软件无线电发展

软件无线电发展（精选12篇）

软件无线电发展 篇1

软件无线电技术主要利用软件对“纯硬件电路”进行操作与控制的无线通信方式。其价值体现在:无线通信的基本平台还是以传统的硬件无线电通信设备为基础,大部分通信功能通过软件来实现操作与控制。传统的通信功能对硬件设备的依赖性比较强,因此,软件无线电技术成功打破了这个格局。

1 软件无线电系统的作用

1.1 软件无线电技术和传统无线电技术的区别

软件无线电技术与传统无线电技术最大的差异性在于,软件无线电技术更加规范、标准、灵活,软件无线电具有的功能不会过于依赖系统的硬件与构架,更加注重软件环境的站,通过软件无线电技术能够对纯硬件电路设备进行对应的升级与更新,这样便能让功能、系统在升级与更新方面可以实现更加简单的兼容,更主要的是这种升级换代花费的时间与成本都比较少。而传统的无线电技术由于对硬件设施的过于依赖,同时也会受到发展环境的影响,以目前信息时代发展的速度来分析,不利于交流与推广,一旦出现问题则要花费更多的物力与人力来解决这方面的问题。

1.2 软件无线电技术硬件平台

软件无线电属于一个开放、标准的平台,将硬件作为基础,利用已经编辑好的指令预先录入,用以操作硬件进而最大限度地实现无线通信功能,若要改变软件无线电当前的功能,可以通过对软件的升级与改变就能实现,能有效降低硬件模块的数量与复杂程度,所具有的集中性、灵活性以及快捷维护性是传统无线技术无法比拟的。软件无线电技术具有这些软件系统:射频、中评、基带、心愿、信令、软件部分则为数字信号处理器(DSP),DSP通过程序的录入,能够控制调制模式、信源编码、宽带、频率等,由此可见,DSP自身的处理性能优良程度直接关系到通信功能的强弱。

1.2.1 天线

天线是保障信号稳定传输的基础。理论角度来分析,天线要将通信频段全部覆盖,而实际情况无法达到理论上的全面覆盖,大部分实际情况是保障无线电软件技术所需要的线性性能比较稳定的频段,通常是选择多频段天线,因为多频段天线经过实际测试之后,发现多频段天线具有自动搜索的功能,自动选择干扰比较小,流量占用不大的频段。宽带天线与多频段天线能够为无线电技术提供信号方面的技术保障,多频段天线能够在多个不同的频段上同时展开工作,而宽带天线只能是同一个频段上实现连续的宽频。

1.2.2 A/D.D/A转换器件

软件无线电技术主要是对数字信号机械能处理,因此,需要尽可能更多地以数字形式来对无线信号进行处理。设计数模转换软件或者实现时对转化的要求比较高,需要将A/D转换尽可能地向天线端进行推移。

1.2.3 DSP技术

由于电台的内部数据流量非常大,因此,需要利用DSP技术完成电台内部数据处理、调制解调与解码编码等。例如:部分处理模块或者专用集成电路要求速度快,必须要实现数字信号实时传输,这就需要更加有效的DSP技术对变频、滤波等任务进行处理。如图1所示。

1.2.4 操作系统以及软件算法优化

性能极高的DSP需要实时性极高的应软件与实时性极高的操作系统来作为配套设施才能充分发挥其功效,最大限度保障其处理的稳定。不同的通信模式,在对实时操作与应用软件进行开发与制作的过程中,必须完善相关应用软件的算法,才能进一步提供先进的服务。

2 软件无线电技术的应用

2.1 雷达

雷达在军事上的作用与价值就不多说了,但是不同的军事单位、不同的作战装备使用的雷达也不一样,不同的雷达对频段、载波、解码以及信号等方面都会有一定的差异性,但是使用软件无线电,能有效降低后勤部门的补给压力。一旦被敌方解密,可以利用软件更换的防水来保护相关数据,而且还能及时恢复通信数据的交流。

2.2 4G

4G是移动通信领域的第四代移动通信技术,4G的发展必然会面临到如何兼容2G与3G的问题,若是采用以前通过更换硬件来改造通信系统的话,所面临的问题的将是通信标准运用难度大、成本大、灵活性差、客户衔接难度大等等方面的问题。充分利用软件无线电技术来对通信新技术进行改建升级、更新,则可以最大限度地提升系统的实用性与灵活性,实践证明,软件无线电技术能够更好地让4G兼容2G与3G。通信行业的竞争力是非常强的,通信企业想要占据市场先机,降低企业成本,留住客户,软件无线电技术是首选。

2.3 卫星通信

卫星通信覆盖的范围非常广,所涉及到的技术层次更高。但是原理不变,卫星通信技术必然会涉及到复杂、种类繁多的各种硬件,由此可见对应的维护需要更多人力、物力,更主要的是这样的维护效率极低,根本无法适应当前时代的实际需求。软件无线电技术可以小型模块化,将一个大并且非常复杂的整体拆分成多个小型化、模块化的系统,能够降低维护与更新的难度与成本,尤其是在实际的应用的过程中一旦发现问题,能利用软件无线电技术及时进行补救,将问题解决。软件无线电技术阻碍卫星通信上的应用,能够在不改变原理的基础上降低系统运行的成本,并且更新与升级的方式更加简单、灵活。

2.4 智能小区

软件无线电技术在智能小区的应用,主要体现在:城市住宅小区的布局是一栋挨着一栋,里面配置了超市、饭店、停车场等。现代城市小区所涉及的不仅仅是住户,还是涉及到很多商业元素。采用软件无线电技术对小区大门、停车场、超市等设施进行全方位监控;在小区实现无线网络信号全面覆盖;住户的大门可以安装对应的软件无线电技术自动识别系统。小区的智能化能够替代当前有线监控设备、有线网络设备,能够更好节约更多的空间资源,在后期维护、升级与更新方面也非常方便快捷,促进现代化住宅小区实现高效管理。

3 软件无线电技术的发展趋势

3.1 国际通用使用标准

软件无线电技术能够实现产业之间的超大规模合作,由于软件无线电技术有着非常可靠的兼容性,因此,可以打造一套符合各个国家的国际标准通用软件无线电使用管理标准。全球的合作伙伴可以通过这个标准进行相关软件的开发与合作,进而实现属于自己的软件系统,因此,具有极强的针对性。因此,通过软件无线电技术实现的国际通用使用标准,在开发软件方面具有更高的定制性,能够更好地使用资源。

3.2 增强自适应频谱管理

全世界大部分国家与地区,已经实现频谱资源的永久分配,由于主动调频已经不能实现,致使大部分频谱在实际使用的过程中无法得到更好的效果。软件无线电技术通过ASM能够对空中接口进行必要的优化与改进,同时还能够加强分析与探测,然后实现自动改变频谱的、发射功率的功能,对有效的资源进行最大限度的分配与利用。

3.3 提升通信产业的影响力

软件无线电技术的潜在利益主要体现在不同的层次场合与价值链上。软件无线电技术的发明、发展与成熟,让进步标准逐渐转移到软件发展上来,软件的发展比硬件的发展更加迅猛,因此,软件无线技术完全能够改革企业进步的整体步伐,曾经5年一换,现在根据实际的需求便能实现智能更新与升级,分分秒秒都在搜集数据,而对于其他产业亦是如此。

参考文献

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软件无线电发展 篇2

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19421941/苏联1922192919461960英国192319381955/法国1923193619501954德国1923192919491958中国1923193419741979日本1925193519571969

