軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用

山西信息規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 牛 偉

引言

移動(dòng)通信是人們生活生產(chǎn)中重要的組成部分，并發(fā)揮著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們對(duì)移動(dòng)通信提出的要求越來(lái)越高，在時(shí)代發(fā)展需求不斷提高的背景下，4G/LTE/WiMax等通信制式相繼應(yīng)運(yùn)而生，而這種多模、多頻段、多功能的通信制式也給無(wú)線(xiàn)基站和終端的研發(fā)及測(cè)試帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。隨著新的通信標(biāo)準(zhǔn)不斷推出，再加上無(wú)線(xiàn)通信市場(chǎng)的快速變化，都在很大程度上提高了對(duì)測(cè)試的要求，而如何滿(mǎn)足測(cè)試要求是當(dāng)下移動(dòng)通信企業(yè)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。為了更好的提高移動(dòng)通信測(cè)試質(zhì)量和效率，就需要加強(qiáng)應(yīng)用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在提高測(cè)試效率以及降低測(cè)試成本方面發(fā)揮著重要的作用。

1.軟件無(wú)線(xiàn)電概述

軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是采用現(xiàn)代化軟件對(duì)傳統(tǒng)的純硬件電路進(jìn)行操縱和控制的無(wú)線(xiàn)通信。傳統(tǒng)的硬件無(wú)線(xiàn)電通信設(shè)備只是作為無(wú)線(xiàn)通信的基本平臺(tái)，而在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的支持下，許多通信功能都可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)最大價(jià)值的體現(xiàn)。軟件無(wú)線(xiàn)電的基本思想就是將寬帶模數(shù)變換器以及數(shù)模變換器與射頻天線(xiàn)相靠，并建立一個(gè)通用開(kāi)放的硬件平臺(tái)，在硬件平臺(tái)中利用軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電臺(tái)的各種功能模塊。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可以通過(guò)軟硬件結(jié)合使得設(shè)備、終端具有可配置的能力，在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的支持下，可以實(shí)現(xiàn)段多模式、多功能、多頻的無(wú)線(xiàn)通信測(cè)試[1]。所以軟件無(wú)線(xiàn)電在移動(dòng)通信領(lǐng)域中有著較為廣泛的應(yīng)用，尤其在移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域，也發(fā)揮著重要的作用。

2.軟件無(wú)線(xiàn)電結(jié)構(gòu)組成分析

想要合理的應(yīng)用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，使得軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)充分發(fā)揮其作用，就必須對(duì)軟件無(wú)線(xiàn)電的結(jié)構(gòu)組成有所了解。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的基本組成包括天線(xiàn)、多頻段射頻變換器、處理器、儲(chǔ)存器等，如圖一所示，這些組成部分在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的應(yīng)用中都發(fā)揮著重要的作用，每一個(gè)部件都是幫助無(wú)線(xiàn)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)其所需要的接口功能的關(guān)鍵所在[2]。就軟件無(wú)線(xiàn)電主要構(gòu)成單元天線(xiàn)而言，由于軟件無(wú)線(xiàn)電要支持多種通信標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)頻寬有著一定要求，目前軟件無(wú)線(xiàn)電多采用組合式的多頻段天線(xiàn)以此來(lái)滿(mǎn)足在很寬的頻寬內(nèi)工作。就射頻變換器而言，射頻前段包括低噪音放大器、濾波器、功率放大器。與傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電相比，軟件無(wú)線(xiàn)電的數(shù)模和模數(shù)與射頻段更加接近，其中DSP/FPGA也被高速的DSP/FPGA所代替，通過(guò)結(jié)合做數(shù)字化處理，可以更好的提高軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的有效性，進(jìn)而促進(jìn)軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在應(yīng)用中充分發(fā)揮其作用。在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)支持下，不僅可以使用一個(gè)BF模塊，也可以實(shí)現(xiàn)橫跨多個(gè)頻段。就目前來(lái)看，軟件無(wú)線(xiàn)電的主要技術(shù)包括高速寬帶A/D變化、并行DSP處理、職能天線(xiàn)技術(shù)、寬帶變頻技術(shù)等。軟件無(wú)線(xiàn)電與傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電有較大的差異性，比如相比傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電而言，軟件無(wú)線(xiàn)電具有很強(qiáng)的開(kāi)放性和靈活性，這也是軟件無(wú)線(xiàn)電的優(yōu)勢(shì)所在。

