浅谈软件无线电技术在广播电台的应用

于彬/鸡西人民广播电台

浅谈软件无线电技术在广播电台的应用

于彬/鸡西人民广播电台

现行的面向具体用途来设计不同频段、不同制式的无线电通信电台及组网的思想已经远远不能满足现代无线电通信的实际需要，因此软件无线电系统及其技术，这种革新的通信理念与体制应运而生。本文作者试图从软件无线电技术方面粗浅谈谈在广播电台的应用情况

一、引言

软件无线电最初起源于军事通信，是为了解决多军联合作战时通信互通互联问题而提出来的。近些年来又伴随着微电子、信号处理、计算机等技术的高速发展应运而生成为一种新的无线电技术。经过这几年的迅速发展，软件无线电早已从军事领域的阶段逐步发展成为移动通信发展的基石，特别是第3、4代移动通信系统。软件无线电所采用的许多关键技术，确保了广播电台的宽频段和功能的灵活性。同时，软件无线电也使个人移动通信系统已从第一代模拟蜂窝系统发展到第二代数字蜂窝系统（GMS、CDMA），目前正在向第三代移动通信系统发展，而且第四代移动通信技术也已经悄然问世。随着越来越大的通信需求，一方面使通信产品的生存周期缩短，开发费用上升；另一方面，新老体制共存，各种通信系统之间的互联变得更加复杂和困难、由于通信技术的迅猛发展，新的通信体制与标准不断提出，通信产品的生存周期减少，开发费用上升，导致以硬件为基础的传统通信体制无法适应新的局面；同时，不同体制互通的要求日趋强烈，并且随着通信业务的不断增长，无线频段资源变得越来越拥挤，对现有通信系统的频带利用率及抗干扰能力提出了更高的要求。但是沿着现有通信体制的发展，很难对频带重新规划。所以寻求一种既能满新一代通信系统需求，由能兼容老体制，而且更具有扩展能力的新的个人移动通信系统体系结构成为人们努力的方向。而软件无线电正好提供了解决这一问题的技术途径成为第三代移动通信系统研究的热点。

二、软件无线电的概念及特性

软件无线电技术将硬件、软件、无线技术有机地结合在一起，组成灵活多样的多功能系统。它的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，从通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现势必要求减少功能单一的、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A转换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。在设计和应用中软件无线电技术有下列优点：

1.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。

2.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，系统的升级只需要改变相应的软件，即对软件升级即可。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。

3.完全的数字化。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。

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。

三、软件无线电系统的关键技术与研究热点

软件无线电之所以比传统的数字电台优越，是因为采用了许多关键技术，正是这些关键技术确保了电台的宽频段和功能的灵活性。其中的关键技术主要有：（1）开放式体系结构。目前，用于通信的开放式体系结构标准已经建立，但软件无线电中用于高性能、实时数字信号处理的开放式标准还处于未成熟阶段。（2）宽频段、多频段天线及RF部分技术。RF转换器部分功能包括产生输出功率、接收信号的预放大、射频信号和中频信号的转换等，现阶段RF变换还只能采用模拟方式。（3）宽带模数或数模（A/D或D/A）转换技术。（4）中频处理技术。（5）基带处理技术。（6）数字信号处理（DSP）技术。在软件无线电中，高速DSP的运算能力高低将直接影响到软件无线电系统性能的好坏。在多频段多功能电台中，DSP部分的设计不再是为某种功能所附加，而是承担电台的大部分信号处理功能，包括调制/解调、变频、数字滤波、信号检测、信息处理、语音编码、抗干扰及实时控制、网络协议等多种功能。（7）可重构的实时软件处理技术。（8）开放式总线结构的标准化。（9）宽带智能天线技术。智能天线技术在软件无线电中具有非常重要的功能，是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。软件无线电中的智能天线与无线移动通信中的智能天线从功能上讲是完全相同的，但在软件无线电系统中，由于信号占据很宽的频率范围，其天线必须具有接入多个频段的功能，理想的软件无线电系统的天线部分则应该能够覆盖全部无线通信频段，这对天线技术提出了较高的要求。

通常来说，广播电台的射频前端、发射天线和接收天线部分都是有固定硬件实现的，但是软件无线电具有智能的、可编程的数字信号处理核心，可以充分利用此优势对固定天线接收下来的信号进行优化组合，达到提高信噪比，抑制共同信道干扰、增大通信系统容量的目的。这种可以动态配置的天线系统就是目前软件无线电系统中的关键热门技术之一——智能天线技术。