基于射频捷变频收发器AD9361的软件定义无线电解决方案 AD9361是一款用于SDR架构的高性能、高度集成的RF收发器IC，适合无线通信基础设施、防务电子系统、RF测试设备和仪器，以及通用软件定义无线电平台等应用。该器件的高度可编程性和宽带能力使其成为多种收发器应用的理想选择。该器件集RF前端与灵活的混合信号基带部分为一体，集成频率合成器，为处理器或FPGA提供可配置数字接口，从而简化设计导入。AD9361芯片工作频率范围为70 MHz至6 GHz，涵盖大部分特许执照和免执照频段，通过对AD9361 IC编程可改变采样速率、数字滤波器和抽取参数，使该芯片支持的通道带宽范围为低于200 kHz至56 MHz。 IC特性 ? 单芯片上的完整双通道集成式宽带收发器 ? 可调谐频段：70 MHz至6.0 GHz；200 kHz至56 MHz(通道带宽) ? 出色的接收器灵敏度，噪声系数小于2.5 dB ? 高线性度宽带发射机： ? Tx EVM: ≤?40 dB ? Tx噪声：≤?157 dBm/Hz(噪底) ? Tx监控器动态范围：≥66 dB(1 dB精度) ? 集成小数N分频频率合成器，本振(LO)步长最大值为2.5 Hz ? 提供完整的集成式电源解决方案：ADP5040 应用 ? 通用设计，适合任意软件定义无线电应用 ? MIMO无线电 ?点对点通信系统 ? 毫微微蜂窝/微微蜂窝/微蜂窝基站 ? Wi-Fi ? ISM ? 军用/航空航天
? 公共安全 ? 智能电网 AD9361是ADI的可编程2 × 2集成式收发器解决方案，频率范围为70 MHz至6.0 GHz 这款灵活的高性能IC采用AD-FMCOMMS2-EBZ板，可无缝连接Xilinx FPGA开发平台，方便进行快速SDR原型制作和系统开发。 AD-FMCOMMS2-EBZ RF快速开发板采用AD9361宽带收发器IC AD-FMCOMMS2-EBZ快速开发和原型制作板是一款高速模拟模块产品，内置AD9361，可无缝连接Xilinx FPGA开发平台生态系统并在系统中工作。该板采用2 × 2 I/Q收发器配置，可通过软件完全自定义。它提供可供下载的Linux驱动程序和裸机软件驱动程序、原理图、电路板布局文件和有助于设计的参考材料，可前往ADI的Wiki知识库获取。 产品特性 ? FMC格式SDR开发平台 ? 包括原理图、布局、BOM、HDL、Linux驱动程序和应用软件 ? 通过单FMC连接器供电 ? 支持特定频谱设计(PA、LNA 等)的附加卡 ? 适用于所有器件寄存器的通用I 2 C访问
1. 软件无线电是什么
无线通信在现代通信中占据着极其重要的位置， 几乎任何领域都使用无线通信， 包括有 商业、气象、金融、军事、工业、民用等。我们可从通信系统、调制方式、多址方式等几方 面可看到无线通信系统种类的繁多。 类 别 通信系统 调制方式 多址方式 种 类
卫星通信系统、蜂窝移动通信系统、无线寻呼系统、短波通信系统、 微波通信系统等 AM、FM、LSB、USB、ISB、FSK、PSK、MSK、GMSK、QAM 等 时分多址（TDMA） 、频分多址（ FDMA）和码分多址（CDMA）等
各种通信系统由于自身的特点而适用于各种特定的场合，例如： 短波电台适合远距离，其所需的发射功率不大，传输的“中继系统” —电离层不会被 摧毁；卫星通信能传播高质量的信息，所能提供的频带很宽 微波通信抗干扰能力强，适合大量的数据传输，但只能在点与点之间传输，传输距离 又有一定的限制 由于无线通信的设备简单、便于携带、易于操作、架设方便等特点，在军事和民用通信领域 中都是不可缺的重要通信手段。 然而， 电台往往是根据某种特定的用途而设计的， 功能单一， 有些电台的基本结构相似，而信号特征差异很大。比如，工作的频段不同，调制方式不同， 波形结构不同，通信协议不同，数字信息的编码方式、加密方式不同等等。电台之间的这些 差异极大地限制了不同电台之间的互通互连。 经过几十年的发展， 无线通信已有很大的发展， 通信系统由模拟体制不断向数字化体制过渡， 因此是否可能在数字化体制础上一个电台能满足多调制方式和多址方式， 从而根椐需要构成 多种通信系统呢。 我们先看一下一个数字蜂窝网接收站, 显示在图 1 中。 （注意： 为了说明软件无线电的概念， 这里给出了无线电的接收装置部分） 。
图 1：窄带无线接收装置
软件定义的无线电的架构特点与应用 随着世界逐渐走向无处不在的无线连接，甚至固定功能设备，如手机采用几个不同的频段和协议共存于一个小空间，无线设计师的工作也变得不那么容易了。现代智能手机和平板电脑可以同时收发3G/4G，（很快将是5G）语音和数据，蓝牙，Wi-Fi和可能的GPS数据。支持“可穿戴”计算机和外围设备的新兴个人区域网络将为已经重大通信的设计增加更多的RF责任。即使在相同的频段内，不同的，有时是非互操作的协议和服务也在争取认可，接受，时间段和市场份额。例如，考虑2.4 GHz ISM频段。我们有蓝牙，Wi-Fi，ZigBee，无绳电话，遥测和其他几种服务都存在于这个领域。 它并不止于此。需要连接到不断变化的无线世界的设计人员必须了解芯片组开发，协议栈，知识产权以及众多开发环境，认证，工具和测试设备。 如果有其他方法怎么办？如果一个RF部分可以完成所有工作怎么办？ 