1.2 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。

(本网网收集整理)

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6月起演示了它的天波(SKYWANE)系统，到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193月在中国广州宣告成立。到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。

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。

软件无线电发展 篇3

摘要：软件无线电技术,顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台,而许多的通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信，摸拟通信到数字通信之后第三次革命。随着现代微处理器技术，软件技术，数字信号处理（DSP)技术以及专用集成电路的进—步发展，软件无线电系统的发展及其高新技术的应用前景也将日益广阔。它将在军事通信，民用通信以及个人通信等领域内发挥巨大的作用。

关键词：现代通信 软件无线电 概念 技术

0 引言

现代通信的主要任务就是迅速而准确地传输信息。早期的通信手段是非常原始的，古代用烽火、狼烟、击鼓鸣金等方式通过声、光进行通信。随着文明的进步，又出现了以马匹、信鸽等为运载工具来传递消息。而对现代文明以及社会发展影响最深的通信方式莫过于电通信系统的出现及应用。随着电子管的出现，模拟通信得到了极大的发展。但随着香农信息论的提出，晶体管的出现，高速数字计算机的应用，以及ISDN和ATM等新技术的问世、发展及其应用，数字通信进入了它的全盛时期。下面介绍一下软件无线电产生的背景和应用。

1 软件无线电的概念

以下我们先谈谈软件无线电系统的基本思想及其优越性，以充分认识软件无线电产生的必要性与必然性。

1.1 完全数字化 由于软件无线电的基本思想之一就是力图从通信系统的基带信号直至中频、射频段进行数字化处理，因此，它是一种比目前任何一个数字通信系统的数字化程度都要高得多的全数字化通信系统。

1.2 完全的可编程性 软件无线电通过一种通用的硬件平台，将通信的各种功能实现完全由相应软件运行来完成。它包括：宽频段内的可编程的信道调制方式、可编程的射频与中频频段、可编程的信道解调方式、信源编码、解码方式等等。

1.3 系统升级的便捷性与系统功能的可扩充性 由于软件无线电通信系统的功能更多体现在软件上，因此，系统的升级只需改变相应的软件，即对软件的升级即可。显然，它比以往对硬件电路的设计与改进更加快捷。通过软件工具可扩展通信系统业务、分析无线通信环境、定义所需扩展增强的各项通信业务。

1.4 系统便于实现模块化 利用软件无线电的基本思想，对现行的通信系统均可实行模块化设计，模块的物理及电气接口性能指标符合统一、开放的标准。通过更换单一模块，可以维护或提高系统的性能，也便于系统间复用。

根据上述软件无线电的这些特点，再结合它在宽频段内可编程的特性，一方面使其符合军事上三军协同快速通信的需要；另一方面在民用领域，由于它可以通过软件编程，保持一种硬件平台结构的通用性。所以在移动通信领域内，可以对不同体制进行综合兼容，真正实现移动通信系统中—机在手，漫游天下的设想及其优越性。因此，软件无线电思想及技木的提出与实现是非常必要的。

2 软件无线电的关键思想

软件无线电是将模块化，标准化的硬件单元以总线方式连接构成基本平台，并通过软件加载实现各种无线电功能的一种开放式体系结构。软件无线电的关键思想是：将A/D/A尽可能靠近天线；用软件来完成尽可能多的无线电功能。对于软件无线电的认识应该注意：软件无线电并不是不要硬件，而是把硬件作为一个基本平台。这个平台具有两个特点：①模块化、标准化；②以总线方式连接。一个典型的软件无线电平台可以将硬件单元划分成射频、中频、基带、信源和信令等各层，它们具有模块化结构，各层之间的连接通过控制总线和数据总线实现。软件无线电与软件控制的数字无线电（digital Radio）有着根本的区别：软件无线电的最终目的就是要使通信系统摆脱硬件系统结构的结构。在系统结构相对通用和稳定的情况下，通过软件实现各种功能使得系统的改进和升级非常方便且代价小，并且不同的系统间能够互联和兼容；而数字无线电的进一步发展并不能作到这一点，它只能导致对硬件和系统结构的更多的依赖。软件无线电是一种开放的系统结构。这种开放性包含三个方面的含义，即对使用的开放性、对生产的开放性和对研制的开放性。这三个开放性将同时给用户、厂家和科研部门带来好处。软件无线电具有灵活性和集中性两大优点。灵活性即可以任意地转换信道接入方式，改变调制方式或接收不同系统的信号等，利用这一特点，可以实现对现有多种体制的“无缝”连接。集中性即多个信道享有共同的射频前端与宽带A/D/A转换器，以获取每一信道相对廉价的信号处理性能。

3 软件无线电的关键技术

软件无线电是近五年发展起来的新兴技术，对它的研究还处于起步阶段，许多技术问题需要解决，其中的关键技术有以下几个方面。

3.1 开放式总线结构及实现 软件无线电的一个重要特点是其开放性，这主要体现在软件无线电所采用的开放式标准化总线结构上，只有采用先进的边准化总线，软件无线电才能发挥其适应性广、升级换代方便等特点。由于软件无线电的研制国内外都起步不久，在研制开发过程中，必须逐步形成标准化的硬件平台和软件平台，而标准化的总线则是构筑上述两个平台的奠基石。现有的软件无线电研究和实验系统中一般采用双总线结构，既：控制总线和高速数据总线。控制总线结构，如VME总线、PCI总线等，尽可能采用现有的工业标准，以便与利用已有的软件及硬件平台，加快开发速度。为了适应软件无线电的需求，可将VME总线作为软件无线电的首选总线。高速数据总线结构则是软件无线电体系结构的关键，目前还没有形成标准，世界各国都在努力研究，以期待得到适合软件无线电高速数据处理的总线结构标准。

3.2 宽带智能天线 宽带智能天线在软件无线电通信中具有非常重要的功能。这是软件无线电不可替代的硬件出入口，只能靠硬件本身来完成，不能靠软件加载实现全部功能。它既有一个较宽的频率覆盖范围(如通常要求2—2000MHz宽)，又具有自动感知干扰源的存在，并抑制其影响的能力，也具有自动增强所需信号的能力，并可兼容各种无线电通信制式。它比传统的天线(如采用扩频技术或强定向天线等手段)具有更强的抗干扰能力。

3.3 模数转换（A/D/A） 在前面文中，我们已知软件无线电结构的基本待征之一是将A/D转换部分尽可能靠近射频天线，以在系统中尽早将模拟信号数字化，这样后级就可采用DsP等通用硬件来进行处理。因此，高速A/D/A转换在软件无线电系统中实际上作为一个标准接口，将RF/IF部分和通用数字/软件部分联接起来。因此，对软件无线电系统中A/D/A转换器的要求很高：高速A/D/A转换和数字/软件部分必须满足系统带宽；相应处理能力的要求；并具有良好的通用性。

软件无线电发展 篇4

软件无线电技术,顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。

软件无线电的原理就是利用宽带天线(或多频段天线)来将靠近射频前端的A/D、D/A的整个中频段或是RF段实现A/D变换,之后再利用DSP器或是处理器来完成后续处理工作。无线电整体可编程性的程度很大程度上是由其硬件结构决定的,换句话说,硬件结构是实现RF频段可编程、信道编码和调制可编程、信道访问模式可编程的基础。不仅如此,由于硬件系统的开放性极高,所以只需稍微调整软件便能得到相应的功能,这在一定程度上弱化了系统的设计难度。

