颜彪 ,周平 ,许

() 南京航空航天大学

摘 要 :软件无线电是利软件来实无线通信系统中的各种功能的一种通信技术 ,近年来获

大的发展 。为此 ,

关键词 :软件无线电 ;模拟数字转换器 ;数字信号处理

() 文章编号 :1005 - 7641 200006 - 0029 - 02中图分类号 : TN911 . 72文识码 :B 4 两方面来分析 ,如图 1 所示。它们共包括电源 、

1 软件无线电的提出线 、多频射频转换器 、宽带 A/ D/ A 转 , 以及 通用可编程处理器和存储器等 。移动软件无线 软件无线电是在 20 世 90 年代中期提出来 端通过话音 、数据 、传或多媒体方式与用接 的 ,它是对当前移动通信的现状引发的一种新 。实时和准实时软件通可编程处理器成窄带 1 、2 概念的无线信系统。随着移动通信的速发 与带数据间的据分析 、处理和变换 ,然后宽带的 展 ,新的通信体制和标准不断提出 ,通信产品的 ( ) A/ D 和 D/ A 完成与射频 R F间的变换 。软件无 期缩短 ,开发费用上升 ,导致以硬件为主的统通信 ( ) 电基地台与公共电话交换网 PS TN 接口 , 还包括 制难以适应这种新局面 。同时 ,多种体制间 支持运行和维护的件统 ,以支持开发新业务 的要求日趋强烈 ,这一点在军事通信中表现尤

3 出。随着通信务的不断增长 ,无线频带越

拥挤 ,对现有通系统的频带利用率和抗干扰

提出了更高的要求 。但是沿着现有通信体制的

展 ,很难对频带重新

需对现有系统做较大动 ,代价很大 。而软件无

电能提供一种很好的解决方案 。

软件无线电的基本想是把软件作为无线通

的基本平台 ,把尽能多的无线通信功能用软件

现 ,从而将无线通信系统 、新产品的开发逐步转

到软件上来 ,其产也在软件上体现出来 。可以

软件无线电是继模拟数字通信 、固定到移动通

之后线通信的第三次革命 ,并将在新的纪形成 大的产业 。 图 1 典型的软件无线电系统 2 软件无线电体系结

典型软件无线电系统可以移动台基地台 软件无线电的重要特征是模数转换尽可能

天线 ,并且无线电的能是由软件定义的 。因此 ,

管数无线电也使用数字技术 ,但数字

() 作者简介 : 颜彪 1962 - ,男 ,苏高邮 ,南京航空航天大 并不是软件无线电 ,它们的重要差别在于软件无

学电子工程系士 ,研究方向包括移动通信 、扩频通 电具有完全的可编程性 ,包括可编程的射频段 、信 以及软无线电 ; 接入模式 、信调制式以及信源编码方式 。 现代() 周平 1965 - ,男 ,江苏淮安 ,南京航天大无线电系统设综合了模拟硬件 、数字硬 学电子工程系博士生 ,研究向为电磁场与微波技 ; 件和软件技术 。深刻理解软件无线电的优点以

电 力 系统 通 信2001 年第 6 期 ?30 ?

( )() 帮助的 。随 DSP 和 CPU 每秒万指令 M IPSDDC Digital Dow n Co nverter部分数字下变

的成本下 ,实现软件无线电的灵活性的成也下 包括数字下变 、滤波和二采 ,分离所需的信 降 ,软件无线电变得越越引起人们的关注 。而且 号 ,是系统中数字处理算量最大的部分 ,也是最

件无线电的多频段 、多模的灵活使得它很有完成的部分 。一般都将 DDC 这部分工作交给

( 可成为连接个人通信 、陆地移动通和卫星通信 的可编芯片完成 如国 Harris 公司的 DDC 芯片6 ) 的桥梁 。软件无线电体系结构可以广泛应

() 通信 、对等网络 、中及海交通管理 、军事移动通4开放式总线结构及实现 软件无线电的

信及卫星移动通信系统 。特点是其开放性 ,这主要

现软件无线电所采用的开放式标准化线结构3 软件无

() 1宽带/ 多频段天线 是软件线电不可替发挥其适应广 、升级换代方便等特点 。现有的

件无电研究和实验系统中一般用双总线结构 , 代的硬件出入口 ,只

即 制 总 线 和 高 速 数 据 总 线 。 制 线 结 构 , 靠硬件本身来完成 ,不能用软件加载实现其全部

V M E 总线 、PC I 总线 ,尽可采用现有的工业标 能 。件无线电对这部分的要求包括 : 天线能复

所有工作频段 ; 能用程序控的方法功能及参 准 ,以便于用已有的软件和硬件平台 ,加快开发

度 。V M E 总线是一种支多机并处理的高性能数进行设置 。实现的技术包括 : 组合式多频段天

总 ,市场占有率也最高 ,故可 V M E 总线作为软 及智能化

倍频程宽带低噪音放

() () 5信令处理2模数转换

() 在现有的移动通信系统中 ,信令分已经用软 软件无线电对模数 A/ D转换器的要求主要

件完 ,软件无线电的任务是通信协及软件标 括采样速率和位数 。采样速率主要由信号带宽

准 、通用化和模块化 。无接入是无通信的重 定 ,必须

的速 。A/ D 的位数必须足一定的态范围要 要内容 ,协议的主体部分是公共空间接口 ,目前

形成多不同的标准 。因此 ,当软件无线实现 求 ,以及数字分处理精度的要求 。现有的 A/ D

5 不能同时满足速度与样位数的求,可以采用多模互联 ,实现通用信令处理是很必要的 ,需要

现的各种无线信令按软件无线的要求划

个标准的层次 ,开发标准的信令模块 ,研究通用

令框架 。

4 结束语

软件无线电的提出发展 ,标志着无线通信

发展从件到软件的飞跃 。它在军事通信和用移 动通信中的用越来越成为研的点 。美国已成 图 2 多个 A/ D 并联方式功研制出 Speakeasy 多频段 、模 式 电 台 。欧 洲

) (AC TS先进的通信技术与业务计中 , 有项计 () 3高速信号处部分划是将软件无线电技术应用在第三代移动通信系

这部主要完成基带处理 、调制调 、特流处 中 。我国也已软件无线电列入“863”通信高技术

目中 。随着计算机 、微电子及线技术的展 ,软件 理和编译工作 。如有跳频或扩频 ,还需完成解

无线必将成为 21 世纪无线信领域的心技术 。 和一部分

() 处理器 DSP完成 ,这是软件无线电的一个核心部 参考文献 :

件 ,但也是一个主要瓶 。当单个 DSP 处理能力

足时 ,可采用多个 DSP 芯片的并行处理来提高运

能 力 , 如 Q uad2C40MCM 处 理 器

TM S320C40 处理器 5 MB 内存 ,时钟频率 50 M Hz ,municatin Magazine , May 1995 :26 - 38 .

已用于多频段多模式

电 力 系统 通 信2001 年第 6 期 ?33 ?

户的特定需求向户供一整套服务和协议 。4 光通信网络的基石 今天 DWDM 系统可以在一条光上组合多达 光因特网也叫 IP 网或 IP over DWDM 。简言 80,100 条光长 ,从使服务供应商无需付出铺 之 ,直接在上运行的因特网就是光因特网 。在光 设更 多 光 纤 的 价 即 可 带 宽 提 高 数 百 倍 。 因特网中 , 高性能路由通过光 ADM 或 WDM 耦 ) (SON E T 同步光纤网是目前北地区采用的 TDM 器直接连至 WDM 光纤 ,光纤内各波长是链路

) ( 传播标准 ,SD H 同数字体系是北美地区以外 互连 。高性能路由器取代传统的基于电路交换

念的 A TM 和 SON E T/ SD H 电与复用设备 ,成 采用的标准 ,今天商用 SON T T/ SD H 系统已可以 为关的统复用设 , 用主要的交换/ 选路设 在单一波长上提供 10 Gb/ s 的容量 ,业内首个 40 G ,由它控制波长接入 、交换 、选路和保护 。因此 ,光 系统讯科技提供给试验使用 。贝尔实验 因特网一个真正的链路层数据网 ,可通过指定 室是 DWDM 技术领域的先锋 , 仅光技术领域就 ( 波长 作 路 或 直 通 连

拥有 2 500 多项专利 。在不久的将 ,世界上最) engineering可 只 在 IP 层 完 成 。因 使 用 了 指 定

长 ,在结构上将灵 ,并具有向光交换和全路 大的宽带网将是以光的速度可靠地提供巨量信息的 结构转移的可能 。高密度 WDM 统使们能对 全光网 。在全光网中 ,业务将无像现在那转换 信业务进行光复用 ,一部分波长指定用于高带宽 为电子 ,从而使数据传输变得更为有效 。可以处理IP 光网 ,即 IP over WDM ,它可能用于高业量的 SON E T、帧 中 继 、A TM 等 任 意 形 式 络 业 务 的“尽”传送的机对机业务 ; 另一部分波长被指定

DWDM 技术 ,将成为全光通信网络的石 。于 A TM 网 , 即 IP over A TM , 它 可 能 用 来 支

V PN 和执行重要任务的 IP 网 ; 还有一分波长则 文献 : 指定 用 于 传 统

SON E T/ SD H ,它可能用来集中传送传统的 IP 网 1 刘 兴 . 纤 通 信 技 术 M . 长 春 : 吉 科 技 出 版 社 ,业务 。光复用网的吸引力在于通

2 金发 ,胡华军 . 信技术新进展 M . 北京 :军事科

出版社 ,2000 .

