軟件無(wú)線電的起源、體系結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

隨著數(shù)字技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等通用可編程器件的運(yùn)算能力成倍提高，而價(jià)格卻顯著下降，現(xiàn)代無(wú)線電系統(tǒng)越來(lái)越多的功能可以由軟件實(shí)現(xiàn)，因此產(chǎn)生了軟件無(wú)線電。軟件無(wú)線電的核心思想是將寬帶模／數(shù)（A／D）及數(shù)／模（D／A）變換器盡可能靠近射頻天線，并盡可能用軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)線電功能。

1.軟件無(wú)線電的起源

軟件無(wú)線電起源于美國(guó)國(guó)防部的易通話（speakeasy）戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)計(jì)劃。1990年8月，美國(guó)國(guó)防部與Hazeltine公司簽訂了430萬(wàn)美元的合同，開始易通話無(wú)線電系統(tǒng)第一階段的研制工作。其主要目標(biāo)是研制三軍通用的多頻段多功能無(wú)線電臺(tái)（MBMMR），工作頻段2～2000MHz，能兼容現(xiàn)有15種主要軍用電臺(tái)，同時(shí)與其中4種電臺(tái)通信。這項(xiàng)計(jì)劃已于1997年完成，并裝備部隊(duì)，最終將取代軍隊(duì)所有的傳統(tǒng)電臺(tái)。

2.軟件無(wú)線電的體系結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)通信模式是源編碼、信道編碼、信道（加上噪聲、干擾、失真）傳輸、信道解碼和源解碼。標(biāo)準(zhǔn)軟件無(wú)線電采用基于標(biāo)準(zhǔn)虛擬機(jī)環(huán)境（VME）的硬件結(jié)構(gòu)，將射頻（RF）、中頻（IF）、基帶和比特流部分組裝在一個(gè)VME系統(tǒng)中，完成無(wú)線系統(tǒng)的基本功能，用工作站將用戶接口、研究工具、開發(fā)工具和本地信源編碼／解碼等集成在一起，提供對(duì)系統(tǒng)的軟件支持。天線、VME分系統(tǒng)和工作站構(gòu)成一個(gè)完整的軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)。
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軟件無(wú)線電的天線跨多個(gè)頻段，形式統(tǒng)一，損耗低。射頻部分完成輸出功率的產(chǎn)生及前置放大，將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)，或?qū)?biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，該標(biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)適合A／D和D／A轉(zhuǎn)換。中頻部分完成中頻信號(hào)與已調(diào)基帶信號(hào)之間的變換（接收和發(fā)射），它的主要功能是頻率變換和濾波?；鶐盘?hào)處理部分把數(shù)據(jù)流變換成適合信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)和解調(diào)基帶信號(hào)（含定時(shí)恢復(fù)），包括針對(duì)非線性信道的預(yù)失真、柵格編碼和軟判決參數(shù)估計(jì)等。比特流部分采用數(shù)字方式復(fù)接和分接多個(gè)用戶的比特流，這些比特流經(jīng)過(guò)信源編碼，包括前向糾錯(cuò)碼FEC（如比特交織、分組或卷積編碼、ARQ等）幀定時(shí)、比特填充、無(wú)線鏈路加密等，它還具備信令、控制、運(yùn)營(yíng)、管理和維護(hù)等功能。
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軟件無(wú)線電硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)寬帶A／D和D／A及高速DSP，建立VME公共硬件平臺(tái)，支持并行、流水線及異種多處理機(jī)。軟件采用基于OSI參考模型的分層軟件體系，支持開放式的模塊化設(shè)計(jì)。靈活應(yīng)用軟件無(wú)線電的基本硬軟件模塊，可使軟件無(wú)線電設(shè)備對(duì)傳播條件具有多種自適應(yīng)能力（包括頻率、功率、速率及多徑分集等），多種抗干擾能力（包括自適應(yīng)天線調(diào)零、自適應(yīng)干擾抵消、擴(kuò)頻及跳頻等），靈活可變的多址方式（包括FDMA、TDMA、CDMA、SDMA及其混合等），用戶需要的多種業(yè)務(wù)（包括話音、傳真、數(shù)據(jù)及圖象等）及多種組網(wǎng)與接口能力等。

3.應(yīng)用

3.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，基站和移動(dòng)終端采用軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)，硬件簡(jiǎn)單，功能由軟件定義。射頻頻段、信道訪問(wèn)模式及信道調(diào)制都可編程。在此系統(tǒng)中，軟件無(wú)線電的發(fā)射與其它系統(tǒng)不同，它先劃分可用的傳輸信道，探測(cè)傳播路徑，進(jìn)行適合信道的調(diào)制，電子控制發(fā)射波束指向正確的方向，選擇合適的功率，然后再發(fā)射。接收也同樣如此，它能劃分當(dāng)前信道和相鄰信道的能量分布，識(shí)別輸入傳輸信號(hào)的模式，自適應(yīng)抵消干擾，估計(jì)所需信號(hào)多徑的動(dòng)態(tài)特征，對(duì)多徑的所需信號(hào)進(jìn)行相干合并和自適應(yīng)均衡，對(duì)信道調(diào)制進(jìn)行柵格澤碼，然后通過(guò)FEC譯碼糾正剩余錯(cuò)誤，盡可能降低誤比特率。此外，軟件無(wú)線電能通過(guò)許多軟件工具增加增值業(yè)務(wù)。這些軟件工具能幫助分析無(wú)線電環(huán)境，定義所需的增加內(nèi)容，在無(wú)線環(huán)境下，測(cè)試由軟件開發(fā)增值業(yè)務(wù)的樣板，最后通過(guò)軟件和（或）硬件開放該增值業(yè)務(wù)。
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1998年7月，我國(guó)向ITU提交的第三代移動(dòng)通信提案TD－SCDMA中就采用了軟件無(wú)線電技術(shù)。SCDMA的基站和終端設(shè)備采用高速DSP和高速A／D變換器，處理速度高于5000萬(wàn)次／秒。在SCDMA系統(tǒng)中，軟件無(wú)線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的功能包括采用IS－95或G.729標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)編碼速率8kb／S，質(zhì)量接近于64kb／S PCM編碼；直接序列碼分多址（DS－CDMA）的調(diào)制和解調(diào)；同步檢測(cè)和控制；天線波束的賦形（智能無(wú)線技術(shù)）；自動(dòng)控制頻率、發(fā)射功率、接收增益和時(shí)延；用戶定位（確定用戶基站的方位和距離）；處理空中接口Um物理層；基帶預(yù)失真，以降低對(duì)收發(fā)信機(jī)線性的要求。軟件無(wú)線電通過(guò)硬件平臺(tái)安裝不同的軟件，完成不同的功能，因此可在不改變硬件設(shè)備的條件下，通過(guò)軟件升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

3.2智能天線