软件无线电统的基本结构如图1所示,它包括了宽带/多频段天线、多频段射频转换器、宽带A/D(模数变换器)和D/A(数模变换器)及数字信号处理部分。由图1可以看出,数字信号处理部分是软件无线电实用化过程中的核心和关键部分之一。比如:DSP、FPGA、GPP就是比较常见的信号处理部分。在GPP的控制下,DSP以及FPGA能完成各种任务,比如:调制解调、中频处理、基带处理等。GPP在调度任务和管理存储器的过程中使用的是RTOS。现阶段,软件无线电结构又叫做专用资源结构,简单来说,就是任意无线信道都拥有配套的处理资源,比如:GPP、AD、FPGA、DA、DSP等。

2 软件无线电发展的现状

无线通信在现代通信中占据着极其重要的位置,被广泛应用于商业、气象、军事、民用等领域。

近年来,无线通信领域研发出了一种全新的无线通信体系结构,即软件无线电。该系统是现代通信理论,微电子、数字信号处理技术共同作用下的产物。

1992年,MILTRE公司的Joseph Mitola首次提出了软件无线电这一新生事物。其运作原理是:为使软件能顺利完成调制解调、工作频段、数据格式、加密模式、通信协议等任务,我们必须构建一个通用的硬件平台,该平台要具有标准化、开放性、模块化的特点,不仅如此,还要在天线附近设置A/D和D/A转换器,这样才能得到一个高性能的无线通信系统。软件无线电跟海湾战争有关,军事上成功,是软件无线电技术迅速在民用上推广。

我们国家也非常注重软件无线电技术,曾经就提到过SCDMA技术,这种技术事实上就是一种CDMA技术,在该技术中囊括有智能天线以及软件无线电等相关的通信技术。

3 软件无线电相关技术

软件无线电技术中涉及到了数字信号同模拟信号间的有效转换、计算速度、运算总量、存储总量以及处理数据的方式等相关的技术,而且这部分技术对软件无线电技术的前进速度以及前进方向起决定性作用。其中宽带/多频段天线、A/D/A转换器件、DSP技术以及实时操作系统作为该技术中的关键之所在。

3.1 软件天线及射频转换部分的关键技术

软件无线电就是要让多波段、多制式电台实现有效的互连,而为了达到这一要求我们就应该引进多天线技术。软件无线电技术与数字多波束形成(DBF)相结合的完美产物就是智能天线技术。实际上智能天线技术已经成为下一代移动通信系统的关键技术。

要实现低噪声放大、混频、滤波、自动增益控制(AGC)以及输出功率放大等功能,那么射频的前端要求器件有较宽的频率范围。一般情况下软件无线电的天线是不能够涵盖所有的无线通信频段的,造成这一现象的原因就是内部阻抗不相吻合,频段不一样的天线是不能够在一起使用的。所以说,要想让软件无线电通信得以有效的实现,就一定要设计出一套能够接受任何频段并且具备较好线性性能的天线。

3.2 A/D-D/A与高速、高精度中频数字处理段关键技术

采样以及位数对宽带模数转换的水平起着决定性的作用。采样活动的速率取决于信号宽带,而量化位数则必须要和动态范畴以及DSP精度的要求相吻合。可是目前单片ADC不能够使这两个要求得到同时满足,因而我们要将多个ADC并联在一起来解决这一问题。

软件无线电所具有的一个最大的特征就是让A/D变换最大限度的接近天线,而如此A/D转换器就一定要拥有良好的性能。A/D-D/A变换器要能够在中频里面对大带宽范畴中的多路信号实施采样。按照Nyqist定理我们能够看出,大输入信号带宽对A/D变换的采样率有着较高的要求;除此之外因为多路信号之间的远近效应存在,因而A/D变换器必须具备较大的动态范畴以及较高的取样精度。假使A/D技术不能够使这些要求得到有效的满足,我们通常会采用下列解决措施。如,把整个接收带宽分成多个子带,用多个窄带A/D对各个子带并行采样;用对数压缩等方法控制或抑制输入信号动态范围;量化与信号预测相结合,量化预测误差信号等。

3.3 DSP数字信号处理技术

实际工作中需要引起重视的是处理系统数据、编码解码、调制解调等,与此同时还要重点关注数字化处理,例如二次采样、滤波、上下变频等。DSP具备以下功能:解码、调制解调、处理数字基带与比特流等,仅就扩频与调频系统而言,需要充分发挥解调、解扩功能。为尽快实现此项功能,实际工作中要充分利用DSP,构建完善成熟的并行运算系统,不仅仅涉及到数据总线、程序总线,与此同时还要实现多址呼叫,结合现实情况选择采用多指令多数据结构、单指令多数据结构或者是超指令结构。

一般固定功能的模块如滤波器和下变频器,可以利用可编程能力的专用芯片来实现,这样可以节约成本而且这种芯片的处理数据的速度一般要高于通用DSP芯片。一般情况下数据处理系统的分配方式是:功能相对固定的部分就由FPGA来完成,计算密集型的部分在DSP内部完成。

3.4 实时操作系统

软件无线电可实现自主升级与更新,最为显著的特点是开放性,充分利用空中接口能够实现软件加载,实际操作简单,可行性相对较高。通常情况下会选择以API进行区分,进而将其模块化,实际工作中要对各方面的影响因素进行考虑,结合现实情况进一步确定可以使用CORBA技术,此时可将面向对象的方式视为重要前提,创造良好的工作环境与服务平台,确保各类网络能够相互配合、相互访问。此外,CORBA还可实现数据共享。

软件必须要突显出独立性,如此一来才能够尽快设置出合适的层次结构。实际工作中要充分利用软件技术,其中需要引起重视的是软件下载,主要涉及到以下内容,即接口方式、下载方式、下载安全与认证、协议等。

4 结语

软件无线电主要由两部分组成:处理数字信号、射频前端;最为重要的部分是高速DSP芯片、宽带A/D/A变换器。软件无线电可按照拨道接入方式、无线波段等对各类参数进行定义,对信道结构进行适当调整,充分利用硬件平台对数据信号进行处理。

摘要：无线电技术在不断成熟和发展的同时,其应用领域也不断拓宽,应用价值逐步显现,由此软件无线电应运而生。软件无线电的基本思想就是将宽带模数变换器(A/D)及数模变换器(D/A)与宽带射频天线,直接相连,建立一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、开放的硬件平台。利用软件技术来在这个硬件平台上实现电台的各种功能模块。它是结合了现代通信理论,数字信号处理和微电子技术的体系结构。

关键词：A/D/A转换器件,软件无线电,宽带,DSP

参考文献

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软件无线电发展 篇5

结合国内外研究进展,介绍了软件无线电技术在星载设备中的应用,给出了一种星载软件无线电平台的结构.针对单粒子效应对星载软件无线电平台可靠性影响,提出了一种软件无线电平台对抗单粒子效应的设计与验证方法,并给出了针对该平台中FPGA和DSP的`故障注入方法.这种抗单粒子效应的研究方法和故障注入方法代价低、设计灵活,在某卫星星载多用户扩频接收机的可靠性设计过程中得到了验证和实施,使低等级高性能器件在星载信号处理平台中的应用成为可能.

