水上无线电通信系统和技术发展

1、海上无线电通信海上无线电通信系统和技术发展系统和技术发展国际电联国际电联 国际电信联盟国际电信联盟 （International Telecommunications Union） 国际电信联盟是联合国的一个专门机构，也是联合国机构国际电信联盟是联合国的一个专门机构，也是联合国机构中历史最长的一个国际组织。简称中历史最长的一个国际组织。简称“国际电联国际电联”，“电联电联”或或“ITU”。国际电联是主管信息通信技术事务的联合国机构。作。国际电联是主管信息通信技术事务的联合国机构。作为世界范围内联系各国政府和私营部门的纽带，国际电联通过为世界范围内联系各国政府和私营部门的纽带，国际电联通过其麾下

2、的无线电通信、标准化和电信发展展览活动，而且是信其麾下的无线电通信、标准化和电信发展展览活动，而且是信息社会世界高峰会议的主办机构。国际电联总部设于瑞士日内息社会世界高峰会议的主办机构。国际电联总部设于瑞士日内瓦，其成员包括瓦，其成员包括191个成员国和个成员国和700多个部门成员及部门准成员。多个部门成员及部门准成员。每年的每年的5月月17日是世界电信日日是世界电信日(World Telecommunication Day)。国际电联会议的议程和参考文件中我们值得关注的部分 第956号决议： 有利于引入软件无线电和认知无线电系统的规则措施及其相关性（WRC-07）a) 预计认知无线电和自我配

3、置网络将总体提高频谱使用的灵活性和效率；b) ITU-R已开始研究此类先进的无线电技术及其功能、关键技术特性、要求、性能和益处（ITU-R第241/8号课题）；c) 研究表明，使用认知控制机制的软件无线电是一种改善频谱使用、对频谱进行动态管理和灵活使用频谱的方法（ITU-R M.2064报告）；d) 目前正在就认知无线电系统及相关的网络配置（如自我配置网）进行大量研发工作；e) 认知无线电系统可以涵盖无线电接入技术（RAT）；f) 认知无线电系统包括不同网络拓扑的自我配置网，它们能够根据本地可用频谱设定自身的频谱用量；g) 在移动终端可达的频率覆盖范围内没有任何有关其它RAT位置和特性的信息，

4、因此有必要扫描整个调谐范围以发现本地频谱用量，而这是极其耗能费时的工作；国际电联会议的议程和参考文件中我们值得关注的部分 h) 没有补充手段可能无法发现仅供接收的用量； i) 一些研究表明，拥有帮助确定本地频谱用量（如无线或有线数据或有线要求其它网络的接入）是有用的； j) 某些研究表明，可能需要带宽低于50 kHz的全球统一认知支持导频信道；而其它一些研究表明，可用的数据库可以支持接入和连接，因此也支持这些系统的使用， 做出决议，请ITU-R 1 研究是否需要采取与认知无线电系统技术应用相关的规则措施； 2 研究是否需要采取与软件无线电应用相关的规则措施；进一步做出决议 由2011年世界无线

5、电通信大会（WRC-11）考虑这些研究成果并采取适当的行动。软件无线电简介完整的软件无线电概念和结构体系是由美国MILTR公司的Jeo Mitola于1992年5月首次明确提出的。其基本思想是：将宽带A/D变换尽可能地靠近射频天线，即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化，最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。通过运行不同的算法，软件无线电可以实时地配置信号波形，使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。软件无线电台不仅可与现有的其它电台通信，还能在两种不同的电台系统间充当“无线电网关”，使两者能够互通互连。这样就解决了由于拥有电台类型、性能不同带来的无线电联系的困

6、难。 软件无线电的发展历程Speakeasy（易通话）系统MBMMR电台的组成电台的组成天线天线耦合耦合器器发射发射接收接收信道信道A/DA/DD/AD/A预处预处理器理器(ASIC)(ASIC)波形波形处理器处理器(DSP)(DSP)信息信息安全安全控制控制多媒多媒体接体接入入路路由由器器GPSGPS控制控制处理器处理器参考参考时钟时钟蜂窝电话蜂窝电话射频前端射频前端信号处理信号处理信息安全信息安全网络互联网络互联控制控制外部接口外部接口人机人机接口接口关于软件无线电的认识需要说明的地方1. 软件无线电并不是不要硬件，而是把硬件作为一个基本平台；2. 软件无线电与软件控制的数字无线电有本质区

7、别；3. 软件无线电是一种开放的体系结构。软件无线电最突出的特点是： （1）软件无线电具有完全可编程特性，包括可编程的无线波段、信道接入方式、信道调制、数据速率等，通过软件提供信令与控制、操作和管理以及维护功能。 （2）A/D和D/A尽可能地向RF靠近，以便充分利用DSP器件的速度和软件资源，尽量通过软件编程完成从信源基带直至射频的波形变换和相关处理。 软件无线电的两大优点是其具有灵活性和集中性。软件无线电的实现软件无线电（softwareradio）在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。简称SWR。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，并以无线

8、电平台具有最大的灵活性为特征。全部可编程包括可编程射频（RF）波段、信道接入方式和信道调制。SWR就是宽带模数及数模转换（A/D及D/A）、大量专用/通用处理器、数字信号处理器（DigitalSignalProicesser，DSP）构成尽可能靠近射频天线的一个硬件平台。在硬件平台上尽量利用软件技术来实现无线电的各种功能模块并将功能模块按需要组合成无线电系统。可实现的软件无线电，称做软件定义的无线电（SoftwareDefinedRadio，SDR）。SDR被认为仅具有中频可编程数字接入能力。 窄带窄带A/D_D/AA/D_D/A转换器转换器实时、准实时实时、准实时处理软件处理软件DSPDSP

