軟件無線電技術(shù)論文(2)
軟件無線電技術(shù)論文
軟件無線電技術(shù)論文篇二
淺談軟件無線電技術(shù)
摘要：本文綜述軟件無線電技術(shù)的概念、特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)，闡明了軟件無線電技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)，及無線電臺(tái)多頻段、多工作方式互通問題的解決思路。
關(guān)鍵字：軟件無線電 寬帶天線
【分類號(hào)】：TM73
軟件無線電技術(shù)最初起源于美國軍方。在海灣戰(zhàn)爭期間，由于美軍陸、海、空三軍的通信裝備在工作頻段、通信體制、信息傳輸格式等方面各自為政、互不兼容，雖然解決了三軍間的相互干擾問題，卻也因此導(dǎo)致在聯(lián)合作戰(zhàn)時(shí)各軍兵種無法進(jìn)行快速溝通、互傳信息和情報(bào)，沒有形成真正意義上的聯(lián)合作戰(zhàn)。于是，在1992年5月的全美電信系統(tǒng)年會(huì)上，MITRE公司的資深科學(xué)家Joe Mitola提出了軟件無線電技術(shù)，用以解決美軍三軍之間無線電臺(tái)多頻段、多工作方式互通問題。
1.軟件無線電的概念和基本思想
軟件無線電定義為：能夠?qū)崿F(xiàn)充分可編程通信，對(duì)信息進(jìn)行有效控制，覆蓋多個(gè)頻段，支持大量波形和應(yīng)用軟件的通信設(shè)備。簡而言之，軟件無線電就是一種用軟件實(shí)現(xiàn)物理層連接的無線通信設(shè)計(jì)。
軟件無線電的基本思想是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件平臺(tái)上，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各種功能。未來新系統(tǒng)的升級(jí)、新產(chǎn)品的開發(fā)將逐步轉(zhuǎn)到軟件上來，這是無線電通信繼固定通信到移動(dòng)通信、模擬通信到數(shù)字通信之后的第三次革命，它將通過與現(xiàn)代微電子技術(shù)、軟件技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正的多媒體、多模式的個(gè)人通信系統(tǒng)這一軟件無線電的最終目標(biāo)。
需要區(qū)分的是，目前使用的全數(shù)字化無線電臺(tái)雖然也采用了軟件控制和數(shù)字處理技術(shù)，但他們并不屬于真正的軟件無線電。其根本區(qū)別在于，軟件無線電的結(jié)構(gòu)和功能是完全可編程的，它的工作頻段、信道接入模式和信號(hào)調(diào)制解調(diào)的方式都是可以通過編程來滿足實(shí)際需要，而這些功能全數(shù)字化無線電臺(tái)是無法實(shí)現(xiàn)的。
2.軟件無線電的主要特點(diǎn)
(1)功能實(shí)現(xiàn)靈活
軟件無線電的功能是可編程的，因此實(shí)現(xiàn)靈活，例如對(duì)信道帶寬、調(diào)制方式及編碼方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、通信負(fù)荷及用戶需要的變化。它還可以與其他任何體制的電臺(tái)實(shí)現(xiàn)空中接口，進(jìn)行不同制式間的通信，也可以作為其它電臺(tái)的射頻中繼。
(2)系統(tǒng)升級(jí)成本低
由于采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的結(jié)構(gòu)，其硬件可以隨器件和技術(shù)的發(fā)展而更新或擴(kuò)展，軟件也可以隨需要不斷升級(jí)。模塊的通用性強(qiáng)，能在不同的系統(tǒng)和系統(tǒng)升級(jí)時(shí)復(fù)用。因此在技術(shù)更新時(shí)，只需更換個(gè)別的模塊即可，也可將更換下來的模塊用于其他需求不同的系統(tǒng)，大大節(jié)約費(fèi)用開支;
(3)生命周期長
軟件無線電具有多頻段、多功能通信的能力，因此不僅能與新體制電臺(tái)通信，也可以與舊體制電臺(tái)相兼容，這樣既延長了舊體制通信系統(tǒng)的使用壽命，也保證了軟件無線電本身有很長的生命周期。
(4)支持網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)
軟件無線電技術(shù)支持軟件可以通過無線方式載入，增添新的功能和軟件升級(jí)都非常方便。例如，在民用方面，當(dāng)用戶到其他國家或者地區(qū)時(shí)，僅僅需要通過軟件無線電裝置空中接收該地區(qū)的通信標(biāo)準(zhǔn)，下載后即可利用該通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信。
