时间：2023-01-23 08:18:27
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇软件无线电，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
当今，通讯系统正由模拟体制向数字体制转变，这为无线电通讯的发展创造了有利条件，但传统的通过硬件设备改造升级来完成无线通信新技术改革的方法带来了很多问题，限制了无线电技术的进一步发展，为了解决这一困境，软件无线电应运而生，具有着传统的硬件无线电通信设备所无法比拟的优势。
一、软件无线电的优势
1.具有降低开发成本和周期的作用
传统的无线通信系统在对技术和产品进行开发时，针对的只是单一的标准，从标准相对稳定到设计和开发专用芯片，再到产品设计和实现需要一年以上的时间，开发周期长，开发成本高，同时这种情况也导致标准制定过程中，许多新的技术都无法得到合理的应用，限制了新技术的发展和应用，也使商用产品和当时技术水平之间存在着较大的差异。而软件无线电的应用，能为技术和产品的研究和开发提供一个新概念和通用无线通信平台，在很大程度上缩短了开发周期，降低了开发成本，使产品能够和技术水平同步发展。
2.具有优秀的可拓展性
软件无线电技术具有非常优秀的可拓展性，主要体现在它能极其轻松地完成系统功能的拓展与升级，但是由于网络无线电技术是以模块化、通用化、标准化的硬件支持平台为基础的，所以它在硬件方面能够拓展的空间并不大，其优秀的拓展性主要集中在软件方面。
另外，软件无线电技术也为系统的升级和拓展提供了便利，只需要对相应的软件进行升级或者拓展就可以了，而且与改进和优化硬件相比，升级和拓展软件要简单得多;最重要的是，借助软件工具可以根据实际需求来实现各种通讯业务的拓展。
3.具有极强的灵活性
软件无线电技术具有可重配置性，从而在很大程度上增强了其灵活性。目前，从基带信号到射频信号已经实现了完全的数字化，这就使得软件无线电技术可以通过更换软件模块来适应多种工作频段和多种工作方式。
同时，良好的多频段天线和可控制的多频段和多功率的射频转换能力，使得软件无线电对复杂的环境需求具有良好的适应性，可由软件编程来改变 RF 频段和带宽、传输速率、信道接入方式、业务种类及加密方式、接口类型。
二、软件无线电技术在军事通信中的应用
无线通信之所以在现代通信中占据着重要的位置，与其设备简单、便于携带、易于操作等特点是分不开的，也是这些独有的优势使其被广泛应用于各个领域，以军事领域为代表，它是各军种、各部队中必不可少的重要通信手段，
软件无线电这个术语最初是被美军提出的，当时正处于海湾战争时期，多国部队各军种进行联合作战时，在互通互联的操作上遇到了难题，不仅通信互通性差，反映速度慢，而且宽带太窄、速率也太低，使得联合作战的关键技术受到了严重的影响，由此美军开始制定具体的计划来研究基于数字信号处理器、软件可编程、模块化、多模式并具有波形重新配置能力的通用软件无线电台――易通话，此电台几乎具备了美军所有使用过的电台包括话音通讯电台、数据通信电台的所有功能，实现了不同种类无线电台之间的通信。
软件无线电台从其诞生至今，已经成为能使不同国家或者说同一国家的不同军种之间相互通信而没有障碍的新技术。自20世纪70年代开始，可编程软件无线电台正式被列入研制项目中，目前已经取得了突破性的发展，有不少的数字式软件可编程无线电台已经被投入使用并且收效甚好。
另外，传统的数字电台以硬件为主，软件无线电台在许多关键技术上对其进行了改进，例如：对模数转化器进行了改进，使其转换率和动态工作范围得到了大幅度的提升;对嵌入式处理器进行了改进，提高了其处理的速度和能力，使数字信号处理器能够完成调制解调器的功能;对以编程技术为目标的技术进行了开发，使软件的功能性独立于基础硬件之外。总之，随着科技的迅速发展与进步，无线电台将有望使军用电台获得新的定义。
三、软件无线电技术在移动通信中的应用
软件无线电概念从提出至今，已经从最初的军事领域开始向民用领域扩展，但是在民用通信方面却存在着许多的问题，例如：新老通讯体制并存，增加了不同体制系统在互联方面的复杂程度与困难程度;各种通讯设备大量涌现，使无线电频谱拥堵情况越来越严重;传统的以硬件为基础的无线通信系统已经难以满足新时展的需要。只有采用软件无线电技术才能对这些问题进行有效解决，下面就从三方面来介绍软件无线电技术在移动通信中的应用。
1.用于蜂窝移动通信系统
在蜂窝移动通信系统中，软件无线电的发射与其他系统相比较，有所不同。
它在发射前，要先对可用的传输信道进行划分，探测传播路径，对适合信道进行调制，将电子控制下的发射波束指向正确的方向，选择合适的功率，做完这些才能进行发射。至于接收也同样如此，它能对当前信道和相邻信道的能量分布进行划分，也能对输入传输信号的模式进行识别，通过自我适应抵消干扰，对所需信号多径的动态特征进行估计，对多径的所需信号进行相干合并和自适应均衡，对信道调制进行栅格译码，然后通过FEC译码纠正剩余错误，最大限度的降低误比特率
2.用于设计多频多模的移动终端
对于不同的标准需要用不同的软件来适应，需要通过软件设置的调整来改变信道接入方式或者调制方式。
软件无线电技术可以设计出灵活的通信终端，使不同制式的移动网络能用同一部终端，不仅为用户提供了极大的便利，也在一定一定程度上降低了运营商的成本，促进了移动通信技术的持续发展。
3.用于第三代移动通信系统
软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用主要包括三方面：
（1）为第三代移动通信手机与基站提供了一个开放的、模块化的系统结构;
（2）产生了各种信号处理软件，包括：各类无线信令规则与处理软件、信道纠错编码软件、信号流变换软件、信源编码软件、调制解调算法软件等;
（3）实现了智能天线结构，包括DOA在内的空间特征矢量的获得、每射频通道权重的计算和天线波束赋形。
四、结语
总之，软件无线电技术有着传统数字无线电所无法比拟的优势，在将来的发展和应用上一定会越来越广泛，特别是在第四代移动通信的普及和推广道路上，软件无线电技术一定会贡献越来越多的力量。
参考文献
[1]陶玉柱，胡建旺，崔佩璋.软件无线电技术综述[J].通信技术，2011，01：37-39.
[2]朱瑞平.软件无线电技术[J].科技传播，2012，04：179.
Sun Guangdong
（Daqing Radio Monitoring Station，Daqing 163311，China）
摘要： 软件无线电是将硬件作为无线通信的基本通用平台，用软件实现尽可能多的无线通信功能。它被视为继模拟和数字技术后的又一次电子技术革命。未来理想的网络将是一个统一网络，这个网络会容纳多种协议与标准，将对各种传播环境与物理介质进行适应，还有更加开放的接口需要其来提供，所以软件无线电将会有更加广阔的发展前景。
Abstract: Software radio takes hardware as the basic common platform of wireless communications, and uses software to achieve wireless communications as much as possible. It is seen as another revolution in electronic technology following the analog and digital technology. Ideal future network will be a unified network which will accommodate a variety of protocols and standards, will adapt to the mass media and physical environment, as well as will provide a more open interface requires, so software radio will have a more broad development prospect.