3 文涛 ,周胜利 . 信的技术革命 M . 北京 :金盾出

社 ,1999 .

The technology of DWDM Y U J i n , Z HO U J ie

( ) The Chinese People’s Liberatio n Army 76140 , GuiLing 541001 , China Abstract : The co ncep t of DWDM is given based o n t he co mpariso n wit h TDM technology , t hen t wo key technologies are discussed. To realize t he DWDM , t he performance of op tical fiber must be imp roved first of all .

Key words : DWDM ; co ncep t ; key technology

() 上接第 30 页

2 Buracchini Enrico . The Sof t ware Radio Co ncep t J . 京邮电大学出版社 ,2000 .

5 A. Wep man J effery. Analog2to2Digital Co nverters and I EEE Co mmunicatio n Magazine , Sep . 2000 :138 - 143 .

3 J . L ackey Raymo nd , W. Up mal Do nald. Speakeasy : The Their Applicatio ns in Radio ReceiversJ . I EEE Co mmu 2

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zine , May 1995 :56 - 61 . 6 肖维 ,许希斌 . 软

() 26 2:65 - 70 . 4 钮忻 ,杨义先 . 软件无电技术与应用 M . 北京 :

Key technology of sof t ware ra dio Y A N B i ao , Z HO U Pi ng , X U Zon g2ze

()Depart ment of Elect ro nics Engineering , Nanjing U niversity of Aero nautics &Ast ro nautics , Nanjing 210016 , China Abstract : Sof t ware radio is a co mmunicatio n technology t hat realizes all kinds of f unctio ns of radio co mmunicatio n systems. Recent years , it has a greater develop ment . This paper int roduces t he architect ure and key technology of sof t ware radio . Key words : sof t ware radio ; analog2digital co nverter ; DSP

软件无线电SDR的关键技术研究

软件无线电

S DR 的关

夏少波1, 　许娥2

(1. 山东广播电视大学, 济南250014; 2. 济广电视局, 济

　　摘:作为当今无线通信领域的新技术———软件无线电S DR (Soft w are -D efined R adi o ) 应用前十分广阔, 引起国内外越来越多的关注。本介绍

状, 分析了软件无线电的关键技术及对策, 并对当前软无线电应用面临的问题作了探讨。　　关词:软件无线电; 字信

　　中图分类号:TP393　　文献标识码:A 　　文章编号:100328329(2010) 0220048204

W i r eless Sen s or Networ k W SN I nqu isiti on

XI A Sha o 2bo 1, 　XU E 2

(1. Shan dong TV Un iver sity, J i nan 250014, C hi na; 2. J i n an Br oa dc a st TV Burea u, J i n an 250014, C h i n a )

Ab stra ct:S DR (S oft ware -Defined Radi o ) the app lica tion pr ospect is very now br oad as w irele ss comm unicati on doma in ’s ne w technol ogy, is a r ousing the dom estic and f or e ign more and more inter 2ests . This article intr oduced the soft wa r e radio the concept, the deve l opm ent and the present situa 2tion, have analyzed the s oft ware radi o the key technologie s and the counte r m ea sur e, and the ques 2tion which faces t o the current s oft ware radi o app lication has m ade the discussi on . Key word s:s oft wa r e radi o; digita l signal p r ocessing; w ireless co mm unication

件电路系统的功能。

1　软件无线电的概

　　线通信技术, 在经历了近百年的发展历程后, 其技和体制也在不地更新换代。随着半导技术、微电子技术和编程技术发

拟通信到数通信, 从固定通信到移动通信两大换代后, 目前正在酝酿并进行第三次更新换代, 即从硬件无线电通向软件无线电通信———件无线电S DR 跨越。所谓软件无线电, 就是以硬电路作为无线通信系统的基本平台, 而尽可能把更多的无线功能及个人通信功转而软件程去实现, 其设计主导思路是:①将A /D/A尽地靠近天

　　以下结合单用户跳频电台的简单应用, 来说明软件无线电的念, 以及它与传

术相比, 有那些本质上的区别。图1中画出的是单用户跳频电台传统统结构方图, 图2是采软件无线电实现的单用户调频电的系统结图。　　比较两图不难看出, 二者

　　①软无线电系统, 将A /D、D /A向R F 射频端靠近, 由基带移到中频, 采范围覆盖整个系统频, 从而使处的带宽比原来大大增多了。　　②软件无线电系统, 采用高速的DSP 和CP U, 代替了传的专数电路与低速的DSP 和CP U, 从而, 消了频率

3作者简介:夏少波(1964-) , 男, 副教授, 主要研方电子技术应用、无

—48—

《无线通信技术》2010年第2期

变频" 的突破, 且这一新的系统结构, 适合有的硬件

于除软件无线电被提出的时间还很短外, 更主要, 有如下几

　　①受了硬件系统设计水平的限制, 这也是其中最主要的因素。应该说, 现有的硬件电路水对于实现真正的软件电还是不够的, 但对于某些的软件无线电的用, 在对系统结构和性能要求做一些适当的折中后是以实现的。且目前导体器件的发展势来看, 满足要求的电件在不久的

一个发展阶段, 导致不同的研究机构、不同的S DR 用形式、得了不同的设计方案和系结构, 而它们又都被称之

　　②目前, 针对软件无线电的研究工作大都处在起步阶段, 研究机构、院相对独立, 交流很少, 且关键术保密, 而待研究的题又

　　述两点只是结构上的简单区别。伴随着半导体、电子技术的一步发展, 以及各种半导体集成电性能的断提高, A /D/A会逐

近。件无线电统的数字无线电在概念上是有着本质的区别, 这是因为:A /D、D /A移向RF 射频端, 只是为软件无线电的实现供了必要的条件, 而软件无线电真正关键的技术突破, 是S DR 系统采用了通的且可编程能强的高速D SP CPU, 这是传统的专用数字处理电路所无法企及的。　　综上所述, 件无线电设计思想就是要使新一代无线通信系统摆脱传统硬件平台结构的束缚。在通用且稳定的硬件系统结构台的基础上, 主通过软来实现各线通信能, 这样就会使通系统的改进和级变得非常方便且大大降低换代成本, 无电通在不的件系统间正实现容、互联。而传统的数字无线电技术, 即使是进一步发展, 也绝不可

各研究机构、院所在开发、设计过

出发点侧重面, 导致他们得出的结论也各不相同。但是, 随着我们对S DR 研究工的继续深入, 相关术问题会逐渐清晰; 而软件无线的定义和体构的规范问题, 则应该尽早研

　　③统的通信系统的体系结构, 在很大程度上也影响着目前的软件无线电的系统研究和展。从上的分析可以看出:软件线电的体系结构, 与传统的数字通信方有着很的同, 仅仅简单将传统的数字通信系用新的

3　软件无线电的关

　　与传统无线电系统相比, 软件无线电系统具有硬件结通用、功能件化、兼容性好等一系优点。要真正完成通信系统这一

着许多亟需解决的

2　软件无线电的发

　　目前, 软件无线电由于受相关技术的约束, S DR 更多的是以一种概念和全新设计理念的形式出, 有关S DR 具体的体系结构和定义, 还大多处在理论研究中。也就是说, 除了上提及到的两关设思想已经被大众接受外, 其它各方面的计思路

图3　软件无线电

　　图3是软件无线电系统结构功能框图。软件无线电对硬件平要求比现有通

—49—

《无线通信技术》2010年第2期

很多。中, 最关键的部分是:①宽带/多频段天线; ②高速A /D/A换部分; ③高速数字信号处部分等等。下面分别讨论这些关技术和解决策。　　①宽带/多频段天线宽带

