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.

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（Daqing Radio Monitoring Station，Daqing 163311，China）

摘要： 软件无线电是将硬件作为无线通信的基本通用平台，用软件实现尽可能多的无线通信功能。它被视为继模拟和数字技术后的又一次电子技术革命。未来理想的网络将是一个统一网络，这个网络会容纳多种协议与标准，将对各种传播环境与物理介质进行适应，还有更加开放的接口需要其来提供，所以软件无线电将会有更加广阔的发展前景。

Abstract: Software radio takes hardware as the basic common platform of wireless communications, and uses software to achieve wireless communications as much as possible. It is seen as another revolution in electronic technology following the analog and digital technology. Ideal future network will be a unified network which will accommodate a variety of protocols and standards, will adapt to the mass media and physical environment, as well as will provide a more open interface requires, so software radio will have a more broad development prospect.

关键词： 软件无线电 射频天线 DSP数字处理 高性能总线技术

Key words: software radio；RF antenna；DSP digital processing；high-performance bus technology

中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0170-01

0引言

在1992年5月的美国电信系统会议中美国科学家Joe.Mitola首次对软件无线电（Software Radio）作了明确定义：将硬件作为无线通信的基本通用平台，用软件实现尽可能多的无线通信功能其具有开放性、灵活性的特点，它采用的是模块化设计原则，其结构为开放的ISO/OSI体系，同时它也可编程、可移植，支持多模式、高速率、宽频段的无线通信。

1软件无线电面临的技术挑战

近些年，软件无线电技术有了一定的发展，然而仍然存在很多技术难题，如射频天线、DSP数字处理及高性能总线等问题。可以说这些技术决定着软件无线电的发展和实现。

1.1 射频天线软件无线电系统的理想状态是天线部分应对整个无线通信频段都有覆盖，它的主要特点是频率高、带宽。我们能够利用智能天线与多频段组合式天线将其实现。智能天线的理念是：天线利用若干高增益的动态窄波束对多个用户分别进行跟踪，窄波束对准期望用户，波瓣零点对准期望信号以外的干扰信号，从而得到最大的信干比。多频段组合式天线是在全频段甚至每个频段使用几付天线组合起来以形成宽带天线。宽带天线被视为是实现理想软件无线电系统的最佳天线方案。近一些年发展的微机电系统器件被高度小型化，能够当作小型开关来代替天线中体积大、成本高的真空继电器、二极管及超宽带场效应晶体管，是促使宽带可重构天线设计得以实现的一项突破性技术。MENS技术的应用将使WB和UWB天线的体积和成本降低多个数量级。

1.2 DSP数字处理技术在软件无线电发展中，DSP的限制作用已经成为瓶颈问题，DSP数据处理精度与处理速度和软件无线电台的实现与否有直接关系。现在，数字信号处理及数字控制的方案大概包含：数字信号处理器（DSP）、可编程逻辑器件（FPGA）、可由参数控制的硬件电路、用户定制集成电路（ASIC）。对于以上四种方法，可编程性能为DSP最高，后者依次降低，ASIC不具编程能力；运算速度则相反，以ASIC为最高，DSP最低；功耗以DSP为最高，ASIC最低。在软件无线电的设计中，要综合考虑器件性能和特点，构架可编程性能高、运算速度快、功耗低的系统。另外，虚拟无线电（Virtual Radios）也是可供选择的一种方法，其思想是把高速ADC当作模拟和数字的接口，以高性能的工作站硬件作为处理器的核心。该方案就使用户能够对工作站的软件与硬件加以运用从而对新的算法进行设计，而且能够使系统结构的实验方便地在工作站上进行。

1.3 高速总线技术总线资源也是在软件无线电硬件平台中，总线资源也是特别重要的，总线资源对数字器件之间传输数据的能力起着决定性的作用。若没有足够的总线的带宽，那么整个平台的处理能力将会受到严重影响。通用总线有VME总线与PCI总线两种类型，在这两种类型中，VME总线是软件无线电的最佳选择，因为它拥有最成熟的技术、具有最好的通用性、得到最广泛的支持。然而，目前这两种总线形式处理高速复杂系统的的能力比较紧张的问题凸现出来了。当前，一些公司已对专用总线类型进行了开发，而且在软件无线电的通用硬件平台上已经得到应用。比如加拿大Spectrum Signals Processing 公司开发的SONANO总线支持高于 400 Mbit/s的全双工数据传输。设计中，估测总线能力需求时涉及到的方面有：硬件平台上详细的任务分配及整个系统的数据流量的分析，因此必须做认真仔细的考虑。

2无线电软件的应用和优点

如今，软件无线电的应用越来越广泛，在蜂窝移动通信系统中软件无线电的应用也是一个发展趋势。如我国的第三代移动通信系统TD―SCDMA中就结合了软件无线电、智能天线、全质量话音压缩编码技术与联合检测技术等新通信技术。蜂窝基础结构以合适的软件无线电技术为基础，他可以利用安装新软件进行升级，这与配置新硬件相比更廉价、更迅速，同时也使得数字通信更迅速地进入市场，提高频谱的利用率。在无线电监测系统中，软件无线电的作用也越来越重要。在达到一定精度的前提下，与利用硬件来实现监测、测向等功能相比较，软件无线电的能够大大节省资金。例如，华日公司的小型监测系统则成功运用了软件无线电技术。跟踪新技术的能力是软件无线电最大的优点。对于目前无线通信系统的技术，其应用与数字通信相比已经非常落后了。这在很大程度上是因为经费的问题与时间的问题，包括配置底层的基础设备来完成特殊的空中标准设置。因为资金投入很大，不可能经常对设备升级，因此新技术应用大约会滞后10年。软件无线电消除了需要预先定义空中接口标准的大量工作，它仅需要一个接口定义及应用程序接口。进而使软件的运行可以在不同的操作平台上进行，而且使无线电设备可以对必要的软件进行下载。理想中的软件无线电还能够适用于任意一种调制器、编码器、指定信道带宽的射频信道协议。

3结束语

软件无线电是现代计算机技术、超大规模集成电路和数字信号处理技术在无线电通信应用的产物。软件无线电的通用性和灵活性决定了它的发展将在一定程度上决定或改变无线通信发展的方向，它将使无线通信具有更大市场价值和发展前景。

参考文献：

[1]NNakajima,RKohno, SKubota．Research and Developments of Software-Defined Radio Technologies in Japan[J]．IEEE. Commun. Magazine,2001，(8)：146-155．

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中图分类号：TN911-7 文献标识码：B

文章编号：1004373X(2008)0506102

The Multi-rate Signal Processing in Software Radio

MIAO Runjiang,XUE Lei

(Electronic Engineering Institute,Hefei,230037,China)

Abstract：In this paper,the conception of software radio and multi-rate signal processing is introduced.The signal code rate at every node in the system of software radio may be changed by multi-rate signal processing.Decimation and interpolation are two basic means of multi-rate signal processing,the theory of them is analysed and their related architecture of polyphase filer is given here.The number of digital filter′s steps at every branch of this architecture will be reduced to 1/D(or 1/I) of the original.So this architecture is an effective way to real-time signal processing.

