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當今，通訊系統(tǒng)正由模擬體制向數(shù)字體制轉(zhuǎn)變，這為無線電通訊的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，但傳統(tǒng)的通過硬件設(shè)備改造升級來完成無線通信新技術(shù)改革的方法帶來了很多問題，限制了無線電技術(shù)的進一步發(fā)展，為了解決這一困境，軟件無線電應(yīng)運而生，具有著傳統(tǒng)的硬件無線電通信設(shè)備所無法比擬的優(yōu)勢。
一、軟件無線電的優(yōu)勢
1.具有降低開發(fā)成本和周期的作用
傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)在對技術(shù)和產(chǎn)品進行開發(fā)時，針對的只是單一的標準，從標準相對穩(wěn)定到設(shè)計和開發(fā)專用芯片，再到產(chǎn)品設(shè)計和實現(xiàn)需要一年以上的時間，開發(fā)周期長，開發(fā)成本高，同時這種情況也導(dǎo)致標準制定過程中，許多新的技術(shù)都無法得到合理的應(yīng)用，限制了新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，也使商用產(chǎn)品和當時技術(shù)水平之間存在著較大的差異。而軟件無線電的應(yīng)用，能為技術(shù)和產(chǎn)品的研究和開發(fā)提供一個新概念和通用無線通信平臺，在很大程度上縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，使產(chǎn)品能夠和技術(shù)水平同步發(fā)展。
2.具有優(yōu)秀的可拓展性
軟件無線電技術(shù)具有非常優(yōu)秀的可拓展性，主要體現(xiàn)在它能極其輕松地完成系統(tǒng)功能的拓展與升級，但是由于網(wǎng)絡(luò)無線電技術(shù)是以模塊化、通用化、標準化的硬件支持平臺為基礎(chǔ)的，所以它在硬件方面能夠拓展的空間并不大，其優(yōu)秀的拓展性主要集中在軟件方面。
另外，軟件無線電技術(shù)也為系統(tǒng)的升級和拓展提供了便利，只需要對相應(yīng)的軟件進行升級或者拓展就可以了，而且與改進和優(yōu)化硬件相比，升級和拓展軟件要簡單得多;最重要的是，借助軟件工具可以根據(jù)實際需求來實現(xiàn)各種通訊業(yè)務(wù)的拓展。
3.具有極強的靈活性
軟件無線電技術(shù)具有可重配置性，從而在很大程度上增強了其靈活性。目前，從基帶信號到射頻信號已經(jīng)實現(xiàn)了完全的數(shù)字化，這就使得軟件無線電技術(shù)可以通過更換軟件模塊來適應(yīng)多種工作頻段和多種工作方式。
同時，良好的多頻段天線和可控制的多頻段和多功率的射頻轉(zhuǎn)換能力，使得軟件無線電對復(fù)雜的環(huán)境需求具有良好的適應(yīng)性，可由軟件編程來改變 RF 頻段和帶寬、傳輸速率、信道接入方式、業(yè)務(wù)種類及加密方式、接口類型。
二、軟件無線電技術(shù)在軍事通信中的應(yīng)用
無線通信之所以在現(xiàn)代通信中占據(jù)著重要的位置，與其設(shè)備簡單、便于攜帶、易于操作等特點是分不開的，也是這些獨有的優(yōu)勢使其被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，以軍事領(lǐng)域為代表，它是各軍種、各部隊中必不可少的重要通信手段，
軟件無線電這個術(shù)語最初是被美軍提出的，當時正處于海灣戰(zhàn)爭時期，多國部隊各軍種進行聯(lián)合作戰(zhàn)時，在互通互聯(lián)的操作上遇到了難題，不僅通信互通性差，反映速度慢，而且寬帶太窄、速率也太低，使得聯(lián)合作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)受到了嚴重的影響，由此美軍開始制定具體的計劃來研究基于數(shù)字信號處理器、軟件可編程、模塊化、多模式并具有波形重新配置能力的通用軟件無線電臺――易通話，此電臺幾乎具備了美軍所有使用過的電臺包括話音通訊電臺、數(shù)據(jù)通信電臺的所有功能，實現(xiàn)了不同種類無線電臺之間的通信。
軟件無線電臺從其誕生至今，已經(jīng)成為能使不同國家或者說同一國家的不同軍種之間相互通信而沒有障礙的新技術(shù)。自20世紀70年代開始，可編程軟件無線電臺正式被列入研制項目中，目前已經(jīng)取得了突破性的發(fā)展，有不少的數(shù)字式軟件可編程無線電臺已經(jīng)被投入使用并且收效甚好。
另外，傳統(tǒng)的數(shù)字電臺以硬件為主，軟件無線電臺在許多關(guān)鍵技術(shù)上對其進行了改進，例如：對模數(shù)轉(zhuǎn)化器進行了改進，使其轉(zhuǎn)換率和動態(tài)工作范圍得到了大幅度的提升;對嵌入式處理器進行了改進，提高了其處理的速度和能力，使數(shù)字信號處理器能夠完成調(diào)制解調(diào)器的功能;對以編程技術(shù)為目標的技術(shù)進行了開發(fā)，使軟件的功能性獨立于基礎(chǔ)硬件之外?？傊?，隨著科技的迅速發(fā)展與進步，無線電臺將有望使軍用電臺獲得新的定義。
三、軟件無線電技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用
軟件無線電概念從提出至今，已經(jīng)從最初的軍事領(lǐng)域開始向民用領(lǐng)域擴展，但是在民用通信方面卻存在著許多的問題，例如：新老通訊體制并存，增加了不同體制系統(tǒng)在互聯(lián)方面的復(fù)雜程度與困難程度;各種通訊設(shè)備大量涌現(xiàn)，使無線電頻譜擁堵情況越來越嚴重;傳統(tǒng)的以硬件為基礎(chǔ)的無線通信系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足新時展的需要。只有采用軟件無線電技術(shù)才能對這些問題進行有效解決，下面就從三方面來介紹軟件無線電技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用。
1.用于蜂窩移動通信系統(tǒng)
在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，軟件無線電的發(fā)射與其他系統(tǒng)相比較，有所不同。
它在發(fā)射前，要先對可用的傳輸信道進行劃分，探測傳播路徑，對適合信道進行調(diào)制，將電子控制下的發(fā)射波束指向正確的方向，選擇合適的功率，做完這些才能進行發(fā)射。至于接收也同樣如此，它能對當前信道和相鄰信道的能量分布進行劃分，也能對輸入傳輸信號的模式進行識別，通過自我適應(yīng)抵消干擾，對所需信號多徑的動態(tài)特征進行估計，對多徑的所需信號進行相干合并和自適應(yīng)均衡，對信道調(diào)制進行柵格譯碼，然后通過FEC譯碼糾正剩余錯誤，最大限度的降低誤比特率
2.用于設(shè)計多頻多模的移動終端
對于不同的標準需要用不同的軟件來適應(yīng)，需要通過軟件設(shè)置的調(diào)整來改變信道接入方式或者調(diào)制方式。
軟件無線電技術(shù)可以設(shè)計出靈活的通信終端，使不同制式的移動網(wǎng)絡(luò)能用同一部終端，不僅為用戶提供了極大的便利，也在一定一定程度上降低了運營商的成本，促進了移動通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。
3.用于第三代移動通信系統(tǒng)
軟件無線電技術(shù)在第三代移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括三方面：
（1）為第三代移動通信手機與基站提供了一個開放的、模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu);
（2）產(chǎn)生了各種信號處理軟件，包括：各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信道糾錯編碼軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件等;
（3）實現(xiàn)了智能天線結(jié)構(gòu)，包括DOA在內(nèi)的空間特征矢量的獲得、每射頻通道權(quán)重的計算和天線波束賦形。
四、結(jié)語
總之，軟件無線電技術(shù)有著傳統(tǒng)數(shù)字無線電所無法比擬的優(yōu)勢，在將來的發(fā)展和應(yīng)用上一定會越來越廣泛，特別是在第四代移動通信的普及和推廣道路上，軟件無線電技術(shù)一定會貢獻越來越多的力量。
參考文獻
[1]陶玉柱，胡建旺，崔佩璋.軟件無線電技術(shù)綜述[J].通信技術(shù)，2011，01：37-39.