3.軟件無線電的理想結(jié)構(gòu)
這是一種理想化的結(jié)構(gòu)，完全符合軟件無線電的標(biāo)準(zhǔn)，把模擬電路的數(shù)量減少到了最低限度，將整個(gè)結(jié)構(gòu)的數(shù)字化程度提高到最大的程度，即將天線接收的信號(hào)經(jīng)過濾波放大后，直接由A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行采樣處理。但是這也對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能提出了更高的要求。因?yàn)樯漕l的頻率范圍最高可達(dá)1、2GHz，射頻低通采樣頻率必須至少是射頻頻率的2倍，也就是要達(dá)到2.4GHz才能完全采樣。就目前的硬件技術(shù)來看，即使如此高的采樣頻率可以實(shí)現(xiàn)，那么在后續(xù)的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)也難以滿足要求。同時(shí)，這也是目前軟件無線電子的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。
4.軟件無線電的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)
(1)寬帶天線和RF(射頻)模塊
軟件無線電要求天線的頻率覆蓋是2～2000MHz，并可以用程序控制方法對(duì)天線功能及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外寬帶天線的技術(shù)水平，研制全頻段的寬帶天線是不現(xiàn)實(shí)的。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采取組合多頻段天線來實(shí)現(xiàn)，借鑒美軍軟件無線電Speakeasy(易通話)方案，分三段來實(shí)行，2～30MHz、30～500 MHz、500～2000MHz，這樣在技術(shù)上比較可行，也不影響戰(zhàn)術(shù)使用的要求。鑒于天線的寬帶特性，射頻前端要求器件要有較寬的頻率范圍，并采用數(shù)字頻率合成技術(shù)設(shè)置，對(duì)每種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)能夠多載波工作。射頻前端可考慮用同天線一樣分三段來實(shí)現(xiàn)，將其做成可轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)化模塊。射頻前端的寬帶低噪聲放大功能和輸出功率放大都可以由市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
(2)高速A/D
數(shù)字化是軟件無線電的基礎(chǔ)，模擬信號(hào)必須經(jīng)過采樣轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)才能用軟件進(jìn)行處理。A/D、D/A器件在軟件無線電中的位置非常關(guān)鍵，它直接反映了軟件無線電系統(tǒng)的軟件化可操作程度。決定A/D器件的關(guān)鍵是它的采樣速率和量化位數(shù)，就目前而言，對(duì)于某些軟件無線電方面的應(yīng)用，現(xiàn)有的A/D還不能同時(shí)滿足速率和位數(shù)的需要，從長遠(yuǎn)考慮可以采用多個(gè)A/D并聯(lián)使用，達(dá)到所需要求。
(3)高速DSP
軟件無線電從設(shè)計(jì)思想到實(shí)現(xiàn)，其推動(dòng)力來自DSP技術(shù)的發(fā)展，
作為軟件無線電技術(shù)的靈魂所在，DSP運(yùn)算能力的高低直接決定軟件無線電的性能，軟件無線電的諸多優(yōu)勢(shì)主要是通過以數(shù)字信號(hào)處理為中心的通用硬件平臺(tái)及DSP軟件實(shí)現(xiàn)的。目前的DSP無論是在功能上還是在性能上，都不能滿足無線電的要求，很難用單片DSP直接處理寬帶射頻或中頻信號(hào)。一方面可以先采用數(shù)字變頻技術(shù)對(duì)寬帶射頻或者中頻信號(hào)進(jìn)行處理，然后再用DSP完成各種信號(hào)處理功能。另一方面是設(shè)計(jì)擁有多指令流多數(shù)據(jù)流的多處理器體系結(jié)構(gòu)的處理器。
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