软件无线电技术摘要：现行的面向具体用途来设计不同频段、不同制式的无线电通信电台及组网的思想已经远远不能满足现代无线电通信的实际需要，因此软件无线电系统及其技术，这种革新的通信理念与体制应运而生。

文章对软件无线电技术的概念、功能和关键技术等进行了介绍，并阐述了软件无线电的应用和发展前景。

一．引言软件无线电是近些年来随着微电子、信号处理、计算机等技术的高速发展应运而生的一种新的无线电技术。

它最初起源于军事通信，是为了解决多军联合作战时通信互通互联问题而提出来的。

经过这几年的迅速发展，软件无线电早已从军事领域的阶段逐步发展成为移动通信发展的基石，特别是第3、4代移动通信系统。

个人移动通信系统已从第一代模拟蜂窝系统发展到第二代数字蜂窝系统（GMS、CDMA），目前正在向第三代移动通信系统发展，而且第四代移动通信技术也已经悄然问世。

随着越来越大的通信需求，一方面使通信产品的生存周期缩短，开发费用上升；另一方面，新老体制共存，各种通信系统之间的互联变得更加复杂和困难、由于通信技术的迅猛发展，新的通信体制与标准不断提出，通信产品的生存周期减少，开发费用上升，导致以硬件为基础的传统通信体制无法适应新的局面；同时，不同体制互通的要求日趋强烈，并且随着通信业务的不断增长，无线频段资源变得越来越拥挤，对现有通信系统的频带利用率及抗干扰能力提出了更高的要求。

但是沿着现有通信体制的发展，很难对频带重新规划。

所以寻求一种既能满新一代通信系统需求，由能兼容老体制，而且更具有扩展能力的新的个人移动通信系统体系结构成为人们努力的方向。

而软件无线电正好提供了解决这一问题的技术途径成为第三代移动通信系统研究的热点。

二．软件无线电的概念及特性软件无线电技术将硬件、软件、无线技术有机地结合在一起，组成灵活多样的多功能系统。

它的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，从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的、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转换）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。

在设计和应用中软件无线电技术有下列优点：（1）完全的数字化。

由于软件无线电的基本思想之一就是力图从通信系统的基带信号至中频、射频段进行数字化处理。

因此，它是一种比目前任何一个数字通信系统的数字化程度都要高得多的全数字化通信系统。

（2）完全的可编程性。

软件无线电通过一种通用的硬件平台，将通信的各种功能实现完全由相应软件运行来完成。

它包括：宽频段内的可编程的信道调制方式、可编程的射频与中频频段、可编程的信道解调方式、信源编码、解码方式等。

（3）系统升级的便捷性与系统功能的可扩充性。

由于软件无线电通信系统的功能更多体现在软件上，因此，系统的升级只需要改变相应的软件，即对软件升级即可。

显然，它比以往对硬件电路的设计与改进更加快捷。

通过软件工具可扩展通信系统业务、分析无线通信环境、定义所需扩展增强的各项通信业务。

（4）系统便于实现模块化。

利用软件无线电的基本思想，对现行的通信系统均可实行模块化设计，模块的物理及电气接口性能指标符合统一开放的标准。

通过更换单一模块，可以维护或提高系统的性能。

由于软件无线电的这些特点，使其一方面在军事领域，符合三军协同快速通信的需要；另一方面在民用领域，可通过软件编程，保持一种硬件平台结构的通用性。

所以在移动通信领域内，可以对不同体制进行综合兼容真正实现移动通信系统“一机在手，漫游天下”的设想及其优越性。

因此，软件无线电思想技术的提出与实现是非常必要的。

三．软件无线电系统的功能结构理想软件无线电的结构如图所示。

实现系统的无线通信需要经过信号的发射，信号的信道传输与信号的接收3个过程。

由于现在这种新型的软件无线电通信系统的信道接入、信道调制方式和信道的选址分配方式均可由系统终端的可编程软件功能来定义和实现，从而可使软件无线电通信系统的实现缩减为发射和接收两个过程。

此外，在软件无线电系统中承担发射过程的软件相当丰富。

它不仅能发射信号，而且能预先分析传输信道与相邻信道的干扰特性，从而探测确定信号的最佳传输途径。

它能自行选择确定适应信道传输的最佳解调方式与编码方法；也能决策调整宽带天线的位置，以使发射波束获得最佳方向；并能自动调整合适的发射功率，以避免不必要的功率损失。

软件无线电通信系统接收过程的软件功能是：它不仅能够接收信号，而且能够分析接收信号功率在本传输信道和相邻信道上的分布特性并能自动调整接收天线的方向；能识别接收信号的调制方式和编码方式；能自适应的抑制干扰，评估所需信号多径传输的动态特性，并对其总体值进行相关的自适应均衡处理；能采用交织编码方式对信道解调方式进行解调，并能运用前向纠错控制方式（FEC）对漏检差错编码纠错以及更正驻留误码，从而使接收信号的差错比特率（BER）最小；同时，它还能对不同系统通信的相关协议进行转换。

更重要的是，软件无线电系统还可以通过广泛的软件功能来支持该系统业务的广泛可扩充性。

显然这些功能都是以往或现有数字无线电通信系统所不能比拟的。

四．软件无线电系统“软件化”程度的评价如何评价一个软件无线电系统的“软件化”程度呢？1997年5月软件无线电概念的提出者Joe.M在欧洲召开的软件无线电会议中提到了一种思路：用一个矢量（N，PDA，HM，SFA）来表示其“软件化”程度，该矢量的每一维坐标取值均为0~3。