關(guān)鍵字：軟件無線電；虛擬無線電；PC機仿真
1 軟件無線電系統(tǒng)研究背景與現(xiàn)狀
無線電通信在社會生活、經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)中發(fā)揮著極其重要的作用。近二十年來，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、VLSI技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，無線電通信也經(jīng)歷了卻日益增強；使用頻段由低到高，調(diào)制方式由AM ， FM到數(shù)字調(diào)制：多址方式由FDMA到TDMA，CDMA；傳遞信息由電報、語音發(fā)展到數(shù)據(jù)和多媒體。無線電通信技術(shù)，尤其是移動通信技術(shù)的迅猛發(fā)展。早在70年代末英國的Romsey公司為了研究解決頻譜擁擠問題的方法，制造了第一個軍用“軟件無線電”系統(tǒng)[2]。它工作在很低的頻率，在中頻對信號采樣后送入8085處理器，用軟件進行后續(xù)處理。受當時技術(shù)水平的限制，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，但它驗證了直接對低載頻信號進行采樣的可行性。
軟件無線電是對傳統(tǒng)無線電通信體系結(jié)構(gòu)的一次重大革新。它使通信系統(tǒng)擺脫了硬件結(jié)構(gòu)的束縛，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對通用和穩(wěn)定的情況下，可以拓展多種服務(wù)。因此，軟件無線電己成為解決不同體制之間互操作問題和開展多種業(yè)務(wù)的手段，具有巨大的商業(yè)和軍事價值。目前以美國和西歐為主導(dǎo)的各國都在積極地致力于軟件無線電技術(shù)的研究和系統(tǒng)的開發(fā)。
2 軟件無線電模型
理想中的軟件無線電平臺要由幾部分構(gòu)成：RF模塊與天線子系統(tǒng)AlD/A模塊、由DSP芯片織成的高速處理模塊。
軟件無線電的基本思想是：直接對RF信號進行采樣，通過加載軟件模塊來實現(xiàn)所需的功能，包括以前由專用硬件完成的信道檢測、調(diào)制解調(diào)，以及編碼解碼等等。
3 DRM 系統(tǒng)的軟件模擬
DRM 使用 COFDM 技術(shù)，是 OFDM 調(diào)制與信道編碼的組合。所有的編碼音頻和相關(guān)數(shù)據(jù)，都均勻分配到多個相鄰載波上，而所有載波都在分配的傳輸頻道中。當前 30MHz 以下無線電廣播頻道帶寬為 9/10kHz。DRM 系統(tǒng)可用于：1標準帶寬，以滿足當前規(guī)劃的情況；2半帶寬（4.5/5kHz），允許與模擬調(diào)幅信號聯(lián)播；3雙倍帶寬（18/20kHz），在頻率規(guī)劃允許時可提供更大的傳輸容量。
系統(tǒng)的輸入基本上可分為音頻/數(shù)據(jù)信號和信息數(shù)據(jù)信號兩大類，各有其不同的用途，所以在信號處理上略有不同，應(yīng)該根據(jù)信號和節(jié)目材料的類型，選擇適合的編碼參數(shù)，才能達到數(shù)字 DRM 系統(tǒng)的信號質(zhì)量。主業(yè)務(wù)信道最終要加到信道編碼器中，其形成過程簡述如下只能傳送一套節(jié)目的單一性。
DRM 系統(tǒng)采用 COFDM 方案，其發(fā)射機是將語音和數(shù)據(jù)信息通過信源編碼變?yōu)閿?shù)字信號，然后通過信道編碼有選擇地加入冗余保護，再通過 OFDM 調(diào)制、上變頻后發(fā)送到 DRM 廣播的 MW/SW 頻段。
DRM 接收機將接收信號下變頻為中頻信號，再進行同步、信道估計、信道解碼、信源解碼后得到原來的語音和數(shù)據(jù)信息。
4 DRM 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
信源編碼主要解決數(shù)據(jù)存儲、交換和傳輸?shù)挠行詥栴}，即通過對信源數(shù)據(jù)率的壓縮，力求用最少的數(shù)碼傳遞最大的信息量。
DRM 系統(tǒng)中應(yīng)用了 SBR（頻帶恢復(fù)）技術(shù)，它是一種在低比特率下獲得完全音頻帶寬的音頻編碼增強方法，可與 AAC 和 CELP 聯(lián)合應(yīng)用，構(gòu)成目前能力最強的壓縮方法。使用 SBR 的目的是重建音頻信號中被編碼器丟失的高音段。為了更好地實現(xiàn)這個目的，需要在音頻比特流中傳送某些邊信息。SBR 可以將普通低比特率編解碼系統(tǒng)帶寬提高到等于或大于模擬 FM 音頻帶寬（15kHz）。在語音編碼時，SBR 還可以提升窄帶語音編解碼系統(tǒng)性能，給播音員提供 12kHz 的音頻帶寬，用于多語言廣播等。由于多數(shù)語音編解碼系統(tǒng)都是窄帶的，SBR 的重要作用不僅在于提高音質(zhì)，而且可用于提升語音的清晰度和語音的可懂度。
OFDM 技術(shù)對頻率偏移非常敏感，這種頻率偏移是由于信道的多普勒頻移和振蕩器的不穩(wěn)定，破壞了接收端各子載波間的正交性。頻率偏移會造成 ICI，而采樣時刻不準確的后果是 ISI，嚴重時接收機將完全不能識別調(diào)制在原信號中的信息。OFDM 系統(tǒng)對時域偏差的敏感性要比單載波系統(tǒng)好一些，但是，頻域上頻率的很小偏移卻會產(chǎn)生很大的誤碼率，因此，如何精確估計頻偏非常重要可以人為在發(fā)送端加一些輔助序列，使得接收端能夠基于最大似然法正確估計時域偏移和頻域偏移。
5 DRM 系統(tǒng)的虛擬無線電仿真
1992年5月，美國Mitre公司提出了軟件無線電的概念，即由硬件作為無線電通信的基本平臺，而把盡可能多的無線及個人通信的功能用軟件來實現(xiàn)。軟件無線電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)通用化、功能靈活、系統(tǒng)改進和升級方便，以及可對不同無線電系統(tǒng)進行互操作的優(yōu)點，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點：
1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)通用，功能實現(xiàn)靈活，系統(tǒng)的改進和升級很方便；
2. 提供不同系統(tǒng)互操作的可能性；
3. 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想，模塊具有很強的通用性，能在不同系統(tǒng)間復(fù)用；
4. 一般而言軟件開發(fā)周期較短，能快速跟蹤市場變化，成本也會降低。
總之，本章在前面研究的基礎(chǔ)上，根據(jù) DRM 標準，開發(fā)出了 DRM 系統(tǒng)虛擬無線電中頻仿真軟件，將DRM的COFDM基帶信號調(diào)制到中頻上，為DAMB發(fā)射機和接收機的實體設(shè)計，提供了一個很好的仿真與測試平臺。
軟件無線電是對傳統(tǒng)無線電通信體系結(jié)構(gòu)的一次重大革新。它擺脫了硬件體系結(jié)構(gòu)的束縛，是解決不同通信體制之間互操作問題和開展多種業(yè)務(wù)的最佳途徑，具有巨大的商業(yè)和軍事價值。開發(fā)虛擬無線電系統(tǒng)可以快速建立軟件無線電原型系統(tǒng)，促進對軟件無線電體系結(jié)構(gòu)的深入研究，因而具有理論和實踐上的雙重意義。
參考文獻
[1]樊昌信等，通信原理，第4版，國防工業(yè)出版社，2001年3月
[2]李棟，DRM 接收機技術(shù)，廣播和電視技術(shù)，2003 年第 9 期
[3]鄭蜀光，DRM 技術(shù)介紹，廣播和電視技術(shù)，2003 年第 5 期
[4]羅琳、吳樂南，基于虛擬無線電平臺的AM廣播接收系統(tǒng)，電子技術(shù)應(yīng)用，1999年10期
1 概述
無線電應(yīng)用日益廣泛、電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，無線電監(jiān)管的工作難度在持續(xù)不斷地增加，如果能得到目標現(xiàn)場的信號完整采樣，并將原始采樣數(shù)據(jù)完全存儲，以軟件無線電的處理思想進行后期分析，將會給無線電監(jiān)管工作帶來質(zhì)的改變。
這種全新的監(jiān)管模式隨著高性能的軟件無線電接收機、遍及超高傳輸速度的網(wǎng)絡(luò)、能提供強大的存儲和計算能力的云服務(wù)的誕生將逐漸成為一種可能。
1.1 無線電監(jiān)管
無線電管理的核心目標是在全國或全世界的無線電通信和其他無線電業(yè)務(wù)領(lǐng)域內(nèi)以最合理、最公平、最有效和最經(jīng)濟的方式地使用、利用或保護有限的無線電頻譜/衛(wèi)星軌道資源，使得各種無線電通信網(wǎng)和各無線電臺站能夠經(jīng)濟、有效地在各種無線電環(huán)境下不受干擾地正常工作，為國家的經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)服務(wù)，保障人民的生命和財產(chǎn)安全，提高人們的物質(zhì)和精神的生活水平，推動國家社會與經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步。
無線電監(jiān)測包括日常的電波監(jiān)聽、測量、測向和定位、電臺識別和干擾查找，其主要任務(wù)是通過識別發(fā)射信號的相關(guān)技術(shù)參數(shù)和操作特性，查找和驗證未授權(quán)的無線電發(fā)射機或無線電臺站，確保符合或遵守國家無線電管理有關(guān)規(guī)定；調(diào)查、記錄有關(guān)干擾源、背景噪聲等電磁環(huán)境情況，判明并解決干擾問題，保護合法無線電臺站用戶的權(quán)益，查處非法無線電臺站的干擾等。小到一場考試、中到一場大型活動（如：北京奧運、上海世博）保障、大到國家安全保衛(wèi)。
當代無線通信的復(fù)雜性和設(shè)備的廣泛性對監(jiān)管工作的有效性提出了極高的要求，因此各國都建有自己的監(jiān)管機構(gòu)和技術(shù)體系，如：美國設(shè)有一個監(jiān)控中心、全國設(shè)有13個監(jiān)測站；我國設(shè)國家、省、地市三級管理和監(jiān)測建制機構(gòu)，并設(shè)有短波、衛(wèi)星、超短波三張監(jiān)測網(wǎng)，部分監(jiān)測網(wǎng)設(shè)有多個遙控監(jiān)測站。
除衛(wèi)星監(jiān)測之外，主要設(shè)別有掃頻儀、寬頻接收機、定向天線等，主要對無線電發(fā)射的基本參數(shù)，如頻率、電平、示向度、仰角、測向質(zhì)量等系統(tǒng)地進行測量、傳輸。鑒于歷史延承及技術(shù)發(fā)展水平的限制，目前通常最后只記錄結(jié)果數(shù)據(jù)，而不是監(jiān)測到的某個信號的原始數(shù)據(jù)，如果一個信號從此消失，而監(jiān)測系統(tǒng)無法解碼時，存在無法回溯等不利情況的發(fā)生。
1.2 軟件無線電技術(shù)
軟件無線電論壇（SDR Forum）（非盈利的推動軟件無線電技術(shù)發(fā)展的國際組織）給出的軟件無線電的定義：“一個無線電系統(tǒng)中，天線以后就數(shù)字化，對信號的所有的必要的處理都由存放在高速數(shù)字信號處理器中的軟件來完成”。就是采用數(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義實現(xiàn)無線電臺的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等等。即整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來實現(xiàn)。
SDR被認為僅具有中頻可編程數(shù)字接入能力。發(fā)展歷史無線電的技術(shù)演化過程是：由模擬電路發(fā)展到數(shù)字電路；由分立器件發(fā)展到集成器件；由小規(guī)模集成到超大規(guī)模集成器件；由固定集成器件到可編程器件；由單模式、單波段、單功能發(fā)展到多模式、多波段、多功能；由各自獨立的專用硬件的實現(xiàn)發(fā)展到利用通用的硬件平臺和個性的編程軟件的實現(xiàn)。
軟件無線電的主要特征的盡可能靠近天線、盡可能寬帶高速的完成接收到的信號的數(shù)字化，之后主要依靠軟件來實現(xiàn)信號的處和應(yīng)用。