Keywords：software radio;multi-rate signal processing;decimation;interpolation;polyphase filter

1 引 言

软件无线电是当代无线通信发展的方向，其基本思想是：将A/D和D/A尽可能靠近RF端，在数字化的通用硬件平台上，用软件近可能多地实现软件无线电的各种功能。软件无线电具有灵活性、标准化、模块化的特点，为解决目前无线通信系统所存在的难兼容、难升级、开发周期长等难题提供了选择。

基于带通采样定理，软件无线电能够实现对整个工作频带的信号直接进行数字化，然后用数字信号处理方法完成对信号的接收和解调。为了提高软件无线电对不同体制信号的适应性，带通采样的带宽应越宽越好。但是，采样速率的提高使采样后的数据流速率增大，对后续的信号处理能力提出了苛刻的要求。因此，有必要对采样信号进行降速率处理，多速率信号处理是这种降速率处理的理论依据。

2 多速率信号处理

多速率信号处理的实质是用数字信号处理方法直接改变抽样信号的速率，抽取和内插是其基本环节。

2.1 整倍数抽取

整数D倍抽取是指原始抽样序列x(n)每隔(D－1)个取一个,形成一个新序列xD(n),xD(n)=x(Dn),正整数D为抽取因子。D倍抽取器符号如图1所示，设序列x(n)的频谱为x(ejw)，求得序列xD(n)的傅里叶变换xD(ejw)=1D∑D－1k=0Xej(w－2πk)D，表明抽取后序列xD(n)的频谱为原序列x(n)的频谱经频移和D倍展宽后的D个频谱的叠加和。根据Nyquist采样定理，若序列x(n)的采样率为fs,则模拟信号的最高频率(无模糊带宽)fH≤fs/2，否则x(n)的频谱发生混叠。当以D倍抽取率对x(n)进行抽取后得到的抽取序列xD(n)之取样率为fs/D,其无模糊带宽为fs/(2D),所以当x(n)中含有大于fs/(2D)的份量时,xD(n)的频谱必然产生混叠,无法从xD(n)中恢复x(n)中频率小于fs/(2D)的低频信号分量。如果先用一个数字滤波器(归一化带宽B=π/D) 对X(ejw)进行滤波得到V(ejw)，该信号只含有小于π/D频率分量,再对V(ejw)进行D倍抽取,就可以避免频谱混叠。一个完整的D倍抽取器结构如图2所示，抽取前后信号频谱如图3所示。经过抽取提高了信号的频域分辨率。

2.2 整倍数内插

整倍数内插是指在原始抽样序列的相邻两抽样点之间插入(I－1)个零值,设原始抽样序列为x(n),则内插后的序列为:

内插器符号如图4所示。设序列x(n)的频谱为x(ejw)，求得序列xI(n)的傅里叶变换xI(ejw)=X(ejwI)，表明内插后序列xI(n)的频谱为原序列x(n)的频谱经I倍压缩得到的。因此，xI(ejw)中不仅含有x(ejw)的基带分量(w≤π/I),而且还含有其高频分量(w>π/I)。对内插后的信号进行低通滤波,就可以从内插信号频谱中恢复出原始基带谱,使内插序列中的(I－1)个零值都变为x(n)的准确值,所以经过内插提高信号时域分辨率。完整的I倍内插器结构如图5所示。

抽取运用于软件无线电接收机，降低了接收信号数据速率,便于数字信号处理。内插运用于软件无线电发射机，提高了输出信号频率，便于调制发射。通过先内插后抽取，也可以实现抽样率的分数倍变换。

3 多速率信号处理的多相滤波结构

多相滤波结构是指将数字滤波器的转移函数H(z)分解成若干个不同相位的组。图2和图5抽取内插器结构中滤波器都是在高取样率(在D倍抽取之前,I倍内插之后)条件下运行的。采用多相滤波结构可以提高抽取内插

器的计算效率，有利于信号的实时处理。如图6所示，在FIR滤波器中，H(z)=∑N－1n=0h(n)z－n，N为滤波器的长度，将h(n)分成I个组，H(z)=∑I－1m=0z－(I－1－m)Rm(zI)，Rm(zI)=∑Q－1n=0h(nD+D－1－m)(zI)－n，将此滤波器代入图5，由内插器的等效转换，得到内插器的等效滤波结构，如图7所示。此时，滤波器位于内插器之前，降低了对滤波器的实时性要求，并且每个支路滤波器的阶数只有原来的1/I，有利于提高运算精度。抽取器的多相滤波结构与此相似。当抽取倍数D或内插倍数I很大时,可以采用多级实现,每节滤波器设计时应考虑通带带宽、过渡带带宽等参数。

以上分析都是针对低通信号的,对带通信号常常采用频谱搬移,先把位于中心频率f0处的带通信号搬移到基带,然后再利用低通信号的抽取方法进行抽取。反之，通过内插器后接带通滤波器可以将基带谱搬移到射频频段。

4 结 语

多速率信号处理是软件无线电实现信号处理数字化的关键，多相结构不但简化了滤波器的设计，而且是软件无线电信道化接收机和发射机的基础。

参考文献

［1］杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.

［2］宗孔德.多速率信号处理[M].北京:清华大学出版社,1996.

