论基于软件无线电的通信系统

云南省无线电监测中心 李 玲

在经济水平和生产力水平不断提升的前提之下，人类的通信需求也越来越旺盛，现代通信对安全性以及及时性要求越来越高，崭新的通信要求呼唤新的通信方式的诞生，软件无线电依托数字化和模块化具有极强的可编程性，被誉为信息领域的第三次变革，以灵活开放的运用方式成为通信行业的研究热点。

一、软件无线电系统的简单介绍

近二十年来世界范围内对软件无线电技术的研究越来越深刻，得到了通信行业内的普遍认可，软件无线电系统依托于硬件系统，以相关的编程软件为手段，实现对数字信号的转换，可以实现通信信号的实时转换，达到全频段信息覆盖的目的。近几年软件无线电技术更加迅猛，在无线移动通信普及程度越来越广的前提下，依托于软件无线电技术建立新的通信体制成为可能，在更新通信方法时，无须对原有的硬件设备进行变更，可以根据使用需要在DSP部分加载不同的软件，即可完成系统的升级，使用户获得更高性能的通信业务。

软件无线电的系统结构包括电源和天线，完成变频任务的射频前端，完成信息转换的A/D/A转换器，以及数据的处理器和存储器。软件无线电系统在进行工作时，覆盖多频段的天线对附近的能量进行智能分析，自动调整指向并接收信息，然后将信息传送到射频部分；射频部分在接收到模拟信号之后进行变频处理，将信号传递到中频进行数字化的处理；在软件处理DSP部分，对宽带的数字信号进行合成和解调，编程后进行解码和译码最后输出信号。

二、软件无线电应用于通信系统中的优势

理想的软件无线电系统可以有效减少模拟处理的环节，接收端的天线在接受信号之后，通过调制和变频程序即可进行编码，整个通信过程使用与无线电工程中的任何领域，具有广泛的应用优势，相比于其他类型的无线电通信技术，应用于通信系统中的软件无线电具有以下显著的优势：

（一）实现通信系统的功能模块化

功能模块化是软件无线电技术的设计理念，对通信系统的各个功能进行系统化的模块设计，可以方便对整个通信系统进行管理，应用软件无线电技术的整个通信系统硬件平台实行统一标准，并且遵循开放性的设计原则，在需要对系统进行维护或者性能提升时，可以通过单独模块的更换实现，减轻了通信人员的工作压力，也降低了通信系统建设的投资。

（二）有利于通信系统的灵活重构

软件无线电技术是全面数字化的系统，整个系统的工作重点是以数字化的处理方式对天线周围多频段的信息进行处理，软件化的功能增强了通信系统的灵活性。在通信技术日新月异的当今时代，通信技术和通信设备在不断更新，软件无线电系统的宽频处理方式依托于原有的硬件设备，具有极强的兼容性，以功能性的软件实现对信息的编程，有助于通信系统的灵活重构。

三、在通信系统中应用软件无线电技术的几个核心技术

目前在通信系统中成功应用软件无线电技术的例子大多数是军事方面，总结使用过程中的成功经验可以有助于软件无线电技术的推广，使软件无线电技术在民用通信行业中也发挥出应有的作用，在目前GSM和WCDMA网络并行的通信时代，以现有硬件为基础借助软件的编程作用实现频谱之间的兼容，具有广阔的应用前景。

（一）覆盖多频段的天线技术

软件无线电技术以天线完成对信号的收集，因此对天线的安装要求比较高，天线需要全面覆盖周围的信息通信区域，具有比较大的信息接受范围，从天线频段上来说，要求天线的覆盖频段为2-2000MHz，实际上，就目前的技术水平，无法研究出这种全频段的天线，因此在实际应用中软件无线电系统所采用的天线只需覆盖关键的频段窗口，采用组合式的多频段方式即可完成使用要求。

（二）提升宽带的模/数性能

决定宽带模/数性能的主要因素是对信息进行采样的速率，以及采样的位数，采样的速率由信号的带宽决定，采样的位数则需要满足信号动态变化过程中的精度要求，目前使用的模/数转换器不能同时满足速率和采样位数的要求，在进行信息采集时，可以通过多个采样电路串联的方式，将量化的采样速度降低，从而实现提高采样分辨率的目的。

（三）完成降噪任务的射频前端

在信号采集之后，并不能直接对信号进行数字化处理，需要以射频前端对信号进行预处理，包括噪声的处理，以滤波和混频为手段，对信号进行增益控制，增大信号的输出功率，射频前段需要有比较高的工作频率和工作带宽，该模块在信号格式上应该与后续的A/D/A模块匹配，以顺利完成后续的数字化处理任务。

（四）实现中频信号转换的A/D/A转换器

中频信号的转换任务由A/D/A转换器完成，在模/数转换的过程中，要求整个系统能够高速完成信号的处理任务，以高采样率以及高带宽基础，实现信号的动态调制，有效降低信号的信噪比。转换器完成数据的处理之后，将把信息以带代码的形式传送到DSP处理器中，为信息的编程提供基础。

（五）对数字信号进行处理的DSP处理器

高速的DSP芯片是软件无线电通信技术的核心，是针对通信过程中不同频段的信息进行处理的部件，通过离散时间点的运算方式进行数据的处理，从可选择的业务波段中选择一个合适的波段，建立中等带宽的用户通信渠道，并将处理后的信号转换到该通道上，最终完成通信任务。

四、软件无线电技术的发展前景

在对软件无线电技术进行研究的过程中，对SDR功能呢个的扩展研究发现，可以对天线周围的电磁环境进行感知，以无线电语言和通信网络实现只能交流，并对交流的数据进行及时的传输，使通信系统中的无线电参数与环境参数高度匹配，实现通信系统可靠性的有效提升，以及对频谱带宽的有效利用，这就是认知无线电技术（CR）。

区别于SDR强调以软件对信号进行编程的形式，CR注重无线电系统对环境的感知，并根据对环境的感知进行工作状态的微调，以目标推理和高层规划为基础展开通信业务方式，也使CR被称为智能无线电。CR技术被认为是通信行业中无线通信技术的“下一件大事”，目前也已经受到了广大研究者的普遍关注，但是技术上尚存在一定的欠缺，如频谱以及路由器的选择技术，以及提高频谱利用率的有效方式等。

五、结语

软件无线电具有极强的开放性，符合未来通信技术的发展趋势，是现代的通信技术与电子技术相结合的产物，相比于传统的无线通信技术具有明显的优越性，无论是在军事领域还是民用领域都有广阔的应用前景。软件无线电的发展客观上带动着认知无线电技术的进步，认知无线电技术尚存在不少的缺陷，相关的研究人员应该积极努力，为未来的无线通信技术注入了新的活力。

[1]杜飞.软件无线电技术及其在军事通信中的应用[J].信息通信,2009(01).

[2]陶玉柱,胡建旺,崔佩璋.软件无线电技术综述[J].通信技术,2011(01).

[3]白敏丹.从软件无线电到认知无线电的无线通信发展现状[J].信息通信,2010(01).

[4]宫宪峰.论基于软件无线电的通信系统[J].黑龙江科技信息,2012(12).

[5]邹建宏.论基于软件无线电的通信系统[J].数字技术与应用,2012(01).