通信網(wǎng)banner.jpg)
相關(guān)專題：
現(xiàn)代通信技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、微電子技術(shù)、天線技術(shù)和寬帶功放等技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。正是在這一系列高新技術(shù)的基礎(chǔ)之上，軟件無線電應(yīng)運(yùn)而生。軟件無線電技術(shù)是多頻段天線、射頻變換、寬帶及變換、寬帶A/D及D/A變換、可編程器件實(shí)現(xiàn)的中頻、基帶及比特流處理等高新技術(shù)的高度綜合。
典型的移動(dòng)式軟件無線電終端直接(通常經(jīng)聲音、數(shù)據(jù)、傳真)接到用戶。典型的基站接口一般接至公共交換電話網(wǎng)(PSTN)，一個(gè)功能完善的基站允許開發(fā)者和研究人員在業(yè)務(wù)開發(fā)工作站通過各種儀表進(jìn)行操作和維護(hù)。
標(biāo)準(zhǔn)軟件無線電臺(tái)的部件有：電源、天線、多頻段射頻變換器、含有A/D及D/A轉(zhuǎn)換器的芯片，通用處理器和內(nèi)存等。它們執(zhí)行無線通信功能和所需的接口功能。
軟件無線電臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)十分簡單，其豐富的功能由軟件來定義。值得注意的是，盡管軟件無線電臺(tái)也采用數(shù)字技術(shù)，但目前那些由軟件控制的數(shù)字無線電臺(tái)一般來說不是軟件電臺(tái)，它們之間最根本的區(qū)別在于軟件無線電臺(tái)具有全部可編程能力。
起源和發(fā)展
“軟件無線電”這一概念最早是在20世紀(jì)70年代后期提出，當(dāng)時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）由8085微處理器提供，工作于甚低頻段（VLF）。20世紀(jì)80年代，制造商引入在可編程DSP平臺(tái)上采用自適應(yīng)信號(hào)處理的軟件定義的數(shù)字高頻（HF）接收機(jī)以適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)的空中接口。軟件無線電起源于美國國防部的易通話（speakeasy）戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)計(jì)劃，主要目標(biāo)是研制三軍通用的多頻段多功能無線電臺(tái)（MBMMR），工作頻段2～2000MHz，能兼容現(xiàn)有15種主要軍用電臺(tái)，同時(shí)與其中4種電臺(tái)通信。這項(xiàng)計(jì)劃已于1997年完成，并裝備部隊(duì)，最終將取代軍隊(duì)所有的傳統(tǒng)電臺(tái)。對(duì)于PCS手機(jī)和基站，軟件定義的空中接口日益成為可能，設(shè)備的空中接口重構(gòu)可通過空中命令或空中軟件下載人工完成，這種重構(gòu)反映早期軟件電臺(tái)的理想定義：“電臺(tái)的空中接口功能是由軟件重構(gòu)的”。
事實(shí)上定義將演變?yōu)椤半娕_(tái)的功能是由軟件重構(gòu)”，這種重構(gòu)可在空中或通過其它手段（例如智能卡）實(shí)現(xiàn)。同樣地，功能化存在于協(xié)議棧的任意層，這些層包括應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和媒介訪問控制（MAC）層、物理層、空中接口，這種定義與軟件無線電的理想定義不同，反映了軟件無線電演變的實(shí)際方式，即反映“軟件無線電技術(shù)增值路在何方”這個(gè)問題。今天增值的問題將影響明天軟件無線電商業(yè)演變的道路，因此我們將一部分初步討論集中在目前這些增值所在的應(yīng)用下載上，未來它將發(fā)展到協(xié)議棧的所有層上，這是更理想的情況。