本文将介绍新兴的软件定义无线电（SDR）架构及其支持部分。SDR拥有单一，超灵活的RF处理系统的承诺，可以对其进行编程，以同时运行多个频率和多个协议。此外，软件定义无线电的完全可编程和信号处理特性使其成为出现的新协议和服务的理想对冲，但可能不会很快占据。 您正在被替换 无线电具有相互分离的功能，可以协同工作。例如，接收器将使用天线来接入低电平信号，放大它，对其进行滤波，进行混频，解调恢复的信号（使用几种调制/解调方案中的一种或多种）并将输出数据呈现为模拟或数字波形。发送器调制而不是解调，但反向执行相同的过程。 高度优化的硬件模块已经发展到稳定性，清晰度，低漂移，良好的温度稳定性，小尺寸，低功耗，良好的灵敏度和简单的系统集成。从某种意义上说，SDR的目标是用可编程和自动化技术取代这些训练有素的工人。 理想情况下，天线将连接到A/D转换器，将宽带波形馈送到信号处理阶段。然后，信号处理块将在期望的时隙（如果适用的话）从期望的信道和期望的频带中提取期望的信号。然
<<移动通信>.>>2002年第 4期 软件无线电发展现状 罗序梅信息产业部电子七所 1 前言 — 软件无线电是实现无线通信新体系结构的一种技术，在经过近几年的发展之后，其重要性和可 行性正逐步被越来越多的人所认识和接受。软件无线电技术的重要价值体现在：硬件只是作为 无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是通过软件来实现的，这就打破了长期以来设备的 通信功能实现仅仅依赖于硬件的发展格局。所以有人称，软件无线电技术的出现是通信领域继 固定到移动，模拟到数字之后的第三次革命。本文主要介绍全球软件无线电技术研究动态、对 实现软件无线电台至关重要的器件技术的发展以及软件无线电台商用前景。 2 全球软件无线电技术研究动态 软件无线电技术具有结构的开放性、软件的可编程性、硬件的可重构性以及功能和频段的… 多样性等特点，无论在军事还是在商用通信中都有着巨大的应用潜力。也正是因为这些独特的 优势，引发了全球对软件无线电技术的关注和研发热潮。除美国在 90年代初开始实施易通话计 划并成功地研制出多功能多频段电台外，欧洲、日本、中国等全球其它地区也纷纷开展了各自 的软件无线电技术项目。 欧洲委员会已将软件无线电技术列为重要的研发项目，大量与软件无线电技术相关的研究项目正在其 ACTS计划中进行。受潜在的商业利益所驱动，其研究重点集中在第三代标准上， 这包括 FIRST（灵活的综合无线电系统和技术）、FRAMES（未来无线电宽频段多址系统）和 · SORT等项目。前两个项目利用软件无线电台样机研究开发下一代无线接口。其中
FIRST项目 主要是评估实现软件重构空中接口的问题。目前最公开的工作集中在 RF结构最佳划分方法及 数字处理的实现上。 SORT主要是开展有关第三代系统（ UMTS）在地面和卫星接入方面的硬件 重构问题的研究，演示灵活而有效的软件可编程电台，实施该项目的目标是：
概要 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。 软件无线电（software radio）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。 一般说来，SWR就是宽带模数及数模变换器（A/D及D/A）、大量专用/通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Proicesser，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。例如：利用宽带模数变换器（Analog Digital Converter，ADC），通过可编程数字滤波器对信道进行分离；利用数字信号处理技术在数字信号处理器（DSP）上通过软件编程实现频段（如短波、超短波等）的选择，完成信息的抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换，实现不同的信道调制方式及选择（如调幅、调频、单边带、跳频和扩频等），实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能等。 在目前的条件下可实现的软件无线电，称做软件定义的无线电（Software Defin ed Radio，SDR）。SDR被认为仅具有中频可编程数字接入能力。 发展历史无线电的技术演化过程是：由模拟电路发展到数字电路；由分立器件发展到集成器件；由小规模集成到超大规模集成器件；由固定集成器件到可编程器件；由单模式、单波段、单功能发展到多模式、多波段、多功能；由各自独立的专用硬件的实现发展到利用通用的硬件平台和个性的编程软件的实现。 20世纪70～80年代，无线电由模拟向数字全面发展，从无编程向可编程发展，由少可编程向中等可编程发展，出现了可编程数字无线电（PDR）。由于无线电系统，特别是移动通信系统的领域的扩大和技术复杂度的不断提高，投入的成本越来越大，硬件系统也越来越庞大。为了克服技术复杂度带来的问题和满足应用多样性的需求，特别是军事通信对宽带技术的需求，提出在通用硬件基础上利用不同软件编程的方法。20世纪80年代初开始的软件无线电的革命，将把无线电的功能和业务从硬件的束缚中解放出来。 1992年5月在美国通信系统会议上，Jeseph Mitola（约瑟夫·米托拉）首次提出了“软件无线电”（Software Radio，SWR）的概念。1995年IEEE通信杂志（Comm unication Magazine）出版了软件无线电专集。当时，涉及软件无线电的计划有军用的SPEAKEASY（易通话），以及为第三代移动通信（3G）开发基于软件的空中接口计划，即灵活可互操作无线电系统与技术（FIRST）。
