軟件無線電技術在移動通信測試領域的應用

摘 要

無線電的結構，以及軟件無線電技術在移動通信測試領域應用的實際意義。

【關鍵詞】軟件無線電 移動通信 測試

1 軟件無線電簡介

1.1 軟件無線電的發展歷史

在1991年美國在海灣戰爭中，根據實際需求，美國軍方最早提出了軟件無線電技術。

1992年Jeseph.Mitola首先提出了軟件無線電技術。1994年美國三軍研制成功。1997年作為軍用系統實現了聯合作戰，能夠采用數據和語音通信。1998年解放軍參謀部解決了三軍合作的通信，并研究出了無線電網關。1999年Speakeasy（Phase2）美國研發成功。三、軟件無線電技術在移動通信測試領域應用的實際意義。

雖然最開始軟件無線電技術主要集中應用在軍事方面，但是在最近的20年里，很多研發機構投資了很大的人力、物力和財力對軟件無線電技術進行深入研究，致使無線電技術從軍事領域向民用領域過度。主要體現在2000年的前十年一直處在研究討論的過程中。并且也就僅有幾臺軍用平臺使用了此技術。隨著1995年IEEE的正式推出，通信領域里應用無線電技術成了非常重要的研發內容。就在這一年歐洲也提到把軟件無線電技術應用在在移動通信測試領域。到了2000年以后，由于通用硬件的水平飛躍發展，致使軟件無線電技術不再單單是理論而是逐漸實行到工程上。

1.2 什么是軟件無線電

軟件無線電是一種無線電廣播通信技術，它基于軟件定義的無線通信協議而非通過硬連線實現。頻帶、空中接口協議和功能可通過軟件下載和更新來升級，而不用完全更換硬件。

2 軟件無線電的結構組成

2.1 軟件無線電的基本組成

與傳統無線電相比較，數模和模數與射頻段更加接近。使用高速的DSP/FPGA代替專用數字電路和低速的DSP/FPGA相互結合做數字化的處理。

為了實現橫跨多個頻段，可以使用一個BF模塊或者在全頻道和每個頻段使用。也可以思考使用智能天線技術。因為軟件無線電技術有統一的形式和損耗低的頻段同時它還有多倍頻程的頻段。例如軍事通信模式中作為備用模式的移動終端VHF/UHF，UHF衛星通信，HF通信。

FR的特性是變頻、濾波、放大功率。值得注意的是要考慮到電磁干擾的問題，因為FR在對模擬信號進行轉換時問題比較突出。

2.2 軟件無線電的主要技術

現在采用的是中頻數字化的軟件無線電結構，主要是因為A/D、D/A及高速DSP的處理能力還未達到理想的要求。

軟件無線電的主要技術包括：高速寬帶A/D變化，并行DSP的處理，寬帶的上、下變頻技術，智能天線技術，如圖1所示。

2.3 軟件無線電的主要特點

軟件無線電具有很強的開放性，主要體現在把以前的功能單一系統變為通用的結構。硬件根據需求升級，而軟件自主更新。這樣就延長了軟件無線電的使用周期，同時更主要的是SDR能夠兼容新舊體制電臺。

軟件無線電還具有較高的靈活性，SDR可以建立自任意電臺，這樣就可以在其他電臺射頻，SDR選擇合適的模塊進行更改和升級，這樣大大減少了財力的付出。

3 軟件無線電的應用

3.1 個人移動通信

隨著人們對通信需求的廣泛增加，這樣一來就縮短了通信產品的使用周期，研發費用增加。另外，隨著新通信體制的誕生，難免出現與老的通信體制并存，這樣一來，通信系統就會變得多樣和復雜。為了尋找更具拓展力的個人移動通信系統，軟件無線電技術能夠滿足人們的要求。

無論是基站還是移動終端都采用了無線電結構的蜂窩移動通信系統，硬件的要求簡單，由軟件來定義功能。這個蜂窩移動通信系統與其他系統不同，首先區分可用的傳輸信道，檢測傳播的途徑。最后選擇合適的信道調制，選擇合適的功率，正確的方向然后再進行發射。接收和發射的道理相同，能夠準確的區分相鄰信道和當前信道的能量動態，自己抵消干擾，估量信號的動態特征，識別輸入信號的方式，對多徑信號進行均衡和合并，對調制進行解碼，最后使用FEC改正其他剩余錯誤。此外，軟件無線電技術還能夠開放增值業務。

從硬件發展到軟件其實經歷了三次變化：

（1）從固定到移動；

（2）從模擬到數字；

（3）從硬件到軟件。

其實（2）到（3）演化過程中軟件無線電技術發揮了很大的作用。軟件無線電技術在移動通信領域確實變得更加廣泛。

3.2 軍事通信

由于陸軍、海軍和空軍為了互不干擾，所以他們的工作頻段各不相同，海軍（2-30MHz）陸軍（30-88MHz）空軍（225-400MHz）。在海灣戰爭中美國為了實現聯合作戰所以最早提出了軟件無線電技術。

1995年美國在SPEAKeasy的計劃中研發出了MBMMR電臺，這個電臺滿足了聯合作戰的需求，其主要特點具有多模式、多頻段。

整個無線頻段幾乎都被電子戰覆蓋，所以說電子戰的特點具有寬頻段，但是等待處理的信號類別較多，它的工作是被動接受。現在使用的電子戰系統都是在事先預設的信號下工作，假如信號的通信方式和特征發生改變，電子戰系統就沒有辦法很好的處理了，為了避免影響作戰，研究出波形適應性好，可拓展能力強，頻段寬，不僅能適應導航，還能適應雷達信號最重要的還要具有敵我識別信號。滿足這些要求是現代信息戰爭的需求，解決這些要求的就是軟件無線電技術，所以說軟件無線電技術應用在電子戰中有廣闊的前景。

4 軟件無線電的發展前景

隨著通信技術的進步，人們越來越需求具有兼容特性的設備，與以前的無線電設備相比較，軟件無線電系統有很強的優勢主要表現在：

（1）適應性強；

（2）靈活性高；

（3）互操作性好；

（4）功能軟件化；

（5）結構通用。

這樣能夠支持多模式的手機和基站。能夠讓不同的空中接口和網絡接口同時存在。相信在不久的將來能夠實現藍牙、以太網、廣電網的連接和兼容。

利用軟件無線電技術開發出了四信道多波形樣機，設計了第3代移動通信系統方案TD-SCDMA。無論是“863”還是“九五”“十五”都提出了把軟件無線電技術重點研究起來，可見人們對軟件無線電技術是相當重視的。我個人覺得把微電子技術、信息技術、通信技術融合在一起將會是一個新興的具有實際意義的領域。

參考文獻

[1]張睿，周峰，郭隆慶.無線通信儀表與測試應用[M].北京：人民郵電出版社，2014：165-168.

[2]王宏，王晶洋，林婧，等.DSP與FPGA在軟件無線電中的應用[D].北京：北京郵電大學，2015（12）：125-127.

作者簡介

劉杰（1981-），男，山東省泰安市人。曾畢業于山東大學，獲得大學本科學歷。現供職于山東省泰安市無線電管理辦公室（中級職稱）。研究方向為無線電通信。

作者單位

山東省泰安市無線電管理辦公室 山東省泰安市 271000