关键词： 软件无线电 射频天线 DSP数字处理 高性能总线技术
Key words: software radio；RF antenna；DSP digital processing；high-performance bus technology
中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0170-01
0引言
在1992年5月的美国电信系统会议中美国科学家Joe.Mitola首次对软件无线电（Software Radio）作了明确定义：将硬件作为无线通信的基本通用平台，用软件实现尽可能多的无线通信功能其具有开放性、灵活性的特点，它采用的是模块化设计原则，其结构为开放的ISO/OSI体系，同时它也可编程、可移植，支持多模式、高速率、宽频段的无线通信。
1软件无线电面临的技术挑战
近些年，软件无线电技术有了一定的发展，然而仍然存在很多技术难题，如射频天线、DSP数字处理及高性能总线等问题。可以说这些技术决定着软件无线电的发展和实现。
1.1 射频天线软件无线电系统的理想状态是天线部分应对整个无线通信频段都有覆盖，它的主要特点是频率高、带宽。我们能够利用智能天线与多频段组合式天线将其实现。智能天线的理念是：天线利用若干高增益的动态窄波束对多个用户分别进行跟踪，窄波束对准期望用户，波瓣零点对准期望信号以外的干扰信号，从而得到最大的信干比。多频段组合式天线是在全频段甚至每个频段使用几付天线组合起来以形成宽带天线。宽带天线被视为是实现理想软件无线电系统的最佳天线方案。近一些年发展的微机电系统器件被高度小型化，能够当作小型开关来代替天线中体积大、成本高的真空继电器、二极管及超宽带场效应晶体管，是促使宽带可重构天线设计得以实现的一项突破性技术。MENS技术的应用将使WB和UWB天线的体积和成本降低多个数量级。
1.2 DSP数字处理技术在软件无线电发展中，DSP的限制作用已经成为瓶颈问题，DSP数据处理精度与处理速度和软件无线电台的实现与否有直接关系。现在，数字信号处理及数字控制的方案大概包含：数字信号处理器（DSP）、可编程逻辑器件（FPGA）、可由参数控制的硬件电路、用户定制集成电路（ASIC）。对于以上四种方法，可编程性能为DSP最高，后者依次降低，ASIC不具编程能力；运算速度则相反，以ASIC为最高，DSP最低；功耗以DSP为最高，ASIC最低。在软件无线电的设计中，要综合考虑器件性能和特点，构架可编程性能高、运算速度快、功耗低的系统。另外，虚拟无线电（Virtual Radios）也是可供选择的一种方法，其思想是把高速ADC当作模拟和数字的接口，以高性能的工作站硬件作为处理器的核心。该方案就使用户能够对工作站的软件与硬件加以运用从而对新的算法进行设计，而且能够使系统结构的实验方便地在工作站上进行。
1.3 高速总线技术总线资源也是在软件无线电硬件平台中，总线资源也是特别重要的，总线资源对数字器件之间传输数据的能力起着决定性的作用。若没有足够的总线的带宽，那么整个平台的处理能力将会受到严重影响。通用总线有VME总线与PCI总线两种类型，在这两种类型中，VME总线是软件无线电的最佳选择，因为它拥有最成熟的技术、具有最好的通用性、得到最广泛的支持。然而，目前这两种总线形式处理高速复杂系统的的能力比较紧张的问题凸现出来了。当前，一些公司已对专用总线类型进行了开发，而且在软件无线电的通用硬件平台上已经得到应用。比如加拿大Spectrum Signals Processing 公司开发的SONANO总线支持高于 400 Mbit/s的全双工数据传输。设计中，估测总线能力需求时涉及到的方面有：硬件平台上详细的任务分配及整个系统的数据流量的分析，因此必须做认真仔细的考虑。
2无线电软件的应用和优点
如今，软件无线电的应用越来越广泛，在蜂窝移动通信系统中软件无线电的应用也是一个发展趋势。如我国的第三代移动通信系统TD―SCDMA中就结合了软件无线电、智能天线、全质量话音压缩编码技术与联合检测技术等新通信技术。蜂窝基础结构以合适的软件无线电技术为基础，他可以利用安装新软件进行升级，这与配置新硬件相比更廉价、更迅速，同时也使得数字通信更迅速地进入市场，提高频谱的利用率。在无线电监测系统中，软件无线电的作用也越来越重要。在达到一定精度的前提下，与利用硬件来实现监测、测向等功能相比较，软件无线电的能够大大节省资金。例如，华日公司的小型监测系统则成功运用了软件无线电技术。跟踪新技术的能力是软件无线电最大的优点。对于目前无线通信系统的技术，其应用与数字通信相比已经非常落后了。这在很大程度上是因为经费的问题与时间的问题，包括配置底层的基础设备来完成特殊的空中标准设置。因为资金投入很大，不可能经常对设备升级，因此新技术应用大约会滞后10年。软件无线电消除了需要预先定义空中接口标准的大量工作，它仅需要一个接口定义及应用程序接口。进而使软件的运行可以在不同的操作平台上进行，而且使无线电设备可以对必要的软件进行下载。理想中的软件无线电还能够适用于任意一种调制器、编码器、指定信道带宽的射频信道协议。
3结束语
软件无线电是现代计算机技术、超大规模集成电路和数字信号处理技术在无线电通信应用的产物。软件无线电的通用性和灵活性决定了它的发展将在一定程度上决定或改变无线通信发展的方向，它将使无线通信具有更大市场价值和发展前景。
参考文献：
[1]NNakajima,RKohno, SKubota．Research and Developments of Software-Defined Radio Technologies in Japan[J]．IEEE. Commun. Magazine,2001，(8)：146-155．
[2]J Mitola．The software radio arichitecture[J]．IEEE Mag.，1995，(5)：26-38．
体系结构从下自上包括通用硬件平台、通用软件平台、通信波形三个部分。通用硬件平台包括由信道模块和FPGA、DSP、GPP（GeneralProposeProcessor）组成的基于统一的硬件结构的综合处理模块，提供无线信号处理能力。通用软件平台包括操作系统、中间件、硬件抽象层、核心框架，对硬件平台进行统一管理，为波形应用提供一致的运行环境支持。软件无线电的软件技术基于CORBA软件总线的结构，而通信波形基于软件组件技术进行设计。软件组件技术[3]采用面向对象的结构，但系统中的对象是按照特定规范设计的模块，且模块互相依存、互相作用。软件组件是结构化的单元，协同定位函数与数据间的相关性。
2软件无线电的GPP波形组件设计
2.1GPP波形组件划分
组件化的波形开发是软件无线电的一个重要技术优势[4]，是提高波形可移植性，提升硬件资源使用效率的技术基础，对于提高波形开发的模块化程度，加速新波形的开发进度都具有十分重要的作用。一般来说，GPP上的组件包括但不限于逻辑链路层组件和无线网络层组件。
2.2GPP硬件抽象层的设计
硬件抽象层为各异构处理器上的通信波形组件屏蔽与硬件相关的接口，做到通信波形与硬件平台的分离[5]，实现通信波形的跨平台快速移植。在GPP上，硬件抽象层与波形组件之间通过CORBA进行交互。GPP硬件抽象层也实现了核心框架的逻辑设备(CF::Device)接口[6]，还封装了接口、控制、路由表维护、中断管理及标志位管理等功能模块。
2.3GPP通信波形组件的设计
这里以无线网络层组件为例进行介绍。无线网络层组件端口示意图，User即无线网络层组件的使用者，可以为逻辑链路层组件或使用无线网络层组件的其他组件。WirelessNetDataConsumer继承自OctetStream接口[7]，通过该接口获得上行和下行数据。WirelessNetControl继承自Resource接口，实现通信波形的参数控制和状态监控。WirelessNetCtlConsumer接口为无线网络层组件控制接口，实现一系列的参数配置工作。
3结束语
1.1硬件平台
软件无线电技术的硬件平台组成较为复杂，它主要包括模拟前端、宽带数模变换器、宽带模数变换器、数字上下变频器以及高速数字信号处理器这五个部分，其有着模块化、开放性及可拓展性等优势。该平台的数据源可以是文字、声音和视频等，通过对数据进行信息道编码和信息源编码，而且可以采用多路方式对其进行访问，然后对其进行调制解调。值得注意的是，不同系统下的不同调制方式，应尽可能采用能够兼容的方式。
1.2软件平台
数字广播电视系统中的软件无线电技术采用的是分层软件体系，其包括DSP指令、函数库、信号流变换库、小波与滤波的变换、调制算法库、编码算法库、信道纠错编码库及各种无线电信令规程库等。
1.3关键技术