軟件無線電這種無線通信新的體系結(jié)構(gòu)，其核心是把硬件作為無線通信的基本平臺(tái)，而把盡可能多的無線及個(gè)人通信功能用軟件實(shí)現(xiàn)。作為一種新的無線通信概念和體制，軟件無線電在國內(nèi)外受到廣泛重視。隨著數(shù)字技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器等通用可編程器件的運(yùn)算能力成倍提高，而價(jià)格卻顯著下降，現(xiàn)代無線電系統(tǒng)越來越多的功能可以由軟件實(shí)現(xiàn)，因此產(chǎn)生了軟件無線電。軟件無線電的核心思想是將寬帶模/數(shù)（A/D）及數(shù)/模（D/A）變換器盡可能靠近射頻天線，并盡可能用軟件實(shí)現(xiàn)無線電功能。這樣無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)將逐步轉(zhuǎn)到軟件上來，而無線通信產(chǎn)品的價(jià)值將越來越多地體現(xiàn)在軟件上，這是無線通信領(lǐng)域繼固定到移動(dòng)、模擬到數(shù)字之后的第三次革命。
進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，人們在努力探尋著第三代移動(dòng)通信，即未來個(gè)人通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。所謂個(gè)人通信，就是要實(shí)現(xiàn)個(gè)人終端用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人以任意方式通信。而目前移動(dòng)通信的狀況是多種標(biāo)準(zhǔn)并存，不同標(biāo)準(zhǔn)采用不同的工作頻段，不同的調(diào)制方式以及不同的多址方式。由于不同標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)各自獨(dú)立，難以互通，使得移動(dòng)用戶得不到不同標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的支持，這給移動(dòng)用戶的漫游帶來很大的限制。在未來移動(dòng)通信中，軟件無線電將改變傳統(tǒng)的觀念，給移動(dòng)通信的軟件化、智能化、通用化、個(gè)人化和兼容性帶來深遠(yuǎn)的影響，并將在本世紀(jì)形成和計(jì)算機(jī)及程控交換機(jī)相當(dāng)?shù)木薮螽a(chǎn)業(yè)。
2000年11月，國際電聯(lián)終于通過第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）的無線接口規(guī)范，在這個(gè)規(guī)范中3G的無線接口并未達(dá)到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是將一些第二代（2G）就已有和面向3G的無線傳輸技術(shù)放在一起，統(tǒng)統(tǒng)收入3G“家族”，這給移動(dòng)用戶的漫游帶來很大的限制。而軟件無線電是最有希望解決這些問題的技術(shù)，它可以研制一個(gè)完全可以編程的硬件平臺(tái)，基站和移動(dòng)臺(tái)的所有功能均通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，通過注入不同的軟件，形成不同標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)用戶終端和基站，保證各種移動(dòng)設(shè)備之間的無縫集成，使得一機(jī)在手，漫游天下。這也促使軟件無線電技術(shù)全球化，成為未來移動(dòng)通信軟件化的關(guān)鍵技術(shù)。
蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)軟件化進(jìn)程
軟件無線電技術(shù)應(yīng)用于未來無線通信系統(tǒng)，關(guān)鍵在于移動(dòng)終端由軟件支持，實(shí)現(xiàn)在線更新，一次寫入，隨處運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和動(dòng)態(tài)配置。在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，基站和移動(dòng)終端可以采用軟件無線電結(jié)構(gòu)，硬件簡單，功能由軟件定義。射頻頻段、信道訪問模式及信道調(diào)制都可編程。