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基于OFDM的软件无线电硬件平台由基带收发处理模块、模拟电路模块、面板接口模块、电源模块构成。

（1）面板接口模块主要完成通信系统基带收发处理模块与面板之间的信号接口，面板上的信号通过面板接口模块连至基带收发处理模块，面板接口模板硬件上是紧贴在机箱面板的前接口板。

（2）基带收发处理模块是整个系统硬件平台的控制核心和基带收发处理通道，其任务包括信道编译码、交织与去交织、组帧与拆帧、调制与解调、信号采集、同步与定时跟踪等功能，同时还控制系统协调工作。

（3）模拟电路模块主要完成系统基带信号与模拟中频的接口电路。模拟中频接口电路主要包含放大电路、混频电路、滤波电路等，主要完成以下功能：发送时完成放大功能，频合输出的模拟信号经模拟中频接口电路放大后送至RF模块；接收时将射频模块送来的中频信号与频合输出的本振信号混频，经过低通滤波后送至基带收发处理模块。

（4）RF模块：在发送时，RF模块主要完成混频、滤波、功率放大后变换到射频发送出去；在接收状态，RF模块主要完成低噪声放大，高灵敏度接收并将射频信号变换到中频送到模拟电路模块。

（5）电源模块是一个比较独立的部分，主要为各个插板提供模拟电源与数字电源。

二、基带收发处理模块设计

基带收发处理模块是整个系统硬件平台的控制核心和基带收发处理通道，为了便于系统改进与调试，系统基带的硬件平台设计基于软件无线电的设计思想。该系统可以很方便地通过算法改进，实现多种不同调制解调方法、不同纠错编码方式、不同的分集合并方式等。

基带收发处理模块包括的主要硬件单元有：DSP分析处理模块、A/D变换器、FIFO、FPGA、EPROM、晶振及其驱动电路等。同时基带收发处理模块还包括以下接口信号：与终端的数据与控制信号线接口、与面板的接口信号、与模拟电路模块的接口信号（I，Q两路的模拟信号），其组成框图如图1所示。

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中图分类号：TN915.05；TN791 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0099-01

在新兴的数字调制方式之中，软件无线电应用的最为典型的调制解调信号就是QAM（正交幅度调制解调）。QAM的优点很多，如：抗干扰能力强、能够保持较小的频带占用率、能够充分利用带宽、具有强大的信息传输速率，由于具有以上诸多优点，使得系统效率获比之传统方式明显提高。已经被有线卫星通信、电视网络、数字微波通信等频带资源十分有限的领域泛采用。我们来看一下在软件无线电中实现QAM技术的特点和理论依据。

一、QAM调制实现研究

QAM （正交幅度）调制的一般表达式为：

y（t）=Amcosωt+Bmsinωt，0≤t

其中由两个相互正交的载波构成，每个载波被一组离散的振幅{Am}，{Bm}所调制，所以称这种调制方式为正交振幅调制。式中，T为码元宽度，m=1，2，…，M。M为Am和Bm的电平数。

QAM中的振幅Am和Bm可以表示成如下形式：

Am=dmA （1-2）

Bm=emA （1-3）

上式中，A是固定的振幅，（dm，em）由输入数据确定。（dm，em）决定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点。QAM调制框图见图1-1。

在调制过程中，输入数据经过串并变换后分为两路，分别经过2电平到L电平的变换，形成Am和Bm。为了抑制已调信号的带外辐射，Am和Bm还要经过预调制低通滤波器，才能与载波相乘，最后将两路信号相加就可得到已调QAM输出信号。QAM是同时对载波的幅度和相位联合调制的一种方式，是一种多进制的调制系统，即MQAM。MQAM信号时域表达式可写为：

s（t）=Ang（t-nTs）cos（ωt+n），n=1，2，3…，M （1-4）

调制后要发送的信号信息包含在载波的幅度An和相位n内。

一般常见的MQAM有16QAM、64QAM，对于M=4的4QAM和正交相移键控（QPSK）是完全相同的。对于M大于4的多进制相移键控方式（MPSK），信号点是等间隔均匀分布在一个同心圆周上的，而多进制正交幅度调制（MQAM）中，信号点是均匀的分布在整个平面上的。16PSK和16QAM星座图的比较见图1-2，图中a）为16PSK星座图，图中b）为16QAM星座图。从图中可以看出MQAM中相邻信号的间隔大于MPSK中的信号间隔，即相邻信号之间的干扰小，所以MQAM系统比MPSK系统的抗干扰能力更强。

二、QAM解调实现研究

软件无线电的所有功能部分几乎都用软件来实现，解调也在其范围之中。数字相干解调的方法一般被使用在软件无线电的解调之中。下面简要说明QAM解调的数学过程。

信号表达式：

s（n）= amg（n-m）cos（ωn）+ bmg （n-m）sin（ωn） （2-1）

式中：am，bm=1，2，…M。

QAM解调通过对信号进行正交分解，得到同相分量和正交分量：

同相分量：

XI（n）=amg（n-m） （2-2）

正交分量：

XQ（n）=bmg （n-m） （2-3）

对同相、正交两路信号进行多电平抽样判决，即可恢复并行数据，再经过并串转换后可得所传输原始数据流。

QAM信号解调具体流程见图4-3。

QAM信号解调过程中，在接收端，输入信号与本地恢复的两个正交载波信号相乘后，经过低通滤波，多电平判决，L电平到2电平转换，再经过并串转换就可得到输出数据。

通过上文的分析和介绍，就可以在制作软件无线电的过程中根据数学模型进行软件无线电的程序编写工作，实现软件无线电的调制和解调工作。

参考文献

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引言

随着时代的发展，社会的进步，移动无线电信号已经越来越普及，但是随之而来的信号之间的干扰也越来越强烈。减弱无线电信号干扰，提高无线电通信质量是当前应该研究的重要课题。利用软件无线电发展的智能天线能够与周围环境特点相结合，随时监控周围的信号强弱，找到信号最强的天线方向，进行对应调整。并且能够通过对信号的追踪，将通讯信号维持在最好的范围。通过软件进行算法的自动更新，能够在不改变智能天线的配置的同时增强无线通讯，提高系统稳定。

