移動通信測試領域中軟件無線電技術應用

韓健　于林韜

摘 要：當今通信領域，2G、3G、LTE、WiMax等制式將長時間內并存，這種不同模式、頻段多、功能強的通信制式，對無線基站和終端的測試來說是巨大挑戰。本文全面詳細介紹了軟件無線電的體系結構及關鍵技術，中頻頻譜儀分析儀等儀器的工作原理。

關鍵詞：軟件無線電 移動通信 頻譜分析

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0006-02

由于網絡要求與用戶需求，多種移動通信制式將長期并存。中國移動2012年的集中采購中，其數據終端和語音終端規定必須要支持GSM，FDD-LTE，TD-LTE，WCDMA，TD-SCDMA五種制式，且每種制式的頻譜范圍不同。國內4G終端也同時支持3-4種制式，與此同時，WiFi，GPS等功能也更多配于智能終端，從而給無線技術測試領域帶來巨大挑戰。于是提出通過軟件編程來完成無線通信設備的系統升級和功能測試，這將大大提高無線產品研發和生產效率，并大大節省儀器成本。

軟件無線電技術（SDR）將硬件與軟件結合，使設備可以任意重新配置，為完成多模式、多頻段、多功能無線通信測試提供了可行的解決方案。通過軟件編程，過去只能使用專用硬件平臺來完成的任務，軟件無線電技術也可以完成。利用具有強大信號處理能力的可編程器件，如：DSP/FPGA/CPU等，可實現支持多種通信標準。

1 軟件無線電的結構

軟件無線電的關鍵技術，是將A/D與D/A轉換器件安裝在盡可能靠近天線的位置，這是為了將模擬信號盡早數字化，并通過采用高速數字信號處理芯片（DSP等）處理輸出信號，最后通過軟件編程來實現無線通信的功能。理想軟件無線電系統如圖1所示。

由于各種因素限制，如天線與ADC器件帶寬等，理想軟件無線電目前無法實現。工程上實現的軟件無線電系統被稱為軟件定義的無線電（Software-defined radio）。在一個SDR系統中，我們將A/D器件的位置稱為數字接入點，這個位置至關重要，它表示信號數字化處理的開始。區別于多模式無線電等，軟件無線電系統中射頻（RF）頻帶、信道調制以及信道接入模式等等全部具有的可編程性。

2 軟件無線電在通信測試儀器中的應用

由于ADC，FFT硬件和DSP的發展水平有限，目前“實時頻譜儀”僅能做到基帶部分數字化，對移動通信測試來說非常不便。SDR要求A/D，D/A器件盡可能的靠近天線射頻端，從而將信號更早的數字化。近年來高性能ADC，FPGA/DSP等器件的推出使得數字中頻頻譜儀得以實現。

數字中頻頻譜儀與傳統模擬中頻頻譜儀相比，在射頻前端處理方面并沒有明顯的差別，主要區別在于下變頻后的中頻輸出信號是否直接通過AD器件實現模數轉換。通過使用數字處理方式實現數字下變頻、中頻濾波器、包絡檢波器、等等，最終完成輸入信號頻譜的計算。相比于模擬中頻頻譜儀，數字中頻結構頻譜儀極大地改善了測量的速度、精度及對于高性能FPGA/DSP測量復雜信號器件的能力。

3 軟件無線電的關鍵技術

（1）信道化發射機復信號數學模型。

將具有在系統工作頻率范圍內的所有信道上同時發射信號的能力的發射機稱之為信道化發射機，

假設共有N個待發射的帶通信號m（t），每個帶寬均為B，用相同的采樣頻率fs進行帶通采樣后得到各自的等效低通數字頻譜Mk（0）。

上式中，N為分辨率，fs是采樣頻率，B為模擬輸入信號帶寬。通過公式可以發現，將輸入的寬帶信號下變頻，從而得到中頻窄帶信號，這就降低了對ADC采樣率的要求，從而可選擇更高的分辨率。

（3）數字信號處理技術。

在基帶處理單元，需要對各種波形進行調制/解調、擴頻/解擴以及同步和信道的自適應均衡等各種處理，這就要求DSP器件應該有很強的處理能力。對于完成話音和圖像等信源編碼/解碼的算法，會要求DSP應該有更高的處理能力。

4 結語

隨著通信標準越來越多的出現和不斷演進，移動通信系統、終端及芯片廠商對測試成本、測試質量、測試時間等要求會更加嚴格。市場上主流測試設備廠商將會推出更接近于SDR的測試儀器，從而推出更高指標、更加靈活的射頻測試儀器。

參考文獻

[1] 徐贊.通過軟件無線電的架構加速無線技術的開發與測試[J].國外電子測量技術，2009，7.

