第2章 软件无线电的关键技术汇总

软件无线电及其关键技术陈坚李在铭（电子科技大学通信学院102教研室成都610054）摘要软件无线电是近年提出的一种无线通信的体系结构，是继从模拟技术到数字技术后，无线通信领域的又一突破性新技术，本文从软件无线电的基本概念出发，讨论了其发展背景、功能结构、关键技术、先进特点和存在问题及应用与发展前景。

关键词软件无线电体系结构模数转换数字信号处理数字下变频一、引言随着通信技术不断地从模拟向数字化转变，现代无线系统越来越多的功能靠软件实现，因此产生了新一代的无线通信技术——软件无线电(software radio)[1]。

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难。

人们研究软件无线电技术的主要原因如下：1)为了满足日趋复杂的无线电通信要求，通信设备必须符合各种无线通信手段相互协同的要求；同时，由于通信技术日新月异，为使电台保持与当今先进的通信技术同步，更新或增加电台功能速度加快；2)数字处理理论与技术的高度发展，以及A/D转换器和数字信号处理器(DSP)等器件的逐步成熟，为发展软件无线电奠定了技术基础。

软件无线电充分利用嵌入通信设备里的单片微机和专用芯片的可编程能力，提供一种通用的采用宽带A/D转换器、DSP和通用中央处理器(CPU)相结合的无线电台硬件平台，既保持无线电台硬件结构的简单化，又带来如下的优点：1)灵活性：能转换信道、改变调制方式和接收不同类型信号，对目前面临许多新标准或环境变化的无线电设计者而言，很有吸引力；2)集中性：软件无线电技术多信道共享前端射频级，可对每一信道进行低成本的数字处理，尽管软件无线电台比单个传统接收机要昂贵得多，但每个信道的成本大大降低了。

1、软件无线电的核心思想：可重配置性。

采用开放的、标准化的通用平台构造无线电系统，使宽带ADC/DAC尽可能的靠近天线，用软件实现尽可能多的无线电功能，并通过软件实现功能的设定和升级，使通信系统具有多频带、多模式的通信能力。

2、软件无线电的定义：（1）、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/数和数/模转换，能够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。

（2）软件无线电是一种新型的无线体系结构，它通过硬件与软件的结合使无线网络和用户终端具有可重配置能力。

软件无线电提供了一种建立多模式、多频段、多功能无线设备的有效而且相当经济的解决方案，可以通过软件的升级实现功能提高。

软件无线电可以使整个系统（包括用户终端和网络）采用动态的软件编程对设备特性进行重配置。

3、软件无线电的特点：（1）、可多频带/多模式/多功能工作。

（2）、具有可重配置、可重编程能力。

4、硬件体系结构的分类：1按照物理介质划分：第一种是以通用处理器GPP为基础的结构。

第二种是以DSP为基础进行数字信号处理的体系结构。

第三种是以FPGA为基础进行数字信号处理的体系结构。

2按照系统中各功能模块的连接方式划分的硬件体系结构：1流水式结构2总线式结构3交换式结构4基于计算机和网络式结构5、比较DSP和FPGA的性能：1硬件结构，DSP采用哈佛结构 FPGA器件由大量的逻辑宏单元组成 2 灵活性 DSP处理器软件更易改变，而硬件个管脚是固定的.FPGA则需通过改变FPGA中构成DSO系统的硬件结构来改变硬件功能。

3 适用场合 DSP适用于状态复杂的操作 FPGA适用于简单重复的操作和需要并行处理的操作。

4处理能力 DSP处理速度慢 FPGA 处理速度快 5开发流程 DSP的仿真必须有合适的硬件平台 FPGA有多个层次的仿真测试和硬件调试环节 6开发技术标准化不同的DSP处理器结构有较大区别，需选择不同的汇编语言机仿真开发工具和编码软件 FPGA则采用开发技术的标准化和规范化。

软件无线电的主要原理及技术嘉兆科技本文主要介绍了软件无线电的概念、主要原理、关键技术及在生活中的广泛应用。

它是以开放性、标准化、模块化、通用性、可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，是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电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。

首先介绍了软件无线电的理论基础，即带通采样理论，多速率处理信号技术，高效信号滤波，数字正交变换理论，这些都是软件无线电实现的理论基础，然后是其关键技术，宽带智能天线技术，A/D转换技术，数字上/下变频技术，数字信号处理部分，这些技术是实现软件无线电的关键和核心所在。

最后，对其应用领域也进行了描述，指出其在个人移动通信，军事通信，电子站，雷达和信息加电中的巨大潜力。

软件无线电这个术语最早是美军为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。

陆，海，空三军简单就工作频段来分，解决了互不干扰问题，但三军联合作战时互通，互联，互操作问题难以解决，于是1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。

进而实现联合战术无线电系统<简称JTRS），它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。

软件无线电以开放性，标准化，模块化，通用性，可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能，选用不同软件可实现不同功能，软件可以升级更新，硬件也可像计算机升级换代，可称为超级计算机。

它是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电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。