现代的无线电已经是将计算机、通信等技术融合为一体的新技术。首先，宽带多频段是其核心技术，软件无线电技术的工作宽带一般是1Mhz到3Ghz，如果其天线采用传统方法，由于天线长度的影响，会对信号的传输产生影响。其次，采用数模和模数技术，将两者的转换器靠近天线，并将其移到RF前端，对较高频段的信号进行数字化，这个过程需要对工作宽带和模数采样频率进行较高的要求。另一方面，环境的复杂性对模数转换器的速率和宽带都提出了较高的标准，要求其动态范围较大，在宽带达到要求时，也应注意ADC是否具有较高的采样率。最后，DSP技术和高速数字处理技术也是软件无线电的核心技术之一，数字信号在经过模数转换器处理后，DSP软件将继续对其进行处理，因此说软件无线电技术的关键是数字处理能力。硬件技术和软件技术是影响无线电技术的重要因素，目前软件无线电技术在实际中的应用由于受到硬件技术的限制，特别是在木块分化方面，因此应加强硬件技术的改进，为软件技术提供一个广阔的发展平台。
2数字广播电视系统中软件无线电技术的应用
数字广播电视的基本原理就是将模拟信号转变为数字信号，实现其完美过渡。将A/D变换器靠近射频天线以尽早获取模拟信号，随后将其转化为数字信号是软件无线电技术的基本思路。无线电技术以数字广播电视为载体，在产生数字信号后，利用数模转换器将信号转化为模拟信号。软件无线电技术以较强的灵活性，通过升级去完成对一些关键技术的突破。
2.1DRM的发展
由于数字化媒体的快速发展及调频广播竞争的加强，许多机构已经开始了调频广播数字化的技术实验。由于当前数字信号和模拟信号同时存在，可以借助无线电技术对模拟设备进行研制。随着无线电技术的发展，为了提升无线电广播的质量，可以将数字广播与资源有效结合起来。
2.2DRM中无线电技术的应用
由于广播的宽带较窄，信号的动态范围较大，在实际应用中对其方案的选择应慎之又慎。可以对一个宽带变频模块进行增加，将其增加到A/D/A天线间，使信号由全频变为中频带，然后对中频带信号的预定功能进行实现。
2.3DRM发射机中软件无线电技术的应用
相比较接收机，发射机的研制显得更为复杂，发射机一般包含三个独立的子系统，其中的调制子系统和数字编码负责对数字信号和相位的处理，而模拟处理子系统则更多的被应用于调相符号或幅相符号的转换上，功率放大以及信号的发射则依靠发射子系统来实现。
2.4数字电视接收系统
当前广泛采用的是中频数字化结构，其原理是通过多频段的天线将数字信号传送到RF部分，随后经过模数转换器和数模转换器的转换，再经过数字上下变频器，其将信号传送给DSP进行处理。在以软件无线电技术为基础的数字电视接受系统，首先要通过模拟变频对信号进行处理，使其与模数转换器的信号相适应，经过模数转换器的处理后，其输出为基带信号，然后数字变频对宽带内的信号进行正交变频，使其成为与信号带宽相适应的数字信号，这种信号要能够被HDTV处理。在实际中，为了提高数据的处理速度，常常采用较多的处理器模块。而在软件无线电技术中，都是采用软件对算法进行处理，通过软件的升级来增加新的功能，而HDTV接收机正是以软件无线电原理为依据，在此基础上，其不仅可以产生能够适应多种编码速率的数字电视信号，而且其自身的系统升级能力也较强。HDTV实现新制式的播放方法对软件无线电技术降低成本具有较大的帮助。
2.5软件无线电技术中的实际应用
在互联网和3G时代，信道调制方式会极大影响数字广播电视的发展，因此需要引进新的无线通信技术。当下用户需要的是多层次配置，而软件无线电技术中正是一种优质资源，依靠其实现各种业务的最佳配置，改变以往的追求统一性的调制方式，努力建立一个开放性的平台，通过平台上软件的升级来实现业务的各种特征。
3结束语
关键词：软件无线电；体系结构；应用
软件无线电是JoeMitola于1991年提出的一种无线通信新概念，指的是一种可重新编程或者可重构的无线电系统，也就是说，无线电在其系统硬件不需变更的情况下，可根据不同的需要通过软件加载来完成不同的功能。软件无线电概念的提出立马得到了通信、雷达、电子战、导航、测控、卫星载荷及民用广播电视等整个无线电工程领域的广泛关注，成为无线电工程领域具有广泛适用性的现代方法。
1 软件无线电的体系结构
软件无线电在设计理念和结构体系上和传统的无线电系统有着明显的不同。软件无线电则采用了硬件平台与软件平台结合的全新体系结构，通过硬件平台来对软件进行编程和管理以实现通信功能。
⑴功能模型与功能接口。软件无线根据不同的功能模型可分为多个不同的部分，主要包括信道集、信道编，译码、信息安全、服务与网络支持、信源编译和信源集。信道集包括RF信道、多波段传播、有线互操作性及为了控制服务质量自动采用多信道模式。
软线无线电的接口示于各个功能模型之间，主要包括：RF波形接口，与之相对的是IF接口，信号被滤波及变换为IF波形进行处理。保护比特就是加密比特，明比特就是非加密比特。网络比特要符合网络协议要求，源比特适用于解码器。这些接口组成了软件无线电的接口系统，形成了信源到信道之间的信号的传输和控制。
⑵软件分层结构。在软件无线电的分层结构中，通过层可把无线电的功能实体分为接口层、配置层和处理层三层。这三层结构都建立在流处理的机制上。接口层主要控制各种信息资源的输入与输出，是无线电平台硬件与外部信息资源的接口。配置层主要负责存储硬件平台的二进制存储信息，并接收接口层输入的各种信息包，在信息报内加上配制信息，然后发送给处理层。处理层主要负责对配置层信息的接收，并对其中的数据信息进行分析处理，由处理模块的可重构模块组成。
⑶硬件平台。平台模块化是软件无线电的重要特征之一，它是由多种功能各异的硬件模块和软模块按照一定的结构构成的。软件无线电的多功能硬件模块主要有：1）宽带较大的多频段天线模块；2）射频信号（RF）处理模块；3）模拟信号、数字信号转换模块；4）数字信号处理模块；5）平台控制模块与接口。
在对软件无线电的硬件平台构建时必须遵循开放性、扩展性、即插即用性等原则，并且要具有对信号的并行处理机制。软件无线电的主要硬件平台结构包括：流水式结构、总线式结构、交换式结构等。
2 软件无线电的应用
⑴在现在通信系统中的应用。3G通信是当今通讯系统中最为准确的通讯系统，它的完善性和规范性使之成为现今最常用的通讯系统，有着浓重的商业化。但是3G通信依然存在很大漏洞。全球化信息化的现代通信，存在非常大的局限性，各国并没有消除相互之间的差异性，缺乏通讯系统之间统一的综合标准。因此要使3G通讯完全达到全覆盖全地区使用还需技术的进一步发展。技术的进一步发展可以分为两类：宽带连接，分布网络。它的作用是在多个无线接收频道中可以随意实现信递、接收、定位以及跟踪，为通讯系统的发展、未来信息覆盖提供便利。特点具有高效性、安全性及灵活多变性。
软件无线电的另一大特点就是它强大的适应多变性，可以运用于不同系统软件的需要，可以与任意接收器为基础做出相应适用性变化。不仅方便于今后系统开发，更为其提供了良好平台，减少不必要的麻烦 作为现在信息通讯系统的核心存在，软件无线电技术必将在今后被广泛运用。
⑵用于卫星控制平台。软件无线电技术正日益广泛地应用于现代通信的各个领域。随着A/D/A器件与DsP处理器的迅速发展，使得软件无线电技术广泛地应用于陆上移动通信、卫星移动通信与全球定位系统等。用软件无线电技术实现卫星控制平台包括软件无线电通用平台的DsP技术和DSP实现信号调制和解调。其中软件无线电通用平台的DSP技术又包括TMS320C6701 DSP芯片，DSP技术在软件平台中的应用，调制器与解调器。DSP实现信号调制和解调又包括信号调制，信号解调。
软件无线电通用测控平台是卫星测控平台发展的方向，可以很好地解决原来平台开发成本高、周期长、通用性差的问题。以新一代DsP芯片TMs32oc6ooo～为软件无线电平台的核心，可以很好地满足需要，且有较大的冗余度，利用升级。
3 软件无线电的发展方向
软件无线电自动化程度高、扩展能力强，并能在城市复杂的电磁环境进行良好的工作，很有可能成为未来无线电检测的主流技术。软件无线电相比现有无线电通信体制具备更多的特点。软件无线电可以实现多种军用电台的互联，还可以接入各种军用移动网络，并能运用到多频段多模式的手机、基站以及无线局域网和通用网关等领域，应用前景非常广泛。
经过近20年的推广和全世界范围的深入研究，软件无线电概念不仅得到了普遍认可，而且己获得广泛应用；尤其是近几年，软件无线电的发展势头更猛，已触动到无线电工程的每一个角落。可以说软件无线电的思想已对现代无线电工程的设计和开发产生重大影响。
[参考文献]
关键词：DSP；软件系统；无线电；雷达；应用技术
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）13-3194-03
