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軟件無線電最初起源于軍事研究。1992年5月，MILTRE公司的Joe Mitola在美國國家遠(yuǎn)程系統(tǒng)會(huì)議上首次作為軍事技術(shù)提出了軟件無線電（Software Radio，簡(jiǎn)稱為SWR）的概念，希望用這種新技術(shù)來解決三軍無線電臺(tái)多工作頻段、多工作方式的互通問題。從此，對(duì)軟件無線電的研究在全球范圍內(nèi)迅速展開。
1994年，美軍完成了“易通話”(Speakeasy)軟件無線電的第一期工程。1995年5月，IEEE《通信雜志》出版了軟件無線電專刊，進(jìn)一步闡述了軟件無線電的體系結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的A/D（模/數(shù)變換器）、DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）等關(guān)鍵技術(shù)，并給出了可以用于軟件無線電的現(xiàn)有DSP芯片清單，從此拉開了軟件無線電在軍事、商用領(lǐng)域研究的序幕。
軟硬如何分離？
所謂軟件無線電，是指構(gòu)造一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放性的硬件平臺(tái)，將各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成，同時(shí)使寬帶A/D轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，以充分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，提高可編程性。軟件無線電技術(shù)的重要價(jià)值在于：傳統(tǒng)的硬件無線電通信設(shè)備只是作為無線通信的基本平臺(tái)，而眾多的通信功能則是由軟件來實(shí)現(xiàn)，這打破了有史以來設(shè)備的通信功能的實(shí)現(xiàn)僅僅依賴于硬件發(fā)展的格局。軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)是通信領(lǐng)域繼固定通信到移動(dòng)通信、摸擬通信到數(shù)字通信之后的第三次革命。
作為一種新興的技術(shù)，軟件無線電的基本概念就是在一個(gè)通用硬件平臺(tái)上，通過軟件加載的方式用軟件來實(shí)現(xiàn)所有無線電系統(tǒng)的通信功能。軟件無線電的基本思想就是將寬帶模數(shù)變換器(A/D)及數(shù)模變換器(D/A)盡可能地靠近射頻天線，建立一個(gè)具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、開放的硬件平臺(tái)，在這個(gè)硬件平臺(tái)上盡量利用軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電臺(tái)的各種功能模塊。如使用寬帶ADC通過可編程數(shù)字濾波器對(duì)信道進(jìn)行分離；使用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)技術(shù)，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)各種通信頻段的選擇,如HF、VHF、UHF和SHF等；通過軟件編程來完成傳送信息抽樣、量化、編碼/解碼、運(yùn)算處理和變換，以實(shí)現(xiàn)射頻電臺(tái)的收發(fā)功能；通過軟件編程實(shí)現(xiàn)不同的信道調(diào)制方式的選擇，如調(diào)幅、調(diào)頻、單邊帶、數(shù)據(jù)、跳頻和擴(kuò)頻等；通過軟件編程實(shí)現(xiàn)不同的保密結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和控制終端功能等。
軟件無線電技術(shù)是軟件化、計(jì)算密集型的操作形式。為此，軟件無線電以硬件為基本平臺(tái)，該平臺(tái)具有模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，并以總線方式進(jìn)行連接。它將使通信具有很大的通用性、靈活性，并使得系統(tǒng)互聯(lián)和升級(jí)非常方便。一個(gè)典型的軟件無線電平臺(tái)可以將硬件單元?jiǎng)澐殖缮漕l、中頻、基帶、信源和信令等各層，它們具有模塊化結(jié)構(gòu)，各層之間的連接通過控制總線和數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)，其基本模型如圖1所示。
如何評(píng)價(jià)軟件無線電的“軟件化”程度？
1997年5月，軟件無線電概念的提出者Joe.Mhola在歐洲召開的軟件無線電會(huì)議上首倡用一種特征矢量（N，PDA，HM，SFA）作為衡量軟件無線電系統(tǒng)水平的尺度，矢量中每個(gè)參數(shù)的變化值為0～3。其中:
● N為空中接口所能支持的信道數(shù)，分為4類：?jiǎn)我恍诺溃?）、雙信道（1）、多信道（小于6個(gè)）（2）以及RF頻段中的所有信道（3）。
