移動通信中的軟件無線電

2019-11-03 09:16:39

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供稿：網友

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　　通信技術的迅速發展，一方面使通信產品的生存周期縮短，開發費用上升；另一方面，新老通信體制共存，各種通信系統之間的互聯變得更加復雜和困難，這在軍事通信中尤為突出。近幾年來，數字信號處理技術不斷成熟，Ａ／Ｄ、ＤＳＰ器件的性能也越來越好，就是在這樣的背景下，軟件無線電技術應運而生。

　　軟件無線電是１９９２年美國首次提出的一種實現無線通信的新的體系結構。它是一種用軟件來實現物理層連接的無線通信設計，其基本概念是把硬件作為無線通信的基本平臺，把盡可能多的無線通信及個人通信功能用軟件實現。這樣，無線通信新系統、新產品的開發將逐步轉到軟件的開發上來，而無線通信產品的價值也將越來越多地體現在軟件上，這是無線通信領域繼固定到移動、模擬到數字之后的第三次革命。

　　軟件無線電的主要優點是它的靈活性。在軟件無線電中，諸如信道帶寬、調制以及編碼等都可以動態地調整，以適應不同的標準和環境、網絡通信負荷以及用戶需求的變化。目前軟件無線電設計有兩類：軟件定義無線電ＳＤＲ，能夠控制和配置處理單元；軟件無線電ＳＷＲ，事實上由軟件本身來完成信號的處理。倘若能為軟件控制設置必要的接口，ＳＤＲ就可以應用ＦＰＧＡ等技術。ＳＷＲ則不需要使用這類器件，而是通過在面向應用程序級的軟件標準組件對象中進行信號處理，來增大靈活性。以當前的技術，前者更適于低層次應用，而后者則能夠通過下載新軟件的方式，對一個無線器件進行升級以適應新標準的要求。ＳＷＲ具有這種潛能，是因為它所有的功能處理全部用軟件實現，而不會局限于某種特殊的處理單元。

　　在未來移動通信中，軟件無線電將改變傳統的觀念，給移動通信的軟件化、智能化、通用化、個人化和兼容性帶來深遠的影響，并將在本世紀形成和計算機及程控交換機相當的巨大產業。

軟件無線電技術分析

　　軟件無線電技術是最近幾年提出的一種實現無線通信的新體系結構。與傳統無線電系統相比，其系統結構大不相同。

　　對于傳統的模擬無線電系統，其射頻部分、上下變頻、濾波及基帶處理全部采用模擬方式，某個頻段、某種調制方式的通信系統都對應于專門的硬件結構。隨后發展起來的數字無線電系統是將低頻部分采用數字電路，如本振用數字頻率合成器、信源編譯碼和調制解調由專用芯片完成，等等，而其射頻部分和中頻部分仍離不開模擬電路。與傳統無線電系統相比，軟件無線電系統的ＡＤ、ＤＡ變換移到了中頻并盡可能地靠近射頻端，對整個系統頻帶進行采樣，即從中頻 甚至射頻  開始就進行數字化處理，這是軟件無線電的一個突出特點。乍看起來，軟件無線電好象只是數字無線電的進一步發展，事實上兩者有著本質的區別。數字無線電采用專門的數字電路，實現單一的通信功能，無可編程性可言。而軟件無線電的關鍵步驟是以可編程能力強的ＤＳＰ器件代替專用的數字電路，使系統硬件結構與功能相對獨立，這樣就可以基于一相對通用的硬件平臺，通過軟件實現不同的通信功能，并可對工作頻率、系統頻寬、調制方式、信源編碼等進行編程控制，系統靈活性大大增強。

　　軟件無線電技術將模塊化、標準化的硬件功能單元通過一個通用的硬件平臺連接起來，并且能夠通過軟件加載實現各種無線通信系統的體系結構。這樣，無線通信新系統、新產品的開發將逐步轉到軟件上來，而無線通信產業的產值將越來越多地體現在軟件上。軟件無線電技術可在通用芯片上用軟件實現專用芯片的功能，并已經在ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統中的智能天線、聯合檢測等技術中得到了實際的應用。經過仿真和現場測試，軟件無線電技術的優勢已經得到了充分的體現。軟件無線電技術的使用將會給系統帶來以下好處：

　　· 可克服微電子技術的不足

　　· 系統增加功能通過軟件升級來實現

　　· 減少用戶設備費用支出

　　· 可支持多種通信體制并存

　　· 便于技術進步和標準升級

　　總之，軟件無線電可以充分利用數字化射頻信號中的大量信息，評估傳輸質量，分析信道特點，實施采用最佳接入模式，靈活分配無線資源，實現移動通信系統的動態管理和多種３Ｇ移動通信標準（主要是ＣＤＭＡ２０００，ＷＣＤＭＡ和ＴＤ－ＳＣＤＭＡ）的優化，使得已經十分龐大的移動通信標準族變得更加的繁雜。從近期發展上看，軟件無線電技術可以解決不同標準的兼容性，為實現全球漫游提供方便；從長遠發展上看，軟件無線電發展的目標是實現可以根據無線電環境的變化而自適應的配置收發信機的數據速率，調制解調方式，信道編譯碼方式，調整信道頻率、帶寬以及無線接入方式的智能化，從而更加充分的利用頻譜資源，在滿足用戶ＱｏＳ要求的基礎上使系統容量達到最大。

軟件無線電技術已成功的應用于ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統，該項技術的成熟性和可應用性是毋庸置疑的。

軟件無線電技術對網絡成本的影響

基于軟件無線電的實現已經成為ＴＤ－ＳＣＤＭＡ的一大優勢，同時還將對降低無線網絡成本起到很大的作用，這主要體現在以下幾個方面。

⑴軟件無線電具有很強的靈活性，若系統需要增加功能或進行標準升級等均可通過軟件升級來實現，無需額外增加或修改系統硬件設備，可減少設備費用的開支，因而大大降低了整個網絡的成本。

⑵由于軟件無線電具有通用性強等優點，使得無需額外增加設備即可支持多種通信體制的并存，從而降低整個網絡的成本。

⑶軟件無線電使得先進技術迅速進入市場成為可能。現有的無線通信系統的技術應用已遠遠落后于數字通信，這在很大程度上是由于時間和經費的問題，包括配置底層的基礎設備來完成特殊的空中標準設置。因為資金投入很大，不可能經常對設備升級，因此新技術應用大約會滯后１０年。而軟件無線電通過安裝新軟件進行技術升級，比配置新硬件更迅速、更廉價，使得數字通信的先進技術在投入最少的情況下最快地進入市場成為可能。

----《通信世界報》