软件无线电技术.ppt

软件无线电技术,李文元2000.12.1,软件无线电技术(SoftwareDefinedRadio，SDR),1、基本概念2、SDR的关键技术3、SDR的新进展4、SDR的算法设计,1、软件无线电的基本概念,1.1软件无线电的基本思想1.2发展历史1.3标准软件无线电台的结构1.4软件无线电的特点1.5软件化程度的评价方法1.6主要研究机构及其应用进展,基本思想:在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换，并且尽可能多地用软件来定义无线功能,1.1软件无线电的基本思想,软件无线电台=高速计算机+天线无线电通信的一次革命,模拟无线电（1G）数字无线电（2G）软件无线电（3G）,由来,所有的无线通信系统均可基于一种通用可编程硬件平台，工作频段、编解码方式、调制解调方式、加密解密算法、多址方式等均可编程，通过注入不同的软件，形成不同标准的软件无线电终端或基站。这样的无线电台既可以与现有的其他无线电台进行通信，还能在不同的无线电系统之间起到“无线电网关”的作用，保证各种无线通信业务的无缝集成。,传统的硬件无线电接收机,宽带射频前端,高速A/D和D/A,高速DSP,用户接口,软件无线电接收机,1.2软件无线电的发展历史,1.4软件无线电的特点,可编程性模块化结构可重构性分层性,开放性,软件无线电的开放式结构,1.5软件化程度的评价方法,1997年JoeMitola提出用矢量V(N，PDA，HM，SFA)表示软件化程度，每个参量的取值均为03,1.6软件无线电的主要研究机构及其应用,FIRST(FlexibleIntegratedRadioSystemsTechnology)计划用SDR技术设计多频/多模可编程手机FRAMS(FutureRadioWidebandMultipleAccessSystems)计划目标是定义、研究与评估宽带有效的多址接入方案来满足UMTS要求，技术方法之一是采用SDR技术SORT(SoftwareRadioTechnology)计划是演示灵活的有效的软件可编程电台，它具有无线自适应接入功能，并符合UMTS的标准,欧洲ACTS（AdvancedCommunicationsTechnologiesandServices)计划中有三项是将SDR应用在3G(UMTS),美国SPEAKeasy：研制多频段、多模式电台(MBMMR)，已完成两个阶段(、)MMITS论坛(后更名为SDRF论坛)PMCS(ProgrammableModularCommunicationSystem)研究基于SDR技术的3G系统的多频段多模式手机与基站。,中国提出了3G标准TD-SCDMA，SDR技术是其关键技术之一。,(1)提供一个开放的模块化的系统结构；(2)智能天线的实现；(3)同步检测、建立和保持；(4)用户终端D-QPSK解调器中的载波恢复、频率校准和跟踪；(5)每码道功率的测得和发射功率控制的实现；(6)接收通道的电平检测和接收增益控制；(7)扩频调制和解调，包括Walsh码和PN码的产生；(8)语音编译码；(9)DTMF、MFC及各种信号的产生和检测；(10)信道编码、复接和分接；(11)发射脉冲成形滤波；(12)SWAP信令的差错检测；(13)接收信令的差错检测；(14)发射通道的数字预失真；(15)基站收发信机的校准。