[2] 王際兵，等.軟件無線電發展動態[J].清華大學學報，2002，39（9）.

[3] Jay R.Moorman，Implementation of a 3G W-CDMA Software Radio，IEEE International Conference on Communications 2003.ICC03.

[4] 韋維，畢存強，吳興潔.淺談移動通信系統數字調制技術[J].中國無線電，2005，8.

[5] Joe Mitola，The soft ware radio architecture，IEEE Communications Magazine，May 2001.

[6] 王宏，王晶洋，林婧，等.DSP與FPGA在軟件無線注中的應用[D].北京：北京郵電大學，2011.

[7] 戴淑珍，軟件無線電在靶場移動終端中的應用研究，2000年航天控技術研討會

[8] 鄒建宏.論基于軟件無線電的通信系統[J].數字技與應用，2012（1）.

[9] Joe Mitola，Research on Soft ware Radio Fuze，IEEE JSAC VOL.17，NO.4，APRIL，2004.

摘 要：當今通信領域，2G、3G、LTE、WiMax等制式將長時間內并存，這種不同模式、頻段多、功能強的通信制式，對無線基站和終端的測試來說是巨大挑戰。本文全面詳細介紹了軟件無線電的體系結構及關鍵技術，中頻頻譜儀分析儀等儀器的工作原理。

關鍵詞：軟件無線電 移動通信 頻譜分析

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0006-02

由于網絡要求與用戶需求，多種移動通信制式將長期并存。中國移動2012年的集中采購中，其數據終端和語音終端規定必須要支持GSM，FDD-LTE，TD-LTE，WCDMA，TD-SCDMA五種制式，且每種制式的頻譜范圍不同。國內4G終端也同時支持3-4種制式，與此同時，WiFi，GPS等功能也更多配于智能終端，從而給無線技術測試領域帶來巨大挑戰。于是提出通過軟件編程來完成無線通信設備的系統升級和功能測試，這將大大提高無線產品研發和生產效率，并大大節省儀器成本。

軟件無線電技術（SDR）將硬件與軟件結合，使設備可以任意重新配置，為完成多模式、多頻段、多功能無線通信測試提供了可行的解決方案。通過軟件編程，過去只能使用專用硬件平臺來完成的任務，軟件無線電技術也可以完成。利用具有強大信號處理能力的可編程器件，如：DSP/FPGA/CPU等，可實現支持多種通信標準。

1 軟件無線電的結構

軟件無線電的關鍵技術，是將A/D與D/A轉換器件安裝在盡可能靠近天線的位置，這是為了將模擬信號盡早數字化，并通過采用高速數字信號處理芯片（DSP等）處理輸出信號，最后通過軟件編程來實現無線通信的功能。理想軟件無線電系統如圖1所示。

由于各種因素限制，如天線與ADC器件帶寬等，理想軟件無線電目前無法實現。工程上實現的軟件無線電系統被稱為軟件定義的無線電（Software-defined radio）。在一個SDR系統中，我們將A/D器件的位置稱為數字接入點，這個位置至關重要，它表示信號數字化處理的開始。區別于多模式無線電等，軟件無線電系統中射頻（RF）頻帶、信道調制以及信道接入模式等等全部具有的可編程性。

2 軟件無線電在通信測試儀器中的應用

由于ADC，FFT硬件和DSP的發展水平有限，目前“實時頻譜儀”僅能做到基帶部分數字化，對移動通信測試來說非常不便。SDR要求A/D，D/A器件盡可能的靠近天線射頻端，從而將信號更早的數字化。近年來高性能ADC，FPGA/DSP等器件的推出使得數字中頻頻譜儀得以實現。