澳大利亞萬瑞（WinRadio）公司就有系列的采用SDR結(jié)構(gòu)體系無線電接收機產(chǎn)品，其中WR-G39DDC模塊覆蓋HF/VHF/UHF/SHF 20KHz～ 3.5GHz寬頻軟件接收機，帶有兩個可同時工作的獨立的DDC信道，每個信道的瞬時帶寬達4MHz，可用于錄音或其它數(shù)字化處理，接收機還提供16 MHz寬的實時頻譜分析儀。具有很高的靈活性、大動態(tài)范圍、高靈敏度、快速掃描、高精度等性能，不僅可以作為監(jiān)測接收機，也可以作為快速搜索（1GHz/s超快搜索速度）接收機和測量接收機?？刹捎肬SB接口可方便地連接到任何IBM兼容PC機，一臺可以控制多個接收機組成多信道系統(tǒng)。
1.3 高速互聯(lián)網(wǎng)時代
現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的基本理念框架體系基本源于美國軍隊在1968年開始組建的阿帕網(wǎng)（ARPNET），就在這個互聯(lián)網(wǎng)原型誕生后的70年代，一系列沿用至今、在今后得到巨大發(fā)展的技術(shù)一一誕生，如：TCP/IP協(xié)議、以太網(wǎng)，同期微電子及計算機技術(shù)也在高速發(fā)展，它們相互激蕩和促進。在經(jīng)過約四十年的發(fā)展，系統(tǒng)和系統(tǒng)之間、區(qū)域和區(qū)域之間的互聯(lián)從很困難到現(xiàn)在到處都能得到廣域、城域接入，接入方式和接口形式五花八門到現(xiàn)在互聯(lián)方便的以太網(wǎng)為主，速度從幾K提升到10M、100M、1000M、10G、并將步入40/100G。無線局域網(wǎng)技術(shù)也有了高速的發(fā)展，速度在802.11n上已經(jīng)能達到300Mbps并開始展望600Mbps，將來也會有更高的接入速度。
軟件無線電與軟件控制無線電的區(qū)別在于軟件無線電是開放并且標準化的，因此研究更加容易也更加靈活，設(shè)備具有的功能不再主要依賴系統(tǒng)的構(gòu)架和硬件，轉(zhuǎn)而開始依賴軟件環(huán)境，通過改變軟件來改變功能，使得系統(tǒng)、功能的升級或是不同系統(tǒng)間的兼容變得更加簡單，升級換代所需要的時間大大縮短。而數(shù)字無線電主要依賴于硬件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，使得環(huán)境更加封閉，不利于推廣交流，一旦出現(xiàn)問題，需要花費相當多的人力、物力以及時間。
1.2軟件無線電技術(shù)硬件平臺解析
軟件無線電是一個標準化、開放式的平臺，以硬件作為基礎(chǔ)，將編寫好的指令預(yù)先錄入，用以操縱硬件進而實現(xiàn)盡可能多的無線通信功能，可以通過改變軟件的方式改變軟件無線電所具有的功能，并可因此減少硬件模塊的數(shù)量和復(fù)雜程度，所具備的靈活性、集中性、維護性無可比擬。一個典型的軟件無線電需要以下的硬件系統(tǒng)：射頻、中頻、基帶、信源、信令，軟件部分則為數(shù)字信號處理器（DSP），DSP通過錄入程序，可以對帶寬、頻率、調(diào)制模式、信源解碼等進行控制，因此DSP處理性能的強弱直接影響通信功能的數(shù)量和質(zhì)量。通過錄入程序，DSP控制各個系統(tǒng)，實現(xiàn)無線電軟件具體化。
1.2.1天線
天線是保證信號的基礎(chǔ)，理論上天線最好應(yīng)該能覆蓋全部的通信頻段，但在實際應(yīng)用中，并不能做到覆蓋如此多的頻段，更多的時候需要能保證完美適配軟件所需的、線性性能較好的頻段，使用組合式多頻段天線，通過測試自動尋找干擾較小，流量寬松的頻段，因此就有多頻段天線和寬帶天線，其二者都可以為軟件無線電技術(shù)提供信號的保障，而區(qū)別主要在于多頻段可在分離的不同頻段上工作，而寬帶則意味著是連續(xù)的寬頻。而調(diào)頻、信號接收、算法優(yōu)化仍然是天線在無線電技術(shù)中的關(guān)鍵。
1.2.2A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件
由于在輸入和輸出之間既有模擬信號型號又有數(shù)字型號，而DSP作為數(shù)字信號處理器更加適合處理數(shù)字信息，因此在射頻天線與DSP之間需要模數(shù)變換器（A/D）及數(shù)模變換器（D/A）形成具有A/D-DSP-D/A基本模型的硬件平臺。目前大多數(shù)低功耗的的A/D還不能做到同時滿足速率和采樣率，因此在適當?shù)沫h(huán)境下會使用多條ADC。同時為了加快處理速度，使用多頻段的寬帶天線和智能天線，并將A/D、D/A變換盡可能地靠近射頻天線端口，將原來的基帶移至中頻，如果滿足條件甚至可以移至射頻，由于把A/D轉(zhuǎn)換盡可能的向天線段靠近，因此對模擬與數(shù)字之間來換的還原度要求很高。如何減少信號損失是關(guān)鍵的技術(shù)。
1.2.3數(shù)字信號處理器（DSP）
DSP是整個軟件化的硬件核心，相當于PC上的CPU。由于軟件化，在A/D變換后的所有處理都用DSP所編入的軟件編程來實現(xiàn)，其中包括濾波、變頻、數(shù)據(jù)處理、解調(diào)、解碼、等工作，這對DSP的計算能力提出了一定的要求，尤其是一些大流量且要求高速的工作環(huán)境，比如DDC（包括數(shù)字下變頻、二次采樣和濾波），一個低性能的DSP幾乎無法完成任務(wù)。而對于高速信號的處理，這部分需要完成的工作有調(diào)制解調(diào)、處理比特流、編譯、基帶處理。由于容易出現(xiàn)瓶頸，故在需要高性能時可以通過多路DSP并行解決。
1.2.4中頻處理
中頻處理技術(shù)用于基帶與中頻之間信號的變換，中頻處理能力需求主要在于頻率變化的程度和濾波的復(fù)雜程度，而在未來，可能可以做到基帶與射頻進行直接的信號溝通。
1.3實時操作系統(tǒng)及軟件算法優(yōu)化
算法是編程的靈魂，光有性能而沒有一個良好的算法予以支持只會白白浪費處理器的性能，而軟件能給整個系統(tǒng)一個完整的平臺。軟件的優(yōu)勢是靈活、定制化容易，因此應(yīng)針對不同的通信模式，開發(fā)出專門的軟件環(huán)境，保證DSP處在一個優(yōu)良的處理環(huán)境，最大限度的發(fā)揮DSP的性能，并在實踐過程中不斷改善算法，完善系統(tǒng)，適應(yīng)新的技術(shù)，新的功能模塊，提供更高效的服務(wù)而這也是軟件無線電的核心競爭力之一。
2軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用
無線電具有功耗低，體積小的優(yōu)勢，因此能在便攜設(shè)備上運行，同時還可運用在復(fù)雜場所，降低硬件量，減少維護工作量，因此使用范圍非常廣泛，從軍事到民用，從醫(yī)療到教育都有適合它們發(fā)揮的場所。
2.1軟件無線電技術(shù)在軍事上的作用
2.1.1電子戰(zhàn)
軟件無線電所具有的新概念，新思想在軍事中有著廣泛的應(yīng)用，首當其沖的就是電子戰(zhàn)。電子戰(zhàn)頻段寬，信號種類多，而且主要以被動為主要工作模式。以往的電子戰(zhàn)都是以幾種信號為目標進行戰(zhàn)略設(shè)計，而如果敵方的信號的特征或者傳輸方式發(fā)生改變，那么就需要重新設(shè)計，部署。效率不足，不僅需要更多的經(jīng)濟預(yù)算還很有可能延誤戰(zhàn)機，而軟件無線電可以通過改變軟件來改變工作模式，提升效率降低成本，軟件無線電的下一步認知無線電則可以對此進行智能化搜索和對應(yīng)，可以看見未來的電子戰(zhàn)都在往這個方向發(fā)展。
2.1.2雷達
雷達對于軍事的作用和價值無需多言，而不同單位、不同作戰(zhàn)設(shè)備工作方向不同，使用的雷達也不同，而不同的雷達對于信號、載波、頻寬、解碼等都有不同的要求，如果能使用軟件無線電，則可以大大降低后勤部門的補給壓力，同時一旦被解密，也可以通過更換軟件的方式保護數(shù)據(jù)和通信的正常交流。
2.1.3軟件無線電技術(shù)在衛(wèi)星通信上的應(yīng)用
衛(wèi)星通信的覆蓋范圍廣，技術(shù)更加先進。但由于多采用復(fù)雜、種類繁多的硬件，使得其維護的成本高，而且效率低，已經(jīng)不能很好適應(yīng)當今飛速的高速科技發(fā)展的步伐，而軟件無線電技術(shù)則可以小型模塊化，把一個大而復(fù)雜的整體拆分成多個小型化、模塊化的系統(tǒng)，降低維護成本，發(fā)現(xiàn)和解決問題也可以更加快速。而在加入了軟件無線電技術(shù)以后，可以做到在不改變原有功能的基礎(chǔ)上減少系統(tǒng)運行的成本，而且升級方式簡單，也更加靈活。
2.2軟件無線電技術(shù)在民用技術(shù)領(lǐng)域的作用
2.2.1移動通訊
移動通信是通信領(lǐng)域的一塊大蛋糕，網(wǎng)絡(luò)從最早的GSM，再到CDMA2000、TD-SCDMA和WCDMA，如今已經(jīng)發(fā)展到了4G，即FDD-LTE和TDD-LTE，這么多代的升級已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一系列的問題：2G、3G、4G的基站設(shè)備，不同制式的網(wǎng)絡(luò)受限于硬件壁壘導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)互不兼容，通信標準不一致，靈活度差，客戶使用感受度差。而在未來的LTE-A則有可能進行統(tǒng)一和兼容，因為軟件無線電技術(shù)的加入，使系統(tǒng)更加的實用和靈活，增強與2G，3G移動通信的兼容程度，通信行業(yè)競爭異常激烈，而提升用戶體驗并降低成本方為上策，軟件無線電技術(shù)簡直可以稱得上是量身定做的解決方案。
2.2.2小區(qū)的維護管理以及智能化升級
小區(qū)內(nèi)配套設(shè)施完善，集成度高，而且人口密度大，財產(chǎn)價值高，所以對于小區(qū)的經(jīng)營管理非常重要。而如果使用采用軟件無線電技術(shù)的設(shè)備對小區(qū)進行監(jiān)控管理，首先可以節(jié)約大量的人力物力，其次未來小區(qū)升級智能化（人臉識別門控、自動報警、信息上傳等）也相當容易，無須對核心部件更換，僅需要更換軟件，同時采用無線模式，無需再次打孔穿線，方便施工?？芍^完美的小區(qū)生活管理助手。
3軟件無線電技術(shù)的發(fā)展趨勢
3.1國際通用使用標準
軟件無線電技術(shù)本身是標準化和開放化的，相對于過于的模式兼容性強可擴展性好，十分適合作為國際通用的使用標準。很多合作伙伴都可以對此技術(shù)進行合作開發(fā)，得到屬于自己的系統(tǒng)，針對性強，定制程度高，資源利用效果好。
3.2增強自適應(yīng)頻譜管理
大多數(shù)的國家和敵區(qū)，頻譜資源都已經(jīng)永久分配，但是由于不能主動調(diào)頻，因此很多的頻譜實際利用率并不高，而軟件無線電和認知無線電通過ASM可以優(yōu)化空中接口，進行探測、分析，自動改變頻譜、發(fā)射功率，跳轉(zhuǎn)到較為空閑的頻段，充分利用有限的資源，在當前不能擴大總頻段的頻段使用范圍之時，這項技術(shù)大大的提高了資源利用率，對于移動終端無線上網(wǎng)的意義非常重大。
3.3擴大通信產(chǎn)業(yè)的影響力
每一次的重大理論技術(shù)進步都會讓相關(guān)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)帶來質(zhì)的飛躍，軟件無線電技術(shù)同樣如此。軟件無線電技術(shù)的潛在利益會體現(xiàn)在不同價值鏈的不同層次場合上。軟件無線電技術(shù)讓產(chǎn)業(yè)的進步標準由硬件轉(zhuǎn)變成軟件，發(fā)展更加迅速，而軟件的產(chǎn)出速度與硬件不在一個層次，因此可以變相提高企業(yè)的整體進步步伐，從原來的5年一換到現(xiàn)在的智能化升級，無時無刻都在搜集數(shù)據(jù)，分析，應(yīng)對，升級。對于其他的產(chǎn)業(yè)同樣如此。
3.4物聯(lián)網(wǎng)的基石