圖一 軟件無(wú)線(xiàn)電結(jié)構(gòu)組成圖

3.軟件無(wú)線(xiàn)電關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 寬帶A/D變換

軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中寬帶A/D變換是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)內(nèi)容，如圖二所示，在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)應(yīng)用中，一個(gè)較為顯著的特征就是數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器靠近射頻端，其中數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器就是A/D。中頻信號(hào)的帶寬一般為幾十兆赫茲，在中頻階段實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化中，對(duì)于抽樣頻率、動(dòng)態(tài)氛圍有著較高的要求，而由于A/D變換設(shè)備容易受到不確定因素影響，所以在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中為了保證抽樣頻率及動(dòng)態(tài)范圍，會(huì)選取2.5倍的寬帶來(lái)完成信號(hào)轉(zhuǎn)換[3]。就目前來(lái)看，大多數(shù)無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)都工作VHF、UHF頻段，如果直接進(jìn)行A/D變換還存在一定的困難，所以一般都是先處理為中頻輸出，然后在由ADC數(shù)字化。

圖二 A/D變換器電路圖

3.2 數(shù)字中頻技術(shù)

數(shù)字中頻技術(shù)也是軟件無(wú)線(xiàn)電中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。就目前來(lái)看，隨著寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，對(duì)無(wú)線(xiàn)設(shè)備數(shù)字中頻帶寬和通道數(shù)的要求也在不斷提高，在此背景下，DSP處理器的缺陷就逐漸暴露出來(lái)，在實(shí)際應(yīng)用中DSP也無(wú)法滿(mǎn)足相應(yīng)需求，因此，引入數(shù)字中頻處理是減輕DSP處理負(fù)擔(dān)的關(guān)鍵。數(shù)字中頻技術(shù)較為復(fù)雜，其中包括數(shù)字上變頻、數(shù)字下變頻、數(shù)字預(yù)失真等。數(shù)字上變頻主要是通過(guò)插值濾波形成高速率信號(hào)，最終進(jìn)行A/D變換。在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)應(yīng)用中，數(shù)字下變頻是A/D變換后的數(shù)字信號(hào)處理器。

3.3 高速數(shù)字信號(hào)處理

軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)應(yīng)用中，高速數(shù)字信號(hào)處理是尤為重要的組成部分，在軟件無(wú)線(xiàn)電中，基帶處理、調(diào)制解調(diào)、解碼都是高速數(shù)字信號(hào)處理。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也有了很大的進(jìn)步，并且越來(lái)越成熟。在高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的支持下，可以有效滿(mǎn)足高帶寬、高速的運(yùn)算處理工作需求[4]。可編程數(shù)字信號(hào)處理一般有DSP、FPGA、FIR專(zhuān)用芯片、儲(chǔ)存器、接口這五個(gè)部分組成，其中DSP是核心部分，為了保證高速數(shù)字信號(hào)處理的有效性，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件科學(xué)合理選擇DSP芯片。

4.軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著軟件無(wú)線(xiàn)電概念提出后，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)受到了各個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注和重視。在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)不斷發(fā)展下，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，比如在軍事領(lǐng)域、民用通信領(lǐng)域、移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域中都有了廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)揮著重要的作用。

4.1 個(gè)人移動(dòng)通信

近年來(lái)，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展以及移動(dòng)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，移動(dòng)通信已經(jīng)成為了人們生活中重要的組成部分，同時(shí)人們對(duì)通信技術(shù)的需求也在不斷的增加。為了更好的滿(mǎn)足人們的需求，新通信體制相繼誕生，而新通信體制必然會(huì)出現(xiàn)與老通信體制并存的局面，這樣一來(lái)就是的通信系統(tǒng)更加多樣化和復(fù)雜化。為了使軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)能夠更好的滿(mǎn)足人們的需求，就需要尋找更加具有拓展力的個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)。比如可以采用無(wú)線(xiàn)電結(jié)構(gòu)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)就是軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)應(yīng)用的體現(xiàn)。 該系統(tǒng)主要是由軟件來(lái)定義功能，并且該系統(tǒng)對(duì)硬件的要求也比較簡(jiǎn)單。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)在測(cè)試中的應(yīng)用，首先應(yīng)該對(duì)檢測(cè)傳播的途徑與可用的傳輸信道進(jìn)行區(qū)分，然后根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的功率與合適的信道調(diào)制，最后才能夠進(jìn)行發(fā)射[5]。

