软件无线电(software radio)

概要

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、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变换）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。

软件无线电（software radio）在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。简称SWR。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，并以无线电平台具有最大的灵活性为特征。全部可编程包括可编程射频（RF）波段、信道接入方式和信道调制。

一般说来，SWR就是宽带模数及数模变换器（A/D及D/A）、大量专用/通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Proicesser，DSP）构成尽可能靠近射频天线的一个硬件平台。在硬件平台上尽量利用软件技术来实现无线电的各种功能模块并将功能模块按需要组合成无线

电系统。例如：利用宽带模数变换器（Analog Digital Converter，ADC），通过可编程数字滤波器对信道进行分离；利用数字信号处理技术在数字信号处理器（DSP）上通过软件编程实现频段（如短波、超短波等）的选择，完成信息的抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换，实现不同的信道调制方式及选择（如调幅、调频、单边带、跳频和扩频等），实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能等。

在目前的条件下可实现的软件无线电，称做软件定义的无线电（Software Defined Radio，SDR）。SDR被认为仅具有中频可编程数字接入能力。

发展历史无线电的技术演化过程是：由模拟电路发展到数字电路；由分立器件发展到集成器件；由小规模集成到超大规模集成器件；由固定集成器件到可编程器件；由单模式、单波段、单功能发展到多模式、多波段、多功能；由各自独立的专用硬件的实现发展到利用通用的硬件平台和个性的编程软件的实现。

20世纪70～80年代，无线电由模拟向数字全面发展，从无编程向可编程发展，由少可编程向中等可编程发展，出现了可编程数字无线电（PDR）。由于无线电系统，特别是移动通信系统的领域的扩大和技术复杂度的不断提高，投入的成本越来越大，硬件系统也越来

越庞大。为了克服技术复杂度带来的问题和满足应用多样性的需求，特别是军事通信对宽带技术的需求，提出在通用硬件基础上利用不同软件编程的方法。20世纪80年代初开始的软件无线电的革命，将把无线电的功能和业务从硬件的束缚中解放出来。

1992年透镜设计5月在美国通信系统会议上，Jeseph Mitola（约瑟夫·米托拉）首次提出了“软件无线电”（Software Radio，SWR）的概念。1995年IEEE油管吊卡通信杂志（Communication Magazine）出版了软件无线电专集。当时，涉及软件无线电的计划有军用的SPEAKEASY（易通话），以及为第三代移动通信铁塔基础（3G）开发基于软件的空中接口计划，即灵活可互操作无线电系统与技术（FIRST）。

1996rat组合年3月发起“模块化多功能信息变换系统”（MMITS）论坛，1999年6月改名为“软件定义的无线电”（SDRhtc a310）论坛。

1996年至1998年间，国际电信联盟（ITU）制订第三代移动通信标准的研究组对软件无线电技术进行过讨论，SDR也将成为3G系统实现的技术基础。

从1999年开始，由理想的SWR转向与当前技术发展相适应的软件无线电，即软件定义的

无线电（Software Defined Radio，SDR）。1999年4月IEEE JSAC杂志出版一期关于软件无线电的选集。同年，无线电科学家国际联合会在日本举行软件无线电会议。同年还成立亚洲SDR论坛。1999年以后，集中关注使SDR的3G成为可能的问题。

功能模型软件无线电的功能模型如图1所示。它将无线电的功能划分为信道集、信道编/解码、信息安全、服务与网络支持、信源编/解码和信源集。其中，信道集包括：高频电子水处理器RF信道、同时性、多波段传播、有线互操作性以及为了控制服务质量（QoS）自动采用多信道（或模式）。服务和网络支持包括：多路复用，建立与控制，数据服务和网络互连（有线及互连网标准，包括移动性）。联合控制包括：联合信源/信道编码，动态QoS与本地控制，处理资源管理（综合用户和网络接口，多用户、多波段、多模式能力）。多个性即多波段、多模式、灵巧服务以及与传统模式的互操作。SDR的个性包括：射频（RF）波段、信道集（例如控制和业务信道）、空中接口波形及有关功能。演进支持功能可以支持软件及无线电平台的演进。

开源软件无线电（Gnuradio）或开源软件定义无线电是一个对学习，构建和部署软件定义无线电系统的免费软件工具包。发起于2001年，Gnuradio[1] 现在成为 GNU 的正式项目

之一。慈善家 John Gilmore 发起并捐助 $320,000.00 (US) 给 Eric Blossom 用来构建代码和维护。

Gnuradio [1]是一个无线电信号处理方案，它遵循 GNU 的 GPL [3]的条款分发。它的目的是给普通的软件编制者提供探索电磁波的机会，并激发他们聪明的利用射频电波的能力。

正如所有软件定义无线电系统的定义，可重构性是其最重要的功能。再也不需购买一大堆发射接收设备，只要一台可以装载信号处理软件（这里：Gnuradio[1]）通用的设备。目前它虽然只定义几个有限的无线电功能，但是只要理解无线发射系统的机理（算法），你便可以任意的配置去接受它。

Gnuradio[1] 起源于美国的麻省理工学院的 SpectrumWare 项目小组开发的 Pspectra 代码的分支。2004年被完全重写。所以今天的 Gnuradio 已不包含原 Pspectra 任何代码。另外值得一提的是 Pspectra 已被用作创立商业化的 Vanu Software Radio.