● PDA是可編程數(shù)字化接入，指軟件無線電系統(tǒng)中數(shù)字可編程的程度，分為4類：無可編程性（完全模擬或固定功能的數(shù)字無線電）（0）、基帶可編程（1）、中頻可編程（2）以及射頻可編程（3）。
● HM是硬件的模塊化程度，指硬件可編程能力分為4類，無可編程性（0）、系統(tǒng)采用可編程專用模塊（1）、系統(tǒng)采用DSP（2）以及采用FPGA等（3）。
● SFA是軟件模塊化，指軟件的靈活性和支持能力。它也分為4類：無空中接口定義軟件（0）、應(yīng)用于一種硬件平臺(tái)的軟件（1）、多種軟件應(yīng)用于一種硬件平臺(tái)（2）以及多種軟件應(yīng)用于多種硬件平臺(tái)（3）。
該參數(shù)表現(xiàn)了能夠提供即插即用軟件模塊的特點(diǎn)。如果在運(yùn)行的過程中，功能沒有變化，那么由最初制造商提供的應(yīng)用于硬件平臺(tái)的軟件可以滿足要求。但當(dāng)有多個(gè)軟件供應(yīng)商都能提供軟件產(chǎn)品時(shí)，只適用于一種硬件平臺(tái)的軟件無法滿足多種硬件平臺(tái)的需要。
通過以上參數(shù)的不同組合，可對(duì)軟件無線電系統(tǒng)的水平進(jìn)行劃分。軟件無線電系統(tǒng)的級(jí)別分為4級(jí)，從0級(jí)到3級(jí)。目前很多的可編程數(shù)字無線電系統(tǒng)處于級(jí)別1，美國軍方的Speakeasy級(jí)別為2（如表所示）。
軟件無線電扎根無線電通信領(lǐng)域
軟件無線電技術(shù)首先在軍事領(lǐng)域得到應(yīng)用。由于其優(yōu)良的表現(xiàn)，軟件無線電技術(shù)很快滲透到民用的無線移動(dòng)通信領(lǐng)域，特別是在即將走向商用的第三代移動(dòng)通信領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。軟件無線電從應(yīng)用上看呈現(xiàn)許多特征。
軟件無線電（更嚴(yán)格地說是軟件和數(shù)字處理硬件的結(jié)合）已經(jīng)存在一段時(shí)間了，尤其是這幾年在電子戰(zhàn)方面的應(yīng)用，使人們對(duì)軟件無線電技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。冷戰(zhàn)的結(jié)束導(dǎo)致了軍事市場(chǎng)的顯著萎縮，應(yīng)用研究的重點(diǎn)發(fā)生了轉(zhuǎn)移。商業(yè)無線電應(yīng)用需要能提供低價(jià)格的、快速應(yīng)用于市場(chǎng)的無線電系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)。軟件無線電有希望成為更便宜、更靈活和用途更廣泛的無線技術(shù)的首選，應(yīng)用于商業(yè)無線電行業(yè)。
由于軟件無線電具有現(xiàn)有無線通信體制所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，因此它有著廣泛的應(yīng)用前景。在軍用方面，軟件無線電技術(shù)可實(shí)現(xiàn)各種軍用電臺(tái)的互連互通；軟件無線電系統(tǒng)可接入各種軍用移動(dòng)通信網(wǎng)。在民用方面，多頻段多模式移動(dòng)電話通用手機(jī)、多頻段多模式移動(dòng)電話通用基站、無線局域網(wǎng)及通用網(wǎng)關(guān)等都是軟件無線電的重要應(yīng)用領(lǐng)域。
隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各種無線電功能、組成和設(shè)計(jì)規(guī)范不斷出現(xiàn)。特別是未來無縫多模式網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)速率和應(yīng)用功能。軟件無線電可以通過靈活的應(yīng)變能力提高業(yè)務(wù)質(zhì)量，同時(shí)軟件無線電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了硬件組成，提供了快速適應(yīng)新出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)的管理方式。無線電接入點(diǎn)、小區(qū)和無線數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)等這些基本設(shè)施結(jié)構(gòu)可以通過安裝新編程的軟件滿足不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)，而不用更換新的硬件設(shè)備。總之，任何一個(gè)希望接入多種無線電模式的使用者，都可能成為未來軟件無線電系統(tǒng)的潛在用戶。