理想软件无线电的结构框图：申明：所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。

浅析软件无线电发展现状及关键技术随着科技的不断发展，无线电技术也在不断进步。

传统的无线电设备使用硬件实现，每个设备通常只能支持特定的频率和协议，并且需要独立的硬件运营和维护，这使得无线电设备的使用和管理变得极为困难。

改变这种情况的，是软件定义无线电技术的出现。

本文将对软件无线电发展现状及关键技术进行浅析。

一、软件无线电的定义软件无线电是指利用现代计算机技术，通过软件实现无线电设备的调制/解调、滤波、解码、编码等功能，使用一个软件无线电设备就可以实现多种频率和协议的通信。

相比于传统硬件无线电设备，软件无线电设备可以更快更容易地升级协议和功能，而不需要重新设计新的硬件。

二、软件无线电的发展历程软件无线电技术的历史可以追溯到上世纪80年代。

当时由美国国防部资助的“波浪计划”启动了研究软件无线电技术的计划。

该计划的目的是研究能够在线路上实时调整信号处理参数，对信号进行加解密处理的软件定义无线电技术。

上世纪90年代初，研究人员开始使用现代计算机和数字信号处理技术来实现软件定义无线电系统。

当时这种技术还很新颖，但却有很多优点。

其中最大的优点就是，一个软件定义无线电系统可以模拟多个传统无线电设备，并且这些设备可以使用不同的信号处理器，模拟出不同的无线电标准和协议。

由于软件定义无线电技术具有这种通用性，它已被广泛用于卫星通信、移动通信、计算机网络和其他通信领域。

随着计算机技术的进步和数字信号处理技术的成熟，软件无线电技术的应用日益广泛。

现在，软件定义无线电系统已发展成为一种非常先进的技术，能够模拟多种模式和协议，并且能适应不同环境下的通信需求。

三、关键技术1、无线电频率合成技术软件定义无线电中最重要的技术之一是数字频率合成技术。

数字频率合成器是一个数字信号处理器，用于计算出精确的频率。

当然，为了得到准确无误的结果，算法需要准确地采样数据并运用数学公式进行处理。

此外，还需要模拟-数字转换器（ADC）和数字-模拟转换器（DAC）等专用硬件。

1软件无线电(SDR作为当今无线通信领域的新技术,正在引起国内外越来越多的关注,在通信领域是继模拟技术到数字技术、固定通信到移动通信之后的新的无线电通信体制。

随着通信技术的发展,兼容各种不同制式类型的设备已经日益显露出其需求性,与传统的无线电系统相比,软件无线电系统具有结构通用、功能软件化、互操作性好等一系列优点。

软件无线电的起源与发展软件无线电的产生原因与海湾战争有关,当时以美国为首的多国部队中使用了多种不同制式的通信设备,因而造成了互相通信的困难。

之后在1992年5月Jeo Mitola 在美国通信系统会议上首次提出“软件无线电”的概念。

其基本思想是使所有使用战术电台都基于同一个硬件平台,安装不同的软件来组成不同类型的电台,完成不同性质的功能。

因此它具有软件可编程能力。

这个概念很快就在世界各国引起了注意,这是因为现代军事通信对无线电通信系统的可靠性、互通性、灵活性以及抗干扰、抗毁性、保密、安全等都有更高的要求。

美国军方与Hazcltine 公司研制了一种名为“speakeasy”(易通话软件无线电台,实现了美军通用的多频段、多功能的无线电平台,能兼容军队现有的各种电台,能同时处理4种以上不同的调制波形。

这种电台可以称得上是一种带有天线的、能进行话音和数据传输的“掌上电脑”。

通信的业务包括话音、数据和视频图像等。

目前软件无线电在民用领域日益受到重视,主要原因是现行通信系统技术标准多种多样,各种技术标准和相应的系统间难以兼容,难以用统一的设备实现。

而第三代移动通信系统目前仍存在着标准之争,如果采用软件无线电来适应不同标准,不失为一种可行之道。

另一方面,通信技术发展十分迅速,旧的系统不断改进,新的系统迅速涌现,人们需要一种比彻底淘汰旧设备更为经济的系统升级方法,而软件无线电的可编程性则较好地适应了这一需求。

软件无线电的关键技术及发展趋势摘要简要介绍了软件无线电的概念、发展历史、体系结构和关键技术,并对软件无线电的发展趋势作了分析和讨论。

软件无线电技术综述一、概述随着信息技术的飞速发展，无线通信技术在现代社会中扮演着越来越重要的角色。

传统的硬件主导的无线通信系统由于其固有的局限性，已无法满足日益增长的多样化、个性化通信需求。

在这一背景下，软件无线电技术应运而生，以其独特的优势引领着无线通信领域的新一轮变革。

软件无线电技术是一种基于数字信号处理（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）等先进技术的无线通信体系。

