提供的极大便利, 并且应用这种方式能够很好地解决各种设备升级改造所花费的额外的资金, 具有很大的应用前景和应用潜力, 同时这种方式还能够解决无线电处于被动的工作局面。其三, 无线电监测方式不能落后于相关科学信息技术的发展, 否则就会给无线电通信技术的发展带来严重阻碍。

3.2 对无线频率实施特定管理时的应用

通信设备的好坏是解决无线电发生突发性事件的重要设备之一。通信专网应包括短波的远距离通信以及中继台、车载台、可移动固定台等设备, 而在实际的应用中, 各地的无线电管理部门所采用的通信设备、信号传输的格式以及通信的制式各不相同, 且相互间存在很大的差异性, 兼容性差, 如果这些问题不能得到有效解决将严重阻碍通信专网的建设, 因此为了适应各种电台和各种频段的多种制式, 形成统一的通信网络, 软件无线电的应用可以起到重要的媒介作用。

3.3 在无线电测向中的应用

在日常的无线电干扰巡查过程中经常会利用无线电测向对其进行干扰排查, 发现不明的信号。而在无线电运行系统中, 无线电测向设备的价格昂贵, 造价较高, 且使用性能单一, 当单一测向设备面对的是频率较多, 波形复杂, 传播制式不同的无线电设备时, 就会显示出很大的局限性, 解决这种问题的方式是任务测向系统同小型的监测系统进行有效的组合运用, 这样可以降低使用设备的数量, 降低成本。软件无线电的程序的可编程性可以使测向设备实现一机多用的效果, 实现低投入、高回报的效果, 使监测与测向设备的资金投入比例趋于合理。

软件无线电在无线电监测系统中的应用, 为无线电相关的工作者提供了一套有效的管理方式, 是无线电监测工作的助推器。无线电监测应用软件无线电是未来发展的趋势。

参考文献

[1]陈志刚, 林军亮.软件无线电接收机仿真设计研究[J].科技信息, 2011, (15) :16-17.

软件无线电 第11篇

关键词：IEEE802.15.4协议；ZigBee协议；无线键盘

中图分类号：TP212.9

1 ZigBee协议及其应用

ZigBee协议底层是基于IEEE802.15.4无线通讯协议。ZigBee规范是由半导体厂商、技术供应商和其他公司组成的一家非营利工业协会（即ZigBee联盟）制定的。联盟当前的成员规模不断广大。ZigBee规范致力于利用IEEE802.15.4所提供的特性，ZigBee适用于低速率、低功耗的应用环境。

ZigBee是部署无线传感器网络的新技术。它是一种短距离、低速率无线网络技术，是一种介于无线标记技术和BlueTooth之间的技术提案。ZigBee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。

2 开发环境

2.1 硬件环境

JN51XX芯片是英国Jennic公司推出的高性能、低功耗的一系列无线SoC芯片，该系列芯片完全兼容，封装与管脚也完全一样，用户能够很容易的在该系列的产品中进行平台移植。JN5139与JN5121相比较，天线的灵敏度更高，功耗更低，通讯距离更远。

2.2 开发板

JN51XX-Z01-MXX模块：JN51XX-Z01模块是基于JN51XX芯片所开发的一系列表帖形式的模块产品。该系列模块集成了所有的射频组件和无线微控制器。采用模块进行开发可以大大的减少开发人员的工作量，缩短产品的开发周期。这一系列的模块包含下列不同的型号：JN51XX-Z01-M00内置陶瓷天线；JN51XX-Z01-M01带有SMA天线连接接口；JN51XX-Z01-M02带有功率放大器和SMA天线连接接口。

开发包中的主要部件就是传感器板，之所以叫做传感器板是因为每一个板子上都集成了相应的温湿度一体传感器，这样用户就可以直接利用传感器板进行一些应用的测试和开发。传感器板包含的部件如下所介绍：

JN51XX模块板载温湿度传感器RS232接口：用于编程或者连接其他的串口设备JN51XX的I/O扩展端口，RS485 J1 CMOS Program，J2 Prog Run，J3 Flash，J4 I/O脚，J5 RS232/Program Port，J6 J1和J5编程/串口选择，J7 RS485端电阻，J8如图标注，SW1，SW2可编程按键，SW3开关（可选择外供电或电池），PWR电源指示灯LED1，LED2可编程LED。

2.3 软件环境

ZigBee开发环境有多种平台，在设计过程中主要使用了Jennic的设计平台Code：：Blocks，它是一个全功能的，开放的免费提供的IDE，基本包含代码开发编译工具、程序下载工具等基本组成部分。其中，代码编译工具包括以下几个内容：CodeBlocks IDE、Jennic Cygwin、ZigBee stack和MAC stack、Jennic Debugger Tools；第二个部分则是Jennic Flash Programmer的安装。

