汽车门把手本栏目责任编辑：谢媛媛
在移动通信技术的发展为生活带来方便的同时，也引发了一
无线服务供应商采用各种不同的系统结构、多种多样的标准使空中接口不统一、新技术不断涌现使产品生命周期太短等等现象，以硬件为主的传统的通信体制难于适应这种局面，这些新标准由于射频载波频率和调制方式的不同而限制了各种设备的互通和兼容，造成了资金浪费和重复投入。上述问题依靠可编程、可动态分配信道、终端工作频段可调的软件无线电可望解决。 软件无线电（ＳＲ，ＳｏｆｔｗａｒｅＲａｄｉｏ）是近几年来提出的一种实现无线通信的新技术、新体制。它是多频段、多功能的无线通信系统（ＭＢＭＭＲ，Ｍｕｌｔｉ—ＢａｎｄＭｕｌｔｉ—ＭｏｄｅＲａｄｉｏ），以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支持，将硬件单元模块以标准、开放的形式连接起来，形成一个通用的硬件平台，通过专用软件加载来实现各种功能的开放式无线通信设备，从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来。无线通信系统中软件 无线电的核心思想是将宽带模／数（Ａ／Ｄ）及数／模（Ｄ／Ａ）变换器尽可能靠近射频天线，
软件无线电结构中通过引入宽带ＡＤ变换技术，可以使多个信道共享宽带ＡＤ变换器，降低每信道的投资。它的终极目标是使通信系统摆脱硬件布线结构的束缚，在系统结构相对通用和稳定的情况下，成为提供无绳电话、３Ｇ手机、寻呼机、无线传真、三维网浏览、视频会议等多种功能的全能体育看台
通信设备，并能实现多频段、
多模式无缝漫游。２软件无线电基本结构和特点
一个理想的软件无线电的组成结构如图１所示。
图１软件无线电框图
漆雾净化装置软件无线电主要由天线、射频前端、Ａ／Ｄ—Ｄ／Ａ转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。
软件无线电系统的工作过程是：在接收端天线将接收到的来自不同系统的各个频段的宽带模拟信号经射频前端滤波、低噪声放大、模拟下变频处理后送至宽带Ａ／Ｄ变换器，在这里实现接收信号的数字化后送到可编程的高速ＤＳＰ，通过加载各种软件来灵
活实现各种宽带数字滤波、直接数字频率合成、数字下变频、调制
解调、差错编码、信令控制、信源编码及加解密功能，最后将处理后的数据传送至用户端。在发送端，通过类似接收信号处理的流程将数据通过天线发射出去。
软件无线电是一种基于宽带Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ器件、高速ＤＳＰ芯片、以软件为核心的崭新的体系结构，主要特点如下：
（１）系统硬件模块化
模块化就是将定义系统的各个任务分解为相互独立的软件和硬件模块，这些模块通过接口以逻辑的方式连接起来形成所需要的系统功能。模块化系统可以通过增加或替换模块动态来改变功能，而不会与系统中的其它模块产生冲突。模块间定义良好的接口有助于增强模块化系统的设计。
（２）可重构性
软件无线电最根本的特性是可重构性，就是系统功能随着需求改变的能力，也可称为可编程性。软件无线电必须在软件和硬件两方面都支持系统重构，才具有通过改变所运行的软件来定义系统功能的能力。可重构性分为不同的层次，可以仅仅是波形的重构，具备可重构性是作为软件无线电的必需条件，软件无线电具有系统级的重构能力。
（３）灵活性
工作模式可由软件编程改变，包括可编程的射频频段宽带信号接入方式和可编程调制方式等。所以可任意更换信道接入方式，改变调制方式或接收不同系统的信号；可通过软件工具来扩展业务、分析无线通信环境、定义所需增强的业务和实时环境测试，升级便捷，减少设备费用的开支，因而大大降低了整个网络的成本。
３软件无线电的关键技术
在软件无线电中的关键技术主要有：（１）宽带／多频段天线：
软件无线电技术要求天线能够从短波到微波相当宽的频段内进行工作，并且满足多信道不同方式同时通信的要求。射频频率和传播条件的不同使各频段对天线的要求存在巨大差异，多信道抗干扰方式下，覆盖ＨＦ／ＶＨＦ／ＵＨＦ及卫星通信等多个频段，要求１０倍频程以上的带宽天线实现宽带匹
配网络。设计宽频带、低损耗天线和射频变换器，通常要在技术可行性和经济可行上采取折中。当然，实际应用中无需全频段覆盖，只需覆盖不同频段的几个窗口，最好能研究一种新型的全向宽带天线，可以根据实际需
收稿日期：２００７－０４－１９
作者简介：曹海燕（１９７９－），女，陕西大荔人，在读硕士研究生，研究方向：信号与图像的非线性处理；詹林（１９８２－），女，成都理工大学在读硕士，研究方向：信号与信息处理。
