软件无线电范文

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软件无线电（softvaie radio）是JoeMitola于1991年提出的一种无线通信新概念，他指的是一种可重新编程或者可重构的无线电系统，意思是说，无线电在其系统硬件无需变更的情况下，可以在不同的时候根据需要通过软件加载来完成不同的功能。软件无线电概念虽然是从通信领域提出的，但这一概念一经提出就得到了包括通信、雷达、电子战、导航、测控、卫星载荷及民用广播电视等整个无线电工程领域的广泛关注，已成为无线电工程领域具有广泛适用性的现代方法。经过近20年的推广和全世界范围的深入研究，软件无线电概念不仅得到了普遍认可，而且已获得广泛应用;尤其是近几年，软件无线电的发展势头更猛，已触动到无线电工程的每一个角落。都是以软件无线电概念进行设计、开发的适应未来导航技术的发展需要。可以这样说，软件无线电的思想已对现代无线电工程的设计和开发产生重大影响。

在需求牵引和技术推动下，认知无线电技术应运而生。认知无线电（Cognitive Radio， CR）[3～6]W概念最早由瑞典Joseph Mitola博士于1999年提出，是对软件无线电（Software Defined Radio，SDR）功能的进一步扩展。JosephM itola博士提出认知无线电的概念，最初的主要目的是想解决频谱资源的有效利用问题。认知无线电可以感知周围电磁环境，通过无线电知识描述语言（RKRL）与通信网络进行智能交流，并实时调整传输参数（通信频率、发射功率、调制方式、编码体制等），使通信系统的无线电参数不仅与规则相适应，而且能与环境相匹配，以达到无论何时何地都能达到通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性。也就是说，SDR关注的是采用软件方式实现无线电系统信号的处理;而CR强调的是无线系统能够感知操作环境的变化，并据此调整系统工作参数，实现最佳适配。从这个意义上讲，CR是更高层的概念，不仅包括信号处理，还包括根据相应的任务、政策、规则和目标进行推理和规划的高层活动。所以，认知无线电是智能化的软件无线电。作为一种更智能的频谱共享技术，CR是具有频谱感知能力的智能化软件无线电，理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用，从而大大降低频谱和带宽限制对无线技术发展的束缚，因此，这一技术被预言为未来最热门的无线技术。

简单而论，认知无线电实际上是把软件无线电与频谱监视和管理有效地结合在一起。认知无线电可以对周围的电磁环境进行扫描监视，确定频谱利用状况，选取最佳的工作体制和参数，最终建立起可靠的通信链路。从电子侦察的角度来看，认知无线电实际上就是把软件无线电与通信侦察有机地结合在一起。在认知无线电发射一方，通过对周围电磁环境的自主侦察、分析，选择最佳频段或最佳信道（无干扰或干扰电平在允许范围内）主动向接收方发送通信链路建立信号;在认知无线电的接收一方，自动截获联络信号，并对其进行分析识别和解码，一旦信号格式匹配就立即建立起通信链路，实现通信。

经过十几年的努力，软件无线电得到了快速的发展。但是，软件无线电的概念也是逐步被认识、被理解的。提出软件无线电概念的重大意义在于，它使人们的设计思路从以硬件为核心转向以软件为核心，这一设计理念已不知不觉地被现代无线电工程的各个领域所广泛接受。认知无线电又是在软件无线电的基础上提出的智能化的无线通信技术，它着力解决频谱资源的有效利用问题;认知无线电概念的提出将对现行的频谱管理体制提出挑战，并给无线通信带来新的发展空间，同时也将有力促进软件无线电的更快发展。

认知无线电可以感知周围电磁环境，通过无线电知识描述语言（RKRL）与通信网络进行智能交流，并实时调整参数（通信频率、发送功率、调制方式、编码体制等），使通信系统的无线电参数不仅与规则相适应，而且能与环境相匹配，以达到无论何时何地都能保持通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性。对于传统的模拟无线电系统，其射频部分、上/下变频、滤波及基带处理全部采用模拟方式，对整个系统频带进行采样，即从中频（甚至射频）开始就进行数字化处理，这是软件无线电的一个突出特点。而认知无线电是建立在软件无线电的基础之上，采用了随时变化的通信协议技术，同时增加了一个新的元素――依靠人工智能的支持，感知其所在的环境及其所处位置，并在此基础上改变其功率、频率、调制以及其它参数，以求更高的