它的核心理念在于构建一个通用的硬件平台，通过加载不同的软件来实现各种无线通信功能。

这种技术范式不仅使得硬件平台能够兼容多种无线标准，如GSM、CDMA、WLAN等，还显著提高了系统的灵活性和可扩展性。

软件无线电技术的核心原理在于将模拟信号进行数字化处理，并在数字域上执行信号处理操作。

具体实现过程中，需要构建可编程的数字信号处理器（DSP）和FPGA等硬件平台，并开发相应的数字信号处理算法和软件模块。

通过这些技术和手段，软件无线电技术能够实现无线信号的收发和处理，从而满足不同的无线通信标准和功能需求。

软件无线电技术的应用领域广泛，涵盖了军事、移动通信、无线传感器网络、广播通信等多个领域。

在军事领域，软件无线电技术有助于构建灵活的军事通信系统，提高作战指挥效率和协同能力。

在移动通信方面，该技术能够实现多模多频的通信功能，支持多种无线标准，提升移动设备的通信能力和互联互通性。

在无线传感器网络和广播通信等领域，软件无线电技术也发挥着重要作用，推动着这些领域的持续创新和发展。

软件无线电技术以其独特的优势在无线通信领域展现出了广阔的应用前景。

本文将对软件无线电技术的定义、原理、发展历程、应用领域以及未来发展趋势进行全面综述，以期为相关研究和应用提供参考。

1. 软件无线电技术的定义软件无线电技术，是一种引领无线通信领域的技术革新。

它的核心理念在于利用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”，打破了传统通信设备仅仅依赖硬件来实现通信功能的局限。

软件无线电摘要：本文主要论述了软件无线电的基本概念、组成、关键技术、应用及制约因素。

1．软件无线电的基本概念软件无线电技术，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。

这就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，所以说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的各种功能，从基于硬件、面向用途的无线通信机设计中解放出来。

软件无线电的核心是将宽带A/D和D/A尽可能靠近天线（将A/D和D/A由基带移到中频甚至射频），用实时高速DSP/CPU代替传统的专用数字电路做A/D转换后的一系列处理，将无线通信的各种功能用软件进行定义。

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的配置结构，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。

理想软什无线电的组成结构如图l一1所示。

2．软件无线电的组成及关键技术软件无线电技术是软件化、计算密集型的操作形式。

它与数字和模拟信号之间的转换、计算速度、运算量、存储量、数据处理方式等问题息息相关，这些技术决定着软件无线电技术的发展程度和进展速度。

软件无线电主要由天线、射频前端、宽带模数／数模转换器(ADC／DAC)、通用数字信号处理器(DSP)以及各种软件组成。

理想的软件无线电系统的天线部分应该能够覆盖全部无线通信频段，通常来说，由于内部阻抗不匹配，不同频段电台的天线是不能混用的。

而软件无线电要在很宽的工作频率范围内实现无障碍通信，就必须有一种无论电台在哪一个波段都能与之匹配的天线，所以，实现软件无线电通信，必须有一副可通过各种频率信号而且线性性能好的宽带天线。

射频前端在发射时主要完成上变频、滤波、功率放大等任务；接收时实现滤波、放大、下变频等功能。

软件无线电关键技术详解近年来软件无线电技术发展取得了一些进展，但仍面临许多技术挑战，包括高速Ａ／Ｄ、ＤＳＰ数字处理、射频前端、天线技术等问题，可以说这些技术决定着软件无线电的发展和实现。

多年来在这方面的努力也从未停止过，这些技术仍在不断的发展，同时也出现了一些新的发展趋势。

一、天线技术理想的软件无线电系统的天线部分应该能覆盖全部无线通信频段，要能在很宽的工作频率范围内实现无障碍通信。

目前采用的是多频段组合式天线，即在全频段甚至每个频段使用几付天线组合起来形成宽带天线。

宽带天线被视为是实现理想软件无线电系统的最佳天线方案，也被认为在目前技术条件水平下是不能实现的。

近年来发展的ＲＦ是一种高度小型化的器件，可作为小型开关取代天线中的高成本、大体积的ＰＩＮ二级管、超宽带场效应晶体，是实现宽带可重构天线设计的一种具有突破性的技术。

采用ＭＥＭＳ，可以电子的方式改变一方环形开槽天线的工作频率。

在一方型的开槽天线上，当周长近似为一个波长时，在某个频率上可获取良好的性能，要针对新频段重构天线时，可通过交换不同的开槽天线单元的入口和出口。

因此，在３８ＧＨｚ范围进行频率变换成为可能。

利用ＰＩＮ二极管开关实现的ＭＥＭＳ开关还具有低损耗、高隔离与体积小等优势。

ＵＷＢＡ。

ＭＥＭＳ技术的应用将使ＷＢ和ＵＷＢ天线的体积和成本降低多个数量级。

另外建模和仿真方法的进步可实现对这些新天线单元的精确仿真。

二、ＲＦ前端技术目前ＲＦ元器件的水平还只能支持２０％左右的带宽，故在现有的软件无线电系统中采用的技术方案是使用一组ＲＦ模块覆盖整个频段。

在支持多标准时还可能要求更换射频模块。

随着宽频段合成技术、低噪声高性能半导体工艺技术的成熟，出现非ＲＦ芯片已于２００３年。