软件无线电的关键技术和应用前景
曹海燕，詹林
（成都理工大学，四川成都６１００５９）
摘要：软件无线电是２０世纪９０年代兴起的一种充分结合软件和硬件优势的新技术。文章介绍了软件无线电技术的有关概念、基本结构和特点、关键技术，并对其应用前景进行了初步探讨。
关键词：软件无线电；ＭＣＰＡ；ＤＳＰ；可重构性；射频软件化中图分类号：ＴＮ９１９文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００７）１０－２１０６１－０２
ＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＳｏｆｔｗａｒｅＲａｄｉｏ
ＣＡＯＨａｉ－ｙａｎ，ＺＨＡＮＬｉｎ
（ＣｈｅｎｇｄｕｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００５９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｆｔｗａｒｅｒａｄｉｏｉｓｏｎｅｋｉｎｄｗｈｉｃｈｔｈｅ１９９０ｓｅｍｅｒｇｅｓｆｕｌｌｙｕｎｉｆｉｅｓｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅａｒｔｉ－ｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｒａｄｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｌａｔｅｄｃｏｎｃｅｐｔ，ｔｈｅｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｔｈｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｈａｖｅｃａｒｒｉｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｔｏｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＲ；ＭＣＰＡ；ＤＳＰ；Ｍａｙｔｈｅａｇａｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；Ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｏｆｔｗａｒｅ
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要用软件智能地构造其工作频段和辐射特性。目前的可行性方案是采取组合式多频段天线。
（２）宽带射频前端及多载波功率放大器（ＭＣＰＡ）
交通事故现场图绘制宽带射频前端要求有较宽的频率范围，主要完成宽带低噪声放大、滤波、混频、自动增益控制以及输出功率放大等功能。理想的软件无线电在发射方向上把多个载波合成一路信号，通过上变频后，用一种ＭＣＰＡ对宽带的模拟混合信号进行低噪音放大。因为混合信号中信号与信号的包络幅度相差很大，所以对放大器的非线性特别敏感，ＭＣＰＡ采用前向反馈技术抑制不需要的互调载波，得到有效的功率利用，需要很好地选择器件并使用电路ＣＡＤ优化技术。
（３）模数转换部分
理想的软件无线电台是直接在射频上进行模数和数模变换，由于要在中频甚至射频端完成模数和数模变换，因此软件无线电对Ａ／Ｄ（模数）和Ｄ／Ａ（数模）转换器的要求包括采样速率和采样精度。采样速率主要由信号带宽决定，因为软件无线电系统的接收信号带宽较宽，而采样速率一般要求大于信号带宽的２．５倍，因此采样速率较高；采样精度在８０ｄＢ的动态范围要求Ｆ不能低于１２位。除了进一步提高器件性能外，还可采用多个Ａ／Ｄ并联使用的方法。模数和数模转换器件在软件无线电台中所处的位置非常关键，它直接反映了软件电台的软件化程度。
（４）高速处理器模块ＤＳＰ：
高速数字信号处理器ＤＳＰ既是软件无线电的一个核心部件，也是一个主要瓶颈。软件对数字信号的处理都是在ＤＳＰ上进行的，包括滤波、调制解调、信道编解码、协议控制等中频以后的所有功能。中频以下主要包括三部分：基带处理、比特流处理和信源编码。基带处理主要是完成各种波形的调制解调，扩频解扩以及信道的自适应均衡和各种同步的数字处理，每路需要几十到几百个ＭＩＰＳ的处理能力。比特流处理主要完成信道编解码（软判决译码）、复用或分解或交换、信令、控制、操作和管理以及加密解密等功能，每路需要几十个ＭＩＰＳ的处理能力。信源编码要完成话音、图像等的编码算法、每信道需要十几个ＭＩＰＳ的处理能力。要完成如此巨大的信号处理运算，必须采用高速多个ＤＳＰ并行处理结构才有可能实现。用于软件无线电的ＤＳＰ必须满足下列要求：①运算速度快。②芯片容量扩大。③高精度的数据处理。④高速数据交换能力。当前，研制速度更高和功能更强大的ＤＳＰ芯片已经成为影响软件无线电发展的关键。