作 者：邢克飞 杨俊 王跃科 潘华锋 季金明 XING Kefei YANG Jun WANG Yueke PAN Huafeng JI Jinming 作者单位：邢克飞,杨俊,王跃科,XING Kefei,YANG Jun,WANG Yueke(国防科技大学机电工程与自动化学院,长沙,410073)

潘华锋,季金明,PAN Huafeng,JI Jinming(上海航天电子有限公司)

软件无线电发展 篇6

关键词:软件无线电;决策理论;特征参数

中图分类号:TN925文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)17-0135-02

1992年5月MILTRE公司科学家Jeo Mitola 在美国电信系统会议上首次明确提出了软件无线电SWR(software radio)的概念。其基本思想是:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将各种功能,如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。

如何将调制识别方法与软件无线电的解调方法相结合,同时实现信号的自动接收和解调,是实现软件无线电的关键技术之一,具有重要的应用前景。软件无线电对自动调制识别技术提出了更高的要求,要求寻求一种结构清晰、简单快速、可扩充性强、有可取识别率、识别范围广,能适用于复杂多变的环境背景的识别方法,还要适合通用DSP器件在线实现,以满足实时处理的需要。这里主要讨论基于决策理论的软件无线电信号的自动识别的算法。

1 调制信号的自动识别

目前,自动调制识别方法基本上可以分为两大类:统计判决理论方法和统计模式识别方法。调制方式的自动识别,更多的采用统计模式识别方法:一个通用的模式识别系统由信号预处理、特征提取和分类识别3部分组成,见图1。

信号预处理部分的主要功能是为后续处理提供合适的数据;特征提取部分是从输入的信号序列中提取对调制识别有用的信息;分类识别部分的主要功能是判断信号调制类型的从属关系。此类方法在识别系统的构建过程中需要一定数量的各类调制信号样本,其性能评价一般采用各种信噪比条件下的正确识别率。根据分类识别部分采用的判决方法不同,又可以分为基于决策理论的信号识别方法和基于人工神经网络的识别方法。

2 基于决策理论的信号识别

设只保留实信号频谱的正频部分的复信号z(t)的频谱为:

Z(f)=2S(f) f>0;S(f)f=0;=S(f)[1+H(f)]0 f<0;

将复信号z(t)用极坐标表示为:

z(t)=s(t)+jH[s(t)]=a(t)ej?渍(t)

其中,a(t)为信号z(t)瞬时包络,可表示为:

这样就得到了实信号的瞬时幅度、瞬时相位、瞬时频率3个重要的参数,这3个参数是分析信号特征的基础,也是调制识别中参数特征提取的对象。

下面针对DSB,AM,FM,USB,2ASK,2FSK,2PSK,4ASK, 4FSK,4PSK,8PSK等调制信号,提取了8个基于瞬时信息的特征参数,即零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差σdp瞬时幅度的标准偏差σda,零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准偏差σap,参数R,参数F,瞬时频率平方的均值σ2f谱对称性P和零中心归一化瞬时相位绝对值的标准偏差σap2。下面将对每个特征参数进行具体分析。

(1)零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差σdp:

主要用来区分含直接相位信息的信号和不含直接相位信息的信号,前者σdp≠0,后者σdp=0,所以通过设置适当的判决门限t(σdp},即可将调制信号区分。

(2)零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准偏差σap:

主要用来区分含绝对值相位信息的信号和不含绝对值相位信息的信号。

(3)瞬时幅度的标准偏差:σda:

σda不仅可以区分瞬时幅度恒定与不恒定的调制信号,还可以区分不同的幅度调制信号。

(4)参数F:

F=E[f4(i)]/E{[f2(i)]}2

主要用来区分是频率调制信号还是相位调制信号。

(5)瞬时频率平方的均值σf2:

主要用来区分频率调制信号。利用此参数可区分3类:FM,2FSK和4FSK。

(6)参数R:

R=σ/μ2

利用此参数可以区分两类:DSB和2PSK。

(7)谱对称性P:

主要用来区分满足谱对称性的信号和不满足谱对称性的信号。

(8)零中心归一化瞬时相位绝对值的标准偏差σap2:

主要用来区分多进制相移键控信号,利用此参数可以区分两类:4PSK和8PSK。

3 仿真试验的结果分析

对上述调制信号各进行1 000次识别仿真,将调制识别的正确次数进行统计,得到的基于瞬时信息的调制识别性能见表1。

4 结束语

通过理论分析和仿真试验,证明了决策理论识别算法的有效性。该方法适合作未知信号检测识别用,可以正确识别2ASK, DSB,PSK和FSK信号。

作者简介:雷红,女,1978年出生,吉林松原市人,海南大学信息技术学院在读硕士,助教,主要研究方向为信息处理。

Automatic Modulation Recognition of Software Radio

Communication Signals Based on Decision Theory

LeiHong

Abstract:On the received signal modulation types of automatic identification, implementation of software radio are one of the key technologies. Software-based radio signal modulation model common principle, the use of decision theory by analyzing the characteristics of the signal parameters to automatically identify the signal.

软件无线电发展 篇7

随着近年来的市场趋势, 未来将只有一小部分设备会采用有线连接, 如USB、以太网和光纤。大多数物联网设备将依靠无线技术, 这包括用于移动支付的近场通讯 (NFC) 、无人值守的偏远气象站的地球同步卫星、蓝牙 (Bluetooth®) 、无线局域网 (WLAN) 、Zig Bee、点对点无线电通信和蜂窝等方面。

网络需要处理各种具有不同通信要求的独特设备。一种是简单的无线设备, 如电池供电的传感器和执行器, 可以连续数年无人操作, 传输的数据非常少;而另一种则是任务关键型服务和设备, 需要稳定、可靠和超安全的连接。

以独有方式识别每个设备的关键是巨大的IP地址空间的应用。由于IPv4寻址空间有限, 目前需要使用集中器 (如路由器和网关) 。因此, 端到端使用IPv6寻址就成了支持物联网设备的关键。凭借其近乎无限的地址空间, IPv6能实现对数十亿设备的独特寻址。

基于服务器/云的大数据分析和机器学习是大多数物联网商业模式的核心。终端节点上的物联网设备与云或服务器连接, 获取商业情报和分析数据。有些设备可以直接连接, 但大多数设备通常会通过网关连接 (如图1所示) 。

网关可以将低功耗网络流量汇聚到高容量的局域网和广域网。它们通常包括比终端节点 (“物”) 更大的电源和计算资源。网关运行的边缘应用或模糊应用接管了云端和终端节点的传感器和执行器上的处理任务。为了有效地利用嵌入式计算机和无线电传输, 终端节点通常采用长电池寿命设计。网关应用中的智能阈值触发向中央云服务器传递可执行信息, 使得流量更有效率。

网关采用多样的蜂窝和非蜂窝无线技术, 与云端和终端节点衔接。无线接口可以根据覆盖范围、延迟、吞吐量、能源效率和成本, 满足不同应用需求。例如, 某些家庭自动化电器使用智能手机作为网关节点。无线网络 (Wi-Fi) 几乎无处不在, 这使之成为许多物联网应用的首选。当Wi-Fi链接不可用时, 通常使用蜂窝协议;可穿戴应用中经常用到蓝牙;近距离通信的安全性要求较高时, NFC成为自然选择;Zig Bee、Z-Wave和Thread为家庭自动化和智能能源设备提供了可靠的低功耗网状网络。

按照运行范围分组的物联网技术示例如图2所示。设备和网关之间的短距离连接可以采用许多制式实现, 各种标准也在迅速成型和演进, 以支持新设备与物联网生态系统的连通性。到目前为止, M2M及物联网相关的应用中采用了60多种传统和新射频制式。一些较为流行的制式包括蓝牙、WLAN和蜂窝, 而其他制式如Zig Bee和Thread的出现, 则填补了特定利基市场的空白。