數字中頻頻譜儀與傳統模擬中頻頻譜儀相比，在射頻前端處理方面并沒有明顯的差別，主要區別在于下變頻后的中頻輸出信號是否直接通過AD器件實現模數轉換。通過使用數字處理方式實現數字下變頻、中頻濾波器、包絡檢波器、等等，最終完成輸入信號頻譜的計算。相比于模擬中頻頻譜儀，數字中頻結構頻譜儀極大地改善了測量的速度、精度及對于高性能FPGA/DSP測量復雜信號器件的能力。

3 軟件無線電的關鍵技術

（1）信道化發射機復信號數學模型。

將具有在系統工作頻率范圍內的所有信道上同時發射信號的能力的發射機稱之為信道化發射機，

假設共有N個待發射的帶通信號m（t），每個帶寬均為B，用相同的采樣頻率fs進行帶通采樣后得到各自的等效低通數字頻譜Mk（0）。

上式中，N為分辨率，fs是采樣頻率，B為模擬輸入信號帶寬。通過公式可以發現，將輸入的寬帶信號下變頻，從而得到中頻窄帶信號，這就降低了對ADC采樣率的要求，從而可選擇更高的分辨率。

（3）數字信號處理技術。

在基帶處理單元，需要對各種波形進行調制/解調、擴頻/解擴以及同步和信道的自適應均衡等各種處理，這就要求DSP器件應該有很強的處理能力。對于完成話音和圖像等信源編碼/解碼的算法，會要求DSP應該有更高的處理能力。

4 結語

隨著通信標準越來越多的出現和不斷演進，移動通信系統、終端及芯片廠商對測試成本、測試質量、測試時間等要求會更加嚴格。市場上主流測試設備廠商將會推出更接近于SDR的測試儀器，從而推出更高指標、更加靈活的射頻測試儀器。

參考文獻

[1] 徐贊.通過軟件無線電的架構加速無線技術的開發與測試[J].國外電子測量技術，2009，7.

[2] 王際兵，等.軟件無線電發展動態[J].清華大學學報，2002，39（9）.

[3] Jay R.Moorman，Implementation of a 3G W-CDMA Software Radio，IEEE International Conference on Communications 2003.ICC03.

[4] 韋維，畢存強，吳興潔.淺談移動通信系統數字調制技術[J].中國無線電，2005，8.

[5] Joe Mitola，The soft ware radio architecture，IEEE Communications Magazine，May 2001.

[6] 王宏，王晶洋，林婧，等.DSP與FPGA在軟件無線注中的應用[D].北京：北京郵電大學，2011.

[7] 戴淑珍，軟件無線電在靶場移動終端中的應用研究，2000年航天控技術研討會

[8] 鄒建宏.論基于軟件無線電的通信系統[J].數字技與應用，2012（1）.

[9] Joe Mitola，Research on Soft ware Radio Fuze，IEEE JSAC VOL.17，NO.4，APRIL，2004.

摘 要：當今通信領域，2G、3G、LTE、WiMax等制式將長時間內并存，這種不同模式、頻段多、功能強的通信制式，對無線基站和終端的測試來說是巨大挑戰。本文全面詳細介紹了軟件無線電的體系結構及關鍵技術，中頻頻譜儀分析儀等儀器的工作原理。

關鍵詞：軟件無線電 移動通信 頻譜分析

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0006-02

由于網絡要求與用戶需求，多種移動通信制式將長期并存。中國移動2012年的集中采購中，其數據終端和語音終端規定必須要支持GSM，FDD-LTE，TD-LTE，WCDMA，TD-SCDMA五種制式，且每種制式的頻譜范圍不同。國內4G終端也同時支持3-4種制式，與此同時，WiFi，GPS等功能也更多配于智能終端，從而給無線技術測試領域帶來巨大挑戰。于是提出通過軟件編程來完成無線通信設備的系統升級和功能測試，這將大大提高無線產品研發和生產效率，并大大節省儀器成本。

軟件無線電技術（SDR）將硬件與軟件結合，使設備可以任意重新配置，為完成多模式、多頻段、多功能無線通信測試提供了可行的解決方案。通過軟件編程，過去只能使用專用硬件平臺來完成的任務，軟件無線電技術也可以完成。利用具有強大信號處理能力的可編程器件，如：DSP/FPGA/CPU等，可實現支持多種通信標準。