1软件无线电的定义

软件无线电主要是通过现代通信理念为桥梁，建立以数字信号为基础的开放性通讯模块平台。能够结合不同软件来对其硬件配比进行变化，能够适应不同环境下通讯信号的需求，搭载无线电信号系统。软件无线电主要通过天线、射频前端、宽带转换装置和数字信号处理器构成。其天线通畅能够辐射比较广阔的范围，并且对不同频率下信号端的调整都比较稳定，能够适合不同工作的需要。射频前端主要完成信号发射中上变频、滤波、放大、下变频等工作。经过以上工作的信号再经由数字信号处理器转换，实现数据的低流速处理，等到处理器将其转变为基带后，再经由数字信号软件模拟处理。其中经过数字信号处理器处理的主要原因是由于如果只用数字信号软件进行处理，无疑会加大其工作量，造成较大的负担。将信号转化为基带会大大降低数字信号软件的压力。软件无线电无疑具有较大的机动性，能够通过增添新的软件来增加其性能。举例而言，在软件无线电工作方面，信道贷款，调制及编码等工作都是通过软件的增加来实现的，这些工作能够实现对网络信号的转换，使其适应信号环境，降低通讯压力。软件无线电无疑具备较高的开放性，因为其在软件模块、标准化技术调整中都可以改变，硬件也可以结合设备和技术发展的需求进行升级，软件可以按照配置需求进行调整。软件无线电拥有较强的机动性和开放性，导致其在无线通讯领域中占据了重要地位，并且迅速将其推广到军事生产中的电子战、雷达方面，起到了重要作用。

2智能天线的构造和基本算法

智能天线结合现代数字信号处理技术，用过简单的数据算法，形成稳定的定向波束，让天线能够根据用户的信号需求进行调整，避开信号不稳定的位置，实现移动信号的最大化，尽量避免同种信号的干扰。智能天线的主要是通过天线阵列、射频前端、A/D转换器、自适应信号处理器等装置构成。如果智能天线的天线能够接收到智能信号，就可以通过不同天线的智能单位进行分配，由射频前端进行接收处理，在经过数字信号转换，通过自适应信号处理器进行处理，形成不同波束来实现矢量输出。智能天线和传统的天线收集方式不同，它能够通过以上方式形成用户特定的接收波束，将信号稳定在某一确定的接收范围，使信号在其中定向传播，相当于把不同信号稳定在不同范围中，降低同种信号之间的干扰以及电磁污染。提供一个固定的方向来让用户接受，这样做大大提升了信号传输的工作效率，有效保障了信号的稳定性，避开了传统方式中同种波段信号之间的相互干扰。

3自适应波束形成算法介绍

经过智能天线处理的信号一般都是在时段和频率上完全重合，只在不同空间角度上区分的信号，智能天线能够起到空间过滤作用。自适应波束算法主要是通过数字处理技术，结合数字信号的特性分析形成的输出端配比，经过软件处理体现在不同波段的信号处理器上。其优势在于不需要对其硬件设备做出任何调整，只是通过对软件的改写来实现系统的更新，来实现不同地域下信号的需要。利用自适应波束形成技术，智能天线能够通过自适应算法来对其进行调整，改变信号范围，在有效信号的基础上形成波动范围，降低不同信号处理波段的主波束，使用户的增益处理降低，减少不同用户之间的相互干扰，并且对信号接收装置的接收程序进行处理，对智能天线装置的整体性能有所提升。从参考信号的范围转变方向来看，自适应算法主要分成非盲算法和盲算法两种。非盲算法主要是用过其他非此波段的信号作为参考，了解信号的接收端位置，进行算法处理来确定信号响应范围。再根据加权值确定一定的规律方针，调整平均规律，达到最大的输出范围，使智能天线能够满足最大的输出调整，一般的输出准则遵循最小二乘法以及最小均方误差的标准。盲算法则不需要对信号的输出端进行分析，只是通过对自己终端信息的处理进行参照反馈，预算处理信号的方向。但是准确来讲，经过判断的信号方向和实际输出信号方向存在一定的差距，这是由于对非此波段信号接收时不能够准确测定其方向导致。总的来看，非盲算法具有更高的准确率，能够更快地判断输出信号方向，对信号波段传输、转换的效率较快，但是相对而言消耗的功率就比较大。

4软件无线电技术的可行性

我国在数字信号通讯方面已经有了较大的进展，在国内已经生产了国际平均水准接近的产品，和国际先进水平没有较大出入。相关的技术条件也已经准备完善，随时可以投入实施。但某种新型技术能够推广的条件在于其可行性，而不是技术本身的条件。该项技术得到推广必须得到市场经济和用户的普遍接受。在以往的经验教训中，已经有太多因此而失败的先例，目前这项技术也面临了同样的挑战、其主要可以从三个方面来入手：广播机构、接受制造厂家以及用户对该项技术的可接受性。只有在这些方面的实际应用中取得良好效果，才能够使这项技术大范围投入使用，拓宽其可行空间。推广无线电技术的主要条件是将无线软件调频作为基础，控制信号波段的产生。信号波形主要通过数字信号的转换产生，并且还可以通过不同频段的切换来实现、接收器同样可以利用数字信号转换器来对软件信号进行接收，通过软件对不同信号进行调节。完善的软件无线电台主要通过全频段的支持来实现，具备很强的灵活机动性，可以通过对软件的调整来实现系统功率的调整。但是出于对实际情况的考虑，宽带前端频道接收不可能达到理想模式，总是会受到处理模式的限制。因此以现今的技术条件来讲不能够将理想的软件无线电系统投入应用。为实现大范围软件无线电技术应用，可以将软件无线电系统中添加一些增强无线电系统功能的软件，能够在一定范围中对信号的接收和传递进行调节，适用于当今生产的实际需求。虽然降低了软件无线电系统的灵活机动性，但是给其在生产中投入使用带来了一些希望。

5结束语

利用软件无线电对智能天线进行调整，不需要进行繁琐的硬件调整，只需在系统中安装提高软件无线电实用性的软件。因此该系统具备很高的可维护性以及能够稳定操作的系统环境，能够将系统的信号发射整体运用提高，增强扩充性能。通过软件无线电对智能天线进行调整，能够增强信号范围，使系统变得更加平稳，减少同类信号的干扰。但智能天线对设备的要求很高，就在一定程度上增加了元件的可操作性能，使系统分配更加复杂，不能够改变波束的转变移动范围。所以是否利用软件无线电对智能天线进行调整，还要结合实际情况进行分析。

参考文献

[1]葛利嘉.智能天线及其在军用软件无线电中的应用[J].军事通信技术，1997，02：1~16+30.

[2]童克波，宋荣方.无线通信中软件无线电结构的智能天线技术[J].江苏通信技术，1999，06：26~28+41.