1 基于DSP的软件无线电系统概述
1.1 DSP原理与特征分析
DSP，俗称数字信号处理器，是利用计算机软硬件设备和信号处理设备，通过对信号的数字化采集、变换、滤波、估值与识别等算法研究，再结合微处理器与软硬件设备，来实现各种算法[1]。DSP系统主要由以下四部分组成：抗混叠滤波器用于滤掉输入信号中高于折叠频率的分量，数据采集A/D转DSP系统的处理器用于将输入信号转换为数字信号，D/A转换器可将数字信号转换成模拟信号，低通滤波器可滤除高频分量，得到平滑模拟信号。
与传统的ASP相比，DSP具有高精度，高可靠性，高性能，灵活性大，成本低，，扩展性好，易于大规模生产应用；DSP芯片则具有接口便捷，多功能，体积小，功耗低等特点。现阶段我国关于DSP系统研究正处于逐步完善阶段，尤其是对信号处理的能力，以及硬件与软件方面取得了跨越性的发展。
1.2 软件无线电
软件无线电是一种基于现代通信理论，采用数字信号处理与微电子技术将标准化、模块化的硬件单元以总线方式连接构成通用的硬件平台，再加载各种软件以实现无线电通信功能的一种开放式无线电通信体系结构。
软件无线电因其系统结构的一致性与通用性，并可采用不同软件实现各项功能的特点，使得功能的完善与升级更加便捷，且系统各模块可复用，极大地降低了更换成本；同时在相对一致的硬件平台加载各种软件所对应射频可使系统的相互操作性成为可能。另外，软件开发周期较硬件短，成本较低，易于更新，使通信系统的生存期更长了一些；若采用新数字信号处理手段，不仅可以提高抗干扰性能，还可实现其他超越性系统功能，如在线改变信号调制模式。
1.3 基于DSP的软件无线电系统的特点与优势
传统的A/D器件采样率，输入宽带已无法满足高速发展的软件无线电结构，且现阶段DSP在进行高速实时数据流处理时仍然有所局限。为了实现理想的DSP的软件无线电设计，还须将射频信号从混频专为中频带通采样，且在DSP前加数字上、下变频器，来突破系统的局限性。
2 DSP的软件系统下的无线电雷达应用技术研究
基于DSP原理以及软件无线电研究出的DSP的软件系统下的无线电雷达技术，其在雷达系统中的应用主要体现在现代雷达收发系统中的数字接收机，以及高中频雷达信号处理系统，这里笔者就这两方面进行具体探究。
2.1 在雷达收发系统中的应用分析
2.2 在雷达信号处理系统中的应用分析
这里的DSP用于中频处理和发射控制雷达信号，可实现信号检测与调制解调前处理数字信号，用编程和DSP完成基带与中频处理减少了混合信道的过程花费，集中信号处理资源有利于进行统一的信号处理。其中DSP的主要任务是处理门限检测、相干信号、恒虚警和杂波，分析频谱和数据算法，提取多普勒与目标信息。
该雷达信号处理系统不仅片内存储容量大，且无需外带存储器；还具备特殊的总线共享结构，而无需外部控制电路；DSP控件之间耦合紧密且相对独立，构成有统一存储空间和高数据传送率的高速实时数据流并行处理系统。
3 应用前景与研究意义
3.1 应用前景
DSP的软件系统下的无线电雷达技术的应用瓶颈是其数据流系统的速度难以达到实时性处理要求， 而近几年高速DSP技术的发展正逐步在克服速度障碍。而目前该技术在雷达收发系统、 信号处理系统和数据处理系统中应用虽然广泛却不全面仍有待于进一步的扩展研究。该技术的灵活性与开放性决定了其为雷达数字系统研究提供了重要的发展方向，一方面可以通过突破功能单一、 可扩展性差的传统雷达数字系统的设计局限，将开放性的最简硬件作为通用平台，用可升级也可重新配置的应用软件来实现数字收发与信号、数据处理等功能；另一方面发射系统通过软件控制变换的波形；在通用且开放式的硬件平台上设计DSP软件无线电接收系统和信号处理系统，接收各种形式的信号，完成相应的算法运算，输出各种数据格式的运算结果[4]。在未来的研究中还可将该技术应用于雷达数据处理系统中，实现各种目标数据处理、多雷达信号特征融合和外设通信等功能。
3.2 研究意义
与传统的软件无线电雷达技术相比，DSP的软件系统下的无线电雷达技术的应用使雷达系统在通用性、灵活性和兼容性方面更有优势，不仅适应了新时代电子战雷达系统的需要的高速实时数据处理功能，还大量避免了装置闲置，节省了硬件成本，提高了雷达系统的运行效率。同时该技术也促进了系统的互联和升级， 还能使雷达系统具有更好的抗干扰性和摧毁性、安全保密性，极有可能是雷达数字系统的突破性技术。
结束语：DSP的软件系统下的无线电雷达技术在继续研究的过程中，将会突破各种发展瓶颈，成为未来电子战中雷达的“重磅科技”。
参考文献：
[1] 邹彦，唐冬.DSP原理及其应用[M].北京：电子工业出版社，2006：218-311.
[2] 任亚卫，王文海.基于DSP的软件无线电系统设计与实现[J].计算机与信息技术，2009，（12）：35-38.
关键词：软件无线电DSPDDS
软件无线电是一种无线电通信新的体系结构。在1992年5月美国电信系统会议上，JeoMitola首次提出了软件无线电概念，之后迅速引起了人们的关注，并开始对它进行广泛而深入的研究。具体地说，软件无线电是以可编程的DSP或CPU为中心，将模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接起来，构成通用的基本硬件平台，并通过软件加载来实现各种无线通信功能的开放式的体系结构。它使得通信系统摆脱了面向设计思想，被认为是无线通信从模拟到数字、从固定到移动之后的又一次突破。
在软件无线电的研究过程中，调制解调技术是移动通信系统空中接口的重要组成部分。在不同的蜂窝半径和应用环境下，移动通信的信道呈现不同的衰落特性，根据移动信道的衰落情况，自动地改变调制方式，从而提高传输效率并保证传输性能。那么，一个通用的信号源是必不可少的。
图1多制式信号发生器硬件原理图
作者设计了一个基于DSP+DDS结构的可编程调制器的硬件平台，并在此硬件平台上实现了各种模拟调制和数字调制的通用软件算法。当改变调制制式时，无需再次下载程序，而且调制制式、比特速率、输出中频均可调。
1硬件结构
通常，信号源输出的波形多数是对周期的01序列进行调制，输出波形单一，只能作为解调输入信号的一种特例，缺少通用性。而许多专用芯片采用的调制方式也是有限的。用DSP+DDS构成的通用多制式信号发生器不仅可以实现模拟调制，而且可以实现各种数字调制。DSP利于基带信号的实时处理，可以实现高速调制，而DDS具有频率分辨率高、频率变化速度快、相位连续、易于数字控制等特点。图1给出多制式信号发生器硬件原理图。
信号发生器主要由三部分构成：控制单元、数字信号处理器(DSP)、正交数字上变频器（QuadratureDigitalUpconverter）。
DSP采用TI公司的TMS320VC5402，它独特的哈佛结构、硬件密集型方案和灵活的指令系统可以满足对信号的实时处理，它的高性能、低功耗及低价位使其得到广泛应用。
正交数字上变频器采用AD公司的AD9857。AD9807最高工作频率为200MHz，输出中频频率范围为0～80MHz。AD9807内部集成半带滤波器、CIC（ascadedIntegratorComb）滤波器、反SINC滤波器、高速的14位是一个相位连续的直接数字频率合成器DDS(DirectDigitalSynthesizer)。在该方案中，AD9857工作在正交调制模式。它的32位频率控制字使输出频率的最高精确度为：SYSCLK（系统时钟）除以232。
控制单元决定采用哪一种调制制式、比特速率及输出中频频率。
DSP读入控制单元的数据，然后经过串口向AD9857发送控制字。原始信息数据（是由DSP产生的伪随机序列）首先在DSP中进行编码、调制等处理后得到基带信号。基带处理得到正交信号的I/Q分量交替进入AD9857，经过串并变换，转换成两路并行的I/Q数据，进行内插和上变频运算，然后通过D/A变换直接输出模拟中频信号，从而将基带处理和中频调制合二为一。
AD9857对输入的数字信号进行采样和内插，降低了DSP的处理负担，使整个系统的性能达到较好的程度。
2软件算法
软件无线电具有完全的可编程性。它采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定主实现无线电台的各部分功能，包括对无线波段、信道调制、接入方式、数据速率的编程等。因此通过程序进行控制和操作，是软件无线电最突出的特点之一。软件算法的设计直接关系到电台软件的实现。软件无线电台对信号的处理都是实时的，因此对算法的时间及空间的复杂性都提出了很高的要求。
