作者：宋麗麗  任治剛

    綜述軟件無線電的起源、概念及特點，具體介紹它的基本結構及部分實現技術。

    要害詞：軟件無線電智能天線數字信號處理器數字變頻

    一、軟件無線電的起源

    軟件無線電(SoftwareRadio)最初起源于軍事通信。

    軍用電臺一般是根據某種特定用途設計的，功能單一。雖然有些電臺基本結構相似，但其信號特點差異很大，例如工作頻段、調制方式、波形結構、通信協議、編碼方式或加密方式不同。這些差異極大地限制了不同電臺之間的互通性，給協同作戰帶來困難。同樣，民用通信也存在互通性問題，如現有移動通信系統的制式、頻率各不相同，不能互通和兼容，給人們從事跨國經商、旅游等活動帶來極大不便。為解決無線通信的互通性問題，各國軍方進行了積極探索。1992年5月，在美國電信系統會議。IEEENationalTelesystemsConference)上，MITRE公司的JoeMitola首次明確提出軟件無線電的概念。

    二、軟件無線電概念及特點

    所謂軟件無線電，就是說其通路的調制波形是由軟件確定的，即軟件無線電是一種用軟件實現物理層連接的無線通信設計。軟件無線電的核心是將寬帶A/D、D/A盡可能靠近天線，用軟件實現盡可能多的無線電功能；其中心思想是在一個標準化、模塊化的通用硬件平臺上，通過軟件編程，實現一種具有多通路、多層次和多模式無線通信功能的開放式體系結構。應用軟件無線電技術，一個移動終端可以在不同系統和平臺間暢通無阻地使用。

    軟件無線電的主要優點是它的靈活性，可以通過增加軟件模塊，方便地增加新功能。在軟件無線電中，諸如信道帶寬、調制及編碼等都可以進行動態調整，以適應網絡標準和環境、網絡通信負荷及用戶需求的變化。軟件無線電具有較強的開放性，由于采用標準化、模塊化結構，其硬件可以隨器件和技術的發展而更新或擴展，軟件也可以隨需要不斷升級。

    軟件無線電推動了可編程硬件的發展，擴展了它的編程能力，提高了它的靈活性。現在的無線通信設備包括手機都使用了DSP，但DSP軟件大多固化在設備中，且DSP硬件是專用的。假如DSP硬件更加通用化，其軟件可以通過有線或無線手段裝入，那么一臺設備就可以實現在不同的制式、頻段和協議下工作了。當用戶攜帶一臺軟件無線電裝置到另一個國家，一入境就可以使用軟件無線電裝置從空中接收并下載該地區的通信標準，然后就可以利用該地區通信標準運行自己的軟件無線電裝置了，這將給人們帶來很大的方便。

    三、軟件無線電的基本結構

    1.寬帶/多頻段天線與RF模塊

    寬帶/多頻段天線與RF模塊是軟件無線電不可替代的硬件出入口。軟件無線電要求天線能覆蓋所有頻段，能用程序控制方法對其功能及參數進行設置。可采用智能化天線技術。

    智能天線也稱自適應陣列天線，由天線陣、波束形成網絡、波束形成算法三部分組成。它通過滿足某種準則算法調節各陣元信號的加權幅度和相位，進而調節天線陣列的方向圖外形，來達到增強所需信號，抑制干擾信號的目的。智能天線也可以用空分復用(SDMA)的概念加以解釋，即利用信號入射方向上的差別，將同頻率、同時隙的信號區分開來，從而達到成倍擴展通信系統容量的目的。智能天線具有抑制噪聲、自動跟蹤信號、采用智能化時空處理算法形成數字波束等功能。目前，智能天線技術日趨完善，中國電信科學研究院信威公司已推出帶智能天線的同步CDMA系統，美國麥得威通信公司的智能天線也開始投放市場。

    射頻部分包括預放大和功率輸出兩部分。射頻發射機和接收機，由通用平臺和多個射頻發射機模塊組成，其工作頻帶應足夠寬，并采用數字頻率合成技術設置，對每種標準應能夠多載波工作。發射機包括多只高功率放大器，要求具有高線性。

    2.模數轉換部分

    數字化是軟件無線電的基礎，模擬信號必須經過采樣轉化成數字信號才能用軟件進行處理。軟件無線電體系結構的一個重要特點是將A/D和D/A盡量靠近射頻前段。A/D和D/A器件在軟件無線電中的位置非常要害，它直接反映了軟件無線電系統的軟件化可操作程度。為減少模擬環節及適應錯綜復雜的電磁環境，要求A/D器件具有適中的采樣頻率、較高的工作速度、較寬的工作帶寬和較大的動態范圍。在設計無線電系統時，選擇模數器件依據的性能指標有：信噪比、轉換靈敏度、無散雜動態范圍、非線性誤差、互調失真、全功率模擬輸入帶寬等。

    A/D器件性能的局限及采樣時引入的頻譜混迭、量化誤差等，會對軟件無線電臺的性能產生不良影響，但這種影響尚缺乏定量分析。

    3.高速數字信號處理器

    DSP是軟件無線電必需的基本器件，是其靈魂和核心所在。系統在射頻或中頻(IF)對接收信號進行數字化處理，通過軟件編程靈活地實現寬帶數字濾波、直接數字頻率合成、數字上下變頻、調制解調、差錯編碼、信令控制、信源編碼及加解密功能。接收時，來自天線的信號經過RF處理和變換，由寬帶A/D數字化，然后通過可編程DSP模塊進行所需的各種信號處理，處理后的數據信號送至多功能用戶終端。發送時，通過類似接收信號處理流程的逆過程將數據通過天線發射出去。可見，軟件無線電的靈活性、開放性、兼容性等特點主要是通過以數字信號處理為中心的通用硬件平臺及DSP軟件實現的。

    目前的DSP無論在功能上還是在性能上，都不能滿足無線電的要求，很難用單片DSP直接處理寬帶射頻或中頻信號，可以先采用數字變頻技術對寬帶射頻或中頻信號進行處理，然后再用DSP完成各種信號處理功能。數字變頻的組成與模擬變頻組成類似，包括數字混頻器、數字控制振蕩器和低通濾波器三部分，所不同的是數字變頻采用正交混頻。數字變頻具有載頻和數字濾波器系數可編程性、不存在非線性失真、頻響特性好及造價低等優點。

    四、軟件無線電的未來

    由于軟件無線電具有現有無線通信體制所不具備的許多優點，因此它有著廣泛的應用前景。目前，軟件無線電在國內外得到迅速發展。美國國防部已完成“Speakeasy計劃”二期工程，并在電子戰領域應用；歐共體的ACTSFIRST項目和美國RUTGERS大學分別進行了軟件無線電應用于第三代移動通信系統的研究；我國也將軟件無線電技術納入了國家“863”高科技發展計劃，目前我國正在研究開發的第二代同步軌道航天測控設備方案的核心就是引入軟件無線電技術。

    隨著無線網絡的發展，各種無線通信體系結構和設計規范不斷出現。未來的無縫多模式網絡要求無線電終端和基站具有靈活的RF頻段、信道接入模式、數據速率和應用功能。軟件無線電可以通過靈活的應變能力，提高業務質量；同時可以簡化硬件組成，快速適應新出現的標準和治理方式。

    可以預見，隨著現代計算機軟、硬件技術與微電子技術迅猛的發展，軟件無線電技術必將在21世紀得到更快、更完善的發展，并付諸應用。