論基于軟件無(wú)線電的通信系統(tǒng)

云南省無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心 李 玲

在經(jīng)濟(jì)水平和生產(chǎn)力水平不斷提升的前提之下，人類(lèi)的通信需求也越來(lái)越旺盛，現(xiàn)代通信對(duì)安全性以及及時(shí)性要求越來(lái)越高，嶄新的通信要求呼喚新的通信方式的誕生，軟件無(wú)線電依托數(shù)字化和模塊化具有極強(qiáng)的可編程性，被譽(yù)為信息領(lǐng)域的第三次變革，以靈活開(kāi)放的運(yùn)用方式成為通信行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

一、軟件無(wú)線電系統(tǒng)的簡(jiǎn)單介紹

近二十年來(lái)世界范圍內(nèi)對(duì)軟件無(wú)線電技術(shù)的研究越來(lái)越深刻，得到了通信行業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可，軟件無(wú)線電系統(tǒng)依托于硬件系統(tǒng)，以相關(guān)的編程軟件為手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，達(dá)到全頻段信息覆蓋的目的。近幾年軟件無(wú)線電技術(shù)更加迅猛，在無(wú)線移動(dòng)通信普及程度越來(lái)越廣的前提下，依托于軟件無(wú)線電技術(shù)建立新的通信體制成為可能，在更新通信方法時(shí)，無(wú)須對(duì)原有的硬件設(shè)備進(jìn)行變更，可以根據(jù)使用需要在DSP部分加載不同的軟件，即可完成系統(tǒng)的升級(jí)，使用戶獲得更高性能的通信業(yè)務(wù)。

軟件無(wú)線電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括電源和天線，完成變頻任務(wù)的射頻前端，完成信息轉(zhuǎn)換的A/D/A轉(zhuǎn)換器，以及數(shù)據(jù)的處理器和存儲(chǔ)器。軟件無(wú)線電系統(tǒng)在進(jìn)行工作時(shí)，覆蓋多頻段的天線對(duì)附近的能量進(jìn)行智能分析，自動(dòng)調(diào)整指向并接收信息，然后將信息傳送到射頻部分；射頻部分在接收到模擬信號(hào)之后進(jìn)行變頻處理，將信號(hào)傳遞到中頻進(jìn)行數(shù)字化的處理；在軟件處理DSP部分，對(duì)寬帶的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行合成和解調(diào)，編程后進(jìn)行解碼和譯碼最后輸出信號(hào)。

二、軟件無(wú)線電應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)

理想的軟件無(wú)線電系統(tǒng)可以有效減少模擬處理的環(huán)節(jié)，接收端的天線在接受信號(hào)之后，通過(guò)調(diào)制和變頻程序即可進(jìn)行編碼，整個(gè)通信過(guò)程使用與無(wú)線電工程中的任何領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，相比于其他類(lèi)型的無(wú)線電通信技術(shù)，應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的軟件無(wú)線電具有以下顯著的優(yōu)勢(shì)：

（一）實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的功能模塊化

功能模塊化是軟件無(wú)線電技術(shù)的設(shè)計(jì)理念，對(duì)通信系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行系統(tǒng)化的模塊設(shè)計(jì)，可以方便對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行管理，應(yīng)用軟件無(wú)線電技術(shù)的整個(gè)通信系統(tǒng)硬件平臺(tái)實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，并且遵循開(kāi)放性的設(shè)計(jì)原則，在需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或者性能提升時(shí)，可以通過(guò)單獨(dú)模塊的更換實(shí)現(xiàn)，減輕了通信人員的工作壓力，也降低了通信系統(tǒng)建設(shè)的投資。

（二）有利于通信系統(tǒng)的靈活重構(gòu)

軟件無(wú)線電技術(shù)是全面數(shù)字化的系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的工作重點(diǎn)是以數(shù)字化的處理方式對(duì)天線周?chē)囝l段的信息進(jìn)行處理，軟件化的功能增強(qiáng)了通信系統(tǒng)的靈活性。在通信技術(shù)日新月異的當(dāng)今時(shí)代，通信技術(shù)和通信設(shè)備在不斷更新，軟件無(wú)線電系統(tǒng)的寬頻處理方式依托于原有的硬件設(shè)備，具有極強(qiáng)的兼容性，以功能性的軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的編程，有助于通信系統(tǒng)的靈活重構(gòu)。

三、在通信系統(tǒng)中應(yīng)用軟件無(wú)線電技術(shù)的幾個(gè)核心技術(shù)

目前在通信系統(tǒng)中成功應(yīng)用軟件無(wú)線電技術(shù)的例子大多數(shù)是軍事方面，總結(jié)使用過(guò)程中的成功經(jīng)驗(yàn)可以有助于軟件無(wú)線電技術(shù)的推廣，使軟件無(wú)線電技術(shù)在民用通信行業(yè)中也發(fā)揮出應(yīng)有的作用，在目前GSM和WCDMA網(wǎng)絡(luò)并行的通信時(shí)代，以現(xiàn)有硬件為基礎(chǔ)借助軟件的編程作用實(shí)現(xiàn)頻譜之間的兼容，具有廣闊的應(yīng)用前景。