（５）软件无线电的算法
软件的构造，自然是把对设备各种功能的物理描述建立起数学模型，再用计算机语言描述的算法，最后转换成用计算机语言编制的程序。
软件无线电中的算法特点：
⑴对信号处理的实时性。对算法的要求在时空上很高；
⑵软件无线电算法应具高度自由化（便于升级），开放性（模块化，标准化）；
⑶目前主要算法为数值法，但并不排斥其他算法，或者多种算法的结合。
（６）信息安全与网络功能
目前信息安全成为软件无线电技术必须考虑的一个方面。加密处理计算软件可以被信息安全子系统分配到指定的信道，在明文工作模式时，它只提供简单的总线到总线的连接。在需要时，它可以对数据流提供实时的加密解密。例如可以采用跳频软件，根据保存在信息安全模块中跳频图案进行频率更新。当前，软件无线电网络功能的研究也提上了日程。一种互联网子系统可以提供ＩＰ路由选择、Ｉ／Ｏ口与处理语音的多媒体处理器。该处理器可以压缩和恢复语音信号，将数据从一种ＲＦ模式转换到另一种模式，输送语音到网络或用户。互联网子系统可以支持多路独立的半双工无线信道，同时支持多路有线语音与数据电路。另外，可以利用软件总线的概念。来简化系统的设计。软件总线只要将应用模块按照标准做成软件，插入总线即可实现集成运行，从而可以方便地支持分布式的计算环境。
弹性垫片（７）射频段的软件化
由于目前ＤＳＰ与Ａ／Ｄ等相关器件的处理速度和频带宽度仍受到限制，许多软件无线电平台还只是
中频以下实现软件化。已面世的软件无线电台和无线电网关等虽都具有一定的适应多制式、多频段、多功能及组网的能力，也有助于信息系统一体化的进展，但都没有实现射频段的软件化，这既不是真正的软件无线电，也不能满足信息系统一体化要求。当然，随着高速宽带ＩＣ器件的进展，我们可以期望将来会逐步突破射频软件化的难点，但目前可行之路还是采用由软件定义的多功能射频系统，也就是：通过软件完成多部天线配置，以适应不同频段，形成不同波束，跟踪所需目标；通过软件完成多个调谐器调谐，建立不同的带宽，并控制频段变换或频谱搬移，实现所需信号的选择与过滤；通过软件对采集到的射频能量进行估计、识别、处理，抑制不需要的信号和干扰，提取感兴趣的信号；通过软件检测信号特征，计算信号传播参数，实现对目标的定位；通过软件定义和设置系统前端的组合或分离、主动或被动工作、信号收集或对抗等射频功能。
以上技术都有待深入研究，实践和优化。
４前景探讨
软件无线电有着广泛的应用前景，特别是对多频段、多用户、多模式兼容及互联系统，它不仅在军事领域，而且在民用领域也有着极为广阔的应用前景。
首先，在军事领域可实现各种军用电台的互联互通的多功能无线网关；可接入各种军用移动通信网的多功能车载电台；可实现各种军用无线系统空中转信的多功能空中平台；以及可以实现智能化通信侦
察与对抗的通信电子对抗系统等等。其次，在民用领域应用的前景包括：多频段多模式移动通用手机；多频段多模式移动电话通用；无线局域网及无线用用手机；多频段多模式移动电话通用；无线局域网及无线用户环的通用网关等等软件无线电技术从它的提出到现在，在十几年的时间内，经历了从无到有的飞速发展阶段；由于它具有结构通用、功能软件化、互操作性好等一系列优点，并且成本费用十分低廉。故而现在已经越来越多地应用于民用通信领域。今后，随着超大规模集成电路技术以及微处理器性能的提高，软件无线电技术在商用移动通信领域将会有更大的突破。
５结束语
软件无线电通过这些年的发展，迅速显示出其重要意义，逐渐成为可提供高性能的地区性和全球性通讯的第三代移动通讯的基石，这一技术是无线电通讯从模拟到数字、从固定到移动这两次革命后的第三次革命，也成为了无线电通讯技术在２１世纪初的发展方向。最近几年，由于数字信号处理芯片与模数转换芯片性能的提高、加密与网络等技术的进步，使得软件无线电在近年又有了较大的发展。利用软件无线电技术开发新一代的多模移动通信手机，可以实现一机在手，漫游天下的设想。在未来移动通信中，软件无线电将改变传统的观念，给移动通信的软件化、智能化、通用化、个人化和兼容性带来深远的影响，并将形成和计算机及程控交换机相当的巨大产业。
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螺蛳剪尾机
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