软件无线电系统综述 [摘要] 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。本文介绍了其系统的软硬件组成和发展情况。 [关键词]软件无线电GNU Radio USRP 一、引言 由于无线电系统,特别是移动通信系统的领域的扩大和技术复杂度的不断提高,投入的成本越来越大,硬件系统也越来越庞大。为了克服技术复杂度带来的问题和满足应用多样性的需求,特别是军事通信对宽带技术的需求,提出在通用硬件基础上利用不同软件编程的方法。软件无线电将把无线电的功能和业务从硬件的束缚中解放出来。 二、软件无线电系统简介 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。 上图表示一个典型的软件无线电处理流程图。为了理解无线电的软件模块,首先需要理解和其关联的硬件。在这个图中的接收路径上,能够看到一个天线,一个RF前端,一个模拟数字转换器ADC和一堆代码。ADC是一个连接连续模拟的自然世界和离散的数字世界的桥梁。 三、软件无线电软件平台GNU Radio GNU Radio是一种运行于普通PC上的开放的软件无线电平台,其软件代码设计完全公开。基于该平台,用户能够以软件编程的方式灵活地构建各种无线应用。 GNU Radio是一个对学习,构建和部署软件定义无线电系统的免费软件工具包。GNU Radio是一个无线电信号处理方案。它的目的是给普通的软件编制者提供探索电磁波的机会,并激发他们聪明的利用射频电波的能力。 它提供信号运行和处理模块,用它可以在易制作的低成本的射频(RF)硬件和通用微处理器上实现软件定义无线电。这套套件广泛用于业余爱好者,学术机构
1.什么是软件无线电？软件无线电的特点是什么？ 定义： 软件无线电是多频带无线电，它具有宽带的天线、射频转换、模/数转和数/模变换，能支持多个空中接口和协议，在理想状态下，所有方面（包括物理空中接口）都可以通过软件定义。 软件无线提供了一种建立多模式、多频段、多功能无线设备的有效并且相当经济的解决方案，可以通过软件升级实现功能提高 特点： 多频带/多模式/多功能（M3）工作：多频带是指软件无线电可以工作在很宽的频带范围内； 多模式是指软件无线电能够使用多种类型的空中接口，其调制方式、编码、帧结构、压缩算法、协议等可以选择；多功能是指采用相同的无线电设备用于不同的应用中。 具有可重配、重编程能力：可重配置是指系统的操作软件（包括程序、参数以及处理环境的软件方面）或硬件（处理环境的硬件方面）的改变。软件无线电采用多个软件模块在相同的系统上可实现不同的标准，只需要选择不同的模块运行就可实现系统的动态配置。所需要的模块可以通过空中接口或人工下载获得并升级。 功能的灵活性：软件无线电的功能由软件决定的，软件模块可以通过空中接口或人工下载的方式获得，以增加或改变其无线电功能，因此其功能的使用和配置非常方便、灵活。 结构的开放性：软件无线电的结构分为硬件和软件两大部分。这两大部分都具有模块化和标准化的特点，是一种开放式的体系结构，使得研制、生产和使用各环节可以共享已有成果，共同推进软件无线电技术的发展。 2.无线电技术经历了或正在经历哪几个阶段？各有什么特征？ 第0级：数字硬件无线电。系统不能做任何修改，系统操作由开关、拨号盘和按钮等来完成。 第1级：软件控制无线电。系统通过软件实现控制功能，但是在不改变硬件的条件下，软件控制无线电设备是不能改变像频带或调制方式这样的特征参量的。 第2级：软件定义无线电。系统使用软件对调制、宽/窄带、安全、波形产生和检测等方面的具体应用技术和参数进行控制，不需要对硬件做任何修改，但通常收到频带的约束，依然存在模拟部分，比如还有射频或中频电路。尽管前端的带宽是个限制因素，但由于SDR 能够提供宽带和窄带两种操作中的多种调制技术，因为利用软件可以控制相当宽的频带范围。SDR能够存储大量的波形或空间接口，并可以通过软件下载来添加新的内容。 第3级：（理想的）软件无线电。系统完全可以编程，在接收端或发射端无需任何下变频或上变频转换，将天线前段的输入/输出直接接入ADC/DAC，消除了大部分模拟部件，从而降低了失真和噪声，但仍然受到一定的频率约束。 第4级：终极软件无线电。这种软件无线电没有外置天线、运行频率或带宽的限制，完全可编程，同时支持广泛的频率和功能，能够快速实现空中接口的检测和转换。 3.为什么软件无线电一定要采用“硬件通用化”的设计准则？在软件无线电中是如何 体现“硬件通用化”这一设计思路的？ 体系结构：为了让软件和硬件下的用户独立，是系统功能软件化的前提。 设备生产商：满足设计指标，使生产专业化、批量化，提高生茶效率，降低生产成本。 运营商：降低维护成本，维护难度，建设成本。 硬件开发商：继承性，重用性更好。从而减少重复劳动提高研发效率 消费者：减少重复投资 4.你是如何理解软件无线电“功能软件化”这一本质特征的？为什么软件无线电的功 能可以采用软件来实现？