軟件無線電的發(fā)射與其它系統(tǒng)不同，它先劃分可用的傳輸信道，探測傳播路徑，進(jìn)行適合信道的調(diào)制，電子控制發(fā)射波束指向正確的方向，選擇合適的功率，然后再發(fā)射。接收也同樣如此，它能劃分當(dāng)前信道和相鄰信道的能量分布，識(shí)別輸入傳輸信號(hào)的模式，自適應(yīng)抵消干擾，估計(jì)所需信號(hào)多徑的動(dòng)態(tài)特征，對(duì)多徑的所需信號(hào)進(jìn)行相干合并和自適應(yīng)均衡，對(duì)信道調(diào)制進(jìn)行柵格譯碼，然后通過FEC譯碼糾正剩余錯(cuò)誤，盡可能降低誤比特率。此外，軟件無線電能通過許多軟件工具增加增值業(yè)務(wù)。這些軟件工具能幫助分析無線電環(huán)境，定義所需的增加內(nèi)容，在無線環(huán)境下，測試由軟件開發(fā)增值業(yè)務(wù)的樣板，最后通過軟件和（或）硬件開放該增值業(yè)務(wù)。
在這個(gè)方面，我國也有了明確計(jì)劃。在向ITU提交的第三代移動(dòng)通信提案TD-SCDMA中就采用了軟件無線電技術(shù)。SCDMA的基站和終端設(shè)備采用高速DSP和高速A/D變換器，處理速度高于5000萬次/秒。在SCDMA系統(tǒng)中，軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的功能包括采用IS-95或G.729標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)編碼速率8kbit/s，質(zhì)量接近于64kbit/s PCM編碼；直接序列碼分多址（DS-CDMA）的調(diào)制和解調(diào)；同步檢測和控制；天線波束的賦形（智能天線技術(shù)）；自動(dòng)控制頻率、發(fā)射功率、接收增益和時(shí)延；用戶定位（確定用戶基站的方位和距離）；處理空中接口Um物理層；基帶預(yù)失真，以降低對(duì)收發(fā)信機(jī)線性的要求。軟件無線電通過硬件平臺(tái)安裝不同的軟件，完成不同的功能，因此可在不改變硬件設(shè)備的條件下，通過軟件升級(jí)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。
在移動(dòng)通信軟件化過程中智能天線的應(yīng)用是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。因?yàn)橹悄芴炀�具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：天線波束賦形的結(jié)果等效于提高天線的增益；天線波束賦形后，可大大減少多徑干擾；信號(hào)到達(dá)方向（DOA）提供了用戶終端的方位信息，用于實(shí)現(xiàn)用戶定位；用多個(gè)小功率放大器代替大功率放大器，降低了基站成本，提高了設(shè)備可靠性。最初，它用于雷達(dá)、聲納及軍事通信領(lǐng)域，一直未能普及到其它通信領(lǐng)域。近年，DSP技術(shù)迅速發(fā)展，芯片的處理能力不斷提高，價(jià)格不斷下降。同時(shí)，利用數(shù)字技術(shù)可在基帶形成天線波束，取代了模擬電路，提高了天線系統(tǒng)的可靠性和靈活程度。在我國的TD-SCDMA方案中，基站采用智能天線技術(shù)，利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)識(shí)別用戶信號(hào)到達(dá)方向，形成天線主波束；引入空分多址（SDMA）方式，根據(jù)用戶信號(hào)不同的空間傳播方向，提供不同的空間信道；采用數(shù)字方法對(duì)陣元接收信號(hào)加權(quán)處理，形成無線波束，使主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)方向，在干擾信號(hào)方向，形成天線方向圖零陷或較低的功率增益，達(dá)到抑制干擾目的。