其含义如下：N为空中接口所能支持的频道数，分为4中类型：单一频道（0），双频道（1），多频道（小于6个）（2）以及RF频段中的所有频道（3）。

PDA是指可编程数字化访问（Programmable Digital Access），即指软件无线电中数字可编程的程度，也分为4种类型：无可编程性（完全模拟或固定功能的数字无线电）（0），在基带可编程（1），在中频可编程（2）在射频可编程（3）。

HM指硬件的模块化程度（Hardware Modularity），实际指硬件的可编程程度，分为4类：无可编程性（0），系统采用可编程专用模块（1），系统采用DSP（2），及采用FPGA 等（3）。

SFA指软件模块化程度，也可以认为是软件的可重用性（Reuse），即软件是否可以应用于不同的硬件平台上，有如下4类：无定义空中接口的软件（0）；硬件平台上只能够运行一个厂商所提供的软件（1）；多个厂商的软件均可加载到硬件平台上，但硬件平台是一个（2）；多个厂商的软件可加载到多个硬件平台上（3）。

按照矢量分布，从四个尺度均为0到均为3，软件无线电评价的级别也是从0级到3级。

如表1所示。

目前很多的可编程数字无线电处于级别1，美国军方的Speakeasy处于级别2。

表1 软件无线电的级别从上面的描述我们可以看出，目前国外对软件无线电概念的认识正在逐步加深，不仅无线通信系统中的各个功能模块是用软件实现，同时要求整个系统中的软件和硬件都具有灵活性和开放性，对“软件”特性提出了更高的要求。

五．软件无线电系统的关键技术与研究热点软件无线电之所以比传统的数字电台优越，是因为采用了许多关键技术，正是这些关键技术确保了电台的宽频段和功能的灵活性。

其中的关键技术主要有：（1）开放式体系结构。

软件无线电的硬件设计以开放式总线结构为基础，所以硬件和软件都采用开放式物理接口和电气接口规范，按标准的通用模块进行设计。

目前，用于通信的开放式体系结构标准已经建立，但软件无线电中用于高性能、实时数字信号处理的开放式标准还处于未成熟阶段。

（2）宽频段、多频段天线及RF部分技术。

RF转换器部分功能包括产生输出功率、接收信号的预放大、射频信号和中频信号的转换等，现阶段RF变换还只能采用模拟方式。

（3）宽带模数或数模（A/D或D/A）转换技术。

在软件无线电中，理想的ADC的位置应尽可能的靠近天线，以使接收到的模拟信号尽早数字化及获得最大限度的可编程性。

在A/D或D/A转换技术中需要考虑的几个因素有：采样速率、采样方式的选择、带外能量的数值及效应、量化噪声等，目前在软件无线电A/D或D/A技术中存在的最大问题是目前ADC 的采样速率难以完全满足软件无线电所要求的高速、高精度的性能。

（4）中频处理技术。

发射端中频处理部分是实现已调基带信号与中频信号之间的变换，这种变换通过离散时间点运算来实现；接收端中频处理部分包括宽带数字滤波，可从可用的业务波段中选出一个来，恢复出中等带宽的用户信道，同时将信号转换到基带。

频率变换和滤波的复杂程度决定了中频段对处理能力的需求，其功能完成要求用数字处理方法来实现。

（5）基带处理技术。

基带处理段对信号进行第一级信道调制（相应地在接收机中是对信号进行解调）。

另外，针对非线性信道的信号预畸变、格型编码和软判决参数估计都包括在基带处理段中。

因此，该段的复杂性由基带带宽、信道波形和相应处理（如：软判决支持）的复杂性来决定。

（6）数字信号处理（DSP）技术。

在软件无线电中，高速DSP的运算能力高低将直接影响到软件无线电系统性能的好坏。

在多频段多功能电台中，DSP部分的设计不再是为某种功能所附加，而是承担电台的大部分信号处理功能，包括调制/解调、变频、数字滤波、信号检测、信息处理、语音编码、抗干扰及实时控制、网络协议等多种功能。

（7）可重构的实时软件处理技术。

软件无线电在多工作方式实现过程中，要求能实时加入新的功能软件，因为尽管目前存储器的容量已经够大，但存储所有软件仍然是一种负担，因此软件无线电应该能够通过特定的用户入口来实现装载新的功能软件，从而通过软件资源重新分配的办法来实现软件的功能重组，这就要求将通信协议及软件标准化、通用化，这也是软件无线电的一个基本要求。

（8）开放式总线结构的标准化。

传统的硬件平台结构为流水线式，在这样的结构中，各模块采用实际的硬件电路互联。

由于在一般的情况下，个模块之间耦合紧密；当系统功能需要改变时，则要求增加或减少某一模块，这样必然会引起结构上的变化。

由于它不具有开放性，因此不具备软件无线电的要求。

人们从PC的发展中得到启迪，由此基于总线互联结构的系统便应运而生，即将VME总线标准在相应系统中应用。

尤其是在软件无线电系统中，VME总线标准为软件无线电的可开放、可扩展硬件平台奠定了坚实的基础。

（9）宽带智能天线技术。

智能天线技术在软件无线电中具有非常重要的功能，是不可替代的硬件出入口，只能靠硬件本身来完成，不能靠软件加载实现全部功能。

软件无线电中的智能天线与无线移动通信中的智能天线从功能上讲是完全相同的，但在软件无线电系统中，由于信号占据很宽的频率范围，其天线必须具有接入多个频段的功能，理想的软件无线电系统的天线部分则应该能够覆盖全部无线通信频段，这对天线技术提出了较高的要求。