Sora : 高性能开源软件无线电平台
SORA软件无线电平台是世界上第一款100%基于PC的高性能可编程无线通信系统。它充分发挥了通用处理器（GPP）性能和灵活性，采用软硬件联合优化技术，满足高速信号处理的挑战。可以在通用的PC或者服务器上实时运行无线通信协议，速率可达54Mbps以上。 在传统的无线通讯系统，关键底层处理，如PHY层和介MAC层，通常ASIC芯片或者FPGA实现，因为有非常高的计算要求。这种设计更改或升级比较困难，对设计人员硬件水平要求很高，不适合作为科学研究或者算法工程师的研究平台。但是通用处理器（GPP）的软件和硬件系统都不是为了无线通信的信号处理而设计的，因此很难达到高性能的实时通信。例如，非常流行的USRP系列，只能实现8MHz带宽上，100多Kbps 的实时通信。 高性能的无线通信对系统有非常严格的需求，主要是以下三个方面： 1. 高速的系统吞吐量 包括远端射频头和PHY层协议之间以及PHY层协议内部的模块之间。例如，实现802.11系列协议，单天线需要大约1.2Gbps的吞吐量，如果支持4x4 MIMO应用，那么至少5Gbps以上，这个指标目前对大部分PC都是严峻的挑战。 2. 高强度的计算 无线通信的算法需要大量的计算，而且为了保证实时性，很多计算又是突发性的，因此必须充分发挥GPP的性能才能保证。目前主流的GPP都采用多核架构，所以如何将多核的计算能力汇聚起来，实现通信协议对软件开发也是一个挑战。 3. 实时的响应 无线通信协议中有很多响应门限，为了保证正常通信，这些响应门限必须满足。因此，低延迟的控制方法也很重要。例如，802.11系列的MAC层协议要在几个微秒内就可以得到响应。这对于PC和操作系统都是很难实现的。
第四代移动通信技术之软件无线电技术 【摘要】软件无线电是目前无线通信领域在固定至移动、模拟至数字之后的最新革命，其正朝着产业化、全球化的方向发展，将在4G系统中得到广泛应用。本文主要研究软件无线电技术对通信传输的改善以及4G系统中软件无线技术的应用特点等。 一、引言 软件无线电提供了一条满足未来个人通信需要的思路。软件无线电突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置不同的应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。 图一、软件无线电原理框图 1 二、简介 软件无线电(SWR)技术是近年来提出的一种实现无线通信的新的体系结构，它的基本概念是把硬件作为无线通信的基本平台，而把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件实现。 1、WLAN与蓝牙融入广域网 近年来各国都在积极进行4G的技术研究，从欧盟的WINNER项目到我国的“FuTURE计划”都是直接面向4G的研究。 日本对4G技术的研究在全球范围内一直处于领先地位，早在2004年，运营商NTTdocomo就进行了1Gbit/s传输速率的试验。目前还没有4G的确切定义，但比较认同的解释是：4G采用全数字技术，支持分组交换，将WLAN、蓝牙技术等局域网技术融入广域网中，具有非对称的和超过100Mbit/s的数据传输能力，同时，因为采用高度分散的IP网络结构，使得终端具有智能和可扩展性。
基于AD9361的软件无线电硬件平台设计与实现电子科技大学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 专业学位硕士学位论文 MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE 论文题目基于AD9361的软件无线电硬件平台 设计与实现 专业学位类别工程硕士 学号 201222010546 作者姓名郜泽 指导教师刘镰斧副教授 分类号密级 UDC注1 学位论文 基于AD9361的软件无线电硬件平台 (题名和副题名) 郜泽 (作者姓名) 指导教师刘镰斧副教授 电子科技大学成都 (姓名、职称、单位名称) ———————————————————————————————————————————————
申请学位级别 工程领域名称 提交论文日期硕士专业学位类别工程硕士电子与通信工程 2015.03 论文答辩日期 2015.05 年06月学位授予单位和日期电子科技大学 2015 答辩委员会主席 评阅人 注1:注明《国际十进分类法UDC》的类号。 摘要 THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SOFTWARE DEFINED RADIO HARDWARE PLATFORM BASED ON AD9361 A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Master of Engineering Author: Gao Ze Advisor: Professor Liu Lianfu School : Engineering 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 ———————————————————————————————————————————————