物聯(lián)網(wǎng)的口號是每一個物體都有自己的標志。通過物聯(lián)網(wǎng)，可以使用手機操作、監(jiān)控、管理家中的各個家電，而這一切都需要以無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，而軟件無線電就是基礎(chǔ)，軟件無線電將更多的向物理空間上的延伸，使得物理空間物體有靈魂，更加智能化，更加可聯(lián)系化，產(chǎn)品不再是單獨的一個產(chǎn)品，而是一個局域網(wǎng)絡(luò)其中一個點。而這已經(jīng)開始改變目前各個行業(yè)的贏利點，未來的企業(yè)將會把重心向軟件化轉(zhuǎn)移和傾斜，擁有自己的軟件核心技術(shù)是立足在當前信息化浪潮的資本。
中圖分類號:TN91文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973 (2010) 01-053-02
1無線電的發(fā)展歷程
無線電的發(fā)展過程是:模擬電路發(fā)展到數(shù)字電路;分立器件發(fā)展到集成器件;固定集成器件到可編程器件;小規(guī)模集成到超大規(guī)模集成器件;單模式、單波段、單功能發(fā)展到多模式、多波段、多功能;各自獨立的專用硬件的實現(xiàn)發(fā)展到利用通用的硬件平臺和個性的編程軟件的實現(xiàn)。20世紀80年代,隨著移動通信系統(tǒng)的領(lǐng)域的擴大和技術(shù)復(fù)雜度的不斷提高,為了克服技術(shù)復(fù)雜度帶來的問題和滿足應(yīng)用多樣性的需求,特別是軍事通信對寬帶技術(shù)的需求,提出在通用硬件基礎(chǔ)上利用不同軟件編程的方法--軟件無線電,把無線電的功能和業(yè)務(wù)從硬件的束縛中解放出來。
在1992年5月在美國通信系統(tǒng)會議上,Jeseph Mitola(約瑟夫•米托拉)首次提出了“軟件無線電”(Software Defined Radio,SDR)的概念。1995IEEE通信雜志,出版了軟件無線電專集。同年美國軍方提出了軍用的Speakeasy計劃,即“易通話”計劃,這個計劃主要目標是設(shè)計美軍新一代無線電戰(zhàn)術(shù)電臺,這種電臺具有多種模式、多種速率、多種調(diào)制方式,多種接口方式和多種信息安全方式。軟件無線電在過去的幾年中從軍方的研究逐漸被民間商用移動通信領(lǐng)域所重視,特別是多頻段、多用戶、多模式兼容及互聯(lián)系統(tǒng),對于未來移動通信技術(shù)特別是在我國3G通信之中的運用將會起到很關(guān)鍵的作用。
2SDR的概念、體系和特點
軟件無線電是在一個開放的公共硬件平臺上利用不同的可編程的軟件方法實現(xiàn)所需要的無線電系統(tǒng)。理想的軟件無線電系統(tǒng)是一種全部可軟件編程的無線電,并以無線電平臺具有最大的靈活性為特征。全部可編程包括射頻波段,信道接入方式和信道調(diào)制。
理想的軟件無線電主要由天線、射頻前端、寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、通用或?qū)Ｓ脭?shù)字信號處理器以及各種軟件組成。理想的軟件無線電的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示:
圖1 理想的軟件無線電系統(tǒng)
SDR的特點
(1) 可重構(gòu)性,即系統(tǒng)功能隨著需求而改變的能力。軟件無線電必須在軟件和硬件兩方面都支持系統(tǒng)重構(gòu),才具有通過改變所運行的軟件來定義系統(tǒng)功能的能力。
(2) 靈活性。即系統(tǒng)在不改變軟件和硬件結(jié)構(gòu)的條件下,對可重構(gòu)的適應(yīng)能力。軟件無線電必須能夠被精確配置成各種不同的虛擬設(shè)備,還要支持不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)和新功能。
(3) 模塊化。即將定義系統(tǒng)的各個任務(wù)分解為相互獨立的軟件和硬件模塊,這些模塊通過接口以邏輯的方式連接起來形成所需要的系統(tǒng)功能。
3SDR在3G中的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢
3.1A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)
軟件無線電的信號接收原理如圖2.天線接收信號經(jīng)放大,濾波和混頻將射頻(RF)信號變換到中頻(IF),經(jīng)過一級抗混迭帶通濾波后由A/D轉(zhuǎn)換器在中頻進行A/D轉(zhuǎn)換,在由數(shù)字下變頻器(DDC)將IF抽樣信號變換為DSP芯片可直接處理的數(shù)字基帶信號,DSP完成各種所需的信號處理,并將處理結(jié)果送至用戶終端。發(fā)射過程與此類似,DSP處理后的信號經(jīng)插值處理變換到IF,再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換,IF/RF變換后由天線發(fā)射出去。
圖2基于軟件無線電的信號接收原理
根據(jù)Nyquist采樣定理:采樣速率至少是模擬信號最高頻率的2倍,才能保證原信號被無失真的還原。因此要求大輸入信號的帶寬需要A/D轉(zhuǎn)換器有很高的采樣頻率.另外,有多路信號間的遠近效應(yīng)而要求A/D轉(zhuǎn)換器有很大的動態(tài)范圍和取樣精度。目前基于軟件無線電的采樣技術(shù)有:過采樣技術(shù)、正交采樣技術(shù)、帶通采樣技術(shù)、并行A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。其中過采樣技術(shù)不僅可以降低前級混疊濾波器,也可以有效提高A/D轉(zhuǎn)換的信噪比。而并行A/D轉(zhuǎn)換采樣可以有效提高采樣分辨率。
不管采用哪一種采樣技術(shù),采樣頻率越高,可恢復(fù)的帶寬潛力越大。因此軟件無線電技術(shù)實現(xiàn)的難題和關(guān)鍵點就是A/D轉(zhuǎn)換器的速率和動態(tài)范圍。理想的SDR,A/D變換器的動態(tài)范圍應(yīng)該在100-120db或者16-20位。最大輸入信號頻率在1Ghz和5GHz之間。但是以現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展水平,不可能達到這個要求。目前A/D轉(zhuǎn)換器的發(fā)展趨勢是低功率損耗的單片A/D轉(zhuǎn)換器,但是其分辨率的進步相對于采樣速率的進步要緩慢的多。但是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步,將超導(dǎo)和光采樣技術(shù)應(yīng)用于A/D轉(zhuǎn)換器,已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢,其中“快速單通量”RSFFQ是最具突破性的一項技術(shù),該技術(shù)基于超導(dǎo)基本量子機械特性,說明了離散的量化形式中存在著磁通。在該技術(shù)中,單磁通量子脈沖代表二進制值。因為一個完整的單磁通量子代表一個脈沖,所以這種技術(shù)的性能受到輸入信號最大轉(zhuǎn)速率的嚴格限制。因此可以通過對處理速度與分辨率進行折衷的方法來達到最佳技術(shù)性能。
3.2高速處理模塊DSP或FPGA
SDR能否有效實現(xiàn)取決于高速處理模塊的數(shù)據(jù)處理速度和精度。傳統(tǒng)的無線電設(shè)計可采用ASIC、DSP和FPGA器件的組合加以實現(xiàn),而在軟件無線電設(shè)計過程之中 ,DSP、FPGA和ASIC之間的功能劃分也在發(fā)生變化。ASIC逐漸提供更多的可編程功能,而DSP和FPGA則開始具備ASIC的傳統(tǒng)處理功能,三者之間的界限正變得日益模糊。因此,設(shè)計人員在設(shè)計軟件無線電時,通常參照以下原則:(1)ASIC只需提供可以接受的可編程性和集成水平,通常即可為指定的功能提供最佳解決方案。(2)FPGA可為高度并行或涉及線性處理的高速信號處理功能提供最佳的可編程解決方案。(3)DSP可為涉及復(fù)雜分析或決策分析的功能提供最佳可編程解決方案。例如?北京艾科瑞德科技有限公司于2007年推出的應(yīng)用解決方案FFT-SDR-V4。它采用了美國德州儀器公司最高運算能力的DSP和Xinlinx高容量的FPGA(2000萬門),解決了軟件無線電發(fā)展中的瓶頸技術(shù)―信號處理的運算能力問題。
FFT-SDR-V4高性能軟件無線電解決方案集成了4路實時信號采集通道(每個通道105M, 14bit)和2路信號生成通道(每路160M, 16bit);同時配備了2顆Xilinx XC4VLX60 FPGA(800-2000萬門)和TI TMS320C6416(1G)高速DSP芯片共同構(gòu)成了高速實時信號處理單元;標準cPCI接口,兼容PCI2.2 64位/66MHz;6U標準尺寸;這些結(jié)構(gòu)提供了強大的實時信號吞吐、處理和傳輸能力,是當今軟件無線電的最佳解決方案之一。
4SDR在3G中的應(yīng)用前景
隨著近年來軟件無線電技術(shù)的高速發(fā)展和逐漸成熟,全軟件無線電將占據(jù)未來移動通訊系統(tǒng)的核心位置,因為它可以使系統(tǒng)開發(fā)者完全通過軟件來靈活地配置和升級無線通信系統(tǒng),從而降低成本和更加快速地應(yīng)對市場的變化,例如從EDGE 升級到EDGE Evolution。Octasic公司近期公布了它的首款基于軟件無線電平臺的GSM,EDGE 和EDGE Evolution 的基站收發(fā)機(BTS)解決方案Vcolla-BTS,該產(chǎn)品應(yīng)用了該公司突破性的數(shù)字信號處理技術(shù)。而英飛凌科技股份公司近日與SkyTerra和TerreStar 網(wǎng)絡(luò)公司聯(lián)合宣布共同開發(fā)全球首款基于英飛凌的創(chuàng)新軟件無線電(SDR)技術(shù)的多制式移動通信平臺。這種突破性技術(shù)能夠讓用戶采用成本相當于陸地蜂窩移動通信終端的大眾市場手機,在北美地區(qū)隨時隨地建立通信?；赟DR技術(shù)的衛(wèi)星―陸地手機,可支持多種蜂窩和衛(wèi)星通信制式,其中包括GSM、 GPRS、EDGE、WCDMA、HSDPA、HSUPA和 GMR1- 2G/3G等。
SDR使得系統(tǒng)具有靈活性和適應(yīng)性,能夠讓不同的網(wǎng)絡(luò)接口和空中接口共存,能夠支持采用不同空中接口的多模式手機和基站。隨著SDR和3G技術(shù)的不斷成熟,在不久的將來,新一代移動通信技術(shù)可以提供更有效的多種業(yè)務(wù),最終實現(xiàn)商業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、 藍牙、廣播、電視衛(wèi)星通信的無縫銜接并相互兼容。
參考文獻:
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[3]陶然等.多抽樣率數(shù)字信號處理理論及其應(yīng)用[M].北京清華大學(xué)出版社,2007.
中圖分類號：TN911-7 文獻標識碼：B
文章編號：1004373X(2008)0506102
The Multi-rate Signal Processing in Software Radio
MIAO Runjiang,XUE Lei
(Electronic Engineering Institute,Hefei,230037,China)
Abstract：In this paper,the conception of software radio and multi-rate signal processing is introduced.The signal code rate at every node in the system of software radio may be changed by multi-rate signal processing.Decimation and interpolation are two basic means of multi-rate signal processing,the theory of them is analysed and their related architecture of polyphase filer is given here.The number of digital filter′s steps at every branch of this architecture will be reduced to 1/D(or 1/I) of the original.So this architecture is an effective way to real-time signal processing.