为节省有限的DSP运算资源，软件无线电软件算法研究中大量采用查表法来提高处理速度，通常在调制过程中使用波形存储法。编写软件算法程序时，只要某一调制方式及其对应的输出状态数目是有限的，就可以借助表法来实现。查表法避免了大量的中间运算，简单易行，唯一的缺点是占用了大量的存储空间。因此，需要建立一张通用的表格，该表格存储了经过量化的14位有符号的二进制数。表格的设计应达到查表过程简单，同时满足不同的调制方式。用这个表还可以实现正弦函数的计算，只需将当前相位移相π/2。
除了一张通用的余弦表，针对不同的调制方式还需分别建立对应的调制星座图映射表，按照调制方式分类组成一个相位表格库。对于差分相位调制，该表格为差分相位表格。当调制方式确定后，根据得到的码元，查表计算当前相位Φk。
图2以（π/4）DQPSK调制方式为例，介绍差分相位调制软件算法。数字存储区存储的是一个周期的余弦函数波形样点，设存储区的采样点数为N，表格的移动步长为d。原始调制每两个比特一组，通过表1中的调制星座图映射成差分相位ΔΦk与前一码无的相位进行模2π相加得到当前码元的绝对相位Φk，计算Φk在余弦表中的偏移地址，根据偏移地址调制信号的数据。
设f(i)=cos(id),其中0≤i<N,d=2π/N
那么，当前相位Φk（0≤Φk<2π）的偏移地址为：Φk×N/2π。
(π/4)DQPSK对应的绝对相位Φk的可能取值有：0°、45、90°、135°、180°、225°、270°、315°。如果N=144,即d=2.5，则Φk在余弦表中对应的偏移地址为：0°、18°、36°、54°、72°、90°、108°、126°。
表1调制星座图
xk0011
yk0110
Δφk-135°135°45°-45°
3调制信号波形
软件无线电的概念是在1992年5月MITRE公司的科学顾问JosephMitola在美国电信系统会议首次提出的[3]，IEEEComm.Magazine在1995年第5期正式推出了第一个软件无线电专集[4]，掀起了软件无线电的研究热潮。软件无线电技术构造了一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，除了射频信号发送和接收部分使用模拟电路和模拟信号外，将无线通信系统的各种功能，如工作频段转换，调制解调，数据格式变换，数据加密，差错控制编码，通信协议执行等都用软件来完成，以求研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。软件无线电技术包括软件技术、硬件技术以及信号处理技术等，其中信号处理技术中的带通采样理论和多速率信号处理理论是软件无线电理论的基础。目前国内大学通信专业的实验教学中，如通信原理和数字信号处理的实验课等，都可以用实验的方法，对信号进行分析，有利于学生的理解。但往往由于信号生成、显示和分析仪器的成本比较高，尤其是带有频谱分析和测量功能的仪器价格尤为昂贵，使得这部分的实验无法普遍实施。PC机声卡具有两路AD，两路DA，采样率最高可达到44100Hz，采样深度可达到16bit。如果利用PC机作为数据采集处理设备，使用适当的虚拟仪器软件编程技术就可以组成一个低成本高性能的信号采集与分析处理系统，方便学生理解理论内容，简化了课程的实验，甚至能够让有兴趣的学生对现有虚拟仪器系统进行升级改造。
这是我们研究该课题的意义之所在，希望通过我们的研究，能够建立一个性能价格比较高的信号分析系统，并将该结果应用于大学通信专业及相关专业的实验教学中，足以让学生理解信号分析的概况了。
1基于软件无线电的虚拟仪器系统
本文介绍一套基于Labwindows/CVI的信号处理系统，LabWindows/CVI是NationalInstruments公司推出的一套面向测控领域的软件开发平台。它以ANSIC为核心，将功能强大，使用灵活的C语言平台与数据采集，分析和表达的测控专业工具有机地接和起来。它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统，自动测量环境，数据采集系统，过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境[5]。本系统使用LabWindows/CVI实现了一个软件的宽带数字下变频（WDDC）的单通道接收机等虚拟仪器，并对模拟的68MHz~72MHz的频谱环境进行监测；这并不是仿真软件，而是实用的工具，这些虚拟仪器可以很好的工作。使用起来也很方便，只需要一根数据线连接两台PC即可。系统框图如图1所示。
1．1信号发生器
信号发生器利用PC机产生两路信号，信号类型有正弦波、方波、三角波、锯齿波和用户自定义五种波形。在“高级设置”中可对两路信号的同步进行调整，也就是设置两路信号的初始相位差，调整范围为0~2π。系统面板图如图2所示。
1．2基于WDDC的单通道接收机使用
Labwindows/CVI对基于数字混频下边频的单通道接收模型进行了模拟，实现了一个软件的宽带数字下变频(WDDC)接收机。总体结构如图3所示。首先，模拟了68MHz~72MHz带宽内的频谱环境，产生了包含多个通信信道的宽带信号，并对这个信号作采样率为8MHz的欠采样。根据带通采样定理，这样的欠采样刚好不会发生频率混叠。将采样得到的数据(速率为8MSPS)以文件格式存入硬盘，作为输入数据模块。然后，用DDS方式构造了一个混频信号发生器，信号发生器采用4K点的波表和浮点累加器，使混频信号的相噪降到足够小。接着用可控级联方式的FIR抽取滤波器组对混频后的信号进行低通滤波和抽取。信号发生器和后续的FIR抽取滤波器模块共同构成了WDDC接收机的核心部分。最后，通过加窗FFT和显示模块对信号频谱进行显示。每个模块都可以通过用户接口控制程序进行控制，通过调整DDS累加步长对混频信号频率进行控制，通过切换FIR抽取滤波器的级联方式对带宽进行控制，还可以控制频谱显示和数据文件的读取。
2具体实例分析
信号谱分析是数字信号处理课程中学生学习的重点，同时又是难点[6]。对于这些抽象的知识，老师在课堂上费尽心力讲解，学生依然很难理解。有些学生虽然学会信号频谱的计算方法，但对计算出的谱线形状只能凭空想象，缺少直观认识，久而久之，学生学习的积极性下降。通过此虚拟实验，可以解决这些问题，学生通过选择需要的的信号类型，设定信号的频率和幅值，就可观察到信号的时域波形和频谱图，这样学生不仅直观的了解谱线形状，而且对原信号频率和相位对谱线的影响有更深刻的理解。系统模拟的频谱环境相当于一个很宽的中频信号，其中存在10个常见的通信信号。表1描述了这10个通信信号的类型、中心和带宽，其中包含有AM、FM、LSB、Chirp、Hop以及扩频信号，这些信号整个构成了一个小的频谱环境。图4是WDDC接收机的程序界面，主要有两个控制台：DDC设置以及显示设置。在DDC设置中，调整频率数字框可以改变接收机的中心频率(68MHz~72MHz)，调整带宽下拉框有三种带宽(2MHz/1MHz/512kHz)可以选择；在显示设置中，可以进一步调整观测频谱的范围。使用宽带模式观测信号的全景情况见图4（a）（b）所示。在全景模式下，可以看到2M带宽内多个通信信号的整体情况，能够检测信号的位置、频率占用情况以及频谱环境的一些宏观信息，单个信号的特征则不太明显。用窄带模式观测单个信号的特征见图5所示。在窄带模式下，可以快速的确定信号的中心，测量信号的带宽，并且能够对比任意频点的相对电平，从而能够迅速了解信号的类型及其它重要参数(调制度、频偏等)。
【关键词】第三代；移动通信系统；软件无线电技术
软件无线电技术的核心是以硬件为无线通信的基本平台，用软件来实现无线通信功能。这就实现了无线通信系统的通用性和灵活性，方便了系统的升级和互联。该技术最早用于军事方面，后来才扩展到无线移动通信领域。本文将研究无线电技术在第三代移动通信系统的应用。
一、第三代移动通信系统中的软件无线电技术
（一）第三代移动通信系统
第三代移动通信系统最大的特点就是能够实现全球无缝覆盖和漫游。 此外，还有以下几个特点：能够提供多媒体业务，能够适应多种业务环境如蜂窝、无绳、卫星移动、PSTN、数据网、IP等，具有单一的通信号码，能够保证高质量的服务、按需分配宽带，有多频多模通用手机，频谱利用率高、容量大，网络结构能满足使用有线和无线多种业务要求，系统起始配置能充分利用第二代设备和设施，随后可平滑升级。
（二）软件无线电技术在第三代移动通信中的应用
1、软件无线电技术为第三代移动通信手机和基站提供了一个开放的、模块化的系统结构。2、软件无线电技术实现了智能天线结构，空间特征矢量包括获得DOA、计算每射频通道权重和天线波束赋形。3、实现了各种信号处理软件，包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件算法等。