基于D S P的软件无线 电系统设计与实现Revised on November 25, 2020
基于DSP的软件无线电系统设计与实现 1 引言 软件无线电是一种以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的无线电通信体系结构。它将模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接构成通用的硬件平台，并通过软件加载实现各种无线电通信功能的一种开放式体系结构[1]。将软件无线电技术应用于移动通信领域，能够大量节省改造移动通信网络的费用，又缩短了研究到应用的周期。 软件无线电的关键技术包括：开放式总线结构及实现、智能天线技术、高速A/D技术、数字上/下变频技术，高速数字信号处理技术、信令处理技术[2]。本文在分析软件无线电基础上设计，采用TMS320VC54X系列DSP芯片与软件结合，通过基本电路和扩展电路并辅以相应的软件设计实现无线电通信功能，并设计了标准串行接口使之可同多种通信终端连接，具有很高的实用性。 2 软件无线电结构 软件无线电的核心思想是将A/D、D/A尽可能地靠近天线，尽早地将天线接收下来的模拟信号数字化，DSP对 A/D转换后的数字信号进行同步提取（载波恢复、时钟恢复和帧同步）、信号调制样式的自动识别、信道解码、信源解码、信号特征提取。理想的软件无线电结构如图1所示，
其中接收机部分是对无线电接收到射频信号直接进行全宽带A/D转换，转换后的高速数据流送DSP处理，最后由窄带D/A转换为语音、数据或者图像输出。 图1 理想的软件无线电接收结构 然而，由于目前A/D器件采样率、输入带宽无法满足所述软件无线电结构要求，而且后续的DSP也无法实时处理大量的高速数据流，在实际应用中，软件无线电主要采用折中方案，主要是：一方面把射频信号通过混频搬移到中频带通采样，使得A/D采样率、输入带宽满足系统要求；另一方面是在DSP前加数字下变频器[3][4]。 3 系统总体设计方案 根据以上分析，并根据软件无线电的功能要求，主要包括以下几部分：射频处理（含天线）前端、高速A/D、D/A、数字上/下变频器、数字信号处理部分（DSP）以及外围接口电路。（其设计框图如图2）主要器件的部分的功能如下： （1）DSP5416模块：以TMS320VC5416 高性能定点DSP 为整个系统的核心，采用流水线指令执行结构和相应的并行处理结构控制系统的运行并完成全部基带处理功能，如信号检测、同步获取、解调等基本功能，还要完成加密、纠错、均衡等功能。
□潘子欣刘毅 一、引言 移动通信在过去几十年中获得了飞速发展，成为现代通信中的一个亮点。同时由于移动通信的迅速发展和高收益，带来了激烈的竞争，从而造就了移动通信技术和系统的多样性，而各技术标准和系统之间差别很大又不能互相兼容。特别是新业务的巨大吸引力又给用户和移动业务提供商造成了很大的压力，迫使他们不断更新设备，可是这通常要造成设备和投资的浪费。问题的关键在于目前的绝大多数移动通信设备是完全基于专用硬件设计的，给移动通信系统的兼容和并联，以及快速、灵活的升级带来了很大的约束。此外通信设备制造商在研制新产品时，由于种种因素的制约，其设置的产品可能会存在缺陷，以致在产品售出后不得不重新召回，增加了产品的制造成本和设计周期。而软件无线电确能很好解决这些问题。 二、软件无线电的概念及其特点 软件无线电（ＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｆｉｎｅｄＲａｄｉｏ，ＳＤＲ）是二十世纪９０年代初提出的通信新技术，它的基本思想是将标准化、模块化的硬件功能单元，通过高速总线或高速网络等连接形成一个通用的数字式硬件平台，再通过软件加载的方式来实现各种类型无线通信系统的开放式体系结构，用软件方式实现各种通信功能。并且能通过对软件的重新编程来实现系统的升级更新和适应不同的通信标准和协议。 由于软件无线电技术具有通用性广、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。软件无线电已经成为无线通信领域继固定到移动、模拟到数字之后的第三次革命。 软件无线电具有灵活性和集中性两大优点。 灵活性即可以任意地转换信道接入方式，改变调制方式或接收不同系统的信号等。当前蜂窝通信标准不断地发展变化，这种灵活性对移动通信系统来说就显得尤为重要。例如：基站可以通过承载不同的软件来适应不同的标准，而不用对硬件平台进行改动；基站间可由软件算法协调动态地分配信道与容量以优化性能；移动台可以自动检测接收到的信号的工作方式，以接入不同的网络（ＧＳＭ、ＤＡＭＰＳ等）。 集中性即多个信道享有共同的射频前端与宽带模／数、数／模转换器，以获取每一信道相对廉价的信号处理性能。尽管软件无线电要比传统的接收机贵很多，但每一信道的费用则低得多。在移动通信系统中，一般一个基站能容纳２０个甚至更多的无线接收器，这样软件无线电技术就显得很吸引人。 