4.2 通信測(cè)試儀器

就傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電技術(shù)來(lái)說(shuō)，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，以及人們對(duì)通信技術(shù)要求的不斷提高，ADC、FFT硬件、DSP顯然無(wú)法滿(mǎn)足發(fā)展需求。就目前來(lái)看，雖然實(shí)時(shí)頻譜儀能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)基帶部分的數(shù)字化，但是對(duì)于移動(dòng)通信測(cè)試來(lái)說(shuō)確實(shí)十分不便。因此，SDR要求A/D、D/A器件盡可能的靠近天線(xiàn)射頻端，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)更早數(shù)字化。近年來(lái)，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能的ADC、FPGA/DSP等器件紛紛被推出，在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的應(yīng)用下，數(shù)字中頻頻譜儀也得以實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)中頻頻譜儀相比，數(shù)字中頻頻譜儀可以直接通過(guò)AD器件實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)通過(guò)使用數(shù)據(jù)處理方式，最終完成輸入信號(hào)頻譜計(jì)算。

4.3 軍事通信

就軍事通信而言，在移動(dòng)通信方面需要保證海陸空三軍的通信互不干擾、互不影響，因此，就必須是的海陸空三軍的工作頻段各不相同，對(duì)此為了更好的保證軍事通信質(zhì)量和效率，就需要應(yīng)用到軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。就目前來(lái)看，在移動(dòng)通信領(lǐng)域中，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，比如在3G/4G/LTE等基站中，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)都發(fā)揮著重要的作用。但是在不同的基站中，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的應(yīng)用在細(xì)節(jié)上還是存在一定的差異?，F(xiàn)如今，電子戰(zhàn)可以說(shuō)已經(jīng)覆蓋了整個(gè)無(wú)線(xiàn)頻段，這樣一來(lái)電子戰(zhàn)的頻段就十分寬，但是需要等待處理的信號(hào)類(lèi)別也比較多，所以電子戰(zhàn)的工作往往都是被動(dòng)接受的。為了更好的提高軍事通信質(zhì)量，避免對(duì)軍事活動(dòng)造成影響，就需要研究出作戰(zhàn)能力寬、頻段寬、適應(yīng)性好的波形，只有這樣波形能夠具有良好的適應(yīng)能力以及對(duì)地方信號(hào)的識(shí)別能力。而想要滿(mǎn)足這些就需要加強(qiáng)軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的應(yīng)用。

5.結(jié)束語(yǔ)

隨著通信標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和演進(jìn)，對(duì)移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域的要求也相繼不斷提高，因此，為了滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展需求，更好的促進(jìn)移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域的發(fā)展，就需要加強(qiáng)軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)應(yīng)用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可以促進(jìn)移動(dòng)信息測(cè)試更加規(guī)范、科學(xué)、精準(zhǔn)，這不僅能夠促進(jìn)我國(guó)移動(dòng)通信的良好發(fā)展，同時(shí)也能促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)信息技術(shù)水平得到提高。

[1]劉佳.談軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用[J].新通信,2018,20(2):2-3.

[2]劉睿.軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].信息與電腦(理論版),2017(20):68-69+72.

[3]李鵬,曾令剛,楊保亮,楊守良,干紅平.基于軟件無(wú)線(xiàn)電的移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)時(shí)測(cè)試平臺(tái)[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,38(7):199-208.

[4]韓健,林韜.移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域中軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)應(yīng)用[J].科技資訊,2014,12(24):6+8.

[5]巴根.淺析4G通信技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)[J].考試周刊,2014(35):98-99.