二、软件无线电技术在SCDMA中的功能
软件无线电技术能够提供一个开放的模块化的系统结构，实现智能天线，还能同步检测、建立和保持。除此之外，软件无线电软件技术还能够实现用户终端D―QPSK解调器中的载波恢复、频率校准和跟踪，实现每码道功率的测得和发射功率控制。软件无线电软件技术能够接收通道的电平检测和增益控制，扩频调制和调节，包括WALSH码和PN码的产生。无线电技术还能进行语音编译码，产生和检测DTMF、MFC及各种信号。信道编码、复接和分接，发射脉冲成形滤波，SWAP信令的差错检测，接收信令的差错检测，发射通道的数字预失真，几站收发信机的校准。
三、第三代移动通信技术中软件无线电的新进展
（一）体系结构分层化与软件模块化
软件无线电的系统结构是开放式的、模块化的且可即插即用的。这种系统结构在很大程度上增强了第三代移动通信系统的灵活性和重用性。第三代移动通信系统的软件设计按层级的方式来组织，并能在一定程度上减小软件设计的复杂性。软件无线电不仅在硬件方面需要模块化，在软件方面也要模块化。缺乏标准的应用级的软件到软件的API与缺乏对存储器、缓存空间与处理资源的量化。这使得软件重用度低下，花费较大，且研制周期长，因此需要把软件实用地分成模块并清楚定义广泛应用的接口。
（二）软件无线电结构数学分析化
使用CORBA技术能够实现软件的模块化，极大地提高了软件的重用性。然而，缺乏数学分析对存储器、缓存空间与处理资源的量化，就难以明确一个软件模块的数据吞吐、响应时间及其它关键要求。当重用自己软件库中或的软件或者是第三方的软件时，可能会使系统性能下降，甚至会使系统崩溃。这就需要数学模型来刻划快速涌现的技术。利用拓扑学来研究软件无线电结构，能够提高即插即用结构的重用性。拓扑结构特性有一系列的设计原则，包括三个方面。首先，有界递归模块。这样的模块消耗的资源是可预测的，即使发生软件错误也不至于引起系统崩溃。其次，清楚可扩展的接口拓扑。用拓扑空间的基来定义软件无线接口，并使用可扩展语言，如UML、SDL、IDL和ASN.1。最后是分布分层虚拟结构，这样可以最大的使用高一层或低一层的组件。建立数学模型，进行数学分析，能够有效提高系统的稳定性和重用性。
（三）面向对象化
第三代移动通信系统的服务对象是个人，所以第三代移动通信系统中的软件无线电技术应该面向对象设计。面向对象设计是一种很有效的设计方法。软件无线电活性强，对对象具有很强的选择性。因此，软件无线电功能的设计应该面向对象。
（四）认知化、智能化
认知软件无线电是指无线电内部工作状态是可知的，通过无线电知识描述语言与网络，针对无线规则进行智能交流，并采用支持关于用户需要的自动推理的方式。这样能更好地为个人通信服务。无线规则是指一系列适合无线频谱使用的射频宽带、空中接口、空间时间模式。认知无线电软件使无线电从预先定义协议目盲执行者转变成为无线电领域的智能。他能找出各种方式来提供各种用户需要的服务，用户甚至都不知道是如何得到的。
（五）计算机化
软件无线电计算机化可以为第三代移动通信系统提供更强的灵活性、网络性与良好的人机界面。计算机化是指软件无线电需要与计算机技术相结合。目前软件无线电与计算机结合体现在两个方面，一是提供友好的人机对话界面，而是利用PC机进行第三代移动通信系统的基带处理。
四、结语
随着科学技术的发展，软件无线电技术已从开始的军事研究扩展到移动通信系统的应用。软件无线电具有很大的潜力，它能创造出一个具有采用新标准、动态定义新软件的无线通信基础结构。本文综合讲述了软件无线电在第三代移动通信系统中的应用，归纳总结了软件无线电体系的结构。
参考文献：
[1]张鹏.软件无线电技术在移动通信测试领域的应用[J].电子测量技术，2013，03：110-117.
[2]任.移动通信系统中的软件无线电技术探讨[J].电子制作，2013，08：166.
1 数字调幅广播技术的发展
1.1 广播技术的发展
从20世纪二十年代开始，商业广播先后在美、苏、英、德、法、中等国开播，在此后的近百年时间，广播作为重要的传媒工具，受到各国的重视。广播无后经历了中波调幅、短波调幅、调频、调频立体声几个阶段，表1罗列了部分国家的广播发展情况。
表1 世界主要国家的广播发展情况
中波短波调频调频立体声美国192019421941/苏联1922192919461960英国192319381955/法国1923193619501954德国1923192919491958中国1923193419741979日本19251935195719691．2 调幅广播的优势
尽管调幅广播的带宽只有9kHz或10kHz，音质无法与调频立体声相比，但是由于调幅广播发展时间最久，全球标准统一，在任何地方购买的收音机在全球各地都能使用，接收工具简单，而且可以方便地进行室内、外的便携接收与车、船中的移动接收。因此至今它仍然是世界上使用最广泛的广播媒体。
短波国际广播则由于在国际交往中的极端重要性与最适合对象为财力处于中下层的听众，所以各国仍继续大量投资支持短波业务。
今天，世界上有160多家国际广播电台在进行着无形的“星球大战”。美国之音（VOA）的一项研究甚至认为：未来40年没有其它媒体能以相同的优点替代。据统计，全世界现在已有3333座短波发射台，12590府中波发射台，25亿台调幅收音机，其中7亿台可收短波广播。
1.3 DRM的产生
由于调制广播的竞争，音、视频数字化的发展，传媒手段的多样化和九十年代开始的全球数字化浪潮，使许多广播机构认识到，调幅广播必须数字化才能适应竞争日益激烈的传媒环境，纷纷开始了数字调幅广播的试验。
德国电信（DT）从1994年11月开始进行数字中被广播的试验。法国汤姆喀斯特（Thomcast）公司则从1995年起斥巨资进行数字调幅广播系统的开发，并从1996年6月起演示了它的天波（SKYWANE）2000系统，到1998年4月，研制中的数字调幅广播系统已至少有6个。
1994年，电联曾要求各成员国提出数字系统的建议，并建议建立一个世界性的集团以评估不同的方案，最终提出单一的建议由电联推荐各国使用，由此诞生了DRM。DRM的全称是Digital Radio Mondiale，其中Mondiale为法文，即“世界数字广播”集团（Consortium）。DRM于1998年3月在中国广州宣告成立。到2002年2月，DRM已有来自27个国家的正式会员（Full members）47个，和非正式会员（Associate members）25个。
1.4 国内外数字调幅广播技术发展情况
目前，欧洲和北美的一些国家均研制了DRM接收设备，这些接收设备更接近于专业接收设备，主要采用计算机插板方式，绝大多数的解调、解码工作均由基于DSP和计算机CPU的软件完成，它们具有便于软件更新，可以方便适应不同标准和新业务，便于在线测试，可以方便地使用各种分析工具等优点。同时具有体积大（一般需计算机，也有较小的），功耗大（普通干电池无法满足工作），不兼容原有设备等缺点。客观地讲，这些设备只能算作实验性质的设备，不具备投放市场的能力。
我国在数字广播领域与国际完全同步（DRM集团在我国成立足以说明），国内已经有了类似的产品，水平与国外产品没有明显珠差距。
图2
1.5 DRM技术发展的机遇与挑战
DRM系统已基本成熟，即将进入实施阶段。但是，一项新技术能否在全球推广，技术本身的先进性与可行性虽是前提，却远非决定因素，市场条件和消费者的接受程度十分关键。历史上已经有不少成功的经验与失败的教训，DRM也把实施问题看作为严重挑战，还把影响国家或地区一级启动新技术的因素归纳为以下几点：①技术变更的步伐；②进口或出口控制；③市场成熟性；④财富或个人可支配的收入（PDI）；⑤法规；⑥消费者是否是新技术的早期采用者。
为使DRM取得成功，需要处理好三个关键性因素，即广播机构/网络运行者、接收机制造商与听众之间的关系。可以列出以下的实话依赖关系表（见表2）。
表2 实施依赖关系表
参与者依赖性关键推动者广播机构/网络运行者接收机可用性听众市场频谱可用性
法规协议
发射机可用性接收机制制造商内容可用性听众市场低知识产权费用
市场规模
广播机构签约承担义务
芯片组可用性听众接收机可用性内容可用性信息的需要
接收机的费用
明确的独特销售点1．6 DRAM在我国发展的前景
我国是AM广播的大国，新世纪开始实话的西部创新工程还将进一步扩大AM广播的规模，提高广播覆盖率与改变边远地区空中秩序。
1998年的广州会议已注意到了中国这样的大国不容易由调频（FM）广播覆盖（注：中国的陆地面积与欧洲大致相当，比美国本土大200万平方公里，中国最小的浙江省相当于比、荷、丹三国的总和，新疆则相当于三个欧洲大国德、法、西的总和），因而数字调幅广播具有很大的市场。由于许多重要的国际广播机构一直积极参与DRM的活动，今后这些机构很可能较早地开始数字化的短波国际广播，从而使他们的国际广播效果大大改善与具有良好的抗干扰性。