经过十几年的努力，软件无线电得到了快速的发展。提出软件无线电概念的重大意义在于，它使人们的设计思路从以硬件为核心转向以软件为核心，这一设计理念已不知不觉地被现代无线电工程的各个领域所广泛接受。认知无线电是在软件无线电的基础上提出的智能化无线通信技术，它展现了一种全新的频谱管理模式，并将自身与外部环境智能匹配，它着力解决频谱资源的有效利用问题;认知无线电概念的提出将对现行的频谱管理体制提出挑战，并给无线通信带来新的发展空间，同时也将有力促进软件无线电的更快发展。

参考文献

[1]郭彩丽，张天魁，曾志民，等.认知无线电关键技术及应用的研究现状[J].电信科学，2006（8）.

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随着我国广播事业的发展，数字化、网络化、交互式的无线电广播正在高速建设和发展中，软件无线电技术就是在这种背景下得到了大规模的应用。随着人们娱乐方式的多样化，人们越来越重视娱乐方式的质量。无线电广播的模拟信号往往不稳定且质量较差，不能适应现代人们的需要，因此数字化广播才是出路。推广数字化无线电广播，就需要借助软件无线电技术，对需要广播的信息进行加工和优化处理。应用软件无线电技术，可以对无线广播设备的使用程度最大化，降低无线电广播的成本，提高无线电广播的经济效益。

1软件无线电技术简介

软件无线电技术是由硬件和软件两部分组成，缺一不可。在应用软件无线电技术时，应先购置相应的硬件设备，并根据需要采购对应的软件。

1.1软件无线电硬件设备

由于无线电广播的宽泛性，导致对软件无线电设备的需求不同，自然也就有不同类型的软件无线电硬件设备。通常来说，一套软件无线电硬件设备包含有：数字变频器、模拟前端设备、数字信号处理设备、宽带设备等。这些设备构成了软件无线电技术的基础，在此基础上构建的软件无线电技术平台，具有开放性、拓展性、兼容性强等特点，能够适应多种软件无线电技术标准，大大提高了无线电广播设备的使用寿命。

1.2软件无线电的软件

在建立了无线电设备的硬件平台后，就需要相应的软件来发挥硬件平台的作用。无线电广播按照其播出内容、发送频段、发送范围的不同，需要采取不同的软件无线电技术。软件无线电技术是在无线通信协议的基础上，通过软件实现对无线电广播的播送功能。应用软件无线电技术，可以使无线电广播的工作频段、设备调制、数据类型、信息传输等功能，都由软件无线电技术来实现。当无线电广播因播送需要而需要升级时，不需要升级硬件平台，只需要升级无线电广播的软件无线电技术平台即可。软件无线电技术的主要功能都是通过强大的软件来实现的，因此在构建数字无线电广播平台时，为了保证通信质量，需要将软件无线电技术的宽带转换器尽可能的靠近天线，以此提高通信质量。

2软件无线电技术在无线电广播中的应用

2.1与计算机科学技术相结合

现代的无线电广播中的软件无线电技术是和计算机科学技术紧密相结合的，尤其是计算机科学技术中的通信技术和软件技术关系最为紧密。计算机的通信技术为无线电广播提供了更为广阔的传播空间，在无线电广播的传统播送中，每增加一个频段的播送，就需要增添相应的硬件设备和操作人员，给广播事业带来相应的经济压力。而现在使用软件无线电技术，只需要依托计算机通信技术，就可以实现多频段的播送。依托计算机通信技术的多频段带宽技术，组建软件无线电技术的核心技术，可以大大拓展无线电广播的频段至1MHz-4GHz。应用计算机的软件技术，可以为软件无线电广播提供更加强大的功能，增强无线电广播对环境的适应能力。如当下数字化的广播的实现，就离不开计算机科学技术中的软件技术，通过软件编程，实现了对无线电广播信号的进程编制，以及实现了对其进行数字化的转换。将无线电广播信号转化为数字信号后，不仅增强了信号质量，保证了广播信息的安全，更增强了其传输距离和速度。在实际工作中，由于无线电广播的实时性，需要及时的将无线电广播转换为数字信号，这就离不开软件无线电技术中的DSP技术，但是DSP技术的处理速度与计算机的硬件有直接关系，因此在应用计算机科学技术时，要及时的更新计算机设备，才能使软件无线电技术设备发挥出相应的功能。