Keywords：software radio;multi-rate signal processing;decimation;interpolation;polyphase filter
1 引 言
軟件無線電是當代無線通信發(fā)展的方向，其基本思想是：將A/D和D/A盡可能靠近RF端，在數(shù)字化的通用硬件平臺上，用軟件近可能多地實現(xiàn)軟件無線電的各種功能。軟件無線電具有靈活性、標準化、模塊化的特點，為解決目前無線通信系統(tǒng)所存在的難兼容、難升級、開發(fā)周期長等難題提供了選擇。
基于帶通采樣定理，軟件無線電能夠?qū)崿F(xiàn)對整個工作頻帶的信號直接進行數(shù)字化，然后用數(shù)字信號處理方法完成對信號的接收和解調(diào)。為了提高軟件無線電對不同體制信號的適應(yīng)性，帶通采樣的帶寬應(yīng)越寬越好。但是，采樣速率的提高使采樣后的數(shù)據(jù)流速率增大，對后續(xù)的信號處理能力提出了苛刻的要求。因此，有必要對采樣信號進行降速率處理，多速率信號處理是這種降速率處理的理論依據(jù)。
2 多速率信號處理
多速率信號處理的實質(zhì)是用數(shù)字信號處理方法直接改變抽樣信號的速率，抽取和內(nèi)插是其基本環(huán)節(jié)。
2.1 整倍數(shù)抽取
整數(shù)D倍抽取是指原始抽樣序列x(n)每隔(D－1)個取一個,形成一個新序列xD(n),xD(n)=x(Dn),正整數(shù)D為抽取因子。D倍抽取器符號如圖1所示，設(shè)序列x(n)的頻譜為x(ejw)，求得序列xD(n)的傅里葉變換xD(ejw)=1D∑D－1k=0Xej(w－2πk)D，表明抽取后序列xD(n)的頻譜為原序列x(n)的頻譜經(jīng)頻移和D倍展寬后的D個頻譜的疊加和。根據(jù)Nyquist采樣定理，若序列x(n)的采樣率為fs,則模擬信號的最高頻率(無模糊帶寬)fH≤fs/2，否則x(n)的頻譜發(fā)生混疊。當以D倍抽取率對x(n)進行抽取后得到的抽取序列xD(n)之取樣率為fs/D,其無模糊帶寬為fs/(2D),所以當x(n)中含有大于fs/(2D)的份量時,xD(n)的頻譜必然產(chǎn)生混疊,無法從xD(n)中恢復(fù)x(n)中頻率小于fs/(2D)的低頻信號分量。如果先用一個數(shù)字濾波器(歸一化帶寬B=π/D) 對X(ejw)進行濾波得到V(ejw)，該信號只含有小于π/D頻率分量,再對V(ejw)進行D倍抽取,就可以避免頻譜混疊。一個完整的D倍抽取器結(jié)構(gòu)如圖2所示，抽取前后信號頻譜如圖3所示。經(jīng)過抽取提高了信號的頻域分辨率。
2.2 整倍數(shù)內(nèi)插
整倍數(shù)內(nèi)插是指在原始抽樣序列的相鄰兩抽樣點之間插入(I－1)個零值,設(shè)原始抽樣序列為x(n),則內(nèi)插后的序列為:
內(nèi)插器符號如圖4所示。設(shè)序列x(n)的頻譜為x(ejw)，求得序列xI(n)的傅里葉變換xI(ejw)=X(ejwI)，表明內(nèi)插后序列xI(n)的頻譜為原序列x(n)的頻譜經(jīng)I倍壓縮得到的。因此，xI(ejw)中不僅含有x(ejw)的基帶分量(w≤π/I),而且還含有其高頻分量(w>π/I)。對內(nèi)插后的信號進行低通濾波,就可以從內(nèi)插信號頻譜中恢復(fù)出原始基帶譜,使內(nèi)插序列中的(I－1)個零值都變?yōu)閤(n)的準確值,所以經(jīng)過內(nèi)插提高信號時域分辨率。完整的I倍內(nèi)插器結(jié)構(gòu)如圖5所示。
抽取運用于軟件無線電接收機，降低了接收信號數(shù)據(jù)速率,便于數(shù)字信號處理。內(nèi)插運用于軟件無線電發(fā)射機，提高了輸出信號頻率，便于調(diào)制發(fā)射。通過先內(nèi)插后抽取，也可以實現(xiàn)抽樣率的分數(shù)倍變換。
3 多速率信號處理的多相濾波結(jié)構(gòu)
多相濾波結(jié)構(gòu)是指將數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)H(z)分解成若干個不同相位的組。圖2和圖5抽取內(nèi)插器結(jié)構(gòu)中濾波器都是在高取樣率(在D倍抽取之前,I倍內(nèi)插之后)條件下運行的。采用多相濾波結(jié)構(gòu)可以提高抽取內(nèi)插
器的計算效率，有利于信號的實時處理。如圖6所示，在FIR濾波器中，H(z)=∑N－1n=0h(n)z－n，N為濾波器的長度，將h(n)分成I個組，H(z)=∑I－1m=0z－(I－1－m)Rm(zI)，Rm(zI)=∑Q－1n=0h(nD+D－1－m)(zI)－n，將此濾波器代入圖5，由內(nèi)插器的等效轉(zhuǎn)換，得到內(nèi)插器的等效濾波結(jié)構(gòu)，如圖7所示。此時，濾波器位于內(nèi)插器之前，降低了對濾波器的實時性要求，并且每個支路濾波器的階數(shù)只有原來的1/I，有利于提高運算精度。抽取器的多相濾波結(jié)構(gòu)與此相似。當抽取倍數(shù)D或內(nèi)插倍數(shù)I很大時,可以采用多級實現(xiàn),每節(jié)濾波器設(shè)計時應(yīng)考慮通帶帶寬、過渡帶帶寬等參數(shù)。
以上分析都是針對低通信號的,對帶通信號常常采用頻譜搬移,先把位于中心頻率f0處的帶通信號搬移到基帶,然后再利用低通信號的抽取方法進行抽取。反之，通過內(nèi)插器后接帶通濾波器可以將基帶譜搬移到射頻頻段。
4 結(jié) 語
多速率信號處理是軟件無線電實現(xiàn)信號處理數(shù)字化的關(guān)鍵，多相結(jié)構(gòu)不但簡化了濾波器的設(shè)計，而且是軟件無線電信道化接收機和發(fā)射機的基礎(chǔ)。
參考文獻
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中圖分類號：TN8-34; TB565.3 文獻標識碼：A文章編號：1004-373X(2011)21-0031-03
Research on Software Radio in Anti-submarine Technology
LI Wen-hai1, WEI Hui2, XU Ai-qiang1
(1.Naval Aeronautical Engineering Institute, Yantai 264001, China;
2. Graduate Management Team, Naval Aeronautical Engineering Institute, Yantai 264001,China)
Abstract：
Aiming at the widely researched and applied software radio (SR), for realizing the digitization of anti-submarine underwater acoustic signal processor, a hypothesis of the application of SR in sonar receiver is proposed combining the buoy′s receiving signal and communication. The relative technologies are introduced simultaneously. The technology can realize the digitization of signal processing, reduce errors, improve efficiency and so on.
Keywords： SR;wireless sonobuoy;signal detection;high-order cumulation;neural network
0 引 言
無線聲納浮標搜潛是航空反潛的重要手段之一，水聲信號處理機裝載在反潛機上，主要對聲納浮標的無線電信號進行接收解調(diào)，并對其中音頻信號進行分析，從而實現(xiàn)對海洋中的潛艇目標探測、發(fā)現(xiàn)及定位。
隨著高速數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、集成混頻器以及數(shù)字信號處理器的發(fā)展，軟件無線電近幾年來發(fā)展迅速，這樣最直接的表現(xiàn)為信號處理完全在DSP中進行\(zhòng)[1-3\]。在DSP中進行傳統(tǒng)收發(fā)處理模塊的降噪、濾波、混頻處理等，此時信號處理完全由軟件實現(xiàn)，因此，傳統(tǒng)硬件實現(xiàn)的功能，此處由軟件實現(xiàn)，而且由于軟件的靈活性，使其功能更強大。
針對這樣一個發(fā)展趨勢，提出設(shè)計制造數(shù)字化信號處理機，即將目標信號檢測、目標信號識別等集成到DSP中進行，從而增加靈活性和抗干擾性。同時研究了從聲納浮標探測水下目標到與載機進行通信過程中信號的流向和表達形式，得出載機探測聲納浮標信號和浮標探測目標信號過程的相似性，因而可以將兩種過程的方法相互借鑒使用，以達到最優(yōu)效果。
1 基本原理
軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺設(shè)計方法中解放出來\[4\]。理想軟件無線電的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 軟件無線電的結(jié)構(gòu)框圖
1.1 模擬信號調(diào)制
由于聲納浮標與信號處理機間的通信多為調(diào)頻和調(diào)幅的方式，因而在此介紹調(diào)頻與調(diào)幅的原理\[4\]。
(1) 調(diào)頻
調(diào)頻(FM)是載波的瞬時頻率隨調(diào)制信號成線性變化的一種調(diào)制方式，單音調(diào)頻信號的數(shù)學(xué)表達式可以寫成：
И
И
式中：Е鬲c為載波角頻率;vΩ(t)為調(diào)制信號;Иkf為調(diào)制系數(shù)。
(2) 調(diào)幅
調(diào)幅(AM)就是使載波的振幅隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化。用單音信號進行調(diào)幅時，其數(shù)學(xué)表達式可以寫成：
И
И
式中：vΩ(t)為調(diào)制信號;ma為調(diào)制指數(shù)，它的范圍為(0,1)之間，如果ma>1，б訓(xùn)韃ǖ陌絡(luò)會出現(xiàn)嚴重的失真，而不能恢復(fù)原來的調(diào)制信號波形，也就是產(chǎn)生過量調(diào)幅。
1.2 無線聲納浮標探測與通信的特點
無線聲納浮標是反潛中的重要武器，由于其使用簡單和經(jīng)濟等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用，針對聲納浮標的探測信號過程和與載機的通信過程做一簡單的研究。
根據(jù)水聲相關(guān)知識\[6-8\]，潛艇的輻射噪聲主要是線譜與連續(xù)譜的疊加，其中線譜是檢測潛艇的主要特征；海洋噪聲可以近似為服從高斯分布的，因而浮標檢測的潛艇信號可以表示為：
И
式中：N1(t)~N(μ1,σ21)。
信號s′(t)經(jīng)過調(diào)頻/調(diào)幅處理，發(fā)送給載機進行處理。這里的s′(t)即為vΩ(t)。в捎諫納浮標與載機進行通信的空間也存在著噪聲，可近似為高斯噪聲，設(shè)為:
由上式可以看出，載機收到的信號將由載波頻率、圍繞在載頻附近的潛艇頻率信號和噪聲組成。對信號進行傅里葉變換可查看頻譜分布。兩個過程信號流程如圖2所示。由公式推導(dǎo)和圖2可以看出，在相關(guān)假設(shè)條件下，浮標探測目標和載機探測浮標的過程是相似的，因而這兩個過程中的研究方法可以相互借鑒，甚至同時進行，這有待進一步研究。
圖2 反潛過程信號調(diào)制流程圖
2 信號處理算法