软件无线电硬件采用模块化结构宽带模／数和数／模转换及高速ＤＳＰ，建立公共硬件平台，支持并行、流水线及异种多处理机。软件采用基于ＯＳＩ参考模型的分层软件体系，支持开放式的模块化设计。灵活应用软件无线电的基本硬软件模块，可使软件无线电设备对传播条件具有多种自适应能力，多种抗干扰能力，灵活可变的多址方式、用户需要的多种业务及多种组网与接口能力等。 随着计算机硬件的迅速发展，软件无线电技术日益广泛地应用于陆上移动通信、卫星移动通信与全球定位系统等。对于不同的新标准（ＧＳＭ、ＤＣＳ１８００、ＩＳ－５４、ＩＳ－９５等），软件无线电提供了灵活的解决方案—— —在通用的硬件平台上由可变换的应用软件模块提供对不同新标准的兼容性。由于在移动通信领域中，用户对新业务的要求不断变化，空中接口标准不断发展，传统的数字系统会很快被淘汰，而软件无线电这种由软件的变化、升级实现增强业务功能的能力使得由软件无线电技术构筑的系统的生命周期要长的多，很有竞争力。 三、软件无线电的发展历史 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ＪｅｏＭｉｔｏｌａ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、通信协议等用软件来完成。在这一构想中，宽带模／数转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后，美军提出了“易通话”（ＳＰＥＡＫＥＡＳＹ）科研计划，其主要任务是研制多频段多模式无线电台（Ｍｕｌｔｉ—ＢａｎｄＭｕｌｔｉ—ＭｏｄｅＲａｄｉｏ，ＭＢＭＭＲ）。这种电台的工作频率为２～２０００ＭＨｚ，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。 １９９５年５月，ＩＥＥＥ《通信杂志》出版了软件无线电专刊，全 软件无线电的现状和发展趋势 科学管理商界 ３３ 广东科技２００８．０３．总第１８３期
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ce17195145.html, 军用软件无线电通信技术发展分析 作者：王志田 来源：《中国新通信》2016年第24期 【摘要】无线电通信技术能够帮助人们不受地域和时间的限制进行沟通的方式，随着我 国目前社会不断发展，无线电通信技术早就成为了人们生活的一部分，为人们的生活和工作都带来很大的便利条件。同时随着通信技术的发展，一部分的通信产品开发费用上升，并且出现新通信体制同时共存现象，通信系统之间的联系也变得更加复杂和困难。软件无线电逐渐被我军研究和应用，由于它具备了灵活性和通用性的使用特点，所以不仅在商用，在军用无线电通信领域同样起到了重要的作用。本文主要介绍了软件无线电的概念和其中包含的重要技术，以及军用无线电技术的现状和发展趋势。 【关键词】军用软件软件无线电通信技术 软件无线电的概念是1992年被提出来的，它具备了完全的数字化、模块化和全程可编程性，升级系统更加的便捷和可扩充，所以这一概念也同样带动了信息领域的第三次技术变革。软件无线电实现了军用电台还有各个网系之间的互联互通和互相操作，实现了通信系统的升级换代，变得更加经济合理。所以目前更加具备灵活性、开放性和通用型的军用软件无线电通信技术是我们国家部队通信技术研究者要不断研究的课题。 一、软件无线电的概念 软件无线电就是利用硬件建设为无限通新的平台，然后实现无线通信和个人通信功能的软件实现。软件无线电是近些年来才提出的一种概念，可实现无线通信的新体系结构，该结构具备了很强的灵活性和开放型。目前软件无线电具备了很多无线通信体制达不到的优点，所以会有很广泛的应用市场。让无线电通信技术在军事方面能够实现各个军用电台的互联互通，同时能够接入各种各样的军用移动通信网。软件无线电通信技术同样在生活中实现了移动电话通用手机、多频段多种模式的移动电话通用基站、无线局域网以及通用网关软件无线电的领域使用。无线通信产品的价值都体现在了软件上，通过软件来实现通信新系统核心产品的开发，代表了无线电领域从固定发展到了移动，从模拟发展到了数字的第三次信息技术革命。 二、国内软件无线电的技术发展和军事应用现状 我们国家目前针对软件无线电技术的研究还处于初步发展阶段，在某高新科技计划中专门针对高新通信技术制定了“软件无线电技术”的专业研究项目组，充分表示了国家针对这一项目的重视。在我们的现实生活中，软件无线电技术已经成功面向800MHz商用蜂窝移动通信、卫星通信、GPS全球定位系统等领域的应用。