我国虽然从1997年起就一直关注与跟踪数字AM广播的发展，北京广播学院还进行了计算机模拟试验。但鉴于DRM很快进入实话阶段，美国开发与评价IBOC DAB技术有较大进展，日本也参加了DRM，因此应该更加积极地创造条件，早日 在我国开展相应的实验室与现场测试，积累自己的数据（中国地形复杂，横跨寒、温、热三带，电离层条件也不同），并争取有自己的知识产权，还要利用作为国际电联与亚广联成员的条件和参加各种国际会议与相关活动的机会，积极了解国际新进展，调整与确定发展我国数字声音广播的方针政策与计划日程，积极维护中国在二十一世纪数字调幅广播领域的权益。
2 软件无线电技术的发展
软件无线电技术是近年来新兴的一种技术，它最早由MITRE公司的约瑟夫·米托拉（Joseph.Mitola）在1992年5月“美国远程系统会议（National Telesystems Conference）”上提出。该项技术一经提出就在世界上产生了重大影响，受到了各方的高度重视。
软件无线电技术的核心思想是软件无线电技术将宽带的A/D变换器尽可能的靠近射频天线，即尽可能早的将接收到的模拟信号转化为数字信号，最大程度上通过DSP软件来实现通信系统的各种功能。图1为理想软件无线电系统组成框图。
作为软件无线电技术载体的软件无线电电台是“用软件定义波段、调制方式、信号波形的电台。信号波形由数字信号采样产生，用宽带的数模转换器转换成模拟信号，可能还要由中频上变频到射频。类似地，接收机使用宽带的模数转换器获得该软件无线电电台节点所有波段的信号。接收机用通用处理器上的软件完成信号的提取，下变频和解调。”（约瑟夫·米托拉给软件无线电电台做的定义。）
理想的软件无线电电台应该拥有在全频带工作的能力，具有极大的灵活性，任何功能的改变或增加都可以通过软件升级来完成。由于实际条件的限制，比如宽带前端射频模块的性能不够理想、宽带A/D/A的工作带宽和采样速率有限、DSP的处理能力不足、总线数据受限等，导致在目前的技术条件下无线实现上述理想软件无线电系统。为了使得软件无线电技术可以应用于实践，就在理想软件无线电系统的基础上增加了若干限制条件，使得软件无线电牺牲了一些灵活性，换来了可实现性。
考虑到DRM目前的牺牲性，为了减小研发的风险，可以考虑采用软件无线电技术研制发射接收设备，在目前模拟数字混合暑期可以兼容原有的模拟设备，随着社会的发展，当DRM技术成为主流技术时通过软件升级就可以将用于兼容的资源专用作数字广播质量的提升，从而最大限度的保护用户的利益。
3 基于软件无线电技术的DRM系统
3.1 DRM的主要标准介绍
2001年4月4日ITU已通过DRM的标准建议书为ITU-RBS.1514,2001年9月通过欧洲标准为ETSI TS 101 980 V1.1.1。单个调幅频道码率可达24kbps，双频道可达72kbps。在ETSI TS 101 980 V1.1.1标准中，主要规定了了频道使用模式、信源泉编码方式、复用情况、信道编码与数字调制方式等内容。
具体来说DRM信号有三种频道使用模式：半个频道、一个频道和四个频道。半个频道的模式可以用作模拟和数字同播，作为模拟和数字广播的平滑过渡的方法。信源编码推荐了四种方式：MPEG-4 AAC（高级音频编码），MPEG CELP（刺激线性预测编码），MPEG HVXC（谐波矢量刺激编码），SBR（频带复制编码）。复用情况比较复杂，包括信道复用、帧复用、业务复用、数字复用等。信道编码与数字调制方式包括扰码生成多项式（x9+x5+1）、TCM编码方式采用删除卷级码与QAM调制结合的方式，交织深度分为短交织（交织长度为0.4s）和长交织（交织长度为2s），数字调制方式采用OFDM和QAM调制。
3.2 国外同类产品（SKYWAVE2000）的性能
SKYWAVE 2000采用的基本技术情况如表3所示。
表3 SKYWAVE 2000采用的基本技术情况
频谱适用波段LF、MF、HF带宽选择复用与现有范围的兼容YES带外发射与发射机Tx有关单频网络支持YES频谱掩蔽在选定的带宽内为矩形系统特性调制/信道编码TCM+RS OFDM/QAM（8、16、64、256）混合/同播方式YES（DSB/VSB）音频编码MPEG-2 Layer3,在电路实施中等待MPEG-4灵活性YES交织深度长交织6.6s短交织0.3s比特率Min6kbpsMax36kbps灵活性YES发射机峰值/平均值功率比4-8dB(与工作模式有关)SKYWAVE 2000的数字编码与调制原理框图见图2。
3.3 基于软件无线电技术的DRM系统接收机
鉴于广播的特点：带宽窄，一般为9kHz～10kHz；信号动态范围大，短波波段的动态范围高达120dB以上。在软件无线电电台选用实现方案方面必须予以考虑。根据文献[2]的论述，选择了基于中频采样技术的体系结构：在A/D/A与天线之间增加一个宽带变频模块，将全频带的信号变频为一个固定的中频，通过对该中频处理实现预定的功能。图3所示为中频采样软件无线电系统的组成框图。
3.4 基于软件无线电技术的DRM系统发射机
由于广播自身的特点，相比于接收机，发射机的研制更为复杂。基于软件无线电技术的DRM系统发射机由三个较为独立的子系统：数字编码与调制子系统、模拟处理子系统和发射子系统组成，其组成框图及相互关系见图4。
数字编码与调制子系统主要负责数字信号处理和幅度、相位的计算；模拟处理子系统负责将I、O的基带复信号变换到无线发射频率的调相信号或幅相信号；发射子系统实现功率放大及信号发射。
图5
3.5 基于软件无线电技术的DRM系统工作原理
基于软件无线电技术的DRM系统工作原理如图5所示：
图5中，信源编码、复用、能量分集、信道编码、交织、数字基带的OFDM映射部分的功能将在数字编码与调制子系统中利用计算机的处理器、DSP处理器以及专用芯片等通过软件编程来实现。而无线射频信号的生成、稳定载波的产生等模拟处理功能将在模拟处理子系统中通过DDS、I、Q调制器等技术或专用器件实现。
数字广播领域市场广阔，具有很好的发展空间，目前世界各个主要发达国家都在此领域投入了相当的人力、物力、财力。我国在这一领域的研究水平与国际同步，更不能放弃这一优势。
关键词：基于软件，无线电，调制解调，设计实现
中图分类号：TP311 文献标识码：B 文章编号：1009--9166(2009)023(c)--0090--01
软件无线电技术的出现对于移动通信的发展起到了很大的推动作用，构建一个通用的、标准的、模块化的硬件平台，把以前用硬件实现的无线电功能用软件来实现，大大地提高了通信系统的灵活性。用软件无线电技术实现的调制解调灵活性好，可以通过空中下载实现不同的调制方式，从而适应不同的通信体制。
软件无线电平台的设计采用了TI公司的DSP芯片TMS320VC5416，TI公司的集成开发环境CCS(Code Composer Studio)是基于windows系统的DSP开发软件，也是目前最优秀、使用得最为广泛的DSP开发软件之一。在CATI公司的DSP芯片TMS320VC5416为核心的软件无线电硬件平台上用软件的方式设计和实现ASK调制方式的方法。C CS支持汇编语言和C语言编程，汇编语言编写的程序代码效率高，执行速度快，但是程序的可读性和可移植性较差，C语言编写的程序不必过多的考虑DSP的内部结构，比较容易掌握和使用，所以设计中算法的实现采用C语言编程。在进行软件设计的时候把多种数字调制解调方式都放在一个程序中，然后通过硬件电路上的拨码开关和软件设置来选择调制和解调的方式，这种方式可以把程序烧写进FLASH中，每次实验时通过BootLoader把程序加载到DSP中，可以脱离电脑和仿真器进行实验。
一、数字调制解调的设计与实现
数字调制技术是移动通信中的一项重要技术，调制解调性能的好坏可能直接关系着通信系统的性能，所以一般要根据通信体制和移动通信信道特点的不同要求选择合适的调制解调方式，如在第二代移动通信系统GSM系统中选择了GMSK方式，同样属于第二代移动通信系统的窄带CDMA系统中则选择了QPSK方式。
(一)数字调制解调的整体流程。在实验平台上通过拨码开关的不同设置来选择对输入的数据进行调制还是解调，以及调制和解调方式的选择，这里安排了二进制数字调制ASK的调制和解调实验。实验前首先要对系统初始化，DSP的引脚CLKMD1、CLKMD2接高电平，CLKMD3接低电平，然后通过软件设置内部时钟方式寄存器CLKMD的值，设定DSP的工作频率为20MHz。初始化后通过IO口从模块上读取拨码开关值，根据读取的不同值设置决定调制解调方式的标志位KKstatus，由KKstatus的值来判断要进行调制实验还是解调实验，如果是调制实验进一步判断是哪种调制方式，是解调则是对接收信号采取何种解调方式，并进入相应的程序实现调制解调的算法。