低功率广域 (LPWA) 网络出现了大量创新。对于低数据速率和低占空比应用, 相比当前部署的蜂窝制式, LPWA能延长电池寿命、降低成本, 同时减少链路预算。某些国家使用低收费或免费频段对LPWA系统 (如Lo Ra和SIGFOX) 进行全国性的推广。考虑到未来在低功耗M2M应用的强劲增长, 3GPP无线接入网络 (RAN) 工作组正在开发蜂窝协议, 以便在收费频段支持LPWA。

3GPP第12次发布中, 针对LTE机器类型通信 (MTC) 推出了一个新的低复杂性设备类别 (类别-0) 。类别-0提高了低数据速率应用的效率, 为其进一步提升打下基础。3GPP第13版包括:

增强型MTC (e MTC) , 类别-M1:LTE的1.4MHz带宽优化;

扩展覆盖GPRS (EC-GPRS) :利用重新传输和其他协议更新改善链路预算;

窄带物联网 (NB-Io T) , 也称为类别-M2:针对LPWA应用优化的新无线电制式。

有些公司选择开发自己专有的解决方案, 以加速产品上市。然而, 这种方式很可能被淘汰, 因为市场的全球化正在将设备通信从专有设计推向标准化解决方案。

电子设计自动化软件成为设计和测试解决方案的关键

在物联网设备的设计和测试中, 解决方案与支持技术同样重要。要创建整个生态系统的无缝连接, 涵盖设备、基础设施、云、远程应用、后处理和服务, 第一步就是打造更好的设计、使用越来越真实的仿真以及进行有意义和经济高效的测试。鉴于物联网设计工程师所面临的挑战, 这一步变得越发困难。例如, 随着物联网越来越普及, 设计工程师不得不付出更多努力, 来最大限度地提高电源效率、管理电热效应, 以及处理日益紧凑的设计所导致的更严重的电磁耦合。他们还面临其他一些障碍, 如评测与选择最佳技术组合 (如砷化镓、氮化镓、锗化硅/硅/绝缘硅、CMOS) , 集成子系统和验证相对于工业标准的性能。

并且, 随着设计的复杂性增加, 电路仿真变得更加困难。为了克服这些挑战, 在设计和仿真新的物联网设备时, 需要用到专门的电子设计自动化软件, 来解决通信系统中的固有问题 (如图3 (a) 所示) 。理想的解决方案应当允许在开发过程的早期对新设备进行仿真, 为系统架构师和算法开发人员带来无线通信系统物理层的创新自由。同时还应包括各种虚拟测量工具, 从而能够连接到仿真节点, 提供期望的性能视图。

随着设计由仿真到实现, 通过实际测量或硬件替换虚拟工具, 实际设备模块可以取代仿真。如此一来, 开发人员就能对仿真性能和实际性能进行比较。除了物联网设备的设计和仿真之外, 他们还能对设备进行测量和分析。在选择用于此目的的测试仪器时, 典型的选择标准应当包括性能技术指标、测量速度、物理尺寸、配置的可扩展性和成本 (前期和后续) 。没有哪个单一解决方案能满足所有需求。

物联网依赖于简单的电池供电传感器和执行器, 它们传输的数据非常少, 可以连续数年无人操作。设计和开发这类设备需要用到能够在三种主要条件下 (睡眠模式、空闲模式和传输模式) 测量电池电量消耗的工具。对于信号生成和分析, 在设计阶段, 最好采用具有高性能和通用功能 (如扫描调谐频谱分析以及信号分析和故障诊断综合功能) 的台式仪器。在之后的产品生命周期中, 测试速度、灵活性和封装形式之类标准更为重要, 因此, 模块化和一体化测试仪解决方案是更好的选择。信号生成和分析软件可用于创建和分析无线通信制式中采用的定制和标准测试信号, 包括蜂窝、IEEE802.11类、蓝牙、Zig Bee和Wi-SUN (如图3 (b) 所示) 。在理想情况下, 仿真、设计和测试物联网设备的解决方案应具备在整个生命周期内提供产品反馈的能力。

结论

软件无线电技术 篇8

软件无线电技术具有众多的优势, 归纳起来主要有以下几个方面:1) 易于实现系统的模块化。软件无线电技术的基本设计思想就是模块化设计理念。利用该技术, 非常实现通信系统个的模块化设计。通信系统的硬件平台和电气接口方面均严格遵循开放和统一的标准, 如果需要进行维护或者提升系统性能, 仅仅通过更换某一个模块便可以实现, 而不需要更新整个系统;2) 全面的数字化。软件无线电技术能够为我们提供优秀于当前任何一个数字通信系统的全面数字化的通信系统。这主要是因为软件无线电技术数字化处理的重点便是通信系统的基带信号、射频段以及中频段;3) 功能的软件化。软件无线电技术除了必需的具有良好通用性的硬件支持平台之外, 其他的各种功能均能够通过软件编程的方式来实现。一般情况下, 软件编程可以实现以下这些功能, 主要包括:信源编码、解码方式以及可编程的射频频段、中频频段、信道解调方式与信道调制方式等等;4) 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, 不管是系统功能的拓展, 还是系统功能的升级, 均可以非差轻松地完成。由于软件无线电技术基于模块化、标准化、通用化的硬件支持平台, 因此在硬件方面的可拓展性不大, 其优秀的可拓展性主要体现软件方面。如果想要对系统进行升级或者拓展仅仅需要对相应的软件进行升级或者拓展即可, 非常方便。升级和拓展软件要比改进和优化硬件电路简单许多。借助于软件工具, 能够根据实际需求来实现各种通信业务的拓展。

2 软件无线电的关键技术

之所以软件无线电具有传统数字电台无法比拟的优势, 其中应用了诸多关键技术。也正是由于这些关键技术的应用, 可保持电台功能以及款频段的灵活性。以下将对几种关键技术进行具体分析:1) 开放式体系结构。在软件无线电系统中, 硬件设计建立在开放式总线结构基础上, 硬件与软件均处于开放状态, 例如电气接口与物理接口, 根据通用的模块标准进行设计。目前, 基于通信的开放结构标准基本建立起来, 但是软件无线电技术中的适时数字信号处理、高性能信号处理等相关标准尚处于初级探索阶段;2) 中频处理。在发射端的中频处理中, 基本实现已调基带信号和中频信号的转换, 这种转换功能主要通过计算离散时间点来实现。对于接收端的中频处理部分, 如宽带数字滤波, 可以从业务波段中选择, 恢复到中等带宽的用户信道, 并将信号转换为基带。通过滤波以及频率交换的复杂程度, 体现中频段对处理能力的需求状况, 这一功能需要通过数字办法来实现;3) 实时软件处理。在软件无线电系统的多工作技术实现过程中, 应实时纳入全新功能软件。虽然当前存储器的容量已经比较大, 但是所有软件存储其中仍承受较大压力, 因此软件无线电系统可以通过特定的用户入口端实现实时新功能软件的装载, 通过重新分配、组构软件资源, 重组软件功能, 这就要求通信协议以及软件的通用性、标准性;4) 开放式总线结构。传统的硬件平台结构属于流水线式, 在这一结构中, 各模块采取实际硬件电路互连形式。一般情况下, 各个模块之间紧密耦合。如果系统涉及到功能的改变, 就需要增加或者减少某一个模块, 这就会带来结构中的变化。但是由于不具备开放性, 因此也无法满足软件无线电技术的要求。鉴于此, 人们在PC技术发展中受到启发, 提出了基于总线互连的系统, 在相应系统中应用VME总线标准。尤其在软件无线电系统中, 通过应用VWE总线标准, 进一步支持软件无线电的扩展性、开放性平台发展;5) 宽带模数 (A/D) 或者数模 (D/A) 转换。在软件无线电系统中, 最理想的ADC位置应该与射频天线尽量靠近, 以此更精准地接收模拟信号, 实现数字化转换, 最大限度获得可编程性。在A/D或者D/A技术转换中, 应考虑以下几点要素:量化噪声、采样方式、采样效率、数值与效应等。当前, 在软件无线电系统的A/D或者D/A技术中, 最大的困扰就是ADC采样速率难以满足软件无线电的高精度、高速率要求, 将成为今后努力方向。