[3]束永江.软件无线电在现代雷达中的应用[J].火控雷达技术，2003，02：6~11+20.

篇10

中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00

随着社会的发展，无线电频谱已经成为无线通信领域极为重要的资源。伴随社会无线通信业务的极速增长，当前无线电频谱资源已经接近匮乏。频谱资源的高效利用作为无线通信技术当前亟需解决的问题，同时其也成为制约无线通信发展的阻碍。基于无线通信技术的需求和科技的进步，认知无线电技术由此产生，其能够对周遭电磁环境进行感知，同时通过无线电描述语言与通信网络进行交流。认知无线电通过参数的调整，将环境与无线电参数进行匹配，以确保通信系统的可靠性及频谱资源的高效利用。

1 认知无线电的概述

1.1概念

针对于认知无线电的概念解释，其中最具代表性的是Mitola、FCC、ITU-WP8A及John Notor等人和组织提供的认知无线电概念。

Mitola认为认知无线电是为保障个人无线数字助理及网络侦测用户需求且为这些需求提供适合的无线电资源，认知无线电是软件无线电的一种，同时综合应用软件、应用界面及认知等性能[1]。

FCC将认知无线电定义为通过运行环境的改变来控制发射机参数的一种无线电[2]。

ITU-WP8A将认知无线电定义为能够感知并了解操作环境，自主调整操作参数的一种无线电。

John Notor认为软件无线电不是实现认知无线电的必须条件，同时认知无线电不是软件无线电的发展，两者间属于重叠关系[3]。

1.2特点

（1）认知能力。认知无线电能够由工作环境感知到周遭信息，由此来标识频谱资源的使用状况，由此来重新选择频谱资源的适应工作参数。根据瑞典皇家学院使用的认知循环得知，认知无线电的任务主要包含三个方面：频谱感知、频谱分析及频谱判定。其中频谱感知主要用来检测可使用频段及频谱空穴现象；频谱分析主要用来分析估计频谱获取的频谱空穴特点；频谱判定主要根据频谱空穴的特征及用户的需要进行传输数据的选择。

（2）重构能力。认知无线电能够通过当前动态编程的改变从而使用不同无线传输技术来接收输出数据，基于对频谱授权用户进行干扰的基础，使用授权系统中的闲置频谱为用户提供极为可靠的服务，以上便是认知无线电重构内容的工作核心。当频谱被指定用户使用的时候，认知无线电能够通过两种应对方式进行解决：一是切换到其他空闲频段进行通信；二是继续使用此频段，但要通过改变该频段的发射速度及调制方案来避免对用户造成通信干扰。

（3）两种无线电之间的关系。软件无线电系统内部的A/D及D/A完全变更至中频，通过对系统进行采样，由中频进行数字化处理；认知无线电技术基于软件无线电采用通信协议技术，同时增加人工智能的支持，对其自身环境感知极为敏感，并能根据环境合理调整通信功率、频率及其他参数[4]。软件无线电系统具有较高的灵活性，但较于认知无线电缺乏一定智能。认知无线电能够自适应频谱环境，而软件无线电能够自适应网络环境。

2 认知无线电研究现状

2.1 DARPA

美国国防研究计划局已经对频谱资源的有效利用展开研究，关于XG计划的研究目标有以下两点：第一，研究灵活的频谱分配技术，检测频谱环境，开发频谱使用机会；第二，在软件支持的基础上研究灵活的政策机制，主要体现在定义抽象行为、操作模式对应策略；同时策略约束通过下载软件完成。

2.2 E2R

E2R是欧洲委员会的综合项目，该系统可以为多种空中接口、协议及应用提供相关的平台和所需环境，同时通过认知算法的升级和重新配置实现资源的高效利用。重新配置能够灵活的改变软件设置，以此来提高网络及设备性能。E2R系统需要实现系统功能来完成，主要包括：服务协议、安全、干扰、下载、设备重新设置、服务适应与供应、系统检测、频谱转移及动态资源管理等。当前E2R项目进程处于第二阶段进行中，其在2006年开始启动至今。

2.3 BWRC

BWRC对于认知无线电的研究主要集中在认知无线电策略及与开发相关技术上，主要的研究内容包括：认知无线电的物理层面、认知无线电多用户、试验平台、MAC设计及认知无线电规则等方面。

2.4 WINLAB

WINLAB在认知无线电研究领域中涉及到的项目主要有：开放频率使用认知无线电及认知无线电平台。开放频率的使用认知无线电项目在2004年秋天开始启动，通过与朗讯公司的科学技术合作，使用认知无线电算法和构架研究实现无线频率的开放使用[5]。主要研究内容包括频率连接调度算法的共享、定价、频谱仲裁及干扰避免机制等。

2.5 CWT

CWT在认知无线电的研究区域包含两个项目，第一，美国的无线网络实现技术―VT认知引擎，主要内容是开发并且测试认知无线电系统原型，于未被使用的TV频道实现WiFi的无许可操作，用来研究合法无线电及认知无线电之间的协作关系；第二，美国全球协作的公共安全认知无线电模型，通过建立认知无线电模型的方式来识别三种不同的公共安全波形，且相互协调[6]。

除此之外，为了保障无线网络具备更优的认知无线电技术，提高频谱的利用效率，IEEE同时制定出两种不同的网络协议，即802.11h与802.22。其中IEEE802.11h能够有效为无线局域网开放5GHz的频谱，降低无线网络的频谱干扰，实现频谱资源的共享。IEEE802.22通过运用认知无线电技术将电视广播的VHF频带频率作为宽带访问线路进行利用，由此来支持未经许可的无线设备占用未经使用的TV频带。

3 认知无线电发展前景与技术

3.1终极无线电

国内有研究学者研究出盲源分离的无线通信技术，其能够脱离感知频谱空穴，直接在随意信道上进行通信，其能够有效屏蔽信道中的各种信息干扰，准确分辨出所需信息，该种无线电被称为终极无线电。终极无线电主要通过盲源分离来实现频谱资源的高效利用，但盲源分离的基础是信号远离噪声的理想情况，实际生活中无法实现，由此终极无线电的研究仍在继续，面临诸多挑战。

3.2关键技术

（1）频谱检测。频谱检测技术主要包括单点频谱检测，其主要通过检测单个无线电节点来确定无线环境的频率占用状况；多点协同频谱检测：将多个节点的频谱检测结果统一，提高检测正确性。

