软件无线电的技术现状与应用

1、通信技术及应用t 铭罗汉文上海交通大学陈强海军装备研究院舰船所播要：自从1992年jeo mitola提出软件无线电的概念以来，该技术因其通用性广，自适应能力强、升级便捷而得到 快速发展。本文对软件无线电中七项关技术作了论述，介绍了其在电台反恐战争、3g移动通信等方面的最新应用。尽 管目爾的建件工艺水平无法实现理憑中的软件无线电，但本文乐观地认为，软件无线电是通信领域的新技术革命，它将 作为本世纪的杰出成就而被載入史册。关键词：软件无线电 军用电台jtrs关技术 最新进展1前言软件无线电(software defined radio,sdr)是 20 世纪90年代初提出的通信新技术，它的基本思

2、想是 在通用硬件平台上，用软件方式实现各种通信功能。 由于该技术具有通用性广、可移植性好、适应性强等 优点，在军用电台方面得到迅速的发展和应用。近些 年，随着第三代移动通信(3g)系统的发展，软件无线 电在民用领域也开始崭露头角。人们期待这种新技术 能兼容现在所有的3g标准，从而制成通用的移动通 信设备。为了解决军用无线电台多频段、多制式的互通问 题,1992年5月，mitre公司的jeo mitola在美国电 信系统会议上首次提出软件无线电的概念。其基本思 想是：构造一个标准化、模块化、开放性的通用硬件 平台,将通信中的各种功能，如设定数据格式、确定载 波频率、信道编码、信道调制、加密、通信

3、协议等用软 件来完成。在这一构想中，宽带a/d变换器尽可能地 靠近射频天线，最大限度地通过数字的方式来实现电 台的各种功能。这样的软件无线电台不仅可以与普通 电台进行通信，还能在两种不同制式的电台系统间充 当“转接器”的作用，使两者能够互通互连。在软件无线电概念产生不久，美军提出了“易通 话”(speak easy)科研计划，其主要任务是研制多 频段多模式无线电台(multi-band multi-mode radio,mbmmr)0 这种电台的工作频率为22000mhz, 能同时处理4种不同的信号波形，兼容美军当时的 15种电台，并适用于不同频段和不同调制方式下的 通信互联。该电台的系统框图

4、如图1所示。1995 年 5 月,ieee通信杂志)(communication magazine)出版了软件无线电专刊，全面论述了软件 无线电与数字无线电的区别，硬件和软件的实现方 法，性能分析和结构体系，为软件无线电的研究提供 了理论基础。1997年5月，软件无线电概念的提岀者jeo mitola 在欧洲召开的软件无线电会议上提出：用矢量(n, pda,hm,sfa)来衡量软件无线电的“软件”程度。n 是指空中接口所能够支持的频道数；pda指可编程图1多频段多模式无线电系统框图通信技术及应用痛钱电視牧术数字化访问(programmable digital access); hm 指硬 件的

5、模块化程度(hardware modularity)'也可理解为 硬件可编程性;sfa指软件模块化程度，也可认为是 软件的可移植性。数字无线电虽然也以数字方式实现一定的通信 功能,且某些系统的a/d、d/a变换器也尽量靠近rf 端，但数字无线电往往采用专用数字电路，其功能在 出厂前已经预先设置好。因此，它的可编程能力差，导 致其不能在多频段、多制式、多网络结构中进行通讯。2软件无线电的应用背景2.1军事应用背景军用无线电通信在抗毁性、机动性和灵活性等方 面存在独特优势，但它也存在一些问题。如：产品生命 周期短、升级不便、电台互通能力差等。这些缺点在 20世纪90年代初的海湾战争中表现得

6、尤其明显。当 时多国部队各兵种需要进行联合作战，但不同部队间 难以进行顺畅的通信联系。单就美军而言，陆、海、空 三军的通信装备在工作频段方面就是完全隔离的(陆 军：3088mhz ；空军：108 176mhz ；海军和海航：225 400mhz)o频带分割虽然解决了三军之间相互干扰的 问题，但也导致各兵种在协同作战时无法快速沟通和 情报共享。联合战术无线电系统(joint tactical radio system, jtrs) 是满足三军装备需求的多频段多模式联合 战术无线电系统。它是一种通用的战术电台，能传输 和接收不同频段、不同制式、甚至不同网络结构下的 通信信号。指挥官借助jtrs,能

7、使用语音、图像或数 据来调度和指挥部队。jtrs与“易通话”相比,新增了 硬软件可插拔、大型波形数据库、系统可现场编程，甚 至智能自主编程等功能。2.2民用领域近些年，软件无线电技术在民用领域的发展势头 也非常强劲。这主要是由于无线应用发展迅速(以我 国为例，短短几年光景，我国的移动电话用户数就跃 至世界第一)，从而引发了一系列技术问题难以解决, 如混乱的频段分配、无线服务供应商采用完全不同的 系统结构、多种多样的标准使空中接口不统一、新技 术不断涌现使产品生命周期太短等等。上述问题依靠可编程、可动态分配信道、终端工 作频段可调的软件无线电可望解决。为此，软件无线 电在民用领域被寄予厚望，它的

8、终极目标是成为提供 无绳电话、3g手机、寻呼机、无线传真、三维网浏览、 视频会议等多种功能的全能通信设备。并能实现多频 段、多模式无缝漫游。最先将软件无线电技术融入第三代移动通信的是 欧共体的 acts first(flexible integrated radio system technology),它的目标是研制出可兼容gsm、 dcs1800.wcdma及现有大多数模拟制式的通用型手 机。最早开始使用通用型手机产品的是美国德克萨斯州 部分地区的农村运营商mid-texcellular,它在2003年 末成为美国公用无线网络中第一个使用软件无线电技 术的运营商。这一事件发生后不久，美国联

9、邦通信委员 会签发了提议制定软件无线电技术规则的备忘录。一些著名的生产厂商，如aimet.ericsson、lu cent.nortel已经研发了基于sdr思想的基站设备。 一些手机供应商(如noria)也开始借鉴软件无线电思 想,将多个空中接口集成到一块通用计算机芯片上。软件无线电与之不同，其系统结构与系统功能相 对独立，硬件方面采用可编程能力强的器件，软件上 通过不同的算法来实现不同的通信功能，因而整个系 统具有灵活性、通用性和适应性。另外，在未来应用 中，软件无线电还将实现智能接收和发送，这又超越 了数字无线电的范畴。具体地讲，接信号时，它能计算 出目前信道和临近信道的能量分布，并对信号进行多 径待性估计、自适应均衡。发送信号时，它能自动寻找 可用的传输信道，智能地选择调制方式，向正确的方 向发送波束。在满足通信要求的前提下，适当控制电 台的功率，以降低能耗。3软件无线电的结构及关键技术3.1总体结构软件无线电系统结构如图2所示