3 软件无线电技术在4G发展中的应用

随着3G技术的日益发展与成熟, 目前已经在市场运营中取得一定成绩。当前, 国际电信联盟 (ITU) 已经着手准备“第四代移动通信标准”的制定, 并逐渐达成共识, 将移动通信系统与其他系统相结合, 如WLAN、无线局域网等, 4G技术应运而生。随着4G技术的产生, 数据传输效率将进一步提高, 并可提供更丰富、更广泛的任务, 最终实现局域网、广播、电视、商业无线网络、蓝牙等无缝衔接、兼容发展。在发展4G的诸多关键技术中, 软件无线电技术是承载4G发展的桥梁。随着各种先进技术的交叠发展, 更利于降低开发风险, 因此未来发展的4G技术必须满足各种类型产品的需要, 软件无线电技术恰好满足产品多样性需求, 既可降低开发4G的风险, 又支持更多系列产品的开发。另外, 由于软件无线电技术减少了硅芯片的应用, 可有效降低成本, 更利于推广使用。在4G技术的网络支持方面, 由于通信系统选择的是基于IP全分组形式基础上的数据传输流, 因此IPv6将成为下一代的网络协议。总之, 随着计算机技术、通信技术以及微电子技术的快速发展, 必然能够有效解决软件无线电技术发展中遇到的困难, 让软件无线电技术在未来4G通信技术中获得更好的发展空间。

参考文献

[1]Test Method for Frequency Hopping Radio Based on Software Radio.Proceedings of 6th International Symposium on Test and Measurement (Volume8) , 2005:156158.

[2]杨小牛.从软件无线电到认知无线电, 走向终极无线电——无线通信发展展望[J].中国电子科学研究院学报, 2008 (1) :125-126.

软件无线电发展 篇9

ADI的SDR产品组合包括AD-FMCOMMSX-EBZ系列快速开发和原型制作板属于高速FMC模拟模块, 采用AD9361或AD9364集成式捷变RF收发器1C�或分立式信号链, 可无缝连接Xilinx FPGA开发平台生态系统。·AD9361是ADI的可编程2x2集成式收发器解决方案, 频率范围为70MHz至6.0GHz这款灵活的高性能IC采用AD-FMC0MMS2-EBZ板, 可无缝连接Xilinx FPGA开发平台, 方便进行快速SDR原型制作和系统开发。·AD9364-AD9361 IC的1 x 1版本。AD9364满足AD9361的全部性能规格与功能要求, 提供成本更低的解决方案, 用于无需双通道解决方案的应用。·AD-FMC0MMS2-EBZ是一款2 x 2 SDR快速原型制作板, 采用AD9361捷变RF收发器IC构建, 经调谐可在2400~2500MHz范围内实现最高RF性能。·AD-FMC0MMS3-EBZ是一款2 x 2 SDR快速原型制作板, 同样采用AD9361捷变RF收发器IC构建, 支持AD9361的70MHz至6GHz全调谐范围。·AD-FMC0MMS4-EBZ是一款1 x 1 SDR快速原型制作板, 采用AD9364捷变RF收发器IC构建, 可经软件配置在2400~2500 MHz范围内实现最高RF性能, 或者可经软件配置工作在AD9364的ADI提供针对整个信号链的分立式解决方案RFOUTDEMODULATORS典型SDR收发器框图亚洲技术支持中心电话:4006 100006电子邮件:china.s叩port@analog.com软件定义技术革命ADI的软件定义无线电解决方案软件定义无线电架构可简化系统设计, 实现无线电平台标准化作为高集成度、高性能RF捷变收发器、分立式信号链解决方案以及应用开发平台的业界知名提供商, ADI始终致力于满足工程师芯片到系统的各种需求, 为SDR的发展提供支持。采用ADISDR方的工程师们可以从丰富的内容和社区资源中受益, 这些宝贵财包含着行业精英人士的观点和分析, 同时还有面对相同职业、设计和故障排査挑战的一流工程师们和同行群组提供的帮助和实建议。系统设计工程师完全可以放心地采用ADI市场先进的系列品。从符合当今SDR应用苛刻的高性能需求的分立式信号链器件到有利于加快上市步伐、降低风险的创新型高集成度、可编程发器解决方案, 还有可帮助实现快速、可靠原型设计的SDR参考计, ADI始终是工程师旳优先选择。最后, AD丨还提供了SDR设计实可行的方法。

软件无线电关键技术分析 篇10

1 软件无线电的概念

软件无线电的概念很多, 概括起来说, 软件无线电技术就是在开放式的通用的无线电通信平台上, 通过安装相应的软件来完成不同的通信功能, 系统的升级可以依靠软件的升级来实现。软件无线电是一种基于软件和协议来实现物理层连接的无线通信设计, 它利用越来越高的芯片处理速度和大规模集成电路技术, 把数字信号处理或通用CPU芯片作为基本硬件平台, 将尽可能多的无线通信功能用软件实现。

2 软件无线电的主要特点

软件无线电的功能可以按要求的条件用编程来设计, 用软件升级来改变无线参数, 把无线通信系统或产品的某些部分转移到软件上来, 将这些软件固化于DSP、ASIC、FPGA现场可编程序的逻辑序列里, 系统升级基于软件, 可以缩短无线电设备的开发周期, 使得开发更新代价小, 而且, 采用软件无线电, 使不同的系统和设备更容易兼容和互联。其特点主要有以下三个方面:

(1) 灵活性。可任意改变调制方式或更换信道接入方式;可通过软件升级或使用工具来扩展业务、定义所需增强的业务以及分析无线通信环境、实时环境测试等。

(2) 集中性。多个信道享有共同的射频前端与宽带A/D变换器以获取每一信道的相对廉价的信号处理性能。

(3) 模块化。模块化的设计, 符合开放标准, 使得系统便于维修、升级和改造。

3 软件无线电的体系结构

采用正确的模型描述自然现象, 应用数字化的方法表示运动的状态和过程, 使之适合应用计算机进行处理当然是最基本的因素, 但在发展过程中采用了合理的开放性的体系结构也是计算机发展迅速、应用广泛的重要原因。参照计算机的体系结构形式, 可以将软件无线电功能映射到图1所示的开放式、组件式结构中去。

4 软件无线电的关键技术

软件无线电一般由宽带天线、射频前端、高速数字链路和各种软件包组成, 解决软件无线电的智能宽带天线技术、高速A/D—D/A技术以及软件协议和标准便成关键问题之所在。

(1) 宽带天线和射频前端。这是软件无线电不可替代的硬件出入口, 只能靠硬件本身来完成, 不能用软件加载实现其全部功能。这部分要完成的功能包括天线能覆盖所有的工作频段、能用程序控制的方法对功能及参数进行设置。实现的技术包括组合式多频段天线及智能化天线技术;模块化、通用化收发双工技术;多倍频程宽带低噪声放大器方案等。