（2）频谱资源分配。解决频谱资源分配紧张的方法有两条，第一，通过提高频谱资源的利用率和充分利用授权用户的频谱资源；第二，提高通信系统的运行效率，将已获得的频谱资源进行优化分配，提高利用率。正交频分复用技术属于当前有效实现频谱资源控制的主要传输方式，其能够通过频率的合理组合来实现频谱资源的高效利用，合理控制频谱、时间及功率等资源的利用。

（3）动态频谱管理。动态频谱管理同时被称作动态频谱分配，其主要通过发射端来执行。频谱管理主要通过自适应策略来高效利用通信频谱，同时能够较大程度提高无线通信的灵活性和信道使用能量，从而实现主用户和次用户间避免冲突和公平共存频谱的目的。动态频谱管理可以通过对频谱的辨认来了解频谱可用时间从而实现频谱的合理分配，频谱分配主要根据频谱节点数将频谱分配给一个或多个节点。动态频谱管理应当对节点的接受能力进行评估，同时对源节点到目标节点进行合理调整。

（4）位置感知。地理环境的差异会对无线电信号产生影响，例如，室内与室外、城市与农村、山区与平原等相比较，后者的无线电信号较前者更强一些。认知无线电技术中的定位系统和地理信息系统的结合，能够有效帮助其识别自身位置，由此根据所处环境选取适当发送频率及调制方式等。

（5）链路保持。通常授权用户进行再次通信时，认知无线电技术需要在极短的时间内将正在进行得频率空出，同时还需保障通信的连续性，以上便是认知无线电技术中的链路保持技术。诸多研究学者认为，编码技术可以用来实现链路保持技术，主要方式通过增加链路冗余达到数据冗余。但冗余数与链路可靠性并不成正比[7]。

（6）物理安全。认知无线电系统使机会方式与用户频段相结合，容易干扰到主用户，因此频谱感知必须具备极强的弱信号检测功能，主要用以检测主用户的信号，方便其切换频道。与此同时，认知无线电系统较易受到干扰与攻击，即为“模仿主用户攻击”的问题。跳频通信系统具备极强的抗干扰能力，能够有效解决无线通信的干扰问题，同时能够容许系统出现较高的扩频频段，能够与认知无线电技术进行完美融合。由此看来，在认知无线电技术中引用跳频通信技术能够为无线电系统提供物理安全保障。

3.3重点研究内容

（1）理论与应用。主要为大规模的应用提供坚实的基础，其中相对重要的内容包括：认知无线电的理论基础与相关网络技术，例如，频谱资源的合理管理、跨层次的优化等[8]。

（2）系统开发。当前，多个试验验证系统正在进行开发，一旦开发成功，会对认知无线电的基本理论及关键技术提供验证所需的测试床，能够促进认知无线电技术的使用范围。

（3）系统结合。当前认知无线电技术不应当对授权用户做出改变，授权用户与认知无线电用户一同进行工作时，势必会提高无线通信效率。当前，诸多研究已经在分析认知无线电与现有无线通信相结合的方式，有了一定成果。认知无线电与智能天线和软件无线电等相互结合的应用方式具有良好的发展前景。

（4）隐藏终端。有工程师认为，认知无线电技术能够识别其周遭的发射机，但对接收机无法识别，由此便会出现隐藏终端的问题，加之电信自由化问题，造成认知无线电技术仅能对其了解信号产生反应。认知无线电无法识别其他频段，造成一个完整的无线电感知系统无法识别频段的使用方式。

（5）频谱法律管理。当前情势下，诸多频段已经成为人类开展业务的一种手段，特定情况下，人类为获取频段的优先使用权会投入巨大资金，但是新的服务可能会干扰到基础设施，由此造成当前业务模式出现问题。

（6）频谱与路由联合选择技术。认知无线电技术能够根据周围环境的变化来实现通信频率的正确选择，通常情况下，通信频率的改变的前提是适当调整上层协议，例如，路由协议等方面。认知无线电技术根据频谱改变来正确选择频谱感知路由协议的过程需要技术人员深入研究。除此之外，认知无线电技术中的认知引擎、认知算法及通用平台等几方面内容同样值得深入探讨[9]。

4 结语

认知无线电是一种基于软件无线电的智能无线电，其能够完美展现新型的频谱管理模式，同时将自身与外界环境进行融合，以此来解决通信需求与频谱资源间的供需矛盾。认知无线电带给无线通信发展空间的同时促进了无线电的发展，其属于多种高科技技术的综合，在军事及民用领域的应用前景极为广阔。认知无线电技术在应用过程中会面临诸多难题，需要诸多技术性的突破，将其纳入实际进行应用还需要时间，该领域的诸多问题已经成为无线通信研究的重点。

参考文献

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[2]张玲.认知无线电网络中的动态信道分配技术探析[J].网络安全技术与应用，2015，04（06）：52-54.

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[4]李玲.论基于软件无线电的通信系统[J].电子世界，2013，02（11）：65-66.

[5]王建秋.软件无线电现状发展及其在专网中的应用[J].信息通信，2013，04（20）：253-254.

[6]郑涛，志，施Z，等.基于FPGA的软件无线电接收平台设计[J].软件，2013，04（06）：26-28.

[7]赵小璞，石贱弟.一种软件无线电与认知引擎的接口实现方法[J].电子设计工程，2013，13（05）：127-130.

[8]李瑞正，周威.浅析软件无线电发展现状及关键技术[J].数字技术与应用，2013，07（09）：207-208.