由于DSP運算處理的速度在迅速提高，所以現(xiàn)在很多相對復(fù)雜的信號處理算法都可以在DSP中運行，也即實現(xiàn)信號處理的全數(shù)字化，例如進行FFT處理等。
聲納信號處理算法包括信號檢測算法，信號降噪處理算法和目標識別算法等。
2.1 能量檢測算法
能量檢測算法\[8\]是信號檢測算法中最常用的算法。Ъ偕韞鄄斕降n個樣本是x1,x2,…,xn,那么能量檢測算法可表示為:
ИИ
由于載波信號和目標信號不服從高斯分布，因此可以使用高階譜法對信號進行降噪，從而增加在微弱信號條件下目標檢測概率，同時提高目標識別效果。
2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)方法是模擬人腦的思維活動發(fā)展和形成的，具有一定的智能性，具體表現(xiàn)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的容錯性、層次性、可塑性、自適應(yīng)性、自組織性、聯(lián)想記憶和并行處理能力\[9\]。它的這些優(yōu)點使得其首先應(yīng)用在模式識別領(lǐng)域。
目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型已達上百種，最常用的是BP模型。在水下目標分類中常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還有:徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它實質(zhì)上是BP模型的變種，其隱層節(jié)點的作用函數(shù)通常為高斯型核函數(shù)，對特征層具有一定的局部化能力，故有較好的分類性能。高階神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出與輸入的高階相關(guān)函數(shù)相對應(yīng)，從而與高階譜、高階累積量有直接的聯(lián)系，由于高階譜對非平穩(wěn)信號的穩(wěn)健性和對加性噪聲的抑制能力，這種網(wǎng)絡(luò)可望實現(xiàn)平移、旋轉(zhuǎn)和比例不變的模式識別，對水聲信號的分類具有較好效果。
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法\[10\]如下：
訓(xùn)練集包含M個樣本模式對(xk,yk)，對第p個訓(xùn)練樣本(p=1,2,…,M)，單元j的輸入總和(即激活函數(shù))記為a在實際應(yīng)用中，考慮到學(xué)習(xí)過程的收斂性，學(xué)習(xí)閾值取得越小越好；值越大，每次權(quán)重值的改變越劇烈，可能導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程發(fā)生震蕩，通常權(quán)重修正公式為:
И
式中:Е盼動量因子；a為修正系數(shù)。
3 結(jié) 論
本文針對新興的軟件無線電技術(shù)，探討了其應(yīng)用在反潛技術(shù)中的可能以及相關(guān)技術(shù)，為日后的工程設(shè)計提供一定的指導(dǎo)，具體工程應(yīng)用還要根據(jù)實際做相應(yīng)調(diào)整。由于本文只是給出理論上的推導(dǎo)，所以將在以后的工作中重點研究工程實現(xiàn)算法。隨著高速A/D和高速DSP的發(fā)展和更新，軟件無線電技術(shù)將逐步發(fā)展，并使得信號接收機/發(fā)射機設(shè)計和處理更加地數(shù)字化，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的集成化、微型化和信息化。
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作者簡介：
自Joseph Mitola于20世紀90年代初提出了軟件無線電(sDR)的概念以來，它一直是人們關(guān)注和研究的焦點。SDR為無線應(yīng)用的設(shè)計者解決了很多問題。大多數(shù)這類問題與無線廣播為了實現(xiàn)全球運作必須支持的標準數(shù)量有關(guān)，并且，同樣重要的是，與支持這些多重標準的成本有關(guān)。
本文說明多重標準車用數(shù)字無線電接收機概念如何應(yīng)用于七種數(shù)字無線電標準：數(shù)字調(diào)幅廣播(DRM)；DRM+；數(shù)字音頻廣播(DAB)；DAB+；地面數(shù)字多媒體廣播(T－DMB)；高清調(diào)幅廣播(HD－radio AM)；高清調(diào)頻廣播(HD－radioFM)。
在可行并且高效的情況下，接收機使用針對每個數(shù)字無線電標準的完全嵌入式軟件來實施數(shù)字信號處理技術(shù)，如濾波、解調(diào)、同步、糾錯等。
sDR作為一個協(xié)處理器與汽車DSP系列配合使用，可用于超高品質(zhì)的AM／FM接收和音頻后處理。專用汽車DsP可提供高集成、強大、經(jīng)濟的模擬與數(shù)字解決方案，尤其適合汽車行業(yè)應(yīng)用。配合汽車DSP系列的協(xié)處理器概念如圖1所示。
協(xié)處理器概念加上高效數(shù)字無線電接收方案，使汽車DSP經(jīng)過實際驗證的高性能AM／FM接收性能進一步得
到擴展，可提供高性能、靈活、高效的SDR并支持相同數(shù)字無線電標準的多個接收機，用于背景掃描、多音頻，數(shù)字應(yīng)用和視頻應(yīng)用。
數(shù)字調(diào)幅廣播
數(shù)字調(diào)幅廣播(DRM)是一種適合30MHz頻率以下的中、短、長波數(shù)字無線電系統(tǒng)。它具有近FM的音響品質(zhì)，以及數(shù)字傳輸使用方便的特性，在AM方面的改進也很突出。
DRM系統(tǒng)采用編碼正交頻分復(fù)用(cOFDM)技術(shù)。所有由數(shù)字編碼音頻產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及相關(guān)的信號數(shù)據(jù)均被分發(fā)，以跨越大量緊密排列的載波進行傳輸。所有載波均包含在傳輸信道中。采用時間和頻率交織的方法來減輕多徑干擾所造成的衰減。OFDM和編碼的各種參數(shù)均可以更改，使DRM可以在很多不同的傳播環(huán)境中順利工作。
DRM的最大比特率是72kbps。
DRM系統(tǒng)利用MPEG-4高效高級音頻壓縮(HE-AAC+v2)，以低數(shù)據(jù)率提供高音頻質(zhì)量。此外，碼激勵線性預(yù)測編碼(cELP)和諧波矢量激勵編碼(HVXC)語音壓縮算法則以更低的數(shù)據(jù)率提供僅語音編程，如圖2所示。
DRM+
DRM+表示DRM的后續(xù)開發(fā)，它是波段Ⅰ和波段Ⅱ(FM波段)中數(shù)字無線電傳輸?shù)臉藴省２⑶?，OFDM可提供高效頻譜利用和無干擾移動接收。憑借其95kHz帶寬，DRM+適合歐洲使用的100kHzFM模式，因此可以在波段Ⅱ的各個頻段中傳輸。
最大有效數(shù)據(jù)率高達每多路186kbps。采用MPEG-4 HE－AAC+音頻壓縮可以將最多4種不同的音頻流，包括另外的數(shù)據(jù)服務(wù)，甚至是視頻流集成到一個DRM+多路復(fù)用器上。該系統(tǒng)的總體視圖與DRM的相同，即DRM+可“平穩(wěn)”集成到DRM中。
數(shù)字音頻廣播
在20世紀80年代晚期設(shè)計數(shù)字音頻廣播(DAB)系統(tǒng)時，最初有五個目標：提供CD品質(zhì)的無線電廣播；提供優(yōu)于FM的車內(nèi)接收品質(zhì)；更有效地使用頻譜；允許通過電臺名稱而不是頻率來調(diào)諧；最后是允許傳輸數(shù)據(jù)。
均源于DAB的DAB+和T-DMB已經(jīng)集成了MPEG-4 HE-AAC+v2音頻壓縮和帶額外交織的Reed－Solomon糾錯編碼技術(shù)。
DAB+
DAB和DAB+之間的主要差別在于，DAB數(shù)字無線電廣播采用MPEG-2 Audio Layer Ⅱ音頻壓縮技術(shù)，而DAB＋采用MPEG－4HE-AAC+V2音頻壓縮技術(shù)。
HE-AAC+v2是AAC核心音頻壓縮的擴展集。此擴展集結(jié)構(gòu)允許使用三個依賴于比特率的選項：普通AAC，用
于高比特率；AAC和頻譜帶復(fù)制(sBR)，即HE-AAC，用于中比特率；AAC、SBR和偽立體聲(Ps)，即HE-AAC+v2，用于低比特率。
每個音頻超幀都在能夠?qū)崿F(xiàn)重新配置同步與管理的五個連續(xù)邏輯DAB幀中傳送。
源自原始系統(tǒng)Rs(255、245、t=5)的Reed-Solomon RS(120，110，t=5)截短碼應(yīng)用于每個音頻超幀的110字節(jié)部分，以生成一個錯誤保護包。外部(解)交織器可被120列的區(qū)塊(解)交織器視為一行。DAB+系統(tǒng)的框圖如圖3所示。
T－DMB
根據(jù)ETSI EN 300 401標準，T-DMB也是基于傳統(tǒng)的DAB傳輸系統(tǒng)。這意味著通過向現(xiàn)有DAB系統(tǒng)增加一個T－DMB視頻編碼器，DAB傳輸即可用于T－DMB傳輸。由于在同一個系統(tǒng)上提供T－DMB和DAB，因此T－DMB設(shè)備不僅可以接收T-DMB多媒體服務(wù)，還可接收DAB音頻服務(wù)。
T－DMB針對音頻服務(wù)使用比特分片算術(shù)編碼(BsAc)或者HE－AAC＋v2音頻編碼，針對視頻服務(wù)使用高級視頻編碼(AVc)，針對交互式數(shù)據(jù)相關(guān)服務(wù)使用二進制格式場景(BIFS)。
引言
隨著時代的發(fā)展，社會的進步，移動無線電信號已經(jīng)越來越普及，但是隨之而來的信號之間的干擾也越來越強烈。減弱無線電信號干擾，提高無線電通信質(zhì)量是當前應(yīng)該研究的重要課題。利用軟件無線電發(fā)展的智能天線能夠與周圍環(huán)境特點相結(jié)合，隨時監(jiān)控周圍的信號強弱，找到信號最強的天線方向，進行對應(yīng)調(diào)整。并且能夠通過對信號的追蹤，將通訊信號維持在最好的范圍。通過軟件進行算法的自動更新，能夠在不改變智能天線的配置的同時增強無線通訊，提高系統(tǒng)穩(wěn)定。
1軟件無線電的定義
軟件無線電主要是通過現(xiàn)代通信理念為橋梁，建立以數(shù)字信號為基礎(chǔ)的開放性通訊模塊平臺。能夠結(jié)合不同軟件來對其硬件配比進行變化，能夠適應(yīng)不同環(huán)境下通訊信號的需求，搭載無線電信號系統(tǒng)。軟件無線電主要通過天線、射頻前端、寬帶轉(zhuǎn)換裝置和數(shù)字信號處理器構(gòu)成。其天線通暢能夠輻射比較廣闊的范圍，并且對不同頻率下信號端的調(diào)整都比較穩(wěn)定，能夠適合不同工作的需要。射頻前端主要完成信號發(fā)射中上變頻、濾波、放大、下變頻等工作。經(jīng)過以上工作的信號再經(jīng)由數(shù)字信號處理器轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的低流速處理，等到處理器將其轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐Ш?，再?jīng)由數(shù)字信號軟件模擬處理。其中經(jīng)過數(shù)字信號處理器處理的主要原因是由于如果只用數(shù)字信號軟件進行處理，無疑會加大其工作量，造成較大的負擔。將信號轉(zhuǎn)化為基帶會大大降低數(shù)字信號軟件的壓力。軟件無線電無疑具有較大的機動性，能夠通過增添新的軟件來增加其性能。舉例而言，在軟件無線電工作方面，信道貸款，調(diào)制及編碼等工作都是通過軟件的增加來實現(xiàn)的，這些工作能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)信號的轉(zhuǎn)換，使其適應(yīng)信號環(huán)境，降低通訊壓力。軟件無線電無疑具備較高的開放性，因為其在軟件模塊、標準化技術(shù)調(diào)整中都可以改變，硬件也可以結(jié)合設(shè)備和技術(shù)發(fā)展的需求進行升級，軟件可以按照配置需求進行調(diào)整。軟件無線電擁有較強的機動性和開放性，導(dǎo)致其在無線通訊領(lǐng)域中占據(jù)了重要地位，并且迅速將其推廣到軍事生產(chǎn)中的電子戰(zhàn)、雷達方面，起到了重要作用。