摘要：为了加速新型仪器研发，提出了“软件定义仪器”的方法并讨论了其体系和可行性。关键词：软件定义仪器；微处理器；信号调理；模数转换器；数字信号处理引言仪器，作为人类感官的延伸，在人类的文明和社会发展中起作不可替代的、极其重要的作用。在科学技术成爆炸状发展的当代，仪器所起的作用几乎无所不在，离开了仪器现代人们的生活就一刻也不能继续：医院对患者的抢救、发电厂的运行、交通工具的运行……。实际上，近代科学技术的发展史几乎就是仪器仪表的发展史，即使到科学技术高度发达的今天，仪器仪表也在科学研究中同样起作不可替代的、极其重要的作用。仪器科学与技术本身也在迅速地发展，但这种发展主要体现在专门领域应用的仪器科学技术的研究上，对仪器仪表带共性的问题研究较少。本文借助软件定义无线电(SDR)、虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)和组态软件(Con－figuration Software，CS)的思想，提出软件定义仪器(Software Defined Instrumentation，SDI)的概念和系统。软件无线电的由来1992年5月，Joe Mitola在美国电信系统会议上首次提出了软件无线电SR(SoftWareRadio)(又称为软件定义无线电，Software De－fined Radio，SDR)的概念，它的基本思想是将硬件做为其通用的基本平台，而把尽可能多的无线及个人通信功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发过程逐步转移到软件上来。它被称之为是继模拟通信到数字通信、定通信到移动通信之后，无线通信领域的第三次革命，即从硬件定义的无线电通信到软件定义的无线电通信。软件无线电可定义为：“软件无线电是一种可用软件进行重配置和重编程的、灵活的、多业务、多标准、多频段无线电系统的新兴技术。”为了更清晰地说明软件无线电与传统无线电的区别，分别给出软件(数字)化程度不同的无线电结构。所谓的软件无线电，从硬件上来看，就是要使ADC和DAC尽可能靠近天线，省却高频模拟的放大、变频、调制与解调等环节。ADC和DAC越靠近天线，说明软件(数字)化程度越高。显然，软件无线电将为所有远程通信市场的参与者、制造商、经营商和用户带来巨大的利益。制造商可以把研究与开发重点集中到简单的硬件平台设备上，这些设备可应用到每一个蜂窝系统和市场，而不仅仅是一个国家或地区范围的蜂窝系统和市场。因此，可进行大批量生产以降低成本。另一个优点是可以不断地改进软件，以及纠正在工作中发现的软件错误和故障。经营商能够快速拓展适合每个用户并区别于其他经营商的新业务；同样的终端能够提供所有服务，即使这些服务用不同的通信标准支持。另外，还可以实现多标准基站。对用户来说，软件无线电的优点是能将他们的通信漫游到其他蜂窝系统，并利用全球移动和覆盖盖范围的优势(即只要有一个蜂窝网络覆盖某地区就可以提供服务)。而且，用户可以根据其偏爱配置他们的终端。 [!--empirenews.page--] 另外，软件无线电技术延长了硬件(基站和用户终端的)的使用寿命，降低了过时落伍的风险。系统可重编程能力使硬件可重复使用，直到可以利用新一代硬件平台。但这并不意味着用户终端的寿命可以无限延长，因为在PC机市场，运行功能越来越强大的程序需要功能更强大的PC机。在不久的将来，移动终端也可能出现同样的现象。虽然软件无线电能够为研发、生产、运营和使用等各方带来巨大的利益，但存在和面临天线、前端电路、高速模数转换器、处理器电路、算法等很大的问题和挑战。对比之下，现代仪器仪表的一般结构。在仪器仪表的研发中，模拟电路部分(传感器接口电路+放大滤波)和数字部分(μP或μC)是最为重要的两个部分，又是各个整机厂“各自”研发、投入最大、重复最多的两个部分。与“无线电”可以有以下对比：传感器、天线；传感器接口电路+放大滤波、高频放大、变频、调制与解调；μP或μC、DSP……因此，我们完全可以借鉴“软件无线电”的概念，构成图5所示的“软件定义仪器”(Software Defined Instrument，SDI)或软件仪器(Software Instrument，SI)(为简便起见，以下均简称软件仪器)。这样使得一方面A/DC尽可能地靠近传感器，减少或避免模拟电路，同时采用具有API(Application Programming In－terface，应用编程接口)、仪器接口协议栈的μP或μC平台；可以把分散、重复而且最耗费人力、财力的“个体”或“小
哈尔滨工程大学 硕士学位论文 基于软件无线电的通信系统研究 姓名：吕威 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：李一兵 20031201
摘要 ｆ软件无线电是特指用软件来定义和实现各种功能的多功能智能化无线电通信设备。它的设计主导思想是：将宽带Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换器尽可能地靠近天线，在基本硬件平台基础上，尽可能地采用软件实现无线通信功能。这样，无线通信系统具有很好的通用性和灵活性，使系统互联和升级非常方便。软 件无线电被认为是信领域的第三次突通信到数字通信、固定通信到移动通信之后无线通文介绍了软件无线电提出的背景和定义，对软件无 线电的丌放式总线结构、宽带／多频段天线技术、宽带模数转换技术、数字下变频技术和高速信号处理技术等关键技术进行了讨论。 本文研究了软件无线电的基本结构，并对软件无线电的三种结构射频低通采样数字化结构、射频带通采样数字化结构和宽带中频带通采样数字化结构进行了全方位的分析。软件无线电是一种以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线通信体系结构。其基础理论主要包括信号采样理论、多速率信号处理理论、高效数字滤波器以及数字信号证交变换理论等，本文对这些基础理论也进行了研究。 