軟件無線電通過由軟件編程實(shí)現(xiàn)通信功能的方式來提高業(yè)務(wù)質(zhì)量和信道接入靈活性。隨著高性能DSP芯片的發(fā)展，軟件無線電正在進(jìn)入商用移動(dòng)通信系統(tǒng)。軟件無線電是實(shí)現(xiàn)不同多址接入方式兼容的最佳方案。盡管目前數(shù)字信號(hào)處理器的運(yùn)算能力遠(yuǎn)達(dá)不到軟件無線電的要求，但是隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，這些問題都會(huì)得到圓滿的解決。利用軟件無線電技術(shù)開發(fā)新一代的多模移動(dòng)通信手機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)在手，漫游天下的設(shè)想。隨著移動(dòng)通信和PCS(個(gè)人通信服務(wù))業(yè)務(wù)的不斷拓展，軟件無線電必將成為移動(dòng)通信中的主流技術(shù)。
全球重視軟件無線電研發(fā)
目前，軟件無線電在國外得到迅速發(fā)展。1991年10月8日，美國國防部通信會(huì)議明確確定了“Speakeasy計(jì)劃”。Speakeasy系統(tǒng)的目標(biāo)是使一個(gè)波形可編程的多頻段多模電臺(tái)能同時(shí)處理多種不同的信號(hào)波形（包括從AM到MQAM等）；能兼容美軍15種以上的電臺(tái)，占用多種不同的頻段；通信制式、組網(wǎng)方式、調(diào)制方法，以及語音速率和編碼方式以及信息保密方法都用可編程軟件實(shí)現(xiàn)。Speakeasy無線電系統(tǒng)工作頻率覆蓋2M～2000MHz，基本上能兼容現(xiàn)有的各類電臺(tái)，該電臺(tái)能同時(shí)處理4種以上不同的調(diào)制波形。1994年8月，Speakeasy一期工程為政府代表做了功能演示，演示的業(yè)務(wù)包括語音、數(shù)據(jù)和視頻圖像等。1995年，美軍啟動(dòng)Speakeasy二期工程，在1995年7月到1996年9月的15個(gè)月里，研制出電臺(tái)樣機(jī)。
此外，歐共體的ACTS FIRST項(xiàng)目和美國RUTGERS大學(xué)分別進(jìn)行了針對(duì)軟件無線電應(yīng)用于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究。ACTS FIRST項(xiàng)目的目標(biāo)是探討將軟件無線電技術(shù)應(yīng)用到多波段多模式可編程手機(jī)的可能性，目前已取得了一些研究成果，確定了各模塊應(yīng)滿足的性能指標(biāo)。
美國哈里斯公司已研制成功AN/VRC-94（E）多頻段車載收發(fā)信機(jī)，可與其他電臺(tái)（如AN/PRC-117A和AN/VRC-94A）互通。南非Grinel公司研制成功TR600輕型多頻段多模式電臺(tái)。美國馬格納泛斯克公司也研制出AN/GRC-206（V）多頻段多模式電臺(tái)，它是一種HF/VHF/UHF綜合通信系統(tǒng)。美國陸軍正在研制新一代三頻段的超高頻戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信終端，以實(shí)現(xiàn)真正意義上的互通。
在我國，軟件無線電技術(shù)受到相當(dāng)重視，在“九五”和“十五”預(yù)研項(xiàng)目和“863”計(jì)劃中都將軟件無線電技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目。我國提出的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)方案TD-SCDMA，就是利用軟件無線電技術(shù)完成設(shè)計(jì)的。軟件無線電需要將現(xiàn)代先進(jìn)的通信技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，是一個(gè)中長(zhǎng)期的研究項(xiàng)目，需要很強(qiáng)的綜合實(shí)力。
軟件無線電惠顧各方
使用軟件無線電概念來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)下一代的無線通信系統(tǒng)和設(shè)備，與傳統(tǒng)的產(chǎn)品和設(shè)備相比較，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。它將使得從技術(shù)研究開發(fā)，到設(shè)備制造商，到電信運(yùn)營商，到每個(gè)無線通信最終用戶都得到實(shí)惠。
1．對(duì)技術(shù)和產(chǎn)品的研究開發(fā)
傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)只對(duì)單一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，從標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)穩(wěn)定到設(shè)計(jì)和開發(fā)專用芯片，再到產(chǎn)品設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)以年為單位的過程，開發(fā)周期長(zhǎng)，開發(fā)成本高。上述情況導(dǎo)致在標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)程中，大多數(shù)新技術(shù)不能被應(yīng)用，限制了新技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致商用產(chǎn)品和當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的巨大差異。