　　件无线电覆的频段为2MHz ～3000MHz , 就目前的宽带天线水平而言, 要想设计出一种能覆盖全频段的天线, 理论上是不可能的[1]。况且, 对于大多数通信系统, 只要求覆盖不同频段的个窗口, 而不必覆盖全部频段, 故可采用组合、多频段天线的系统设计方。譬如, 美国Adam s R ussell 公司研制的产品, AN -400型超宽叶片状天线, 就是一个可以覆盖30～400MHz 和960～1200MHz 的组合宽带天线。　　噪声前置放大器, 般要求够达到几倍程。而满足这个要求, 无论目前的半导体元水平, 还是电路设计技术都没有问题。所, 想设几个频程宽带功放, 只需择相关元件, 并有效地利用C AD 优化电路设计技术, 就可以达到定的设

　　②高速A /D/A转换器　　高A /D/A转换器是软件无线电系统的基础, 对A /D/A的性能要求, 主要是采样频率和数字信号的位数这两大技术指标。我知道, 采样频率是由模拟信号的带宽决定的。采样频率越高, 换器精度也就越高。理论上要求采频率必须大于等倍的模拟信号带宽, 而实设计过中, 为了提高转换精度, 采样频率是取大于2. 5倍的模拟信号带宽。当然采样信号率也不能选的太高。还必须考虑到采样之后, 后续D SP 系统的处理能力, 以及对现有A /D/A的速度要求, 选定合适的采样频。　　想的软件无电统, 求在靠近射频部分就开始现A /D/A, 而现有的A /D/A器件, 这两项指标都远无法满要求。实用, 大都采将多个速A /D/A转换器, 通过并联的方式组合连接使用, 以达到提高采样频率和数信号位数

　　③DDC 部分　　数字下变频(DDC)是A /D变换, 首要完成的数字信处理任务, 在软件无线系统的数信号处理运算中, 上、

—50—

[1]

[3]

是运量最大, 也是最难实现的部分[5]。通常, 我们要想到较好的滤效果, 需要在每个采点上, 至少执行100次运算作。

20MHz 的系统来说, 就意味着采样频率需要大于50MHz 。样, 就需要DSP 达到5000M I PS 运算能力, 而这是现有任何

[3]

,

实用中, 要实现这一部分的功能, 就要采用高速并行的DSP 处理阵, 组多处理器的并行运系统, 甚至还要有更多的多址叫、更宽程序总线和数据总线、单指令数据、

[4]

超指令结等等, 该部分可采用专用的数字集成电路芯片AS I C (例如美国Ha rris 公司的DDC 芯片HS P50016) 来实现。在现的论述软件无线电的文章中, 大家普遍认为, 以有的D SP 数处理能力而言, 将DDC 这部分处理作, 转交给

　　④高数字信号处理DSP 部分　　在高速并行的DSP 系统中, 主要包括数字基带处理、比特流理、调制解调和解码功模块。而对于含调频和扩频的系统, 这部分还该有解扩和解跳功能模块。而扩频信号的扩频、解扩部分, 由于相对独立较, 常采用可编程的、用集成电路芯片来完。这择, 还能

　　再者, 像信道搜索、系统频谱监控等系统, 必须在DDC 之前对高速采样的数据作运算。这些系统中, 虽然不需要严格的实时作, 但是对D SP 模块来说, 这仍是一个非大的负担。因此, 可以考虑引入FFT 可编程专用集成电芯片。需要强是, 完DDC 的必要条件信道搜索, 而信道索方至要,

　　⑤高开放性及扩

　　在传统数字无线电系统结构中, 各功能模块大都是采用流水线形式连接、操作, 这样做的主要缺点是:各功能模块之间采硬件电路相连, 如果需要或着修改其中一节的功能模块, 那么只要与其相关联的能模块以及硬件电路就都需要做出相应的调整, 从而造成传统的数字无电结构不具备开性和容性。而软件无线电系统结构, 由于采用了一种新的互结构, 其是:以一个

《无线通信技术》2010年第2期

采样软互联, 从而达到了较好的兼容性和可移植性, 同时还能实现非常高的数据吞吐率。软无线电系统可以直接应用多种总线(V ME 、P C I 等) 标准。前, 国外一科研机构, 在研究、完善具备上特点的、

　　⑥软件协议准　　在用软件无线电实现多模互联时, 必须实现通用信令处理。这就需要在现有的各种无线信令的基础上, 按照软件无线系统结构的要求, 制定、开发出标准的信令模块和用信令框架。从上世纪90年代、后期开始, 国外研究机构就提出了于JA 2VA /CORBA 的软件协议和标准, 研究开发能实现件即插即(Plug &Play ) 的开放系统。这种基于" 软件总线" 的设计思想, 就是要建立个标准、兼容、开的体结构。而谓" 软总线" 与传统的" 硬件总线" 似, 就是把各通用模块按标准做成总, 应模块旦插总线, 就可实组式运, 以实现支持分布式计算环境的功能。　　⑦S DR 实

　　长以来, 软件无线电系统的功耗、体积和成本, 一直是软件线电实化、商业化推广主要问题, 而这一问题的解, 在大程度上取决于微电子技术及件电

[2]

状, S DR 的关键技术及对策进行了归纳总结, S DR 的产生与发展, 体现了无线通信技术硬件到件跨越的技术性革命。在军

用, 越越成为研究的热点。但其相关技术, 仍处于研发阶段, 相信随着硬件技术和编技术的开发和推进, S DR 定会成为无线通信领域的核心术。然而就目前的软件无线电技术状况, 我国与际先进水的差并大, 及时开展项前沿技术的研究, 对国的无线

参考文献

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[5]　刘伟. 浅谈软件无线电原理及关

快报, 2001(4) :22-23.

(收稿日期:2010202225) 　

4　结束语

　　本文对软件无线电的概念

　(上接第47页)

[3]　薛睿峰, 钟顺时. 微带天圆

参考文献

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(收稿日期:2009212230) 　

《无线通信技术》2010年第2期

—51—

软件无线电的兴起_特点及其关键技术

软件无线电的兴起 、

Ξ

查光明 　 倪成凯 　 孙科维

(电子科技大学 通信与信息工程学院 , 四

摘 　 要 　 回溯了软件无线电的起源动因和发展过程 , 讨论了软无线电的要特点和应用领域 , 重点介绍了软件无线电 实的关键技与器件 , 认为世界第三次电技术

关键词 　 软件无线电 ; 移动通信 ; 互 ; 互通 ; 互操作 【图分

【文献标识码】 A

【文章编号】 1005— 7188(2003) 03-0137-05

1　 软件无

1. 1　 软件无线电源

软件无线电 (S oftware Radio ) 这个术

美军为了决海湾战中 , 国部各军兵种进行 联合作时 , 所遇到互联互通互作 (简称 ) 问题 , 而提出来的 . 是工作频段 、 通信体制 、 , 在陆 、 海 、 导致在合作 、 互传信息情报 , 结果仅是名义上的联合作战 , 而实际上只是各军兵 种的简单参战 , 成不了真正意义上的 “ 联合” 作战 . 就工作频段而言 , 陆军主要工作在 30MH z ~88MH z , 空军主要作在 108MH z ~176MH z , 而海和海航在 225~400MH z 以三共用短波 2MH z ~30MH z 频段 . 陆 、 海 、 空三军上述频段的简单划分 , 虽然解决 了三军间的相互扰问题 , 但三军联合作战时互联 、 互通 、 操作问题显难于解决 . 通过海湾争 , 充 分暴露了军事通信互性差 、 反应速度慢 、 带宽太 窄 、 速率太低一系列影响联合作战的关键技术问 题 . 在 1992年 5月国通信体系会上 ,Joseph Mi 2tola 首次出软件无线电 (SWR. S oftware radio ) 概念 . 1995年 IEEE C ommunication Magazine 出版了软件无 电专集 . 年美国防部高级研究局 (DARPA ) 提出 了 SPE AK easy 计划 , 又称 “ 易通话” 计划 . 计划的最 终目标是开发一种能应联合作战的三军一的 频段 、 多式 、 多功能电台 , 即 M BM MR (Multi -Band Multi -M ode Radio ) 电台 . “易通话”