3 程序的设计和实现

3.1 方案设计

此方案有硬件有五部组成：传感器板子，控制器板子，一个普通的键盘，一个5V电源，连接线。可以实现通过键盘输入字符，此字符先转化为二进制代码，并打包分批传递到传感器板子，传感器板子通过无线网络发送给控制板子，控制板接受数据后将二进制代码还原为字符，并通过屏幕显示出来。

3.2 程序设计流程

根据性能和作用的分析，可以把这两块代码执行的情况用流程图表示出来。传感器板应用程序软件的主要任务有三个：读PS2总线，传输一个字节的键盘码，接受到一个确定。传感器板把键盘传过来的键码一个一个的发送给控制板，等待控制板的确认信息，收到确认后接着发送下一个键码，没有收到且超时就重新发送一次。在无线键盘应用程序的设计中最主要的是把应用程序中断和协议栈中断分开。控制板应用程序在整个流程中显得很简单，只接受到键盘码序列，然后翻译成ASCII码，再将其显示到LED，然后发送一个确认给等同的应用程序。既控制板那边就是不停检测是否收到数据，如果收到，首先判断收到的数据是否在有效范围内，如果是就翻译，然后把翻译后的数据显示在LCD显示屏上，如果不是就接收下一个数据。

3.3 程序调试、下载和运行结果

打开Jennic CodeBlocks，打开ZigBeeKEyboardEndDevice工程目录，并鼠标右键选择Build options，选择合适的调试器，用同样的方法对ZigBeeKeyboardCoord工程目录执行同样的操作，具体步骤同上。然后对ZigBeeKEyboardEndDevice工程下的PS2socket.c文件，ZKBgetKey.c文件，ZKBsensor.c文件进行编译和链接，选择ZigBeeKEyboardEndDevice后点击build按钮。编译ZigBeeKEyboardEndDevice。编译完成后您将在工程目录下找到一个 JN5121_Build目录，将在这个目录下找到ZigBeeKeyboardEndDevice.bin文件，同样的方法编译ZigBeeKeyboardCoord在JN5121_Build 目录同样也生成相应的bin文件，下载和编译应用程序如下所示：

第一步：保证工程目录存在于＼cygwin＼jennic＼developer 的安装路径就是Jennic SDK被安装的位置。

第二步：使用在当地Build目录下提供的MakeFile文件，Build应用程序。或者是提供Code：：Blocks工程文件 （.cbp文件）。

第三步：下载已经生成的二进制文件到板子上。

（1）下载ZigBeeKeyboardCoord.bin 到Jennic控制板上；

（2）下载ZigBeeKeyboardEndDevice.bin到Jennic控制板上。

4 结束语

通过ZigBee技术，以其高效的传输速率、良好的可靠性、网络组建方便、节点容量大和功耗小等优点无线网络设备中扮演着重要角色。通过以上对无线键盘系统的设计得出其在当今网络通信领域的特点：首先网络连接方便，有多种网络结构可以选择：星型网络适合实现对键盘设备的几种无线控制；树型网络则适合于分级控制；网格型网络适合对无线通信系统的交错控制；其次采用编码技术，提高了信息传输过程中的可靠性；路由技术应用提高了连接的节点数量，并且保证可靠信息传输路径，延长了传输局距离、拓展了控制范围；增加了传输信道；并且保证了在每一个节点都能工作在节点模式下。

参考文献：

[1]雷亚平，沈春林，杨忠.嵌入式系统的组成、设计与调试[J].航空计算技术，2003（03）.

[2]斯托林斯.无线通信与网络[M].北京：清华大学出版社，2004：453-462.

[3] 参考文献有问题 改成：关宇东，李泽鲲.基于CAN总线的无线通信技术研究[J].工业控制计算机，2004（10）.

作者简介：吕晓芳（1983.11-），女，河南郑州人，本科，助教，学士学位，研究方向：计算机应用技术。

软件无线电的可行性应用分析 第12篇

1. 软件无线电的可行性

软件无线电给我们描绘了未来通信的美好前景，但具体实现要面临哪些问题?利用软件来满足高性能、高灵活性的要求是完全可行的，但是，对于未来通信来说，终端设备的小型化和低的功率消耗必定是主流趋势，这一点在软件无线电的设计中还有待讨论。

一个可行的方案是结合嵌入式设计技术，对设计任务专门制定其架构，基于通用单元提供一些标准的接口，可用高级语言来编写程序实现特定应用。但软件无线电的硬件设计强调的是通用性，过于专用性的嵌入式设计是不现实的。

从使用的处理器出发考虑，虽然使用单处理器可以实现高速，但其速度还不足以支持高频无线电，而若改用大型处理器其能源利用率又不够理想。根据奈奎斯特定理，当采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样之后的信号可以完整地保留原始信号中的信息。即便改善的高频放大器可以工作在更高的频率上，但移动通信使用的载波频率都要高达几百MHz，比如使用500MHz，那么采样频率就必须达到10亿Hz以上。什么样的处理器才能满足这种高速要求?