篇11

无线通信中存在着诸如多种通信体系、各种标准并存、缺乏频率资源的问题，无线个人通信系统在发展过程中新系统逐渐出现，其生存周期缩短，过去的无线通信因为主要对硬件充分应用，导致其难以跟上时代，所以软件无线电就此产生，其基本概念是在无线通信平台中对硬件作为主要方式，多使用具有个人通信功能的软件，保证软件也具有无线通信新系统，软件无线电在技术上将A/D和D/A变换器向射频端进行靠拢，充分应用宽带天线和多频段天线，A/D变换将在中频频段中进行，应用可编程数字软件来进行处理，这个体系在结构上非常通用，能对以上问题进行充分解决，保证无线通信系统能够在频段、用户和体制上能够具有多样性。这种系统的实现需要非常高性能的宽带天线、A/D变换器、数字信号处理器和通用CPU，目前的个人通信系统其硬件平台的处理能力很高，能够博爱恒对不同软件进行应用保证功能和服务更加丰富。

一、软件无线电介绍

关于其体系结构特点如图1所示，其和过去无线电系统结果区别是A/D和D/A趋近RF端，从过去的基带移动到中频位置，完成采样工作。另外在对A/D前和D/A后进行处理中采用的DSP/CPU更加高速。在微电子技术的发展过程中，数字器件性能得到了提升，数字无线电得到发展，然而软件无线电和数字无线电概率具有不同，因为A/D和D/A趋近RF端只能保证软件无线电形成，其真正目的是用是器件编程能力强取代数字电路能够带来很多优势。软件无线电工作模块有处理信道、管理环境和在线/离线工具三个部分，信道频段频程形状更加均匀、耗损更低，其接口也能为不同业务提供方便，比特流的数据信号能够利用基带处理进行调制和解调，能够对抗衰落和抗干扰进行计算，因为基带宽带和调制波形的变化，所以其复杂程度不统一，比特流处理主要做前后纠错处理，之后通过软件解码来对数字话音和数据进行信源编解码处理，在环境管理模块中对频率、时间、空间特征等进行用来对无线电环境进行表征。软件无线电目的是保证通信系统能不受硬件限制，如果系统结构稳定可以采用软件实现，在系统改进和升级过程中，其成本更小，更加便捷，能保证系统之间的兼容性。

二、感应通信技术

利用27.5接触网作为波导线，采用无线-有线-无线方式保证前后机车协调操纵同步运行对讲，保证了机车、车站和调度三者间的无线调度，对隧道和山道间的无线通信问题进行了有效解决。感应通信在传播上不仅灵活而且场强分布具有自己特点，其沿着感应线链状分布，在隧道中应用较为稳定，难以受到环境的影响，虽然很多铁路感应通信电台采用模拟系统，其性能较好，但是对于通信性能进行提高是最主要工作。铁路通信感应电台系统如何达到数字化、智能化和软件化，并对软件设计和智能模块技术进行应用，保证在不同技术通信环境下铁路移动机车感应电台系统的通信能够达到相应标准，保证控制调整更加智能，软件无线感应电台传输频段更加灵活，可以按照传播环境等自动完成网络调整和动态优化工作。

三、感应电台系统构成

软件无线电铁路感应电台主要是对对感应通信特点进行结合，软件无线电技术传输频段更加灵活，信道接入模式较多，速率多样化，能够按照网络传播环境做出自动调节，这个系统不仅有可靠的硬件平台，还与实用的软件体系。这种感应电台，其性能和技术指标更高、在射频发射前和接收后用户接口采用数字化处理、其对语音接口进行模拟，语音编码方式速率为5.3kbps，其数据传输有备用接口，采用RS232，在数字调制中采用4PSK方式，通信更加可靠，对码流采用纠错技术，系统能够抵抗噪声和干扰，其可靠性更强，其通信方式有两种，一种是点对多点广播式，另一种是点对点双向式，并对原来的模拟AM、FM感应电台兼容互通性进行了保留，其硬件结构如图2所示，其有效带宽为25KHZ，中心频率是412.5KHz，其收发频道对DSP编程进行自动选择，可以选择信道进行数据的发送和接收，能达到双向通信的效果。系统主要功能是信源信道编解码、调制、协议和信令处理，可以通过DPS编程完成，软件系统方面主要采用五个模块，分别是实时处理模块、控制分析模块、线路输入输出模块、终端模块以及功能选择模块等，

四、通信方式

感应通信电信系统主要采用FDD方式，两个频段分别作为正反链路，防止发射和接收同时工作过程中信号泄露问题的出现，其频带宽度为25kHz，其通道两个子信道和隔离带，如图3所示，分贝用来发、收信息，每个信道有三个逻辑信道，分别是语言、数据和信令，其中信令处于打开状态，机车和车站利用信令进行通信控制。

五、采用软件无线电的数据结构

感应电台数据结构应对三个层，分别是物理、链路和应用，链路层在数据打包和解包过程中国最为主要，可以分为逻辑链路控制子层和介质访问控制子层，采用简化高级数据链路控制规程对数据进行打包处理，根据电台通信的需要，把其中存着的不用的部分进行删减。射频采用桥式电路、带通滤波器保证信号的收发两个程序能够分开进行，防止干扰的存在，如果发送功率太大，贵对接收电路造成影响，虽然感应通信系统和其他无线通信系统比起来，其更加稳定，但是其存在着一定的波动，主要是因为在火车运行过程中接收电平降低，因为在射频电路中添加自动增益控制，能够保证电平的稳定性。

六、信号处理

屹接收端的信号处理中，当电台在接收模式下，其信号会在前端接收放大，通过带通滤波器送到高速D/A转换器，滤波器的频率相位和幅度等能够通过DPS设定和调整，保证符合信道变化的要求，并在带通滤波后的模拟信号经过带宽A/D变换器转换成数字信号进入DSP。除此之外，还有亿发送端信号处理和役DPS信号处理能力的估计。总之应用软件无线电概念和系统模型，感应无线电台能多模式转换，对职能切换，在通信领域中广泛应用，其实现离不开DPS技术的应用，今后还会更好发展。

参 考 文 献

[1]冯博，郑斐，王丽娜.铁路应急通信无线传输系统中基于软件无线电的无线中继设计[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2010，01：61-65.

[2]唐鹏，鲁东旭.无线通信中DSP和软件无线电技术的应用[J].通信技术，2010，06：224-226.

[3]唐泽鹏，宋威.软件无线电在铁路通信中的应用[J].电声技术，2001，06：45-50.