在手機(jī)方面要實(shí)現(xiàn)多頻/多模（可兼容GSM、DCS1800、WCDMA及現(xiàn)有的大多數(shù)模擬體制）可編程手機(jī)。這種手機(jī)可自動(dòng)檢測接收信號(hào)，接入不同的網(wǎng)絡(luò)，而且能滿足不同接續(xù)時(shí)間的要求。軟件無線電技術(shù)可用不同軟件實(shí)現(xiàn)不同無線電設(shè)備的各種功能，可任意改變信道接入方式或調(diào)制方式，利用不同軟件即可適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成多模手機(jī)和多功能基站，具有高度的靈活性。它的出現(xiàn)，使無線通信的發(fā)展經(jīng)歷了由固定到移動(dòng)，由模擬到數(shù)字，由硬件到軟件的三次變革。軟件無線電技術(shù)正越來越廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域，已成為第三代移動(dòng)通信(3G)的戰(zhàn)略基礎(chǔ)，并繼續(xù)朝產(chǎn)業(yè)化、全球化的方向發(fā)展。
電臺(tái)的軟件化
標(biāo)準(zhǔn)軟件無線電臺(tái)的部件有：電源、天線、多頻段射頻變換器、含有A/D/A轉(zhuǎn)換器的芯片，通用處理器和內(nèi)存等。它們執(zhí)行無線通信功能和所需的接口功能。軟件無線電臺(tái)可通過改變軟件程序來靈活地更改功能和性能。這就是說它用更改軟件來應(yīng)對(duì)上述制約的可能性引起了人們的極大重視。
軟件無線電臺(tái)是通信機(jī)，但僅用通信機(jī)的概念還遠(yuǎn)不能概括。軟件無線電臺(tái)是用改變軟件程序來實(shí)現(xiàn)改變功能，這和計(jì)算機(jī)是一樣的。將來的軟件接收機(jī)還兼有計(jì)算機(jī)功能，即可以把通信和計(jì)算機(jī)融合在一起。
軟件無線電臺(tái)最被看好的就是在移動(dòng)通信系統(tǒng)的基地臺(tái)模擬機(jī)和移動(dòng)臺(tái)模擬機(jī)上的應(yīng)用。由于是用在開發(fā)階段，主要還是為了確認(rèn)功能，可以不考慮經(jīng)濟(jì)性、低功耗性、小型性，作為軟件無線電臺(tái)的應(yīng)用最合適不過。
軟件無線電臺(tái)在這個(gè)領(lǐng)域有很多的優(yōu)點(diǎn)：可以靈活地應(yīng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的變更，而且可以以最快的速度驗(yàn)證確認(rèn)。而且硬件的設(shè)計(jì)不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)，可大大地降低開發(fā)成本。當(dāng)然由于現(xiàn)在A-D變換器、D-A變換器、DSP等器件的處理速度是有限的，所以可以模擬的也是有限度的。
在廣播電臺(tái)方面，廣播也從模擬廣播逐步發(fā)展到高質(zhì)量、多功能的數(shù)字廣播。其結(jié)果也和移動(dòng)電話業(yè)務(wù)一樣，出現(xiàn)了模擬式和數(shù)字式廣播頻率同在的狀況。而使用軟件無線電臺(tái)就可以靈活地應(yīng)對(duì)這種局面。
實(shí)現(xiàn)軟件無線電體系結(jié)構(gòu)的核心
軟件無線電的天線跨多個(gè)頻段，形式統(tǒng)一，損耗低。射頻部分完成輸出功率的產(chǎn)生及前置放大，將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)，或?qū)?biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，該標(biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)適合A/D和D/A轉(zhuǎn)換。中頻部分完成中頻信號(hào)與已調(diào)基帶信號(hào)之間的變換（接收和發(fā)射），它的主要功能是頻率變換和濾波。基帶信號(hào)處理部分把數(shù)據(jù)流變換成適合信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)和解調(diào)基帶信號(hào)（含定時(shí)恢復(fù)），包括針對(duì)非線性信道的預(yù)失真、柵格編碼和軟判決參數(shù)估計(jì)等。比特流部分采用數(shù)字方式復(fù)接和分接多個(gè)用戶的比特流，這些比特流經(jīng)過信源編碼，包括前向糾錯(cuò)碼FEC（如比特交織、分組或卷積編碼、ARQ等）幀定時(shí)、比特填充、無線鏈路加密等，它還具備信令、控制、運(yùn)營、管理和維護(hù)等功能。