2.2软件无线电技术在DRM中的应用

DRM发射机是无线电广播中常用的发射设备，通过DRM发射机，无线电广播实现了信号的远距离传输。随着信息数字化时代的到来，一些研究机构开始对DRM实现数字化进行研究，在计算机科学技术的帮助下，借助网络可以提升DRM的播放质量。但是在实际应用中发现网络带宽要比无线电广播的带宽小，这就导致了无线电广播在借助网络进行传播时未必能够达到预期效果。因此在无线电广播中选择网络进行传播时，需要使用到软件无线电技术，增强网络带宽，实现全网络的播送，从而达到无线电广播预期的播送带宽。在应用软件无线电技术时，应考虑到DRM发射机的特性，即DRM发射机系统的独立性，由于DRM在工作时会独立完成信号的数字化，因此在使用软件进行调制时，要考虑到这一特性，并为之设置相应的调制功能。使DRM发射机能够具备调制、信号数字化功能，并能够将转换后的数字信号，再次放大并进行全频段的信号播送。

2.3在接收系统中的应用

软件无线电技术不仅可以应用于DRM发射系统，还可以应用于数字化接收系统中。在无线电广播中，完成了信号传输后，便需要进行信号的接收。接收系统能否接收数字信号，并将数字信号转换输出是关键。在这一关键过程中，DSP系统发挥着重要的作用。当数字接收机接收到DRM发射机的数字信号后，接收机会将信号传递到射频部分。并将数字信号进行转换为播放设备可以播放的格式进行输出。此时软件无线电系统开始发挥作用，通过DSP模块将数字信号先进行转码，转换为本机兼容格式，然后再经由DSP进行处理为基带信号，并根据接收装置的播放设备，对基带信号进行降频处理，以便转为数字信号。软件无线电技术在这一接收和转换的过程中，发挥着协调的作用，通过对预制的模块进行功能调制，使无线电广播系统的各个硬件按照一定的模式进行自动运转，从而大大提高了工作效率，也使数字信号顺利的输出。但是这一过程的关键在于DSP系统所能发挥的作用，需要DSP系统能够对庞大的基带信号进行及时的处理和传输，才能保证数字信号的连续，对于用户来说，才能提高用户的使用感受。而对庞大的数据流进行处理时，若DSP系统不够强大，处理较慢则会导致出现信号的卡顿，导致用户体验降低。因此要提高硬件设备，并做好软件无线电系统的优化，降低对系统资源的占用，保证DSP系统在工作时能够有充足的系统资源。

2.4大数据下软件无线电技术的应用

在现代移动网络高度发达，无线网也遍布社会之中，越来越多的用户开始通过网络接受广播信号。在此趋势下，无线电广播也迎来了发展的机遇和挑战，要想在新的市场竞争中胜出，除了依靠节目质量外，还需要扩大无线电广播的播送范围。通过软件无线电技术，通过网络可以实现更大范围的播送。但是在无线网和4G网络中进行无线电广播信号的传输，需要考虑不同带宽之间带来的频段问题，因此使用软件无线网技术对信号数字化，以及通过DSP实现解码就很重要。通过DRM发射和DSP接收，不仅能够实现无线电广播信号的单一传送，更可以实现双向互动，即听众和无线电广播者之间的互动，大大提高了无线电广播的互动性，提高了用户的使用体验，使得无线电广播不再局限于广播，通过当下热门的App，为无线电广播增加了新的功能，拉近了无线电广播和听众之间的距离。

3结论

随着软件无线电技术在无线电广播中的应用，无线电广播事业将迎来一个发展的春天，为无线电广播事业注入了新鲜的血液，使无线电广播借助网络这一介质，进行了更大规模和范围内的传播。在应用软件无线电技术时，需要根据无线电广播的特性，进行针对性的选择。由此提高无线电广播的开放性、兼容性和信息化水平。

参考文献

[1]严振.浅析数字广播电视系统中的软件无线电技术[J].中国新通信，2016，3（5）：56-57.