来实施 , 第一阶段 (SPE AK easy Ⅰ

) 主要完成预研和 需求分析 ; 第二阶段 (SPE AK easy Ⅱ

) 则成模型样 机的 开 发 , 并 进 行 靶 示 验 证 ; 第 阶 段 (SPE AK Ⅲ ) . 目前

据美军称 , 一旦 J TRS 电台开发成功 , 若未经特 许 , 任何军兵种不得采购其他体制的电 , 也就是说 J TRS 电台将成为来美军三军互联互通的主要战 术信装备 . 美军的这一行动从军用需求方面大大 推动了 M BM MR 电的开进程 , 也有力促了软 件无线电技术迅猛

巨大驱动力

民用移通信的需求软无线电技术进与 发展巨大驱力 . 移动通信经历了第一代 (1G ) 模 拟系统 , 第二代 (2G ) 数字系统 (G S M 和基于 IS -95 C DMA ) , 直至目前第三代 (3G ) 个人通信系统开发 研 . 论是用户 , 还是运营商 , 希望建立一个全 一的标准来实现无缝隙覆盖通信系 . 际电 联 (IT U ) 在第三代移动通体制标准制订过程中 , 世 界各国政府各大集团公司提多种提案 , 经国际 同行专家们多次考评 、 论证 、 反复协调后仍保留了三 种基本提案 , 即确定了美国的 C DMA -2000、 欧洲的 W -C DMA 、 中国的 T D -SC DMA. 而下一代 (3G 或 4G ) 移信网络的需求将是 :多频段 、 多模式 、 多 能 、 多媒体模块化系 , 要求模块插即用 . 软 件无线电 (SWR ) 技术领域的发展能满新一代移动 网络的这些需求 . 当软件无电在军事

7

31Ξ

收稿日期 :2003-02-21

基金项目 :中国人民解放军总装备部军

作者简 :查光明 (1936~) , 男 , 云南玉溪人 , 教授 , 博士生导 . 曾任子部移动通信专家组成 , 邮电部移动通信专家 组成员 , 国家计移通工程中心专评审组副组长 , 要从事

第 12卷第 3期

2003年 7月 　　

云南民族大学学报 (

Journal of Y unnan University for Nationalities (Natural Sciences Edition ) V ol. 12,NO. 3Jul. 2003

　　 表 1　 联合战术

年 月 主要发展

19979美国国防部副部长签署 JT RS 决备忘录 , 启动 JT RS 计划 , 并要求成立一美

19979 五角大楼宣布美国陆军将永久领导 J TRS 的采办计划 , 国空担任该项目第一三

199711J TRS 项目的作战需求

1997四季度 联合需求监督委员会 (JROC ) 确联合

1998一季度 建立

19982美国国防部长办公室宣布 ,2000年以后将不再批准任何属于 J TRS 系列的线电台采办 1998二季度 合需求监委员会 (JROC ) 批联合

19986Raytheon 公司获得价值 550万美元宽带网络无电台系合同 , 该系有助于定义 J TRS 19987~8国国防资源委员会命令陆军承

19989M otorola 公司获得一个研制数字模块化无线电台 (DMR ) 的同 , 作为 J TRS 的前身 199811Raytheon 司获得一个研制 DMR 的

199811美国国防部建议在今后六年给 J TRS 预算增加 2. 7亿美元

19992

进行 J TRS 系统的规划 和设计的协议 . (\L 通信

19992

) 150万美元的 J TRS 项目第一阶段合同 . (MSRC 括 、 、 R ockwell C ollins 司 、 M orconi 宇

1999二季度 J

1999四季度

2000一季度 进行结

2000一季度 完

2001一季度 完成结

2001二季度 研制成功数字模块化无

20002004(J T )

应用的时 , 一些有远的通专家亦看好民用移 动通市场需 ,1996发起了 M MITS 论坛 (模块 化多功能信息变换系统 ) , 至 1998年 , G S M MOU 的 软件无线电版本提出了向 3G 演进可能性的论述 . 1999年 4月 IEEE JS AC 出版了关于软件无线电的选 集 . 同年国际无线电科学家合会 , 在日本举行了软 件无线电会议 . 此后成立软件无线电技术工作组 , 集关注 S DR (S oftware Defined radio ) 在 3G 现的可 能性 . 民用件无线电的发展状况如图 1所示 . 软件 线电 (SWR ) 是指一种部可编程的无线电技术 . 1中 C OTS Handset 属于 ASIC 基带可编程 ,HF STR -2000是基可编程短波字通信系统 . 由 ASIC 现中 (IF ) 字接入的蜂基 (SWR Cell Site ) , 和由 FPG A 和 DSP 实现 IF 字接入的 SPE AK easy -Ⅱ , 都属于 S DR , 代表国际软件无线电现阶段软化 度较高平 . Virtual Radio 是灵活性更的通信处理 来实 IF 数接入 , 代表目前 S DR 的最好水平 . 天线后 射频 (RF ) 直接采样的数字化处理是未来 想软件无线

由以可见军事通信与民用移动通信市场需求 是软件无线电技术步与展的推动力 . 是解决目 前无线通信多标 、

.

2　 软件无线

按国际件无线电软件化程度评判的四级标 准 , 即零级 (无可程部件 ) 、 一级 (基带可编程 ) 、 二 级 (中频 IF 可编程 , 含零中频

831

云南民族大学学报 (自然科学版 ) 　　　　　　　　　　　　　　 第 12卷

程 ) 的四级划分标准 , 我们给出二级 , 软无线电体 结构的框架原理图 , 也

台的框架结构如

.

　　 图中除天 、 射频发射 、 接收模块未能实现可编 程外 , 从中频 (含零中频 ) 至基带的全部数字信号处 理过程 , 均由可程和软件实现 . 其内容包括从中频 采样后各种类的信号调制 、 解调 、 解 (DS ) 跳 、 同步 、 相运算 、 滤波 、 信道编解码 译码 、 信道控制 、 3　 具有频段 、 功能通信能力和很强的灵活性 . 软件无线电可以通过增加软件模块 , 很容易地增加 新的功能 . 它可以与其它任体制台实现空接 口进行同制式间的通信 , 并可以作为其台的 射频中继 . 还可通过无线加来改软件块或 软件 . 亦可以据需功的强弱 , 取舍选择软件 模块 . 降低系统成本 ,

具有较强开放性系统软件 . 软件无线电由于 采用了标准化 、 模块化的结构 , 其硬件可以着器件 和技术的发更新或扩展 . 软件也可以随需要而 不断升 . 软件无线电不仅能和新体制电台通信 , 还 能旧式体制电相容 . 这样 , 既延了旧体制通 信系的使寿 , 也

支持网络的功能强 , 网络

4　 实现软件无线

4. 1　 多频段 、 多波束天线宽

软件无线的工作频率范围应尽可能地覆盖 2~2800MH z. 天线应该能覆盖 10倍频程 (如 0. 4~3G H z ) , 有两种选择案 :① 对于每个系统和不同波 段使用单独天线 ; ② 用多式组合天线 . 此外 , 要求能高质 、 低

. IC 芯片技 , , , 从模 . 宽带 A/D 变换器 软件无线电的关键特征之一 , 就是使 A/D 变换 器尽可能靠近射频端 , 但目前的件水平只能在中 频对模拟信号进行采样 (数字化 ) , 中信号带宽 通常在十几兆到几十兆 , 这种数字别于一般工 程中的模数变 , 求具有相当高的抽样频率 、 位数 一定的动态范围 . 根据采样定理 ,A/D 换器的抽 样频率 fs 应大于 2Wa (Wa 是被抽样信号的带宽 ) . 在 实际中 , 由于 A/D 器件的非线性 、 量化噪 、 失 及收机噪等因素的影响 , 一般取 :fs>2. 5Wa , 位数的选取需要满足一定的动态围及字 部处理度的求 . 就前器件平言 , 要实现 几十兆赫的带宽 , 必须采取多个 A/D 和 D/A 器并 联

如前所述 , 软件无线电需要宽带 、 高频 、 高精度 、 高抽样频率 、 高动态范的模数变换 . 由芯片技术 所 , 目前还不能实现 RF 数字化 , 而把数字化采样 点放在中频末端 . 一般情况 , 高度的 A/D 换 器 , 其抽样频的大值相

高速数字信处理 (DSP ) 阵列主要完成中频 、 基带信号处理 、 调制解调 、 比特流处理和 、 解码等 工作 . 如有跳频或扩 , 还需要完成解扩 (DS ) 与同 步 、 解跳与 FH 同步 . 考虑到扩频信号扩频 /解 是对独的部分 , 采用编程的专用芯片来完 , 同能保持软