軟件無線電將提供一個(gè)新概念和通用無線通信平臺(tái)，在此平臺(tái)上，可以基于軟件來實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)和使用新技術(shù)，大大降低了開發(fā)成本和周期，使產(chǎn)品能跟上技術(shù)發(fā)展的水平。未來的新業(yè)務(wù)將由用戶來開發(fā)，只有使用軟件無線電技術(shù)，才可能讓用戶像使用PC一樣，用軟件無線電設(shè)備去開發(fā)所需的新業(yè)務(wù)。
2．對(duì)制造商
隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前無線通信產(chǎn)品的生命周期越來越短，因此針對(duì)單一產(chǎn)品線的投資風(fēng)險(xiǎn)加大。這要求移動(dòng)通信設(shè)備制造商有強(qiáng)大的技術(shù)開發(fā)和技術(shù)支持能力，大大增加了產(chǎn)品成本。即便如此，任何在決策上、管理上、市場(chǎng)上的失敗都會(huì)導(dǎo)致投資的巨大損失。
軟件無線電是基于產(chǎn)品的，基于軟件無線電產(chǎn)品的生產(chǎn)：
● 將比傳統(tǒng)產(chǎn)品原材料成本低；
● 產(chǎn)品壽命長(zhǎng)，意味著投資風(fēng)險(xiǎn)低；
● 由于它采用簡(jiǎn)單化及標(biāo)準(zhǔn)化硬件，使得產(chǎn)品容易生產(chǎn)。
因此，制造商生產(chǎn)基于軟件無線電技術(shù)的產(chǎn)品，可得到遠(yuǎn)大于生產(chǎn)傳統(tǒng)產(chǎn)品的效益。
3．運(yùn)營商
移動(dòng)通信網(wǎng)建設(shè)需要巨大投資，同時(shí)具有很大的風(fēng)險(xiǎn)性。如我國現(xiàn)今一方面由于市場(chǎng)需求，GSM網(wǎng)絡(luò)迅速擴(kuò)容，增加了大量GPRS設(shè)備；另一方面又處于第三代移動(dòng)通信即將到來的時(shí)期，制定一個(gè)成功的投資戰(zhàn)略極為困難。在下階段又將考慮在第三代移動(dòng)通信的多種標(biāo)準(zhǔn)中如何選擇，也有很大的投資風(fēng)險(xiǎn)。
而基于軟件無線電技術(shù)的產(chǎn)品將為運(yùn)營商帶來利益，它表現(xiàn)在：
● 比傳統(tǒng)產(chǎn)品成本低；
● 投資風(fēng)險(xiǎn)低，同一基站目前可以工作于GSM網(wǎng)絡(luò)，通過軟件升級(jí)可提供GPRS業(yè)務(wù)，再升級(jí)可工作于任何一個(gè)第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)；
● 真正意義上的平滑過渡使得系統(tǒng)設(shè)備的壽命延長(zhǎng)；
● 為新業(yè)務(wù)提供了靈活方便的硬件平臺(tái)。
顯然，軟件無線電將給運(yùn)營商帶來比傳統(tǒng)產(chǎn)品更多的利潤(rùn)。
4.對(duì)最終用戶
基于軟件無線電技術(shù)的用戶設(shè)備，則是要為用戶提供一個(gè)通用的終端設(shè)備平臺(tái)。它應(yīng)當(dāng)能支持多達(dá)5～8種國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)，而且可以通過空間加載軟件技術(shù)達(dá)到用戶設(shè)備升級(jí)的目的。只有這樣，用戶才不需要關(guān)心其所在的地區(qū)和運(yùn)營商的問題而實(shí)現(xiàn)真正意義上的全球漫游，用戶也才有可能獲得所希望得到的新業(yè)務(wù)。
表 軟件無線電的級(jí)別
級(jí)別 (N，PDA，HM，SFA)取值及實(shí)例
０ 固定功能，包括模擬無線電(*，0，0，0)，F(xiàn)M和數(shù)字無線電
(*，1，0，0)，尋呼機(jī)(1，1，00)
１ 基帶可編程(*，1，>0,>0)
２ 中頻可編程(*，2,>0,>0)，如Speakeasy(1～n,2,2/3,1/2)
３ 射頻可編程，理想的軟件無線電(NN,3,1～3,3)
注：*表示可不考慮；n表示參數(shù)N為1、2或少量（＜6）同步空中接口信道的情況；NN表示參數(shù)N為RF頻道中的所有信道情況。
在無線通信領(lǐng)域拷貝PC發(fā)展的理念
我們不能說，軟件無線電的發(fā)展思路源于PC，但是PC與軟件無線電的發(fā)展思路有驚人相似的一面。說它是巧合也好，是偶然也罷，我們從中可以發(fā)現(xiàn)同樣的規(guī)律。
軟件無線電與個(gè)人電腦在概念上和結(jié)構(gòu)上比較類似。依照無線通信的發(fā)展規(guī)律，我們可以將一個(gè)無線通信系統(tǒng)硬件與軟件分離，并形成完成不同功能的層次。圖2就是采用軟件無線電思想，對(duì)無線通信系統(tǒng)進(jìn)行分層，不同的層次完成不同的功能。這與PC產(chǎn)品中模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化思路有異曲同功之妙。軟件無線電可能會(huì)成為無線通信發(fā)展的一個(gè)里程碑。
摘自 計(jì)算機(jī)世界報(bào)