,SDR将在SCDMA中实现的功能,SDR在3G中的应用,移动台和基站为3G的多模式、多频段、多功能手机与基站提供一个开放的模块化的结构,智能天线空间特征矢量（如DOA）的获得、每个射频通道权重的计算和天线波束赋形等,各种信号处理软件算法的实现包括各类无线信令规则与处理、信号流变换、调制解调、加密解密、信道编码、信源编码等软件算法,软件无线电手机的概念化方案,3G手机设计中的难题,低功耗、小型化技术电源管理技术、低功耗技术高速A/D和DSP满足2GHz频段采样的A/D器件缺乏时，从信号分析角度研究采样方法(如欠采样技术)；开发DSP的信号处理软件是SDR手机的主要方向时钟信号的选取和分配多模式意味着多标准，主时钟频率选各模式时钟的最小公倍数（LCM）接收机结构直接变频式，成本低且兼容多标准,2、软件无线电的关键技术,宽带射频前端和模块化技术,高速A/D、D/A技术,高速数字信号处理技术,多信道数据交换技术,系统软件设计技术,嵌入式开放系统控制技术,宽带A/D和D/A,性能参数信噪比(SNR)、无寄生动态范围(SFDR)、互调失真(IMD)、采样速率和采样精度等采样方法正交采样、带通采样、欠采样,并行A/D、D/A技术,软件电台需要解决的关键技术,3、软件无线电的新进展,3.1体系结构分层化与软件模块化,3.2软件无线电结构数学分析化,3.3面向对象化,3.4认知化、智能化,3.5计算机化,3.6网络化、信息安全化,3.1体系结构分层化与软件模块化,JosephMitola提出了SDR分层虚拟机参考模型,软件模块化,软件无线电论坛是根据API(ApplicationProgrammingInterface)来进行区分，采用CORBA技术。,CORBA基本概念：通用对象请求代理以面向对象方法为基础，为分布环境中各类网络互相访问、协同工作提供了一个一致的服务平台。CORBA能够无缝的共享应用数据，它提供了一种软总线。,3.2软件无线电结构数学分析化,数学分析的必要性1.要掌握一个软件模块的数据吞吐量、响应时间及其他参数，对存储器、缓存空间和可处理资源进行量化，要求数学分析。2.当重用自己软件库（或第三方）的软件时，会引起系统性能下降，甚至崩溃，要用数学模型来刻画快速涌现的技术。3.用拓扑结构特性研究SDR结构，可提高即插即用结构的应用和资源的有效重用。,数学分析的好处提高了系统的稳定性、可重用性,结构设计的原则,有界递归模块消耗可预测的资源，且软件错误不会引起系统崩溃可扩展的接口拓扑用拓扑空间的基来定义软件无线电接口，并使用可扩展语言如UML、SDL、IDL、ASN.1等分布式分层虚拟机结构,3.3面向对象化,SDR要面向对象设计3G面向个人服务,3.4认知化、智能化,JoesphMitola近期提出认知软件无线电是指无线电的内部工作状态是可知的，通过无线电知识描述语言(RadioKnowledgeRepresentationLanguage，RKRL)与网络，针对无线规则进行智能交流，并采用支持关于用户需要的自动推理的方式，更好地为个人通信服务。无线规则是指一系列适合无线频谱使用的射频带宽、空中接口、通信协议和空间时间模式。认知无线电使软件无线电从预置程序的盲目执行者转变成为无线电领域的智能代理，它具备通过各种方式来满足用户需求的能力，甚至用户都不知道是如何得到它的。SDR为认知无线电的实现提供了一个理想的平台。,认知无线电,3.5计算机化,计算机化是指SDR与计算机技术相结合，使其具有更好的灵活性、网络性与联合的人机界面。结合的两个方面：1.友好的人机对话界面(MMI)2.利用计算机进行3G系统的基带处理虚拟无线电(VisualRadio),虚拟无线电（VirtualRadio),GuPPI:GeneralPurposePCII/O,3.6网络化、信息安全化,Internet发展迅速，提供信息服务无线用户需要网络服务SDR要增加网络模块信息安全重要军用和民用用户鉴权、数据流加密,4、软件无线电的算法设计,1.设计流程,2.设计方法,数值法递推法归纳法各种算法的组合,3.设计要求,高度的开放性能形成标准程序模块和程序库兼容性容易升级,参考文献,1.SoftwareSpecialIssue,IEEEConmmunicationsMagzine，May,19952.J.Mitola,“CognitiveRadio:MakingSoftwareRadioMorePersonal”，IEEEPersonalcommunications,Vol