2智能天線的構(gòu)造和基本算法
智能天線結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)，用過簡單的數(shù)據(jù)算法，形成穩(wěn)定的定向波束，讓天線能夠根據(jù)用戶的信號需求進行調(diào)整，避開信號不穩(wěn)定的位置，實現(xiàn)移動信號的最大化，盡量避免同種信號的干擾。智能天線的主要是通過天線陣列、射頻前端、A/D轉(zhuǎn)換器、自適應(yīng)信號處理器等裝置構(gòu)成。如果智能天線的天線能夠接收到智能信號，就可以通過不同天線的智能單位進行分配，由射頻前端進行接收處理，在經(jīng)過數(shù)字信號轉(zhuǎn)換，通過自適應(yīng)信號處理器進行處理，形成不同波束來實現(xiàn)矢量輸出。智能天線和傳統(tǒng)的天線收集方式不同，它能夠通過以上方式形成用戶特定的接收波束，將信號穩(wěn)定在某一確定的接收范圍，使信號在其中定向傳播，相當于把不同信號穩(wěn)定在不同范圍中，降低同種信號之間的干擾以及電磁污染。提供一個固定的方向來讓用戶接受，這樣做大大提升了信號傳輸?shù)墓ぷ餍?，有效保障了信號的穩(wěn)定性，避開了傳統(tǒng)方式中同種波段信號之間的相互干擾。
3自適應(yīng)波束形成算法介紹
經(jīng)過智能天線處理的信號一般都是在時段和頻率上完全重合，只在不同空間角度上區(qū)分的信號，智能天線能夠起到空間過濾作用。自適應(yīng)波束算法主要是通過數(shù)字處理技術(shù)，結(jié)合數(shù)字信號的特性分析形成的輸出端配比，經(jīng)過軟件處理體現(xiàn)在不同波段的信號處理器上。其優(yōu)勢在于不需要對其硬件設(shè)備做出任何調(diào)整，只是通過對軟件的改寫來實現(xiàn)系統(tǒng)的更新，來實現(xiàn)不同地域下信號的需要。利用自適應(yīng)波束形成技術(shù)，智能天線能夠通過自適應(yīng)算法來對其進行調(diào)整，改變信號范圍，在有效信號的基礎(chǔ)上形成波動范圍，降低不同信號處理波段的主波束，使用戶的增益處理降低，減少不同用戶之間的相互干擾，并且對信號接收裝置的接收程序進行處理，對智能天線裝置的整體性能有所提升。從參考信號的范圍轉(zhuǎn)變方向來看，自適應(yīng)算法主要分成非盲算法和盲算法兩種。非盲算法主要是用過其他非此波段的信號作為參考，了解信號的接收端位置，進行算法處理來確定信號響應(yīng)范圍。再根據(jù)加權(quán)值確定一定的規(guī)律方針，調(diào)整平均規(guī)律，達到最大的輸出范圍，使智能天線能夠滿足最大的輸出調(diào)整，一般的輸出準則遵循最小二乘法以及最小均方誤差的標準。盲算法則不需要對信號的輸出端進行分析，只是通過對自己終端信息的處理進行參照反饋，預(yù)算處理信號的方向。但是準確來講，經(jīng)過判斷的信號方向和實際輸出信號方向存在一定的差距，這是由于對非此波段信號接收時不能夠準確測定其方向?qū)е隆？偟膩砜矗敲に惴ň哂懈叩臏蚀_率，能夠更快地判斷輸出信號方向，對信號波段傳輸、轉(zhuǎn)換的效率較快，但是相對而言消耗的功率就比較大。
4軟件無線電技術(shù)的可行性
我國在數(shù)字信號通訊方面已經(jīng)有了較大的進展，在國內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)了國際平均水準接近的產(chǎn)品，和國際先進水平?jīng)]有較大出入。相關(guān)的技術(shù)條件也已經(jīng)準備完善，隨時可以投入實施。但某種新型技術(shù)能夠推廣的條件在于其可行性，而不是技術(shù)本身的條件。該項技術(shù)得到推廣必須得到市場經(jīng)濟和用戶的普遍接受。在以往的經(jīng)驗教訓(xùn)中，已經(jīng)有太多因此而失敗的先例，目前這項技術(shù)也面臨了同樣的挑戰(zhàn)、其主要可以從三個方面來入手：廣播機構(gòu)、接受制造廠家以及用戶對該項技術(shù)的可接受性。只有在這些方面的實際應(yīng)用中取得良好效果，才能夠使這項技術(shù)大范圍投入使用，拓寬其可行空間。推廣無線電技術(shù)的主要條件是將無線軟件調(diào)頻作為基礎(chǔ)，控制信號波段的產(chǎn)生。信號波形主要通過數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生，并且還可以通過不同頻段的切換來實現(xiàn)、接收器同樣可以利用數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器來對軟件信號進行接收，通過軟件對不同信號進行調(diào)節(jié)。完善的軟件無線電臺主要通過全頻段的支持來實現(xiàn)，具備很強的靈活機動性，可以通過對軟件的調(diào)整來實現(xiàn)系統(tǒng)功率的調(diào)整。但是出于對實際情況的考慮，寬帶前端頻道接收不可能達到理想模式，總是會受到處理模式的限制。因此以現(xiàn)今的技術(shù)條件來講不能夠?qū)⒗硐氲能浖o線電系統(tǒng)投入應(yīng)用。為實現(xiàn)大范圍軟件無線電技術(shù)應(yīng)用，可以將軟件無線電系統(tǒng)中添加一些增強無線電系統(tǒng)功能的軟件，能夠在一定范圍中對信號的接收和傳遞進行調(diào)節(jié)，適用于當今生產(chǎn)的實際需求。雖然降低了軟件無線電系統(tǒng)的靈活機動性，但是給其在生產(chǎn)中投入使用帶來了一些希望。
5結(jié)束語
利用軟件無線電對智能天線進行調(diào)整，不需要進行繁瑣的硬件調(diào)整，只需在系統(tǒng)中安裝提高軟件無線電實用性的軟件。因此該系統(tǒng)具備很高的可維護性以及能夠穩(wěn)定操作的系統(tǒng)環(huán)境，能夠?qū)⑾到y(tǒng)的信號發(fā)射整體運用提高，增強擴充性能。通過軟件無線電對智能天線進行調(diào)整，能夠增強信號范圍，使系統(tǒng)變得更加平穩(wěn)，減少同類信號的干擾。但智能天線對設(shè)備的要求很高，就在一定程度上增加了元件的可操作性能，使系統(tǒng)分配更加復(fù)雜，不能夠改變波束的轉(zhuǎn)變移動范圍。所以是否利用軟件無線電對智能天線進行調(diào)整，還要結(jié)合實際情況進行分析。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：A/D/A轉(zhuǎn)換器件 軟件無線電 寬帶 DSP
中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）07-0207-02
1 軟件無線電概述及基本結(jié)構(gòu)
軟件無線電技術(shù)，顧名思義是用現(xiàn)代化軟件來操縱、控制傳統(tǒng)的“純硬件電路”的無線通信。
軟件無線電的原理就是利用寬帶天線（或多頻段天線）來將靠近射頻前端的A/D、D/A的整個中頻段或是RF段實現(xiàn)A/D變換，之后再利用DSP器或是處理器來完成后續(xù)處理工作。無線電整體可編程性的程度很大程度上是由其硬件結(jié)構(gòu)決定的，換句話說，硬件結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)RF頻段可編程、信道編碼和調(diào)制可編程、信道訪問模式可編程的基礎(chǔ)。不僅如此，由于硬件系統(tǒng)的開放性極高，所以只需稍微調(diào)整軟件便能得到相應(yīng)的功能，這在一定程度上弱化了系統(tǒng)的設(shè)計難度。
軟件無線電統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括了寬帶/多頻段天線、多頻段射頻轉(zhuǎn)換器、寬帶A/D（模數(shù)變換器）和D/A（數(shù)模變換器）及數(shù)字信號處理部分。由圖1可以看出，數(shù)字信號處理部分是軟件無線電實用化過程中的核心和關(guān)鍵部分之一。比如：DSP、FPGA、GPP就是比較常見的信號處理部分。在GPP的控制下，DSP以及FPGA能完成各種任務(wù)，比如：調(diào)制解調(diào)、中頻處理、基帶處理等。GPP在調(diào)度任務(wù)和管理存儲器的過程中使用的是RTOS。現(xiàn)階段，軟件無線電結(jié)構(gòu)又叫做專用資源結(jié)構(gòu)，簡單來說，就是任意無線信道都擁有配套的處理資源，比如：GPP、AD、FPGA、DA、DSP等。
2 軟件無線電發(fā)展的現(xiàn)狀
無線通信在現(xiàn)代通信中占據(jù)著極其重要的位置，被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、氣象、軍事、民用等領(lǐng)域。
近年來，無線通信領(lǐng)域研發(fā)出了一種全新的無線通信體系結(jié)構(gòu)，即軟件無線電。該系統(tǒng)是現(xiàn)代通信理論，微電子、數(shù)字信號處理技術(shù)共同作用下的產(chǎn)物。
1992年，MILTRE公司的Joseph Mitola首次提出了軟件無線電這一新生事物。其運作原理是：為使軟件能順利完成調(diào)制解調(diào)、工作頻段、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等任務(wù)，我們必須構(gòu)建一個通用的硬件平臺，該平臺要具有標準化、開放性、模塊化的特點，不僅如此，還要在天線附近設(shè)置A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，這樣才能得到一個高性能的無線通信系統(tǒng)。軟件無線電跟海灣戰(zhàn)爭有關(guān)，軍事上成功，是軟件無線電技術(shù)迅速在民用上推廣。
我們國家也非常注重軟件無線電技術(shù)，曾經(jīng)就提到過SCDMA技術(shù)，這種技術(shù)事實上就是一種CDMA技術(shù)，在該技術(shù)中囊括有智能天線以及軟件無線電等相關(guān)的通信技術(shù)。
3 軟件無線電相關(guān)技術(shù)
軟件無線電技術(shù)中涉及到了數(shù)字信號同模擬信號間的有效轉(zhuǎn)換、計算速度、運算總量、存儲總量以及處理數(shù)據(jù)的方式等相關(guān)的技術(shù)，而且這部分技術(shù)對軟件無線電技術(shù)的前進速度以及前進方向起決定性作用。其中寬帶/多頻段天線、A/D/A轉(zhuǎn)換器件、DSP技術(shù)以及實時操作系統(tǒng)作為該技術(shù)中的關(guān)鍵之所在。
3.1 軟件天線及射頻轉(zhuǎn)換部分的關(guān)鍵技術(shù)
軟件無線電就是要讓多波段、多制式電臺實現(xiàn)有效的互連，而為了達到這一要求我們就應(yīng)該引進多天線技術(shù)。軟件無線電技術(shù)與數(shù)字多波束形成（DBF）相結(jié)合的完美產(chǎn)物就是智能天線技術(shù)。實際上智能天線技術(shù)已經(jīng)成為下一代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