事实分析证明，由于在信号的传输过程当中，除了发送与接收之外，处理器还必须完成相应的滤波、调制解调和纠错功能，通用处理器一般能耗为10到100W，而未来移动通信系统应当只消耗75mW左右，就算使用的软件功能再完美，任何一种处理器都不可能达到理想的速度和功耗要求。我们只有在初始阶段使用模拟滤波器进行信号处理并且在较低频率应用软件无线电，才能使得处理器有足够的余量进行工作，目前较常采用的也是这一理念。

2. 接收系统中的应用分析

无线电通信的硬件接收机结构如图1所示，混频是最常用的下变频技术之一，调整本振信号的频率，使其始终高出接收到的射频信号一个固定的差频，通过一次或多次变频就可以将射频信号转为中频信号。

引入软件无线电技术之后，其核心构想就是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D、D/A变换器，但通过分析，我们已经知道使用现有的技术仅在信号采样方面就无法在射频段工作，那么除却射频段，最靠近天线的地方就是中频部分了，我们可以在中频进行信号的数字化，其后的处理就可以全部依靠可用软件定义的功能模块来操作了。

2.1 关键技术———数字下变频

数字器件与模拟器件相比，有着更低的功耗和更低的成本，因此数字下变频较模拟混频方法具有体积、成本和功耗上的巨大优势。天线能够接收到系统的整个频段，而通过数字下变频后，用户应该只收取其中一个很窄的信道，所以必须将含有多路信道的高速数字信号进行信道划分与提取，包括变频、滤波和降采样等处理，从而提取需要的窄带信号，并降低此信道的数据量，减轻CPU的工作开销。

当然，数字下变频不可能直接一次性完成信号的转换，可以考虑在经过一级模拟下变频基础上，用压缩抽取的方法完成数字化的中频信号的下变频，或者采用多级抽取技术以降低运算量。如使用级联积分梳状抽取滤波器(CIC抽取滤波器)，只有加法运算，可以为实现采用率变换提供较高的性能，其单元结构如图2所示。

2.2 基带信号处理

经过下变频处理完成的信号，完成A/D采样数字化，随即送入基带信号处理单元，这一部分完全可以只采用通用的FPGA芯片，完成PN码的捕获、信号解调等操作。此类技术在通信系统中相对较为成熟，它可以快速完成需要进行并行处理的运算，且具有可重配置的特性，所以开发的成本与工作量小，不过由于外部配置晶体管的问题，功耗问题还有待进一步解决。

3. 发射系统中的应用分析

发射机能否适用于不同的模式环境，最主要的还是能否实现多种信号调制方式，软件无线电的各种调制信号应当只需要以一个通用的数字信号处理平台为支撑，而每一种调制算法直接做成软件模块形式，要产生某种调制信号只需调用相应的模块即可。从通信学意义来说，调相技术在带宽利用率上具有很大优势，所以成为移动通信的首选调制方式。

从理论上来说，各种通信信号都可以用正交调制的方法来实现，其常规表达式为：

每种调制手段的I (t) 、Q (t) 不同，但调制信号都已包含在内。根据这一算法特点，我们可以很方便地设计出利用专用集成芯片(ASIC)完成各种调制方式的通用硬件平台，使用数字正交上变频器类的ASIC(如Analog Device公司的AD9856等)接收来自经DSP处理后的基带数字序列，将其上变频至中频。其框架模型如图3所示。

具体来说，模拟信源经过ADC采样后或经过FPGA进行基带处理后再送往ASIC，而数字信号源则先送往FPGA，利用FPGA完成编码、I/Q通道分离、基带成型等步骤再送至ASIC，最终数字完成上变频。

4. 结语

软件无线电是当今计算机技术、嵌入式技术和数字信号处理技术的在通信领域的综合性应用产物，本文主要根据其概念来探讨其可行性，并针对实际应用提出了可行的设计方案，为构建真正意义上的完整的软件无线电通信系统提供了前提条件。当然，在今后的仿真和具体实现的研究中，如何将软件部分真正实现即插即用的模块化，以及其接口技术是主要研究内容。

参考文献

[1]Wayne Wolf.Building the software radio.Embedded Computer, 2005.

[2]华光学.软件无线电的系统仿真[D].西安:西北工业大学, 国防科技研究院, 2005.

[3]阮秀凯, 张志涌.基于Simulink的软件无线电接收系统仿真[J].系统仿真学报, 2005, (17) .