(2) 高速A/D和D/A转换。A/D和D/A转换器是保证软件无线电系统卓越性能的关键因素之一。为了在尽量接近天线的射频前端把信号数字化, A/D和D/A转换必须能工作在很高的频率, 且具有优良的性能。在接收状态, A/D转换器的工作频率直接影响到可能处理的信号频率和带宽、滤波器的性能和可实现性, 其位数将影响信噪比、动态范围、保真度等;在发射状态D/A转换器的性能将影响发射信号的质量, 如非线性失真、谐波失真、三阶互调和频谱的纯度。

(3) 高速DSP处理技术。理想的软件无线电结构之所以适用于无线电工程的任何领域, 原因就在于它完成的功能主要取决于存储在DSP/FPGA中的软件, 而与硬件结构无关, 高速DSP处理器作为软件无线电计算、控制、信号处理的核心部件, 其性能直接影响到软件无线电的可实现性。

(4) 开放式、可扩展、可重构的体系结构。要实现多体制、多功能, 且能不断引入新的功能, 适应新的要求, 软件无线电的硬件平台必须具有开放式、可扩展、可重构的特点。图2是一个短波软件无线电的硬件平台实例框图。图中, 系统采用高速A/D和D/A转换、DSP模块、多媒体PC以及RF接口构造通用的硬件平台, 保证了开放式模块化的系统结构实现。另外, 这种结构的一大特点是采用了多媒体PC作为通信终端, 使得其具有良好的人机交互界面。

(5) 软件协议和标准。适用于软件无线电的软件必须具有可重用性, 即它可以应用于各种软件无线电的硬件平台。各种软件功能模块具有标准的接口, 只要接入软件总线就可使用。软件应用程序完成软件无线电应用系统的功能、体制的描述, 并规定相应的指标参数。应用编程接口 (APl) 层支持应用程序的再利用, 可编程的无线接口协议栈实际上就是提供与API相关的一些软件模块, 如信源编码、调制解调算法等。

5 软件无线电的未来潜能

软件无线电结构简化了硬件组成, 提供了快速适应新出现的标准管理方式。无线电接人点、小区和无线数据骨干网等这些基本设施结构可以通过安装新编程的软件满足不断变化的标准, 而不用更换新的硬件设备。基于适当的软件无线电技术的蜂窝基础结构能够通过安装新软件进行升级, 比配置新硬件更迅速、更廉价。目前全球软件无线电的参与者正致力于确定软件无线电技术在产业价值链中的定位, 尤其是在移动通信方面。软件无线电的许多潜在优势及效益正将在不同的产品上体现。无线通信领域中, 由于今后更多的功能将在软件上开发、新业务的推出和升级要在软件上实现, 软件无线电技术的广泛应用将会为厂商和运营商带来美好的前景和机遇。

参考文献

[1]杨小牛, 楼才义.徐建良软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社, 2001.

[2]王庭昌.软件无线电技术的回顾与展望[J].现代军事通信, 2007, 15 (3) :1-7.

[3]栗苹, 赵国庆, 杨小牛等.信息对抗技术[M].北京:清华大学出版社, 2007.

软件无线电发展 篇11

开始操作

在多个基站的网络上使用这个应用的时候，你会发现它有着Windows或Mac版AirPort utility所没有的一些特征——Ail-Port Utility会以图形显示连接Internet以及不同基站间的有线和无线路由，你可以从显示的缩略图中选择一个路由器来进行检验或设置。当一切正常的时候，网络连接旁边会出现绿的小点；如果出现红色或黄色小点，则说明网络连接有问题。

该应用程序会为你准备好所选择的路由器的连接信息，比如它的lP地址以及该地址是否由网络运营商分配，或者需要手动设置。接下来，轻击“编辑”，你就可以看到大多数配置数据的详情了。

通过该应用程序，你还可以利用DHCP保留功能给本地电脑设置固定lP地址。点击高级菜单并选取相应设置就能设定好AirPort Utility。不足的是，不够仔细的人很容易将“完成”误当成“取消”点击。

目前，AirPort Utility依然存在安全漏洞一一它总是保留基站的密码，还会显示出修改设置的密码以及各个加密网络的连接密码。苹果应该增添一个“锁定”或“废除多余密码”的选项。同时，如果你担心别人有可能通过该程序访问你的网络基站设置，建议你给iOS设备加密上锁。

适合人群

不要认为只要给iPhone或iPad装上AirPort UtiIity就可以进行IPv6网络配置或系统登录等复杂的操作了，这些操作目前还只能在台式机上完成。iOS版AirPortutility也不能载入或储存配置文件，好在这点对家庭网络或小型办公室网络用户影响不大。

基于软件无线电的同步技术研究 篇12

1 软件无线电接收机

从理论上讲一个理想的软件无线电系统能够发射和接受采用任何频率、电平、带宽和调制技术的信号,能够最大限度地满足互联互通的需求。

对软件无线电接收机来说,A/D离天线越近,软件处理的灵活性就越大,但带来的问题是A/D的工作速度越高,对DSP的处理速度要求也越高。在目前的A/D和DSP技术现状下,采用中频采样是比较合适的。图1所示的就是中频采样数字化结构图。

图中三个频率之间的关系为:

在一定的中频条件下,改变本振频率fl来实现对不同频率fi信号的数字化。基于中频采样理论的软件无线电接收机的数学模型主要包括单通道软件无线电接收机数学模型和并行多通道软件无线电接收机模型。由于本系统是基于TDMA、CDMA和OFDM三模通信系统的软件平台,所以选择的是基于宽带中频带通采样结构的、并行多通道软件无线电接收机模型。

2 基于软件无线电的同步技术

由于中频采样软件接收机在中频数字化,而后进行数字混频,然后对各个信道进行滤波、解调等运算,这些过程由软件控制,由此决定了中频采样软件接收机在同步方面与传统方法不同。本系统基于最大似然估计理论,结合各通信系统的特性,采用最大似然载波估计、最大似然定时估计及其联合估计算法,解决系统的同步问题。

在TDMA系统中,准确地确定接收信息的起始时刻,是后续准确、快速编解码、获得载波信息、解调等信号处理的关键。在接收机中使用自相关旁瓣低的码字作为独特码[1](简称为UW),同时利用UW作为定时同步的时钟参考指示[1]。为了得到准确的帧同步,本文采用UW独特码和载波相位估计序列联合的最大似然估计同步算法,图2是该算法的流程图。

在检测到独特码出现位置m后,检测窗口内此时接收的矢量为:

Y=E1/2bX+N=(y1,y2,…,yL+W-1)

Eb/N0为系统的信噪比,N为噪声矢量,检测区间为[1+m,L+m]和[1+n,L+n]有重合区间[1+n,L+m],表示在位置m的检测矢量Y之间有L-m-n个码元相同。当统计量Um≤Un时,产生错误检测概率。根据定义可以得到

undefined

设dmn=dmni+dmnc为独特码字和载波相位估计序列联合序列中的不相同的码元个数,根据定义,式中第一项的均值和方差分别为undefined和2dmniN0,第二项的均值和方差为undefined和2dmncN0,根据最大似然检测概念,其错误概率可以表示为:

undefined

在同样条件下相关检测的统计量设为Vm-Vn,在非重合区间和重合区间产生的统计量的均值和方差分别为:undefined和undefined和2dmncN0。所以在Vm-Vn≤0条件下,位置m上对应于最大似然检测概率的错误概率为:

undefined

图3是基于最大似然估计算法的系统检测概率与信噪比仿真结果图,显示了在不同的信噪比条件下的正确检测概率。

CDMA通信系统的同步问题包含两个方面:捕获和跟踪[2]。本文主要考虑的是扩频序列的捕获同步问题,当接收机开始接收发送来的CDMA扩频信号时,调整本地产生的载波扩频序列,使它与发送来的信号序列一致。基于最大似然估计的平方和检测方法,获得估计参数的CDMA似然码捕获同步。假设:

H1:有信号传输且本地扩频码和输入扩频码相位同步。

H0:无信号,或者本地扩频码和输入扩频码相位不同步。

假设时延τ=mTc+μ

其中m为大于0小于N的整数,μ≤Tc/2显然当以1/Tc速率做解扩时,在H1时,就是本地扩频码相位偏移m时,码捕获的过程,实际上就转化为对m的似然估计。则在理想功率控制下,可以重新写为:

rk=sk(m,di,k)

其中:

sk(m,di,k)=c[(k-m)/N](di,[(k-m)/N]+

jdq,[(k-m)/N])

上式中,di,[(k-m)/N],dq,[(k-m)/N]分别为I,Q两路调制数据。

对m似然估计为undefined,则似然函数Λ(m)为:

undefined

运算符E表示对其下标的随机变量(di,dq,φ)求均值,σ2=(Ec/E0)-1为零均值复白高斯噪声采样点nk的方差,pr是在观察间隔内接收采样点数组undefined的条件概率密度函数。假设观察间隔为W个信息符号,共WN个码片周期,所以undefined可以定义为:

undefined

可以得到:

undefined

“∝”表示式子左右两项是正比关系。对上式中di,dq,φ求数学期望,且只取贝赛尔函数幂级数展开形式的前两项来近似,从而最后得到的似然函数为:

undefined

其中undefined

图4表示在不同的检测信噪比条件下的正确检测概率。由此可见在不同的信噪比条件下正确检测概率随着门限的提高而提高,在一定的门限条件下随着信噪比的提高呈递增趋势,也可以认为系统的扩频码同步捕获性能受门限控制,门限越高,系统的同步性能越好。

在OFDM传输系统中,接收机需完成帧结构、分组结构和载波频率上的同步。由于引入的多路的正交子载波,OFDM对频率偏移非常敏感,频率偏移会导致所有子载波上的ICI,因此OFDM系统的频率同步必须比单载波系统更精确。本文使用的是基于最大似然估计的加入循环前缀的同步参数估计算法[3],实现OFDM系统的同步,即基于最大似然估计的载波偏差粗估计与定时相位联合估计策略实现精同步。

假设系统中接收到的信号为:

r(k)=s(k-θ)e-j2πεk/N+n(k),

对于变量θ和ε的对数似然函数Λ(θ,ε)定义为概率分布密度f(rθ,ε)的对数,其中f(rθ,ε)表示给定符号到达时间θ和频差ε条件下,2N+L个样值的联合条件概率密度函数,则对数似然方程可写为:

Λ(θ,ε)=logf(rθ,ε)=

r(θ)cos(2πε+∠r(θ))-ρΦ(θ)

其中“∠”表示一个复数的幅角, ρ表示r(k)和r(k+N)之间的相关系数的幅度,上述对数似然方程分两步完成最大化[4],即

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就频差ε而言,当满足2πε+∠r(θ)=2nπ时才能满足最大似然定理。由此可得频差ε的最大似然估计

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同时还可得到

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所以ε和θ的联合最大似然估计为:

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根据上述理论分析,图5和图6是利用最大似然估计得到了定时估计和频率偏移的联合估计示意图。

3 多模式通信系统软件平台

在规划整个移动通信系统的建设和优化上,系统间如何有效地兼容和平滑过渡,是衡量第三代移动系统的一个重要标准。多种模式系统共存,需要一个可在多种不同体制的系统之间自由切换的通信平台[4]。本文基于软件无线电理论技术,在MATLAB软件仿真环境下,建立这种多模式通信的仿真平台。在这个平台下,软件仿真模拟了TDMA、CDMA和OFDM三个通信系统,并在AWGN信道模型和多径信道模型的仿真环境下对各个系统的性能参数等做了定量的分析。

基于软件无线电多模式通信系统的软件平台设计结构如图7所示,系统操作主界面如图8所示。此系统采用了WINDOWS操作界面格式,整个界面可以分为四个区域[6]。第一个区域是下拉菜单区,在这个区域中主要包括了文件(File)、编辑(Eidt)、视图(View)、插入(Insert)、工具(Tools)、窗口(Windows)、帮助(Help)和说明(Comments)等几个菜单。为了保证操作的简洁性和可靠性,这些菜单的功能基本与Windows和Matlab的菜单功能一致,主要用于实现窗口和图形的各种基本操作功能。

第二个区域是参数设置区,在这个区域中,使用者可以任意选择通信模式(下拉项里包括TDMA、CDMA、OFDM)以及载波频率、码元速率、抽样频率和信噪比等参数。

第三个区域是系统分析功能区,在这个区域内,使用者可以根据第二个区域中的各项参数,得到加噪声后的调制信号波形,下边的窗口显示的是经过同步算法模块后的波形分析。由此可以清晰地分析波形的失真情况,从中检测系统的同步性能。以OFDM系统为例。从图8的波形分析栏里可以观测到OFDM的清晰、准确的解调波形,由此可知基于OFDM信号传输特性的最大似然联合估计同步算法较好地解决了系统的同步问题。

最后一个区域是显示区,当在系统分析栏里选择的是误码率分析时,则可在右面的窗口显示栏里显示系统在 AWGN和多径衰落信道中的误码率分析图从而实现对各系统的抗噪声性能和误码率分析。图9是OFDM系统在AWGN和多径信道中的误码率分析图。经分析可知,基于最大似然联合估计同步算法,OFDM系统可以有效抗多径衰落影响,随着信噪比的增加,多径衰落信道的同步性能明显优于AWGN信道。这也证明了OFDM系统采用多个载波正交调制技术,降低了各子载波的信号速率,增强抗多径衰落影响的优点。

4 结束语

本文首先从软件无线电理论出发,分析讨论了软件无线电的关键技术,软件无线电接收机的数学模型。着重分析和讨论了基本的同步方法,选择了在TDMA、CDMA和OFDM通信系统中都可以很好解决同步问题的最大似然估计同步算法,结合各系统的通信特点,采用了不同的联合估计算法,并定量分析了各系统的同步性能。

摘要：从软件无线电理论出发,分析讨论了软件无线电的关键技术,软件无线电接收机的数学模型。针对现代通信领域出现的多模式、多频段共同存在和使用的形势,提出了合理的基于软件无线电思想的多模式通信系统。在Matlab仿真环境下,建立了包括TDMA、CDMA和OFDM三模通信系统平台,以最大似然估计同步算法为理论依据,结合各调制解调信号特点,重点解决了多模式通信平台的同步技术问题。

关键词：软件无线电,多模式通信系统,同步,最大似然估计

参考文献

[1]Tadashi Fujino,Ken-ichi Fujiwara.Multi-Dimensional soft-DecisionUnique Word Detection[J].ICC,Toronto,Canada,1986.

[2]杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.

[3]Robertson P.Maximm likelihood frame synchronization for flat fadingchannels[J].Proc,IEEE ICC’92,1992:1426-1430P.