本文从信号空间映射的角度对通信信号的调制解调进行了研究，从信号空间的角度可以将调制解调过程理解为： （１）将已调信号表示为Ｎ维正交基函数的展开式，其展开系数对应于正交基函数形成的Ｎ维信号空间中的点，根据调制方式确定调制信号到Ｎ维信号空间的映射，就完成了调制过程； （２）在没有噪声的情况下，解调是一种一对一的逆映射，但在有噪声和衰落失真的情况下，逆映射不能完成解调，必须引入空间距离的概念，根据调制映射关系，建立起多对一的最优信号检测理论； （３）对于模拟解调和波形估计问题，可以基于信号空间的正交投影概念建立最佳滤波和最优估计理论。 本文对基于软件无线电的模拟、数字通信信号调制解调通用结构进行了研究，在此结构上推导出了ＡＭ、ＦＭ、ＤＳＢ、ＳＳＢ、２ＡＳＫ、２ＦＳＫ、２ＰＳＫ、ＭＡＳＫ、ＭＦＳＫ、ＭＰＳＫ和ＭＱＡＭ等常用体制的调制解调算法，并使用
实验一软件无线电基础 一、实验目的 熟悉软件无线电实验平台，了解软件无线电平台的软硬件处理通信任务的过程，学会软件无线电的基本设计方法和开发工具软件使用方法。 二、实验内容 用软件无线电实验平台和LabVIEW软件创建一个调频无线接收器；创建一个自定义LabVIEW 用户界面，配置 USRP，用LabVIEW设计无线通信系统原型。 三、实验仪器 1 USRP实验平台一台 2 计算机一台 四、实验原理 1 软件无线电平台原理 无线通信测试创新论坛对软件无线电(SDR) 的定义：“无线电的一些或全部的物理层功能由软件定义。” 软件无线电参考了这样一个技术：在通用硬件平台上运行软件模块，用于实现无线通信功能。结合USRP通用软件无线电硬件和模块化软件的优势，提供了满足多功能需求且灵活性强的快速通信原型平台，适用于物理层设计、算法验证、多标准无线系统、无线信号录制与回放、通信情报等应用。
图 1. 软件无线电平台构架 2 软件无线电实现的数字通信系统 2.1典型的数字通信系统 一个典型的数字通信系统包括：发射机、接收机和通信信道。图3展示了一个数字通信系统的通用组件。放在第一行是发射机，包含信源编码、信道编码、调制、上变频模块。第二行是接收机由下变频、匹配滤波器、均衡器、解调、信道译码和信源译码模块组成。 图2 数字通信系统框图
2.2 NI USRP 无线通信实验系统 图3 NI-USRP 无线实验系统硬件、软件平台 1） NI USRP 硬件平台 图4 NI-USRP 硬件平台前面板 射频信号输入到SMA 连接器，USRP 硬件平台通过直接变频接收机中的混频操作，产 生同相正交（I/Q ）基带信号 ，再经过一个 2通道，速率为100 MS/s 的14位模数转换器 (ADC)采样。然后数字化的 I/Q 数据并行地经过数字下变频（DDC ）过程，混频、滤波，使输入的100MS/s 的信号达到指定速率。32位的下变频采样信号（每对I/Q 各16位），通过标准千兆以太网连接，以高达20MS/s 的速度传给主机。
软件无线电技术简介 软件无线电技术,顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于:传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台,而许多的通信功能则是由软件来实现,打破了有史以来设备的通信功能的实.. 软件无线电技术,顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于:传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台,而许多的通信功能则是由软件来实现,打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信,摸拟通信到数字通信之后第三次革命, 软件无线电的基本思想就是将宽带模数变换器(A/D及数模变换器(D/A尽可能 地靠近射频天线,建立一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、开放的硬件平台,在这个硬件平台上尽量利用软件技术来实现电台的各种功能模块。如使用宽带ADC通过可编程数字滤波器对信道进行分离;使用数字信号处理器(DSP技术,通过软件编程来实现各种通信频段的选择,如HF、VHF、UHF和SHF等;通过软件编程来完成传送信息抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换,以实现射频电台的收发功能;通过软件编程实现不同的信道调制方式的选择,如调幅、调频、单边带、数据、跳频和扩频等;通过软件编程实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能等。软件无线电技术是软件化、计算密集型的操作形式。 DSP技术是软件无线电手机的基础。目前尽管低功耗DSP、超强功能DSP发展迅速,但DSP在速度、功耗上的现状仍然是制约软件无线电发展的关键。DSP的另一研究内容就是软件,软件是软件无线电技术的核心。在目前DSP不能满足软件无线电设计要求的情况下,开发DSP的数字信号处理软件应是软件无线电技术的主攻方向。这其中包括各种FFT算法,调制解调、信源编码、信号编码等各种通信软件,也包括方式控制、信号控制和数据交换软件。