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1　概述

无线电应用日益广泛、电磁环境日趋复杂，无线电监管的工作难度在持续不断地增加，如果能得到目标现场的信号完整采样，并将原始采样数据完全存储，以软件无线电的处理思想进行后期分析，将会给无线电监管工作带来质的改变。

这种全新的监管模式随着高性能的软件无线电接收机、遍及超高传输速度的网络、能提供强大的存储和计算能力的云服务的诞生将逐渐成为一种可能。

1.1　无线电监管

无线电管理的核心目标是在全国或全世界的无线电通信和其他无线电业务领域内以最合理、最公平、最有效和最经济的方式地使用、利用或保护有限的无线电频谱/卫星轨道资源，使得各种无线电通信网和各无线电台站能够经济、有效地在各种无线电环境下不受干扰地正常工作，为国家的经济建设、国防建设服务，保障人民的生命和财产安全，提高人们的物质和精神的生活水平，推动国家社会与经济的发展和科学技术的进步。

无线电监测包括日常的电波监听、测量、测向和定位、电台识别和干扰查找，其主要任务是通过识别发射信号的相关技术参数和操作特性，查找和验证未授权的无线电发射机或无线电台站，确保符合或遵守国家无线电管理有关规定；调查、记录有关干扰源、背景噪声等电磁环境情况，判明并解决干扰问题，保护合法无线电台站用户的权益，查处非法无线电台站的干扰等。小到一场考试、中到一场大型活动（如：北京奥运、上海世博）保障、大到国家安全保卫。

当代无线通信的复杂性和设备的广泛性对监管工作的有效性提出了极高的要求，因此各国都建有自己的监管机构和技术体系，如：美国设有一个监控中心、全国设有13个监测站；我国设国家、省、地市三级管理和监测建制机构，并设有短波、卫星、超短波三张监测网，部分监测网设有多个遥控监测站。

除卫星监测之外，主要设别有扫频仪、宽频接收机、定向天线等，主要对无线电发射的基本参数，如频率、电平、示向度、仰角、测向质量等系统地进行测量、传输。鉴于历史延承及技术发展水平的限制，目前通常最后只记录结果数据，而不是监测到的某个信号的原始数据，如果一个信号从此消失，而监测系统无法解码时，存在无法回溯等不利情况的发生。

1.2　软件无线电技术

软件无线电论坛（SDR Forum）（非盈利的推动软件无线电技术发展的国际组织）给出的软件无线电的定义：“一个无线电系统中，天线以后就数字化，对信号的所有的必要的处理都由存放在高速数字信号处理器中的软件来完成”。就是采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来实现。

SDR被认为仅具有中频可编程数字接入能力。发展历史无线电的技术演化过程是：由模拟电路发展到数字电路；由分立器件发展到集成器件；由小规模集成到超大规模集成器件；由固定集成器件到可编程器件；由单模式、单波段、单功能发展到多模式、多波段、多功能；由各自独立的专用硬件的实现发展到利用通用的硬件平台和个性的编程软件的实现。

软件无线电的主要特征的尽可能靠近天线、尽可能宽带高速的完成接收到的信号的数字化，之后主要依靠软件来实现信号的处和应用。

澳大利亚万瑞（WinRadio）公司就有系列的采用SDR结构体系无线电接收机产品，其中WR-G39DDC模块覆盖HF/VHF/UHF/SHF 20KHz～ 3.5GHz宽频软件接收机，带有两个可同时工作的独立的DDC信道，每个信道的瞬时带宽达4MHz，可用于录音或其它数字化处理，接收机还提供16 MHz宽的实时频谱分析仪。具有很高的灵活性、大动态范围、高灵敏度、快速扫描、高精度等性能，不仅可以作为监测接收机，也可以作为快速搜索（1GHz/s超快搜索速度）接收机和测量接收机。可采用USB接口可方便地连接到任何IBM兼容PC机，一台可以控制多个接收机组成多信道系统。