(二)ASK信号的产生。系统在初始化后，读拨码开关的键值，设NKKstatus的值，如果KKstatus=Oxl，则通过通用I／O口从模块的数字信源上读取信息，由于数字信源上只能产生24位的二进制信息，所以IO口要循环读取，每次读取24位，并存储于DSP内部的存储器中，进入ASK调制程序。
在ASK信号中，二进制数字信号相当于一个数字开关，用开关的通断来控制正弦载波的输出。进入AsKiN制程序后，首先在DSP内部产生一个正弦波并存放在一个数组中，正弦波的产生可以直接调用函数库中的sin函数，产生的正弦波一个周期包括64个点，存储在存储器中。读取一位二进制信息并对其判断，如果为1，则把一个周期的正弦波放入输出数组，如果二进制信息为0，则在一个正弦波周期内输出均为0，最后调用输出函数，由DA完成数模转换后输出ASK信号，并可以通过示波器观察已调信号的波形。
(三)ASK信号的解调。由十所选用的DSP处理速度以及AD，DA的转换速度较慢，实验平台没有和射频发射和接收电路连接，所以在做解调实验时采用两块软件无线电电路模块，其中一个做调制实验，另一个做解调实验。在做数字解调实验时，两块电路板通过电缆直接相连，其中一块用作调制，数字调制后的信号由DA完成数模转换，然后通过电缆把信号送到另一块的AD转换模块，作为需要进行解调的已调信号，经过模数转换后的信号送入DSP，并进行数字解调。其他的几种解调方式中也采用了这种方法。
对于ASK信号的解调采用了相干解调的方式，为了得到相干载波，一般要设计数字锁相环，来实现本地载波的同频同相。实验中为了简化设计，在此没有采用锁相环电路，而是直接采用调制时所产生的正弦波作为相干载波。解调之前先从AD中取出24个周期的数字化的已调信号暂时存XDSP的存储器中。由十接收信号与正弦波信号一个周期内的采样点数相同，每次从数字化的信号中读取一个周期，与存储在存储器中的一个周期正弦波对应相乘，并对相乘的结果在一个周期内求平均值，求得的平均值与一个预先设定的门限值相比较进行判决，平均值大于门限值则判决为二进制信息1，否则判决为二进制信息0，调用输出函数从通用IO口输出。
关键词:软件无线电; 射频前端; 自动增益控制; 可变增益放大器
中图分类号:TN911; TP274文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)15-0037-04
Research and Design of Receiver RF Front-end Circuit for Software Radio
DENG Ai1, GE Li-jia1, XU Zi-ling2, ZHU Lin1, SHUANG Tao1
(1.Chongqing Communication College, Chongqing 400035, China; 2.The Second Artillery Equipment Research Institute,Beijing 100085,China)
Abstract: A RF front-end circuit for software radio was designed, which can operate on short wave and ultra-short wave frequency band(3～89 MHz). The received signal from antenna turns the input signal to 2 V and then transforms to the next class-analog-to-digital converter circuit through front-end filtering, AGC and amplification processing. AGC is the core of the circuit, which takes a form of cascade VGAS and improves the dynamic range and linear range. Taking hardware practical test, the maximum sensitive is -90 dBm, the largest dynamic range is 70 dB, the system has good linearity and low noise figure.
Keywords: software radio; RF front-end; AGC; variable gain amplifier
收稿日期:2010-03-18
软件无线电要求通信系统的“全数字化”,也即宽带ADC(Analog-to-Digital Converter)和DAC(Digital-to-Analog Converter)向射频(RF)端靠近,同时要求开放的、可扩展的、模块化的软硬件平台体系结构,实现多频段、多模式、多业务、多个性[1]。典型的软件无线电主要包括射频前端(含天线),AD/DA,数字信号处理三部分。本文研究并实现了一种适用于上述软件无线电基本结构的射频前端电路(不包含天线),该射频前端电路具有灵敏度高、动态范围大、线性度好、噪声系数低、工作频段宽等特点。
1 接收机整体设计
由图1基本结构可以看出,适用于软件无线电的接收机射频前端电路较之传统接收机射频前端电路没有了混频单元,射频前端直接将天线接收的信号经过处理送给A/D转换单元[2]。这不仅对后续的A/D采样、基带处理提出了更高的要求,也对射频前端电路放大,稳定性等方面提出了新的挑战。接收机射频前端电路主要的任务是对天线接收到的信号进行选择性放大,提高接收信号的信噪比;同时,调整天线接收到的信号幅度,使其与A/D转换器的最佳输入范围一致,基本结构如┩2所示:通常主要由带通滤波器、LNA、AGC电路等组成。
图1 软件无线电基本结构
图2 接收机射频前端功能框图
带通滤波单元初步滤除带外噪声干扰,提取有用信号。RF插入损耗、波纹、3 dB带宽、矩形系数、阻带抑制是带通滤波器要重点考虑的技术指标[3]。LNA单元主要完成对有用信号的前端放大,使信号能满足后级的各种需要,并尽最大可能提高信噪比。噪声系数,工作频段、线性范围,P1 dB压缩点等指标是LNA要重点考虑的技术指标。AGC(Automatie Gain Control)单元主要起到稳定信号幅度的作用,同时使信号幅度尽可能的符合A/D的需要,动态范围、响应时间是AGC设计的关键。
2 设计中重点考虑的几项技术指标
本设计要求接收机工作于短波/超短波频段即3～89 MHz,工作频段、灵敏度、线性范围、动态范围、噪声系数是设计中需要重点考虑的几项技术指标。
(1) 灵敏度
灵敏度定义为当接收机输出功率和输出信噪比┮欢í时,天线上所需感应的最小电动势[4],它表示了接收机接收微弱信号的能力,灵敏度越高,则表示接收微弱信号的能力越强。
灵敏度(dBm)=10log(kT)+10log(BW)+SNR+NF
(1)
式中:当T=300 K时,10log(kT)=-173.8 dBm,BW为接收机带宽;SNR为接收机要达到的信噪比;NF为噪声系数[5]。接收机的灵敏度主要取决于整机总增益和内部噪声的大小,要提高灵敏度必须从这两方面下手。而总增益的提高与内部噪声的减小又是有联系的,系统总的噪声主要取决于前一、二级的内部噪声和增益的大小,因此必须采用具有特定性能指标的低噪声放大器(LNA)作为前端放大器。本设计要求灵敏度达到-90 dBm。
(2) 线性范围
线性范围是指使接收机信号不发生失真的线性工作范围,它由各级电路的线性工作范围共同决定[6]。放大是整个前端电路中非常重要的一个环节,由于软件无线电的接收通道是宽带的,通带内的非期望信号很多,因此,在软件无线电中不能用非线性放大器,而只能用线性放大器,否则就会引起许多非线性产物。线性范围是线性放大器的基本技术指标。
(3) 动态范围
动态范围在接收机中是由AGC电路实现的。AGC电路的动态范围是指输出电平在规定范围内时所允许的输入信号电平的变化范围[7]。输出电平变化┮欢í时,相应的输入信号电平变化范围越大,则AGC的动态范围越大。本设计要求动态范围达到70 dB。
(4) 噪声系数
噪声系数是指放大器输入端的信噪比与输出端的信噪比之间的比值,即:
NF=(Psi/Pin)/(Pso/Pno)
(2)