要實現(xiàn)低噪聲放大、混頻、濾波、自動增益控制（AGC）以及輸出功率放大等功能，那么射頻的前端要求器件有較寬的頻率范圍。一般情況下軟件無線電的天線是不能夠涵蓋所有的無線通信頻段的，造成這一現(xiàn)象的原因就是內(nèi)部阻抗不相吻合，頻段不一樣的天線是不能夠在一起使用的。所以說，要想讓軟件無線電通信得以有效的實現(xiàn)，就一定要設(shè)計出一套能夠接受任何頻段并且具備較好線性性能的天線。
3.2 A/D-D/A與高速、高精度中頻數(shù)字處理段關(guān)鍵技術(shù)
采樣以及位數(shù)對寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換的水平起著決定性的作用。采樣活動的速率取決于信號寬帶，而量化位數(shù)則必須要和動態(tài)范疇以及DSP精度的要求相吻合?？墒悄壳皢纹珹DC不能夠使這兩個要求得到同時滿足，因而我們要將多個ADC并聯(lián)在一起來解決這一問題。
軟件無線電所具有的一個最大的特征就是讓A/D變換最大限度的接近天線，而如此A/D轉(zhuǎn)換器就一定要擁有良好的性能。A/D-D/A變換器要能夠在中頻里面對大帶寬范疇中的多路信號實施采樣。按照Nyqist定理我們能夠看出，大輸入信號帶寬對A/D變換的采樣率有著較高的要求；除此之外因為多路信號之間的遠近效應(yīng)存在，因而A/D變換器必須具備較大的動態(tài)范疇以及較高的取樣精度。假使A/D技術(shù)不能夠使這些要求得到有效的滿足，我們通常會采用下列解決措施。如，把整個接收帶寬分成多個子帶，用多個窄帶A/D對各個子帶并行采樣；用對數(shù)壓縮等方法控制或抑制輸入信號動態(tài)范圍；量化與信號預(yù)測相結(jié)合，量化預(yù)測誤差信號等。
3.3 DSP數(shù)字信號處理技術(shù)
實際工作中需要引起重視的是處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、編碼解碼、調(diào)制解調(diào)等，與此同時還要重點關(guān)注數(shù)字化處理，例如二次采樣、濾波、上下變頻等。DSP具備以下功能：解碼、調(diào)制解調(diào)、處理數(shù)字基帶與比特流等，僅就擴頻與調(diào)頻系統(tǒng)而言，需要充分發(fā)揮解調(diào)、解擴功能。為盡快實現(xiàn)此項功能，實際工作中要充分利用DSP，構(gòu)建完善成熟的并行運算系統(tǒng)，不僅僅涉及到數(shù)據(jù)總線、程序總線，與此同時還要實現(xiàn)多址呼叫，結(jié)合現(xiàn)實情況選擇采用多指令多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、單指令多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者是超指令結(jié)構(gòu)。
一般固定功能的模塊如濾波器和下變頻器，可以利用可編程能力的專用芯片來實現(xiàn)，這樣可以節(jié)約成本而且這種芯片的處理數(shù)據(jù)的速度一般要高于通用DSP芯片。一般情況下數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的分配方式是：功能相對固定的部分就由FPGA來完成，計算密集型的部分在DSP內(nèi)部完成。
3.4 實時操作系統(tǒng)
軟件無線電可實現(xiàn)自主升級與更新，最為顯著的特點是開放性，充分利用空中接口能夠?qū)崿F(xiàn)軟件加載，實際操作簡單，可行性相對較高。通常情況下會選擇以API進行區(qū)分，進而將其模塊化，實際工作中要對各方面的影響因素進行考慮，結(jié)合現(xiàn)實情況進一步確定可以使用CORBA技術(shù)，此時可將面向?qū)ο蟮姆绞揭暈橹匾疤幔瑒?chuàng)造良好的工作環(huán)境與服務(wù)平臺，確保各類網(wǎng)絡(luò)能夠相互配合、相互訪問。此外，CORBA還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
軟件必須要突顯出獨立性，如此一來才能夠盡快設(shè)置出合適的層次結(jié)構(gòu)。實際工作中要充分利用軟件技術(shù)，其中需要引起重視的是軟件下載，主要涉及到以下內(nèi)容，即接口方式、下載方式、下載安全與認證、協(xié)議等。
4 結(jié)語
軟件無線電主要由兩部分組成：處理數(shù)字信號、射頻前端；最為重要的部分是高速DSP芯片、寬帶A/D/A變換器。軟件無線電可按照撥道接入方式、無線波段等對各類參數(shù)進行定義，對信道結(jié)構(gòu)進行適當調(diào)整，充分利用硬件平臺對數(shù)據(jù)信號進行處理。
參考文獻
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軟件無線電技術(shù)的硬件平臺組成較為復(fù)雜，它主要包括模擬前端、寬帶數(shù)模變換器、寬帶模數(shù)變換器、數(shù)字上下變頻器以及高速數(shù)字信號處理器這五個部分，其有著模塊化、開放性及可拓展性等優(yōu)勢。該平臺的數(shù)據(jù)源可以是文字、聲音和視頻等，通過對數(shù)據(jù)進行信息道編碼和信息源編碼，而且可以采用多路方式對其進行訪問，然后對其進行調(diào)制解調(diào)。值得注意的是，不同系統(tǒng)下的不同調(diào)制方式，應(yīng)盡可能采用能夠兼容的方式。
1.2軟件平臺
數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)采用的是分層軟件體系，其包括DSP指令、函數(shù)庫、信號流變換庫、小波與濾波的變換、調(diào)制算法庫、編碼算法庫、信道糾錯編碼庫及各種無線電信令規(guī)程庫等。
1.3關(guān)鍵技術(shù)
現(xiàn)代的無線電已經(jīng)是將計算機、通信等技術(shù)融合為一體的新技術(shù)。首先，寬帶多頻段是其核心技術(shù)，軟件無線電技術(shù)的工作寬帶一般是1Mhz到3Ghz，如果其天線采用傳統(tǒng)方法，由于天線長度的影響，會對信號的傳輸產(chǎn)生影響。其次，采用數(shù)模和模數(shù)技術(shù)，將兩者的轉(zhuǎn)換器靠近天線，并將其移到RF前端，對較高頻段的信號進行數(shù)字化，這個過程需要對工作寬帶和模數(shù)采樣頻率進行較高的要求。另一方面，環(huán)境的復(fù)雜性對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速率和寬帶都提出了較高的標準，要求其動態(tài)范圍較大，在寬帶達到要求時，也應(yīng)注意ADC是否具有較高的采樣率。最后，DSP技術(shù)和高速數(shù)字處理技術(shù)也是軟件無線電的核心技術(shù)之一，數(shù)字信號在經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后，DSP軟件將繼續(xù)對其進行處理，因此說軟件無線電技術(shù)的關(guān)鍵是數(shù)字處理能力。硬件技術(shù)和軟件技術(shù)是影響無線電技術(shù)的重要因素，目前軟件無線電技術(shù)在實際中的應(yīng)用由于受到硬件技術(shù)的限制，特別是在木塊分化方面，因此應(yīng)加強硬件技術(shù)的改進，為軟件技術(shù)提供一個廣闊的發(fā)展平臺。
2數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用
數(shù)字廣播電視的基本原理就是將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，實現(xiàn)其完美過渡。將A/D變換器靠近射頻天線以盡早獲取模擬信號，隨后將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號是軟件無線電技術(shù)的基本思路。無線電技術(shù)以數(shù)字廣播電視為載體，在產(chǎn)生數(shù)字信號后，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)化為模擬信號。軟件無線電技術(shù)以較強的靈活性，通過升級去完成對一些關(guān)鍵技術(shù)的突破。
2.1DRM的發(fā)展
由于數(shù)字化媒體的快速發(fā)展及調(diào)頻廣播競爭的加強，許多機構(gòu)已經(jīng)開始了調(diào)頻廣播數(shù)字化的技術(shù)實驗。由于當前數(shù)字信號和模擬信號同時存在，可以借助無線電技術(shù)對模擬設(shè)備進行研制。隨著無線電技術(shù)的發(fā)展，為了提升無線電廣播的質(zhì)量，可以將數(shù)字廣播與資源有效結(jié)合起來。
2.2DRM中無線電技術(shù)的應(yīng)用
由于廣播的寬帶較窄，信號的動態(tài)范圍較大，在實際應(yīng)用中對其方案的選擇應(yīng)慎之又慎?？梢詫σ粋€寬帶變頻模塊進行增加，將其增加到A/D/A天線間，使信號由全頻變?yōu)橹蓄l帶，然后對中頻帶信號的預(yù)定功能進行實現(xiàn)。
2.3DRM發(fā)射機中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用
相比較接收機，發(fā)射機的研制顯得更為復(fù)雜，發(fā)射機一般包含三個獨立的子系統(tǒng)，其中的調(diào)制子系統(tǒng)和數(shù)字編碼負責對數(shù)字信號和相位的處理，而模擬處理子系統(tǒng)則更多的被應(yīng)用于調(diào)相符號或幅相符號的轉(zhuǎn)換上，功率放大以及信號的發(fā)射則依靠發(fā)射子系統(tǒng)來實現(xiàn)。
2.4數(shù)字電視接收系統(tǒng)
當前廣泛采用的是中頻數(shù)字化結(jié)構(gòu)，其原理是通過多頻段的天線將數(shù)字信號傳送到RF部分，隨后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過數(shù)字上下變頻器，其將信號傳送給DSP進行處理。在以軟件無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字電視接受系統(tǒng)，首先要通過模擬變頻對信號進行處理，使其與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號相適應(yīng)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理后，其輸出為基帶信號，然后數(shù)字變頻對寬帶內(nèi)的信號進行正交變頻，使其成為與信號帶寬相適應(yīng)的數(shù)字信號，這種信號要能夠被HDTV處理。在實際中，為了提高數(shù)據(jù)的處理速度，常常采用較多的處理器模塊。而在軟件無線電技術(shù)中，都是采用軟件對算法進行處理，通過軟件的升級來增加新的功能，而HDTV接收機正是以軟件無線電原理為依據(jù)，在此基礎(chǔ)上，其不僅可以產(chǎn)生能夠適應(yīng)多種編碼速率的數(shù)字電視信號，而且其自身的系統(tǒng)升級能力也較強。HDTV實現(xiàn)新制式的播放方法對軟件無線電技術(shù)降低成本具有較大的幫助。
2.5軟件無線電技術(shù)中的實際應(yīng)用
在互聯(lián)網(wǎng)和3G時代，信道調(diào)制方式會極大影響數(shù)字廣播電視的發(fā)展，因此需要引進新的無線通信技術(shù)。當下用戶需要的是多層次配置，而軟件無線電技術(shù)中正是一種優(yōu)質(zhì)資源，依靠其實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的最佳配置，改變以往的追求統(tǒng)一性的調(diào)制方式，努力建立一個開放性的平臺，通過平臺上軟件的升級來實現(xiàn)業(yè)務(wù)的各種特征。