由于 DSP 技术发展非常快 , 因

9

31第 3期 　　　　　　　　　　　　 光明 　 倪成凯等 :件线电的兴起 、 特

能目前均由 DSP 及可编程 FPG A 器件来完成 , 经 宽带 A/D 变换后的数据速率高达几十至上百 比每秒 , 对数字中频信号进行滤波 、 频等处理需要 几百甚至上千兆次 /每秒的运算资源几十至几百 兆比秒 I/O 速度 . 因此须采用高速行的 DSP 多

可编程模块由 DSP , FPG A , FIR 专用芯片 、 存储器 、 I/0接口组成 , 可实现 x. 25物理层中数据比 特流的明传输 . 按照不同数据处理程可将 DSP 块功能划分为 :与终端的数据交换 、 自适应 制解调 、 信道环境分析和管理 、 自适应频率估计 、 选择和校正 、 SS B 调制解调 、 率交换 . 编程模 块实现术的关键 DSP 及 FPG A 芯的选择 . 目 前在软件无线术中

　　 表 2　 软件无线电技术中常用的商 32位 DSP 器件 型 号 制造商 速

ADSP21062ADI 40MF LOPS

120MIPS

z

RAM

T MS320C32TI

40MH z

512字节 RAM

T MS320C40TI 25MIPS

50MH z

2K 字节

T MS320C80TI 2G OPS 12K 字节

DSP96002摩托罗拉 60MF LOPS

20MIPS

40MH z

2K 字节程序 2×512

DSP32C AT&T 25MF LOPS

12. 5MIPS

50MH z

1. 5K 字

　　 注 :MFLOPS -兆次浮点运算 /每 ; MIPS -兆条指令 /每 ; G OPS -

5　 应 　 用

近几年件无线电技术在电战面的成功应 用 , 使们对它生了浓厚兴 . 由于软件无线电 具有现有无线通信体制所不具备的许多优点 , 它有 着广泛应用前景 . 军用方面 , 软件无线电技术可实 现各种军用电台的互连 、 互 、 互操作 ; 并可接入 种军用移动通信网 . 在民用方面 , 多频段 、 多模式移 动话通用机 、 多频段多模式移动电话通用基站 、 无线局域网及通用网关等无线电的应用领 域 . 它在现代通及其产品中有着广泛的发展前 途 。 业内士预测 , 软件无线电术在 2005年将会 全面应用在 3G 4G 机产品中 , 移动信运营商 也将借此推出专项服务 . 同时指出 , 软件无线电在通 产业中的重要性 , 还由于它能提供多向无线连接 境 , 未移动通信运营商推出新型服务后 , 用无 需更换手机 , 只需载不程即可 , 这就如目 的 PC 产上使不同操作系统来足不同应用 样 . 因此当软无线广应用在移动通信产业 后 , 仅可降低制造商 、 运营商和消费者成本与 担 , 可提供各量身订的应用服务 。美仁信 科技公总裁寿康表示 , 在以后 3G 时代 , 有线与 无线网络将互整合 , 使手机与数字电视 、 宽带网 络 、 家等通讯产品

用户则可通过手机享 受定位搜索 、 多媒体信息 、 个性化息及动网内与 网

此外 ,

项目 , 另一

FIRST

欧共体的 ACTS FIRST 项目的目标 , 是探讨将软 件无线电技术应用于设计多波频段 、 多模式 (可兼容 W -C DMA , G S M ,DCS1800) 可程的手机的可能 性 , 这种软件无线电手的结构模型如图 3所示 . 目前取得的一个重要研究成果是 , 针对图 3所 示的模型确定出模块满足的性能指 : (1) 天线 :频率范围 :100MH z ~2. 2G H z ; 增益 : 0dBi ; 辐射

(2) 环行器 :频率范围 :100MHz ~2. 2G H z ; 隔离 度 :47.5dB ; 损

(3) A/D :分辨率 :22位 ; 转换速率 :48MSPS(定 对输入信进行带通采样 , 输入信号宽为 6MH z ) 全功率模拟入带

(4) DSP 的

对 DSP 处理能力的要求目前尚难确定 , 现在只 掌握某些特定情况下的数

(5) D/A :分辨率 :14位 ; 转换速率 :48MH z ; 输 出带宽 :2.2G H z

041

云南民族大学学报 (自然科学版 ) 　　　　　　　　　　　　　　 第 12卷

(6) 射频功放 :输出功率 :峰值为 1W ; 全功率带 宽 :2.2G H z ; 增

第三移动通信系 , 目前普遍好的宽带 C D M A (W -C D M A ) 方案 ,Rutgers 大学的研究侧重于将 软件无线电技术应于 W -C D M A 接收机 . W -C D M A 体能够提供高质量的多媒体业务 , 不同的多媒 务对 C D M A 接收机性能要求是不同的 , 而 C D M A 接 收机的性能又与其多用户测的性能密相关的 . 目 前提出的多用户检测算法 , 一般都是用计算复杂度的 增加来获取性能的提高 , 由于软件无电收机的参 数易于变的特 , 它可多媒体业的要求动态 地调用不的多用户检测算法 . 限于目前 DSP 开发板 的处理能力不 , 这种收机只在频和基带部 采用 FPG A 和 DSP 开发板实现 , 射频部分仍采用传统方 法 , 至今尚研制出

随着无线网络展 , 各种无线电功能、 组成和设 计规范不断出现 . 特别是未来的无缝隙多模式网络 , 要 求无线电终端和基站具有灵活的 RF , 数据速率和应用功能 . 变能力多模式网络的业质量 . 同时软件无线电 结构简化了硬件组成 , 提供能快速应新出现的标 准管理方式 , 无线电接入点、 小区和无线数据骨干网 等 , 这些基本设施可以过安装编程的软满足不 断变化需求 , 不用更换新的硬件设备 . 总 , 任 个望接入种无模式使用者 , 都可能成为 未来软件无线电系统的

6　 结束语

软件线电通过由软件编程实现通信功能的方 式 , 来提高务质和信道接入灵活 . 目前 , 软件 线电已入了商用移动通信系统 . 但

. 尽管目前数字

求 , 这些问题都应 . 我们预测界

参 　 考 　

[1]　 Y. Shinagawa. S oftware Radio T echnologies[C].1st Int ’ l S oftware Radio W orkshop. Rhodes , G reece , June 1998

[2]　 Jeffery Wepman. Analog -to -Digital C onvertors and Their Applications in Radio Receivers [J].IEEE C ommunications Magazine. 1995,3(5) :39-45

[3]　 Turletti T. and T ennenhouse , D. L. . Estimating the C om putational Requirements of a G S M Base S tation[C].Proceeding ICC ’ 97, M ontreal , June 1997, 169-175

[4]　 Tuttlebee W. The Im pact of S oftware Radio[C].In ACTS S oftware Radio W orkshop ’ 97, Brussels , May 1997

[5]　 Lackey , Raym ond and D onald Upmal. S peakeasy :the military s oftware radio. IEE C ommunications Magazine , May 1995,56-61 [6]　 Perez -Neira , Anam X avier Mestre and Javier R osriquez F onollsa. Smart antennas in S oftware Base S tations. IEE C ommunications Mag 2 azine , V ol. 39,Issue 2(february2001) 166-173

[7]　 杨小牛 , 楼才义 , 徐建良 . 软件无线电原理及应用 [M].北京 :电子工出

[8]　 钮心析 , 杨义先 . 软件无电技术与应用 [M].京 :北京邮电大学版

The K ey T echnology and Characteristics of S oftware Radio

ZH A G uang 2ming , NI Cheng 2kai , S UN K e 2wei

(School of C ommunication and Information Engineering ,

University of E lectronic Science &T echnology of China , Chengdu , 610054,China )

Abstract :The paper reviewed the genesis and development of s oftware radio. The s oftware radio ’ s characteristics and applications were discussed als o. Especially the authors introduced the key technologies of im plementing s oftware ra 2 dio and anticipated that s oftware radio is im portant aspect of third electronic rev olution.