為滿足具有全新結(jié)構(gòu)的數(shù)字移動(dòng)電話的需求，考慮用多個(gè)A/D并聯(lián)使用。硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)寬帶A/D和D/A及高速DSP，建立VME公共硬件平臺(tái)，支持并行、流水線及異種多處理機(jī)。DSP必須完成以前由硬件完成的工作，如基帶處理、調(diào)制解調(diào)、比特流處理、編碼解碼、系統(tǒng)頻譜監(jiān)控和信道搜索等。 軟件采用基于OSI參考模型的分層軟件體系，支持開放式的模塊化設(shè)計(jì)。靈活應(yīng)用軟件無線電的基本硬軟件模塊，可使軟件無線電設(shè)備對(duì)傳播條件具有多種自適應(yīng)能力（包括頻率、功率、速率及多徑分集等），多種抗干擾能力（包括自適應(yīng)天線調(diào)零、自適應(yīng)干擾抵消、擴(kuò)頻及跳頻等），靈活可變的多址方式（包括FDMA、TDMA、CDMA、SDMA及其混合等），用戶需要的多種業(yè)務(wù)（包括話音、傳真、數(shù)據(jù)及圖像等）及多種組網(wǎng)與接口能力等。
軟件無線電系統(tǒng)中的軟件下載是由于Internet的出現(xiàn)使軟件的銷售和發(fā)布產(chǎn)生了一次革命，使得它一次性購買、在線更新成為可能。軟件無線電的可再編程特性決定了移動(dòng)終端必須要有進(jìn)行軟件下載的功能。在現(xiàn)有GSM接口的基礎(chǔ)上，有三種接口可用來向軟件無線終端發(fā)布軟件，既移動(dòng)終端和靈活輕巧的快速卡之間的接口、移動(dòng)終端和外圍設(shè)備之間的接口、移動(dòng)終端和基站之間的無線接口。API提供了軟件應(yīng)用至無線接口協(xié)議棧。
真正實(shí)現(xiàn)軟件無線電還要有軟件標(biāo)識(shí)語言，在未來軟件無線電的應(yīng)用中，可有不同廠家具有的相同功能的軟件提供給軟件無線電臺(tái)，公共空中接口也需要精確的定義，因此需要這樣一種語言，它能描述軟件的功能并且自己也被精確的描述。它應(yīng)有以下特點(diǎn)：駐留在終端中的軟件必須是簡潔緊湊的，或者這種語言可以被編譯成駐留在終端中的某種替代物；軟件標(biāo)識(shí)語言必須能提供為降低功耗而優(yōu)化程序的功能；在處理速度受限的情況下，軟件標(biāo)識(shí)語言能描述并提供適當(dāng)?shù)膶?shí)時(shí)性處理。
只有在以上幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，我們未來的軟件無線電藍(lán)圖才可以得以從理論意義上走到現(xiàn)實(shí)中來。
軟件無線電技術(shù)在未來移動(dòng)通信中改變了傳統(tǒng)的觀念，給移動(dòng)通信的軟件化、智能化、通用化、個(gè)人化和兼容性帶來深遠(yuǎn)的影響。移動(dòng)通信作為無線個(gè)人通信的重要業(yè)務(wù)，具有十分廣闊的市場。移動(dòng)通信軟件化的實(shí)現(xiàn)可以將現(xiàn)在世界上存在著多種移動(dòng)電話體制統(tǒng)一到一個(gè)系統(tǒng)中來，具有最大的通用性。軟件無線電的通用性決定了它的發(fā)展將增加系統(tǒng)的靈活性，促使基站和終端成本不斷下降，系統(tǒng)通過軟件來更新升級(jí)更加方便。
盡可能削減依存于應(yīng)用的部分硬件、留下共用的硬件，而后用DSP和數(shù)字信號(hào)處理來實(shí)現(xiàn)無線功能(或接收功能)的就是軟件無線電臺(tái)。它對(duì)可撓性的追求是永無止境的，因此將其用到所有的無線系統(tǒng)中絕對(duì)沒問題。
目前全世界的軟件無線電參與者正致力于確定軟件無線電技術(shù)在產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的定位，未來軟件無線電的商用前景將為移動(dòng)通信的發(fā)展提供新的機(jī)遇，它將從不同途徑對(duì)個(gè)人通信，實(shí)際上也對(duì)其它產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
----《通信世界》