1 軟件無線電的結構

軟件無線電的關鍵技術，是將A/D與D/A轉換器件安裝在盡可能靠近天線的位置，這是為了將模擬信號盡早數字化，并通過采用高速數字信號處理芯片（DSP等）處理輸出信號，最后通過軟件編程來實現無線通信的功能。理想軟件無線電系統如圖1所示。

由于各種因素限制，如天線與ADC器件帶寬等，理想軟件無線電目前無法實現。工程上實現的軟件無線電系統被稱為軟件定義的無線電（Software-defined radio）。在一個SDR系統中，我們將A/D器件的位置稱為數字接入點，這個位置至關重要，它表示信號數字化處理的開始。區別于多模式無線電等，軟件無線電系統中射頻（RF）頻帶、信道調制以及信道接入模式等等全部具有的可編程性。

2 軟件無線電在通信測試儀器中的應用

由于ADC，FFT硬件和DSP的發展水平有限，目前“實時頻譜儀”僅能做到基帶部分數字化，對移動通信測試來說非常不便。SDR要求A/D，D/A器件盡可能的靠近天線射頻端，從而將信號更早的數字化。近年來高性能ADC，FPGA/DSP等器件的推出使得數字中頻頻譜儀得以實現。

數字中頻頻譜儀與傳統模擬中頻頻譜儀相比，在射頻前端處理方面并沒有明顯的差別，主要區別在于下變頻后的中頻輸出信號是否直接通過AD器件實現模數轉換。通過使用數字處理方式實現數字下變頻、中頻濾波器、包絡檢波器、等等，最終完成輸入信號頻譜的計算。相比于模擬中頻頻譜儀，數字中頻結構頻譜儀極大地改善了測量的速度、精度及對于高性能FPGA/DSP測量復雜信號器件的能力。

3 軟件無線電的關鍵技術

（1）信道化發射機復信號數學模型。

將具有在系統工作頻率范圍內的所有信道上同時發射信號的能力的發射機稱之為信道化發射機，

假設共有N個待發射的帶通信號m（t），每個帶寬均為B，用相同的采樣頻率fs進行帶通采樣后得到各自的等效低通數字頻譜Mk（0）。

上式中，N為分辨率，fs是采樣頻率，B為模擬輸入信號帶寬。通過公式可以發現，將輸入的寬帶信號下變頻，從而得到中頻窄帶信號，這就降低了對ADC采樣率的要求，從而可選擇更高的分辨率。

（3）數字信號處理技術。

在基帶處理單元，需要對各種波形進行調制/解調、擴頻/解擴以及同步和信道的自適應均衡等各種處理，這就要求DSP器件應該有很強的處理能力。對于完成話音和圖像等信源編碼/解碼的算法，會要求DSP應該有更高的處理能力。

4 結語

隨著通信標準越來越多的出現和不斷演進，移動通信系統、終端及芯片廠商對測試成本、測試質量、測試時間等要求會更加嚴格。市場上主流測試設備廠商將會推出更接近于SDR的測試儀器，從而推出更高指標、更加靈活的射頻測試儀器。

參考文獻

[1] 徐贊.通過軟件無線電的架構加速無線技術的開發與測試[J].國外電子測量技術，2009，7.

[2] 王際兵，等.軟件無線電發展動態[J].清華大學學報，2002，39（9）.

[3] Jay R.Moorman，Implementation of a 3G W-CDMA Software Radio，IEEE International Conference on Communications 2003.ICC03.

[4] 韋維，畢存強，吳興潔.淺談移動通信系統數字調制技術[J].中國無線電，2005，8.

[5] Joe Mitola，The soft ware radio architecture，IEEE Communications Magazine，May 2001.

[6] 王宏，王晶洋，林婧，等.DSP與FPGA在軟件無線注中的應用[D].北京：北京郵電大學，2011.

[7] 戴淑珍，軟件無線電在靶場移動終端中的應用研究，2000年航天控技術研討會

[8] 鄒建宏.論基于軟件無線電的通信系統[J].數字技與應用，2012（1）.

[9] Joe Mitola，Research on Soft ware Radio Fuze，IEEE JSAC VOL.17，NO.4，APRIL，2004.