K ey w ords :s oftware radio , m obile communication , interconnect , intercommunication , interoperate

(责任编辑 　 高 　 飞 ) 141第 3期 　　　　　　　　　　　　 查光明 　 成凯 :软件无线电的兴

关于软件无线电关键技术的研究

地介绍了软件无线电的体系结构 ,并从软件无线电相关技术前的

无线电所面临的技术问题 ,同时对相应的解决方案进行了研究 ,其包

宽带 ADC 等在矿井下软件无线电

高速总线 关键词 软件无线电 智天

+ 文献标识码 A 中图分类号 TD65 5 . 3

无线通信经历了几十年的发展 ,至今已有了长

足的进步 ,但在世界范围仍是多体

且这些体系间的互通性较差 ,彼此

给不同体系用户间的沟通带来了极

线通信领所存在的实际问题 ,MILTRE 公司的 J . 图 1 软件无线电组成结构框图 ( Mitola 于 1992 年 次 提 出 了 软 件 无 线 电 Software 软件无 线 电 的 天 线 采 用 宽 带 多 频 段 线 , 如1 51MHZ - 3 GHZ ,求每个频段特性均匀 ,满足种 ) :构造

( ) 业务求 。射频 Radio Frequency ,RF前端主要完 有标准化 、模块化 、开放性的硬件平台 ,在此平台上 成滤 波 , 功 率 放 等 功 能 。在 理 想 情 况 , 宽 带 通协议 、调制解调类型 、工作频段 、信道均衡 、加密 ) (ADC宽一般 2 GHZ 以上变换在射频段进行 , 可 解密模式等基本功能可通过软件完成 ,选用不 充实现数化 ,提可编程性 。宽 ADC 换后 的软件模块就可以实现不同的能 ,使户随 的任 务 全

( ADC 转换后的信号先经专用数字信号处器 如数 随地适应他所在无线环境 ,同时使

) 字下变频器 Digital Down Converter ,DDC处理 , 以降 器尽可靠近天线 ,以充分现

低数据速率 ,变至基带后 ,再由 DSP 处理 ,基带处 程性 。软件无线作为未来信乃至无线电技术的( ) 理主要包括调制Π解调 , 码Π译码 道 、信源, 扩 发展方向 ,世各国都

频Π解扩 ,信道均衡 ,定时 ,同步等等 。 件 、硬件发展水的制 ,最终达软

实现的功能还有许多技术难题 ,

战 。本文客观地分析了软件无线

技术 ,同时探讨了其可能

2 软件无线电关键技

软件无线电概念的提出 ,确实给我们带来了许 软无线电体

多好 ,但由于软 、硬件条件的限制 ,其具体实施还 软件无电主要由天线 ,射频前端 ,宽带 AΠDΠA 有许多技术上的困难 。据

般在 1MHZ - 3 GHZ 左右 ,根据天线物理尺寸与信号 ,即并行采样和带通 一般常用解决方案有两种方式 波长的系 ,这种宽频段天线按传法 ,采用单 样 。并行采样就是采用多个 ADC 并工作的方 天线形式是无法实现的 。为了便于实现 ,我们可采 法 ,每个 ADC 理一子带宽内的信号 ,这样就 用多频段组合式天线 ,即全频甚每频段使 低对

7 用几付天线 ,组合起来形成宽带线 。我们也可采 分辨率 。带采样就是理想的

5( ) Smart Antenna,其结构图如 定率和高于一定频率范内的率分量为零 ,只 用

图 2 所示 。要采样率不低于两倍的信带 ,时域

导致信号频谱的重叠 。可见带通

采样率 ,但需注意 ,被采样信

ADC 转换器的全功率

2 . 3 DSP 技术在带

() DSP 技术代替专用集成电路 ASIC, 使两方面

成可能 。一方面 ,可通过软件实现编码 、调制 、 图 2 智能天线结构 和脉冲成等基本功能 ;另方

程 ,以保证在多种标准下运行 。别

智能天线际上就是一种多波束天线 ,它通过 () 的 DSP 不是特指 DSP 片 DSPs,它是现场可 个天线阵元输出的信号进行相加权获得所需的 ( ) 编程逻辑门阵列 FPGAs和般目的理器 , 或 天线波束指向来实现空间分 ,对

户分配相的时间 ,频率和伪码 ,通过电磁信号的空 具备强大处理能力的数字处理核是 SWR 的 隔离来消除用间的干扰 ,从而大大提高信容 技术关 键 所 在 。由 于 DSP 技 术 和 器 件 的 发 展 , 高 量 。 速 、超高数字处

2 . 2 宽带 AΠD 和 DΠADSP 芯片 TMS320C64 × ×,

(() ) SWR 要求 ,将合适的模数 AΠD和数

6 带转换器尽可能地靠近天线 ,尽能将模拟和数字 基本满足件无电的技术要求。

边界移至段 。在实际情况下 ,阶跃效应使 ADΠ求更高的数字信号处理能力 ,在单个 DSPs 无法实现 变换器工作在射频段困难 ,AΠD 变换器通常工 的情况下 , 可采多个 DSP 技术 , 即 DSP 单元多 在中频段 。事实上 ,这个目标并不是软件无线电所 个 DSPs 或 FPGAs 和 DSPs 等混体组成 , FPGAs 具 特有的 ,如我们研究宽带接机 ,基本目标就 有强的现场调整功能的能力 ,DSPs 具

( ) 去延伸数字域到中频段 IF,保留 RF 在模拟域 。 理能力 ,其优势互补 。3 SWR 对 ADC 转器的性能: 如转换速率 、

作带 宽 、 态 范 围 等 都 提 出 了 较 高 的 要 求 。宽 带 SWR 系统的开放性 、灵活性 、可重配置软件 ADC 是 SWR 追求的目标 ,但是宽越宽要求 ADC 升级更新能力都与此关 ,总线结构和 IΠO 接口是 采样率越高 ,动态范围越大 。方面 ,信号的态范 5 SWR 统的硬关键。工业控制总线的标准 围直 接

GSM 信有大约 100DB 的动态范围 ,获取 GSM 符 多 ,如 VESA , PCI , ISA ,VME 总线等等 ,VME 总线针 合其动态范围波形的首要准就是 ADC 少有 对多处理器系统设计 ,数据宽度为 32 ,地总线 17 —20DB 的分辨率 。另一方面 ,在采样率和分辨率 有 32 条 ,地址间为 4 GB ,总线带宽为几兆赫 , 之间存在着平衡 ,一般采率越高 ,分率低 。比

如 1 GHZ 采样率可达 6 —8 比特的分辨率 ,当采样率非专为 SWR 系统设计 ,因此在 SWR 中应用有一定 降到 100MHZ 时 ,分辨率可达 10 比特 。按照采定 限制 , 如在 SWR 系统中数据流速度可高达 几 G 理 ,ADC 高端样率至少为 2 ×3 GHZ = 6 GHZ ,而

的 ,另一方面 ,总线结构采用时分机制 ,

?59 ?

中图分类号 U415 . 1

现代项目管理是近几年来发展起来的一个管理 ,即集成管理 、范 理知识体系可分九

学科的新领 。它所涉及的管理理论和管理方法与 围管理 、时间管理 、成本管理 、质量管理 、人力资源管 传统的项目管理有很大的同 ,它是有关现代社会 理 、沟通管理 、风管理采购管理 。其中时间 、成 中各种项目的般管理理论和方法 ,而不是传统的 本 、质量三大管理是保证现代项目管理功的三大 以工程设项为主的目管理方法 。现代项目 关键要素 。进入 20 世纪 90 年以来 ,项理因 相邻模块间的数据流是一种流水线式串行

参考文献 们之间实现匹配比较复杂 。总之 ,SWR

Enrico Buracchini , CSELT. The Software Radio Concept . IEEE 1 己的开放的 、可伸缩的 ,有和软件配置的高速通用 () Communications Magazine ,2000 9P138 —141 总线 ,一些研究机构研究的在基于高速宽带公用J . Mitola . The Software Radio Architecture . IEEE Communica2 2 交换网上来现虚拟线设 ,它一定程

上适应了 SWR 系统通用性 、灵活性等特点的要求 。 J effery A. Wepman. Analog - to - Digital Converters and Their 3 Applications in Radio Receivers. IEEE Communications Maga2 3 软件无线电未来井信应用的展

沈梁等 ,软件无线电技术发展动态 ,无线电工程 ,2001. 6 : 在我国 ,国家“863 划”已将“软件无线”

出 ,并作为一个主要的研究课题 ,在民用和军事等领 杨小 牛 等 , 件 无 线 电 原 理 与 应 用 , 电 子

2001 : P1 —7 、P213 —221 5 域都在开展广泛的研究 。我国煤炭行业也正在对软 任丽香等 ,TMS320C6000 系列 DSPs 的原理与应用 ,电子工 件无线在矿井通信的应用开展广泛的究 。我们 版社 ,2000 6 曾 了 煤 矿 井 下 泄 漏 电 缆 通 信 和 扩 频 令 的 胡广书 ,数字信号处理 —理论 、算法与实现 ,清华大学出 8 9版社 ,1997 : P126 —131 () 究,芯片采用了用集成电路 ASIC实现 , 吴等 ,扩频通信在煤矿井下通信和安全的应 , 7 灵性较差 ,采用件线电技

