軟件無線電技術論文(2)
軟件無線電技術論文
軟件無線電技術論文篇二
淺談軟件無線電技術
摘要：本文綜述軟件無線電技術的概念、特點及結構，闡明了軟件無線電技術關鍵技術實現(xiàn)難點，及無線電臺多頻段、多工作方式互通問題的解決思路。
關鍵字：軟件無線電 寬帶天線
【分類號】：TM73
軟件無線電技術最初起源于美國軍方。在海灣戰(zhàn)爭期間，由于美軍陸、海、空三軍的通信裝備在工作頻段、通信體制、信息傳輸格式等方面各自為政、互不兼容，雖然解決了三軍間的相互干擾問題，卻也因此導致在聯(lián)合作戰(zhàn)時各軍兵種無法進行快速溝通、互傳信息和情報，沒有形成真正意義上的聯(lián)合作戰(zhàn)。于是，在1992年5月的全美電信系統(tǒng)年會上，MITRE公司的資深科學家Joe Mitola提出了軟件無線電技術，用以解決美軍三軍之間無線電臺多頻段、多工作方式互通問題。
1.軟件無線電的概念和基本思想
軟件無線電定義為：能夠實現(xiàn)充分可編程通信，對信息進行有效控制，覆蓋多個頻段，支持大量波形和應用軟件的通信設備。簡而言之，軟件無線電就是一種用軟件實現(xiàn)物理層連接的無線通信設計。
軟件無線電的基本思想是在一個標準化、模塊化的硬件平臺上，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能。未來新系統(tǒng)的升級、新產(chǎn)品的開發(fā)將逐步轉到軟件上來，這是無線電通信繼固定通信到移動通信、模擬通信到數(shù)字通信之后的第三次革命，它將通過與現(xiàn)代微電子技術、軟件技術和數(shù)字通信技術的結合，實現(xiàn)真正的多媒體、多模式的個人通信系統(tǒng)這一軟件無線電的最終目標。
需要區(qū)分的是，目前使用的全數(shù)字化無線電臺雖然也采用了軟件控制和數(shù)字處理技術，但他們并不屬于真正的軟件無線電。其根本區(qū)別在于，軟件無線電的結構和功能是完全可編程的，它的工作頻段、信道接入模式和信號調制解調的方式都是可以通過編程來滿足實際需要，而這些功能全數(shù)字化無線電臺是無法實現(xiàn)的。
2.軟件無線電的主要特點
(1)功能實現(xiàn)靈活
軟件無線電的功能是可編程的，因此實現(xiàn)靈活，例如對信道帶寬、調制方式及編碼方式進行動態(tài)調整，以適應不同網(wǎng)絡標準、通信負荷及用戶需要的變化。它還可以與其他任何體制的電臺實現(xiàn)空中接口，進行不同制式間的通信，也可以作為其它電臺的射頻中繼。
(2)系統(tǒng)升級成本低
由于采用標準化、模塊化的結構，其硬件可以隨器件和技術的發(fā)展而更新或擴展，軟件也可以隨需要不斷升級。模塊的通用性強，能在不同的系統(tǒng)和系統(tǒng)升級時復用。因此在技術更新時，只需更換個別的模塊即可，也可將更換下來的模塊用于其他需求不同的系統(tǒng)，大大節(jié)約費用開支;
(3)生命周期長
軟件無線電具有多頻段、多功能通信的能力，因此不僅能與新體制電臺通信，也可以與舊體制電臺相兼容，這樣既延長了舊體制通信系統(tǒng)的使用壽命，也保證了軟件無線電本身有很長的生命周期。
(4)支持網(wǎng)絡功能強
軟件無線電技術支持軟件可以通過無線方式載入，增添新的功能和軟件升級都非常方便。例如，在民用方面，當用戶到其他國家或者地區(qū)時，僅僅需要通過軟件無線電裝置空中接收該地區(qū)的通信標準，下載后即可利用該通信標準進行通信。
3.軟件無線電的理想結構
這是一種理想化的結構，完全符合軟件無線電的標準，把模擬電路的數(shù)量減少到了最低限度，將整個結構的數(shù)字化程度提高到最大的程度，即將天線接收的信號經(jīng)過濾波放大后，直接由A/D(模數(shù)轉換器)進行采樣處理。但是這也對模數(shù)轉換器的性能提出了更高的要求。因為射頻的頻率范圍最高可達1、2GHz，射頻低通采樣頻率必須至少是射頻頻率的2倍，也就是要達到2.4GHz才能完全采樣。就目前的硬件技術來看，即使如此高的采樣頻率可以實現(xiàn)，那么在后續(xù)的DSP(數(shù)字信號處理器)也難以滿足要求。同時，這也是目前軟件無線電子的一個技術難點。
4.軟件無線電的關鍵技術及實現(xiàn)難點
(1)寬帶天線和RF(射頻)模塊
軟件無線電要求天線的頻率覆蓋是2～2000MHz，并可以用程序控制方法對天線功能及參數(shù)進行設置。根據(jù)當前國內外寬帶天線的技術水平，研制全頻段的寬帶天線是不現(xiàn)實的。在實際應用中，可以采取組合多頻段天線來實現(xiàn)，借鑒美軍軟件無線電Speakeasy(易通話)方案，分三段來實行，2～30MHz、30～500 MHz、500～2000MHz，這樣在技術上比較可行，也不影響戰(zhàn)術使用的要求。鑒于天線的寬帶特性，射頻前端要求器件要有較寬的頻率范圍，并采用數(shù)字頻率合成技術設置，對每種標準應能夠多載波工作。射頻前端可考慮用同天線一樣分三段來實現(xiàn)，將其做成可轉換的標準化模塊。射頻前端的寬帶低噪聲放大功能和輸出功率放大都可以由市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品進行實現(xiàn)。
(2)高速A/D
數(shù)字化是軟件無線電的基礎，模擬信號必須經(jīng)過采樣轉化成數(shù)字信號才能用軟件進行處理。A/D、D/A器件在軟件無線電中的位置非常關鍵，它直接反映了軟件無線電系統(tǒng)的軟件化可操作程度。決定A/D器件的關鍵是它的采樣速率和量化位數(shù)，就目前而言，對于某些軟件無線電方面的應用，現(xiàn)有的A/D還不能同時滿足速率和位數(shù)的需要，從長遠考慮可以采用多個A/D并聯(lián)使用，達到所需要求。
(3)高速DSP
軟件無線電從設計思想到實現(xiàn)，其推動力來自DSP技術的發(fā)展，
作為軟件無線電技術的靈魂所在，DSP運算能力的高低直接決定軟件無線電的性能，軟件無線電的諸多優(yōu)勢主要是通過以數(shù)字信號處理為中心的通用硬件平臺及DSP軟件實現(xiàn)的。目前的DSP無論是在功能上還是在性能上，都不能滿足無線電的要求，很難用單片DSP直接處理寬帶射頻或中頻信號。一方面可以先采用數(shù)字變頻技術對寬帶射頻或者中頻信號進行處理，然后再用DSP完成各種信號處理功能。另一方面是設計擁有多指令流多數(shù)據(jù)流的多處理器體系結構的處理器。
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