（一）覆蓋多頻段的天線技術(shù)

軟件無(wú)線電技術(shù)以天線完成對(duì)信號(hào)的收集，因此對(duì)天線的安裝要求比較高，天線需要全面覆蓋周?chē)男畔⑼ㄐ艆^(qū)域，具有比較大的信息接受范圍，從天線頻段上來(lái)說(shuō)，要求天線的覆蓋頻段為2-2000MHz，實(shí)際上，就目前的技術(shù)水平，無(wú)法研究出這種全頻段的天線，因此在實(shí)際應(yīng)用中軟件無(wú)線電系統(tǒng)所采用的天線只需覆蓋關(guān)鍵的頻段窗口，采用組合式的多頻段方式即可完成使用要求。

（二）提升寬帶的模/數(shù)性能

決定寬帶模/數(shù)性能的主要因素是對(duì)信息進(jìn)行采樣的速率，以及采樣的位數(shù)，采樣的速率由信號(hào)的帶寬決定，采樣的位數(shù)則需要滿足信號(hào)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中的精度要求，目前使用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器不能同時(shí)滿足速率和采樣位數(shù)的要求，在進(jìn)行信息采集時(shí)，可以通過(guò)多個(gè)采樣電路串聯(lián)的方式，將量化的采樣速度降低，從而實(shí)現(xiàn)提高采樣分辨率的目的。

（三）完成降噪任務(wù)的射頻前端

在信號(hào)采集之后，并不能直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，需要以射頻前端對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，包括噪聲的處理，以濾波和混頻為手段，對(duì)信號(hào)進(jìn)行增益控制，增大信號(hào)的輸出功率，射頻前段需要有比較高的工作頻率和工作帶寬，該模塊在信號(hào)格式上應(yīng)該與后續(xù)的A/D/A模塊匹配，以順利完成后續(xù)的數(shù)字化處理任務(wù)。

（四）實(shí)現(xiàn)中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換的A/D/A轉(zhuǎn)換器

中頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)由A/D/A轉(zhuǎn)換器完成，在模/數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，要求整個(gè)系統(tǒng)能夠高速完成信號(hào)的處理任務(wù)，以高采樣率以及高帶寬基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的動(dòng)態(tài)調(diào)制，有效降低信號(hào)的信噪比。轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)的處理之后，將把信息以帶代碼的形式傳送到DSP處理器中，為信息的編程提供基礎(chǔ)。

（五）對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的DSP處理器

高速的DSP芯片是軟件無(wú)線電通信技術(shù)的核心，是針對(duì)通信過(guò)程中不同頻段的信息進(jìn)行處理的部件，通過(guò)離散時(shí)間點(diǎn)的運(yùn)算方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，從可選擇的業(yè)務(wù)波段中選擇一個(gè)合適的波段，建立中等帶寬的用戶通信渠道，并將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換到該通道上，最終完成通信任務(wù)。

四、軟件無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展前景

在對(duì)軟件無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行研究的過(guò)程中，對(duì)SDR功能呢個(gè)的擴(kuò)展研究發(fā)現(xiàn)，可以對(duì)天線周?chē)碾姶怒h(huán)境進(jìn)行感知，以無(wú)線電語(yǔ)言和通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)只能交流，并對(duì)交流的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的傳輸，使通信系統(tǒng)中的無(wú)線電參數(shù)與環(huán)境參數(shù)高度匹配，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)可靠性的有效提升，以及對(duì)頻譜帶寬的有效利用，這就是認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)（CR）。

區(qū)別于SDR強(qiáng)調(diào)以軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行編程的形式，CR注重?zé)o線電系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的感知，并根據(jù)對(duì)環(huán)境的感知進(jìn)行工作狀態(tài)的微調(diào)，以目標(biāo)推理和高層規(guī)劃為基礎(chǔ)展開(kāi)通信業(yè)務(wù)方式，也使CR被稱為智能無(wú)線電。CR技術(shù)被認(rèn)為是通信行業(yè)中無(wú)線通信技術(shù)的“下一件大事”，目前也已經(jīng)受到了廣大研究者的普遍關(guān)注，但是技術(shù)上尚存在一定的欠缺，如頻譜以及路由器的選擇技術(shù)，以及提高頻譜利用率的有效方式等。

五、結(jié)語(yǔ)

軟件無(wú)線電具有極強(qiáng)的開(kāi)放性，符合未來(lái)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，是現(xiàn)代的通信技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，相比于傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性，無(wú)論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。軟件無(wú)線電的發(fā)展客觀上帶動(dòng)著認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的進(jìn)步，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)尚存在不少的缺陷，相關(guān)的研究人員應(yīng)該積極努力，為未來(lái)的無(wú)線通信技術(shù)注入了新的活力。

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