1.3　高速互联网时代

现代计算机网络的基本理念框架体系基本源于美国军队在1968年开始组建的阿帕网（ARPNET），就在这个互联网原型诞生后的70年代，一系列沿用至今、在今后得到巨大发展的技术一一诞生，如：TCP/IP协议、以太网，同期微电子及计算机技术也在高速发展，它们相互激荡和促进。在经过约四十年的发展，系统和系统之间、区域和区域之间的互联从很困难到现在到处都能得到广域、城域接入，接入方式和接口形式五花八门到现在互联方便的以太网为主，速度从几K提升到10M、100M、1000M、10G、并将步入40/100G。无线局域网技术也有了高速的发展，速度在802.11n上已经能达到300Mbps并开始展望600Mbps，将来也会有更高的接入速度。

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一、引言

软件无线电是近几年在无线通信领域提出的一种新的通信系统体系结构，其基本思想是以开发性、可扩展、结构最简的硬件为通用平台，把尽可能多的通信功能用可升级、可替换的软件来实现。这一新概念一经提出，就得到了全世界无线电领域的广泛关注。由于它所具有的灵活性、开放性等特点，不仅在军、民无线通信中获得了应用，而且还被推广到其它领域。

FPGA (现场可编程门阵列) 是上世纪80年代中期出现的一类新型可编程器件。应用FPGA设计功能电路时，可以让人们的思路从传统的以单片机或DSP芯片为核心的系统集成型转向单一专用芯片型设计。FPGA技术的发展使单个芯片上集成的逻辑门数目越来越多，实现的功能越来越复杂，人们通过硬件编程设计和研制ASIC，可以极大地提高芯片的研制效率，降低开发费用。

基于上述优点，用FPGA实现软件无线电发射机，不仅降低了产品成本，减小了设备体积，满足了系统的需要，而且比专用芯片具有更大的灵活性和可控性。在资源允许下，还可以实现多路调制，并能对每一路发射信号的幅度和相位进行细调，这也是实现3G智能波束跟踪算法的基础。

本文在设计上使用了基于多相滤波和单MAC的成形滤波器和高效CIC插值滤波器，充分考虑了性能和资源占用率的关系，并用MATLAB仿真出各模块最佳的输入输出位数，从而实现了资源占用最少而性能最佳的目的。整个设计利用安立公司的PHS专用测试仪MT8801C对其频谱、眼图、星座图和其它各项发射指标进行测试，均达到或超过专用TSP芯片AD6623的效果。

为了满足系统对邻道干扰的要求，设计中采用了4级级联的CIC插值滤波器，插值因子D＝40。由于CIC滤波器的系数全为1，设计中只需要加法器、减法器和延时单元，而无需乘法器，这对于提高实时性、降低占用资源大有益处。为了便于实现，同时又保证每一级都不溢出，加减法器的输入输出位数均采用全精度。此外，为了改善FPGA的时延特性，提高系统的时钟频率，设计采用了流水线技术，在各级积分器之间插入寄存器。

4.NCO的FPGA实现

图2中的NCO实际上是一个10.8M载波产生器。用38.4M的时钟来分别采样10.8M的余弦波和反正弦波得到离散值 cos (2π×10.8n/38.4)和-sin(2π×10.8n/38.4)，其中n为非负整数，可以看出这些值具有周期性，周期为32。我们把cos(2π×10.8n/38.4)和-sin(2π×10.8n/38.4)(0≤n≤31)这32个数量化后存入ROM，用38.4M时钟把这些数循环读出，即得到所需的正交数字载波。

除了上述的模块外，还有乘法器和加法器模块，分别用来实现频谱搬移和I、Q的合并，它们与其他模块配合，共同完成整个调制和数字上变频。

本设计选用的FPGA芯片为xilinx的xc2s200e-6pq208，以下是ISE工具产生的布局和布线报告，为单路调制的资源占用情况：

五、结论

由以上的实测数据可以看出，本设计用了871个slice，完成整个调制和上变频过程，调制的矢量误差约0.7％，邻道干扰值约-60 dB，结果令人满意。另外，本设计是基于PHS系统的π/4 DQPSK调制，实际上只要改变里面的调制映射和成形滤波模块，就可以实现其它各种数字调制，满足不同通信系统的要求，具有通用性，是对软件无线电思想的一个小小尝试。

参考文献

［1］郭梯云，杨家玮，李建东.数字移动通信信［M］.北京：人民邮电出版社，2000.