种功能 ,软件无线电技术在该领域是大有前途的 。 吴明捷等 ,直接序列频通信统抗干扰性能分析 ,煤矿 8 自动化 ,2002. 1 : P27 —30 软件无线电要研的关

件的空中下载技术 ;通用性可扩展件

如何最终使 ADC 变换器工作射

软件无线电的兴起_特点及其关键技术

第12卷第3期

2003年7月

云南民族大学学报(

Journal of Yunnan Uni versity for Nationalities(Natural Sciences Edition) Vol. 12, NO. 3Jul. 2003

软件无线电的兴起、特

查光明 倪成

(电子科技大学通信与信息工程学院, 四成

摘 要 回溯了软件无线电的起源动因和发展过程, 讨论了软件无电的主特点和应用领域, 重点介绍了软件无线电实现关键技术器件, 认为世界第三次电技术

关键词 软件无线电; 移动通信; 互连; 互通; 互操作 中图类

文献标识码 A

文章编号 1005! 7188(2003) 03-0137-05

1 软件无线

1. 1 软件无线电源

软件无线(Software Radio ) 这个术语, 早是军为了解海湾战争中, 多部队各军兵种进行联合作战时, 所遇到的互联互通互操作(简称?三互#) 问题, 而提出来的. 以往美的军事通信装备无论是工作频段、通信体制、信息传输格式等方面, 在、海、空三军都是各自为政, 不容. 导致在联合作战时各军兵种无法进快速沟通、互传信息情报, 结果仅是名义上的联合作战, 而实际上只是各军兵的简单参, 形成不了真正意义上的?联合#作战. 就工作频段而, 陆军主要工作在30MHz~88MHz, 空军要工作在108MHz~176MHz, 而海军海航在225~400MHz 以及三军共的短波2MHz~30MHz 段. 陆、海、空三军上述频段的简单划分, 虽然解决三军间的相互扰问题, 但三军联合作时互联、互通、互操作问题显然难解决. 通过海湾战争, 充分暴露了军事通信通性差、应速度慢、带宽太窄、速率太低等一系列影响联合作战的关键技术问题. 在19925月美国通信体系会议上, Joseph Mi tola 首提软件无线电(SW R. Software radio) 念. 1995年IEE E Communication Magazine 出版了软无线电专. 同年美国防部高级研究局(DARPA) 提出了SPEAKeasy 计划, 又称?易话#计划. 该计划的最目标是开发一能适应联作战的三军统一的多频、多模式、多功电台, 即MB MMR (Multi-Band Multi-Mode Radio) 电台. ?易通话#计划分三个阶段来实施, 第一阶段(SPEAKeasy ?)

需求分析; 第二阶段(SPEAKeasy %) 则完成模型样机的开发, 并进行靶场演验证; 第三阶段(SPEAKeasy &) 则进入装备研制采购. 目前正处于第三阶段, 并开发满足三军备需求的多段模联合战术无线电统(JTRS) , 划2004

据美军称, 一旦JTRS 电台开发成功, 若未经特许, 任何军兵种不得采购他体制的电台, 就是说JTRS 电台将成为未来美军三互联互通的主要战术通信装备. 美军的这行动从军用求面大推动了MB MMR 电台的开发进, 也有

1. 2 民用移动通信网络需求

巨大驱动力

民用动通信的需软件无线电技术步与展的巨大驱动力. 移动通信经历了第一代(1G) 模拟系统, 第二代(2G) 数字系统(GSM 和基于IS-95的CDMA) , 直至目前第三代(3G) 个人通信系统开发研. 论是用户, 还是运营商, 希望建立一个全一的标准来实现无缝隙覆盖信体系. 国际电联(I TU) 在第三代移通信体制标准制订过程中, 世界各政府和各大团公司提交多种提案, 经国际同行专家们多次考评、论证、反复协调后仍保留了三种基本提案, 即确定了美国的CDMA-2000、欧洲的W-CDMA 、中的TD-SCDMA. 而下一代(3G 或4G) 移动网络的需求将是:多频段、多模式、多功能、媒体模块化系, 要求块即插即. 软件线(SWR) 技术领域的发展能满足新一代移动网络的这些需求. 当软件无线电军事通

收稿日期:2003-02-21

基金项目:中国人民解放军总装备部

作者简:查光明(1936~) , 男, 云南玉溪人, 教授, 博士生导师. 曾任电子移动通信专家组成员, 邮电部移动通信专家组成员, 家计委移信程中心专家评审组副组长, 主从事移

云南民族大学学报(自然科学版) 第12卷

年1997199719971997199819981998199819981998199819981999

月9911四季度一季度2二季度67~8911112

表1 联合战术无线

主要发展

美国国部副部长签署J TRS 决策备忘录, 启动J TRS 计划, 并要求立一个美国联合项办公室五角大楼宣布美国陆军将久领导JTRS 的采办计划, 美国空军任该

J TRS 项目的作战需求文

联合需求监督委员会(JROC) 确认联任需求报

建立联合项目办公室

美国防部长办公室宣布, 2000年以后将不再批准任何不属J TRS 列的无线电台采办联合需监督委会(JROC) 批准合作

Raytheon 公司获得价值550万美元宽带网络无线电台系统合同, 该系统有助于定义JTRS 美国国防资委员会命令陆军承担J TRS 的所有算资Motorola 公司获得一个研数字模块化无线电台(D MR) 的合同, 作为JTRS 前身Raytheon 公司得一个研制DMR 的合同, 作为J TRS 的身国防部建

以波音公司首的企业集团和美陆军签定了一个共同投资300万美元, 进行JTRS 系统的规划和设计的协议. (该企业集团包括波音公司\Harris 司、朗讯公司、RACAL 通信公司、Au tometric 公司、Rockwell 科学中心、Viasat 公司、Xetron 公司) 模化软件可编程无线电台团(MSRC) 获得

19991999

19992000200020012001

2二季度四季度一季度一

(MSRC 包括Raytheon 公司、ITT 公司宇航通信部、Rockwell Collins 公司、Morconi 宇航系统公司CNI 部、Rooftop 通信司) 始JTRS 功能结构研究选定结定义进

完成结构演示/确认

研制成功数字模块化无线

部署可进行网络连接的宽频段联合战无

2000~2004

应用的时, 一些有远见通信家亦看好民用移动信市需求, 1996发起MMITS 论坛(模块化多功能信息变换系统) , 至1998年, GSM MOU 的软件无线电版本提出了向3G 演进可能性的论述. 1999年4月IEEE JSAC 版了关于软件无线电的选集. 同年国际无线电科学家联合会, 在日本举行了软件无线电会议. 此后立了软件线电技术工作组, 集中关注SDR(Software Defined radio) 在3G 实现的可能性. 民用件无线电的展状况如图1所示. 软件无线电(SWR) 是指一种全部可编的无线电技术. 图1中C OTS Handset 属ASIC 基带可编, HF STR -2000是基带可编程短波数字通信系统. 由ASIC 实现中频(I F) 数字接入的蜂窝基站(SW R Cell Site) , 和由FPGA 和DSP 实IF 数字入的SPE AKeasy-%, 都属于SDR, 代表际软件无线电现段软程度较高水平. Virtual Radio 是活性更的信处理器来实现IF 数字接入, 代表目前SDR 的最好水平. 在天后射频(RF) 直采样的数字处理是来理想软件无线电目标. 由以可见军通信与民用动通信市场需求是软件无线电技术进步与发展的推动. 是解决目前无线通信多标准、多模式兼容工作和互操作性, 频率资源共

.

2 软件无线

按国软件无线电软件化程度评判的四级标准, 即零级(无可编部件) 、一(基带可编程) 、二(中频IF 可编程, 含零中

第3期 查光明 倪成凯等:软无线的兴起、特

程) 的四级划分标准, 我们给出二级, 软无线电体系结构的框架原理,

台的框架结构

.