9、宽带宽带A/D_D/AA/D_D/A转换器转换器射频前端射频前端模块模块电话电话图像图像数据数据传真传真软件无线电的分类短波软件无线电根据实现方式,可分为以下三种结构：射频全频段数字化采样中频数字化采样结构虚拟无线电结构。基于采样方式的不同，还可以分为： 1）射频全宽带低通采样软件无线电结构 2）射频直接带通采样软件无线电结构 3）宽带中频带通采样软件无线电结构中频数字化采样结构 中频采样是将射频信号预处理后，模拟变频到中频进行A/D采样，采样后的数据被送入DSP，在DSP中进行数字下变频和数字解调处理。这种结构的软件无线电与中频数字化接收机的结构是类似的,均采用了多次混频体制。但是软件无线电

10、的中频带宽较宽，且一次混频后的变频均在DSP中实现，所有调制解调等功能均由软件来实现，比普通超外差中频数字化接收机更灵活，功能更强。尽管和理想的软件无线电有一定差距，这已是短波软件无线电的最佳选择。 软件无线电技术研究软件无线电研究的6个关键技术： (1)宽带宽带/ /多频段天线多频段天线 (2)宽带射频模块 (3)模数转换部分 (4)高速并行DSP技术 (5)开放式模块结构 (6)软件协议和标准 宽带/多频带天线 研究最佳多频段天线的主要障碍是当两个频率的频谱十分靠近时，不能设计出同时在两个频率上工作的多频段天线。软件无线电台的一个商业应用是移动通信中基站采用的“智能天线”。智能天线也叫自适

11、应阵列天线它由天线阵、波束形成网络、波束形成算法三部分组成。它通过满足某种准则的算法去调节各阵元信号的加权幅度和相位。从而调节天线阵列的方向图形状，达到增强所需信号抑制干扰信号的目的。 宽带射频模块宽带射频前端要求器件有较宽的频率范围，主要完成低噪声放大、滤波、混频、自动增益控制（AGC）以及输出功率放大等功能。模数转换部分 在软件无线电通信系统中，要达到尽可能多的以数字形式处理无线信号，必须把AD转换尽可能地向天线端推移，这样就对A/D转换器的性能提出了更高的要求。 为保证抽样后的信号保持原信号的信息，A/D转换要满足Nyquist抽样准则，而在实际应用中，为保证系统更好的性能，通常抽样率为

12、带宽的2.5倍。由于短波通信的频率变化范围较大，对采样频率、位数及动态范围也提出了较高的要求，对此可采用并行A/D转换技术。高速采样保持电路的时间精度可达纳秒级，通过串/并转换将量化速度降低，提高采样分辨率，这样用多个高速采样保持和A/D可完成超高速转换。 高速并行DSP技术 可编程DSP模块主要由DSP、FPGA(现场可编程门阵列)、FIR专用芯片组、存储器、I/O接口组成。按照不同的数据处理流程可将DSP模块的功能分为：与终端的数据交换、自适应调制解调、信道环境分析和管理、SSB调制解调、频率变换等。DSP是软件无线电的核心部件，但单个DSP的处理速度也是现阶段一个主要的瓶颈。当单个DSP

13、处理能力不足时，可采用多个DSP芯片的并行来提高运算能力，如Quad40CMCM处理器包括4片TMS320C40处理器、5MB内存，已用于多频段多模式军用电台。 开放式的模块结构 软件无线电的一个重要特点就是其优良的开放性，这主要体现在软件无线电所采用的开放式标准化总线结构，只有采用先进的标准化总线，软件无线电才能发挥其适应性广、升级换代方便等特点。现有软件无线电研究和试验系统中采用双总线结构，即：控制总线和高速数据总线。控制总线结构，如VME总线、PCI总线等。总结 软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电

14、台设计方法中解放出来。 功能的软件化实现势必要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。 软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。认知无线电 我国的频谱分配政策 固定频谱管理方式：即国家将频谱资源分配给不同的无线电部门和相应的无线接入技术。 优点优点：有利于网络规划、运营、维护、管理，并且能够避免系统间的干扰 缺点：缺点：频谱资源的利用呈现出高度的不均衡性。那些利用率较低的频谱资源存在着动态、大小不一、零散

15、等特征认知无线电 1999年Joseph Mitola 提出了 认知无线电CR（Cognitive Radio）技术 核心：频谱准入政策允许授权频段在闲置时被其他业务用户接入动态频谱分配政策。认知无线电简介 认知无线电又被称为智能无线电，它以灵活、智能、可重配置为显著特征，通过感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，有目的地实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计变化，从而实现任何时间、任何地点的高可靠通信以及对异构网络环境有限的无线频谱资源进行高效地利用。 认知无线电的核心思想就是通过频谱感知（Spectrum Sensing）

16、和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配（DSA：dynamic spectrum allocation）和频谱共享（Spectrum Sharing）。 认知无线电认知无线电（CR）：认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空洞”并合理利用所发现的“空洞”的能力。频谱感知频谱感知（无线电监测）（无线电监测） “获取周围的工作和地理环境信息已建立的通信策略及其内部状态”动态频谱管理动态频谱管理分配和选择合适的工作参数和协议软件无线电（软件无线电（SDR） “动态的和自主的调整工作参数和协议来实现预定的目标” 无线电信号的四域特性：时、空、频、码 ，认知无线电同时从四域感知频谱空洞，并动态的和自主的调节自身参数。 SDR具有相当的灵活性，但与CR相比缺乏一定的智能 CR的实现不一定需要SDR支持，但如果借助于SDR，则CR会具有更多潜在的优势