篇12

中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1673-1131（2015）12-0224-02

作者简介：何纬（1981-），男，江苏泰兴人，工程师，研究方向为软件无线电技术；邵瑞（1983-），男，江苏徐州人，工程师，研究方向为软件无线电技术

0引言

软件无线电技术（SDR）可以通过硬件和软件的结合，使无线通信设备、终端等具有可编程、可重配置的能力，其提供了能完成多种模式、多个频段、多种功能无线通讯测试的一种解决方案。软件无线电的关键在于使用软件来完成过去使用专业硬件无线电平台才能完成的工作，其结构特点是将A/D、D/A尽可能靠近频射端，从而使信号尽早数字化，然后借助拥有强大的信号处理能力和灵活的可重构特性的可编程平台实现对多种通信标准的支持。

1软件无线电的研究现状

无线电技术是目前无线通信测试领域的一个研究热点，通过认知无线电技术进行通讯频谱系统的创新管理，采用新的方法和技术来解决目前通讯系统频谱利用率不高的问题。本文分析了软件无线电技术在移动通信测试领域的挑战，并介绍了一种实用的软件无线电测试平台。采用全数字技术，这是然间无线电广播电台与第二代数字接收机的本质区别。软件无线电技术采用通用可编程硬件平台，不仅具有全数字接收机，最大特点是通过软件对硬件功能、技术体制等进行重新定义和配置。该机的硬件芯片结构仿真技术和数字技术的完美结合。软件无线电技术将模拟信号与数字信号之间的相互转化尽可能接近射频端。将接收的射频模拟信号转换为数字信号，通过数字信号处理技术实现射频数字信号到中频数字信号以及基带数字信号的转换，通过可编程处理器最大限度地实现系统的各种功能。理想的软件无线电电台是将通信天线接收到的射频模拟信号直接进行采样获得射频数字信号，通过对射频数字信号的一系列处理技术包括变频混频、信号滤波、载波提取、相位解调、低通滤波、位同步提取、信道编解码、加解密等，获得通信基带信号。理想软件无线电现在完全可编程，适用于如FDMA（频分多址），TDMA（时分多址）和CDMA（码分多址）等多种通信体制的实现。

2软件无线电的体系结构

软件无线电体系结构是实现软件无线电的一个基本框架。在软件无线电技术体系结构中，一组特定的功能可以根据特定的设计规则，通过几类特定的组件来实现。软件无线电体系结构的硬件结构主要包括宽带天线和射频/中频处理器、宽带A/D转换器、宽带D/A转换器、通用可编程处理器（如FPGA、DSP）等。通过分析硬件组织，可以更加充分地发挥软件的灵活性。软件无线电技术体系结构的设计应具有即插即用的特性。软件无线电终端的重配置包括所有的功能性能方面，即从无线通信物理层、协议栈、服务或服务执行平台的可重配置。另外设备之间和设备各层之间应用编程接口的开放性决定了终端的可编程和可重配置的能力。现在，许多专家和学者认为，通讯频率的管理应该是开放式的可编程平台，这可以重新配置移动通讯频率系统，正如软件无线电的最初定义一样“无线世界的PC”。这种定义准确地勾画出可重配置通信平台/终端所须的开放性和可编程能力，这使得未来软件无线电具有更为安全、可靠的可重配置性，以满足未来移动通讯发展的要求。1997年软件无线电论坛的技术报告，在软件无线电技术发展历史上具有里程碑意义，该报告第一次为软甲无线电构架了一个明确的体系框架—开放的、即插即用的发展框架体系。它把IT线程元件合并到实体中即对象母体中，它们促进了模块间接口的定义。辅助接口（AUX）是专用的接口，用于输入、输出、天线多样性控制、减弱同址干扰和密钥注入（还将确定其它一些项目）。软件无线电在模块之间采用SDR的段间接口，SDR射频接口是介于模拟视频和数字射频之间的新型射频接口。

3认知软件无线电的关键技术

软件无线电的硬件发展阻碍软件无线电技术的发展，软件无线电技术主要包括宽带天线技术、宽带技术、高速数字信号处理技术和高性能互连结构技术等。全球众多高校和研究机构都在对软件无线电技术进行深入的研究，但是受众多研究者一致公认的标准机构系统尚未形成。对软件无线电关键技术领域的研究与突破，将促进软件无线电的进一步发展和应用。软件无线电是一种智能频谱共享技术，具有动态检测的认知功能。在空间、时间和频率域中可应用于空间、时间和频率多维度的频谱复用，大大降低了无线技术发展的频率和带宽限制。软件无线电技术被认为是解决频谱利用率低下和频谱资源短缺问题的最佳方案之一，将有可能成为通信发展史上的另一个里程碑。软件无线电的关键技术是频谱检测技术，其分为授权用户的接收和授权用户的检测。授权用户的接收是实现频谱感知与分配的有效方法，这种方法可以减少其他用户对其的干扰，目前的软件无线电技术还是难以实现的；授权用户的检测是比较容易实现的，但是存在频谱资源浪费的现象，目前的。目前频谱感知的研究主要是对授权用户的开放检测，可分为单点频谱感知、协同频谱感知和干扰检测三大类。

4在移动测试领域中的应用

在蜂窝移动通信系统中的应用虽然蜂窝移动通信有固定的频段划分，但频谱资源是不合理的。这是在移动通信系统的问题还没有得到解决。在白天，频谱资源非常紧张，晚上频谱资源是比较空闲的，这就导致在繁忙时间的频率谱是拥挤和频谱的大量浪费，特别对一些重要频谱而言，问题就显得尤为突出。认知无线电技术在蜂窝移动通信系统中，采用自适应频率来解决问题。对于传统的移动通信系统，由于充足的频谱预留空间，目前还没有认知无线电技术的引入，具体的规范协议的出台还需要进一步研究。对于运营商，引入成本和运营管理是一个值得思考的问题。但从技术层面，蜂窝移动通信系统共享频谱资源的认知无线电的一个发展方向，这方面的研究已经开始。在GSM系统中的空闲频谱分析的情况下，基于认知无线电的初步研究有三种：对GSM系统的空闲频谱的工作条件是给定的，同一小区、距离较远的任意通信系统模型，随着越来越多的通信标准的引入和移动通信的不断发展，终端和芯片制造商测试的成本和测试时间要求更严格，边流压力测试设备制造商将推出更接近软件无线电，更低成本、更快速测试的开放式平台，试验厂家也将更多的功能和应用引入到更多高指标和更灵活的射频测试仪器中。

5结语

伴随着网络发展的需求和用户对于网络技术开放性的需求，多种移动通信制式将持续长久地共同发展。开放型软件无线电频率测试平台还需要进一步研究，通过软件定义实现特定应用的测试，在移动通讯测试领域中软件无线电的应用非常重要，也越来越受到专家和学者的关注。

参考文献：

[1]杨小牛.从软件无线电到认知无线电,走向终极无线电——无线通信发展展望[J].中国电子科学研究院学报,2008(1)