图中除天、射频发射、接收模块未能实现可编程外, 从中频(含零中频) 至基带的全部数字号处理过程, 均由编程和软件实. 其内容包括从中频采样后种类型的信号调制、解调、解扩(DS) 、解跳、步、相关算、波、信道编解码、语、数据编译码、信道控制、台功能控

要在射进行数字化处理. 但就目前IC 芯片技术性能而言, 在射频进行采并数字化理尚无实现的基础, 故把采样与数字化处理放到中频进行, 而从模射发展为数字射频尚待较长期的

软件线电的键征之一, 就是使A/D 变换器尽可能靠近射频端, 但目前的器件水平只能在中频对模拟信号进行采样(数字化) , 中频信号的带宽通常在十几兆到几十兆, 这种字化有别于一般工程中的模变换, 要有相当高的抽样频率、位数一定的动态范围. 根据采样定理, A/D 变换器的抽样率fs 应于2Wa(Wa 是被抽样信号的带宽). 在实际中, 由于A/D 变换器件的非线性、化噪声、失真及接机噪等因素影响, 般选取:fs>2. 5Wa, 数的选取需要满足一定的动态范围及数部处理度的求. 就目前件水而, 实现几十兆赫的带宽, 必须采取多个A/D 和D/A

如前所, 软件无线电需要宽带、高频、高精度、高抽样频率、高动态范围的模数变换. 由于芯片术所限, 目前还不实现RF 数字化, 而把数字化采样放在中频. 一般情况下, 高精度的A/D

4. 3 高速数

高速数字号处理(DSP) 阵列主要完成中频、基带信号处理、调制解调、比特流处理和编、解码等工作. 如跳频或扩频, 还需要完成解扩(DS) 与步、解跳与FH 同步. 考虑到扩频信号的扩频/解扩是相对立部, 采用可编程专用芯片来完成, 同也保持软件

由于DSP 技术发展非常快,

3 软件无线电

具有多频、多功能通信能力和很强的灵活性. 软件无线电可以通过增加软件模块, 很容易地增新的功能. 它可以其它任何体制台实现空中接口进行不同制式间通信, 并可以作为其它电台的射频中继. 还可通无线加载来变软模或更新软件. 可以根据所需功能的强弱, 舍选择软

具有较强开放性系统软件. 软件无线电由于采用了标准化、模块化的结构, 其硬件可以着器件和技术的发展更新或扩展. 软件也可以随需要而不断升. 软件无线电不仅能和新体制电台通信, 还能旧式体制台相容. 这样, 既延了旧体制通信系统的使用命, 也

支持网络的功能强, 网络

4 实现软件无线

4. 1 多频段、多波束天线与

软件无电的工作频率范围应尽可能地覆盖2~2800MHz. 天线应该能覆盖10倍频程(0. 4~3GHz) , 有两种择方案:?对于每个系统和不同波段使用单的天线; (采多模式组合天. 此外, 要求能质量、低

云南民族大学学报(自然科学版) 第12卷

能目前均由DSP 及可编程FPGA 器件来完成, 经宽带A/D 变换后的数据流率高达几十至上百比每秒, 数字中频信号进行滤波、变等处理需要几百甚至上千兆次/每秒的运算资源和十至几百比秒的I/O 速度. 因此须采用高速并行的DSP 多处

可编程模块要由DSP, FPGA, FIR 专用芯片、存储器、I/0接口组成, 可实现x. 25物理层中数据比特流的明传输. 按照不同的数据流程可将DSP 块的功能划分为:与终端的数据交换、自应调制解调、信道环境分析和管理、自适应频率估计、选择和校正、SSB 调制解调、频交换. 可程模块实现术的关键DSP 及FPGA 芯的选择. 目在软件无电术

表2 软件无线电技术中常用的商用32位DSP 器件表

型号ADSP21062

制造商ADI

速度和时钟40MFLOPS 120MIPS 40MHz 40MFLOPS

TMS320C32

TI

20MIPS 40MHz 25MIPS 50MHz 2GOPS 60MFLOPS 20MIPS 40MHz 25MFLOPS 12. 5MIPS 50MHz

注:MFLOPS-兆次浮点运算/每秒; MIPS-兆条指令/每秒; GOPS-

512字节RAM 单片内容32K 字节RAM

也将此推出服务. 同时指出, 软件无线电在通讯产业中的重要性, 还由于它能提供多向无线连接环境, 未来移动通信运营商推出新型服务后, 用户无需更换手机, 只需载不同的程序即可, 这就同目前的PC 产品上使用不同操系统来足不同应用一样. 因此当软件无线电广泛应用在移动通信业后, 仅可降低制造商、运营商和消费者的成本与负担, 也可提供各种量身订做的应用服务。美仁信科技公司总钱寿表示, 在以后3G 时代, 有线与线网络将相互合, 使手机与数字电视、宽带网络、家等通产品持接, 户则通手机受定位搜索、多媒体信息、个性化信息及移动网内与网

此外, 软件无线电在第三代移动通信系统得到了很大的应用, 这方研究工开展得比较有特

ACTS FIRST 项目

:

TMS320C40TMS320C80DSP96002

TI TI

2K 字节12K 字节2K 字节程序2) 512字

欧共体AC TS FIRST 项目的目标, 是探讨将软件无线电技术应用设计多波段、多模式(可兼容W-CD MA, GSM, DCS1800) 中编程的手机的可能性, 这种件无线

目前取得的一个重要研究成果是, 针对图3所示的模型确定各模块应满

(1) 天线:频率范围:100MHz~2. 2GHz; 增益:0dBi;

(2) 环行器:频率范围:100MHz~2. 2GHz; 隔离度:47. 5dB; 损

(3) A/D:分辨率:22位; 转换速率:48MSPS(定对输入信进行带通采样, 输入号带宽6MHz) 全功率模输入

(4) DSP

对DSP 处理能力的要求目前尚难确定, 现在只掌握某些特定情况下

(5) D/A:分辨率:14位; 转换速率:48MHz; 输出带宽:2. 2GHz

DSP32C AT&T1. 5K 字节RAM

5 应 用

近几年软件线技术在电子战方面的成功应用, 使人们对它产生了浓厚的兴趣. 由于软件无线电具有现有无线通信体制所不具备的许多优点, 它有着广泛的应前景. 军用方面, 件无线电可实现各种军用台的连、互通、互操作; 并可接入各种军用移动通信网. 在民用面, 多频段、多模式移动电话通用手机、多频段多模式移动电话通用基站、无局域网及通用网关等是软件线电的用领域. 它在代通信及其品中也有着广泛的发展前途。业人士预, 件线电术在2005年会全面应用在3G 或4G 手机产品中, 移

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(6) 射频功放:输出功率:峰值为1W; 全功率带宽:2. 2GHz; 增益:31. 5dB

第三移动通信中, 目前普看好的是宽带CD MA(W-CD MA) 方案, Rutgers 大学的研究侧重于将软件无线电技术应于W-C DMA 接收机. W-C DMA 体制能提供高质量的多媒体业务, 不的多媒体业C DMA 接收机的能要求不同的, 而C DMA 接收机的性能又与其多用户检测的性能切相关的. 目前提出的多用户检测算法, 一般都是用计算复杂度的增加来获取性能的提高, 由于软件无线电接机的参数易于改变特点, 它可根多体业务要求动态地调用不同多用户检测算. 限于目前DSP 开发板的处理能力够, 这种收机能中频和基部分采FPGA 和DSP 开发板实现, 射频部分仍采用传统方法, 至今

随着无网络的发展, 各种无线电功能、组成和设计规范不断出现. 特别未来的缝隙多模式网络, 要求无线电终端和基站具有灵活RF 频信接入方式, 数据速率和应用功.

变能力提多模式网络的业务质量. 同时软件无线电结构简化了硬件组成, 提供了能快速适应新出的标准管理方式, 电接入点、小和无线数据骨干网等, 这些基设施可以通过安装新编程的软件满足不断变化的需求, 而不用更换的件设. 总之, 任一个希望接入多种无电式使用者,

6 结束语

软件无线电过由软件编程实现通信功能的方式, 来提高业务质量和信道接入灵活性. 目前, 软件无线电已进入了商移动通信系统. 但因器件能的限制, 件线电技术只能在移动通信系统的基带或频处理部分得到较好的发挥. 尽管目前数字信号处理器的运算能远达不到软件无电的求, 但是随着微电子技术飞速发展, 这些问题都会得圆解决.

参 考 文 献

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The Key Technology and Characteristics of Software Radio

ZHA Guang ming, NI Cheng kai, SUN Ke wei

(School of Com munication and Information Engineering,

University of Elec tronic Science &Technology of China, Chengdu, 610054, China)

Abstract:The paper revie wed the genesis and development of software radio. The software radio ?s characteristic s and applications were discussed also. Especially the authors introduced the key technologies of implementing software ra dio and anticipated that software radio is important aspect of third electronic revolution.

Key words:software radio, mobile communication, interconnect, intercommunication, interoperate

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