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作者：宋丽丽 任治刚 综述软件无线电的起源、概念及特点，详细介绍它的基本结构及部分实现技术， 关键词：软件无线电智能天线数字信号处理器数字变频 一、软件无线电的起源 软件无线电(SoftwareRadio)最初起源于军事通信。 军用电台一般是根据某种特定用途设
作者：宋丽丽 任治刚
综述软件无线电的起源、概念及特点，详细介绍它的基本结构及部分实现技术。
关键词：软件无线电智能天线数字信号处理器数字变频
一、软件无线电的起源
软件无线电(SoftwareRadio)最初起源于军事通信。
军用电台一般是根据某种特定用途设计的，功能单一。虽然有些电台基本结构相似，但其信号特点差异很大，例如工作频段、调制方式、波形结构、通信协议、编码方式或加密方式不同。这些差异极大地限制了不同电台之间的互通性，给协同作战带来困难。同样，民用通信也存在互通性问题，如现有移动通信系统的制式、频率各不相同，不能互通和兼容，给人们从事跨国经商、旅游等活动带来极大不便。为解决无线通信的互通性问题，各国军方进行了积极探索。1992年5月，在美国电信系统会议。IEEENationalTelesystemsConference)上，MITRE公司的JoeMitola首次明确提出软件无线电的概念。
二、软件无线电概念及特点
所谓软件无线电，就是说其通路的调制波形是由软件确定的，即软件无线电是一种用软件实现物理层连接的无线通信设计。软件无线电的核心是将宽带A/D、D/A尽可能靠近天线，用软件实现尽可能多的无线电功能；其中心思想是在一个标准化、模块化的通用硬件平台上，通过软件编程，实现一种具有多通路、多层次和多模式无线通信功能的开放式体系结构。应用软件无线电技术，一个移动终端可以在不同系统和平台间畅通无阻地使用。
软件无线电的主要优点是它的灵活性，可以通过增加软件模块，方便地增加新功能。在软件无线电中，诸如信道带宽、调制及编码等都可以进行动态调整，以适应网络标准和环境、网络通信负荷及用户需求的变化。软件无线电具有较强的开放性，由于采用标准化、模块化结构，其硬件可以随器件和技术的发展而更新或扩展，软件也可以随需要不断升级。
软件无线电推动了可编程硬件的发展，扩展了它的编程能力，提高了它的灵活性。现在的无线通信设备包括手机都使用了DSP，但DSP软件大多固化在设备中，且DSP硬件是专用的。如果DSP硬件更加通用化，其软件可以通过有线或无线手段装入，那么一台设备就可以实现在不同的制式、频段和协议下工作了。当用户携带一台软件无线电装置到另一个国家，一入境就可以使用软件无线电装置从空中接收并下载该地区的通信标准，然后就可以利用该地区通信标准运行自己的软件无线电装置了，这将给人们带来很大的方便。
三、软件无线电的基本结构
1.宽带/多频段天线与RF模块
宽带/多频段天线与RF模块是软件无线电不可替代的硬件出入口。软件无线电要求天线能覆盖所有频段，能用程序控制方法对其功能及参数进行设置。可采用智能化天线技术。
智能天线也称自适应阵列天线，由天线阵、波束形成网络、波束形成算法三部分组成。它通过满足某种准则算法调节各阵元信号的加权幅度和相位，进而调节天线阵列的方向图形状，来达到增强所需信号，抑制干扰信号的目的。智能天线也可以用空分复用(SDMA)的概念加以解释，即利用信号入射方向上的差别，将同频率、同时隙的信号区分开来，从而达到成倍扩展通信系统容量的目的，
智能天线具有抑制噪声、自动跟踪信号、采用智能化时空处理算法形成数字波束等功能。目前，智能天线技术日趋完善，中国电信科学研究院信威公司已推出带智能天线的同步CDMA系统，美国麦得威通信公司的智能天线也开始投放市场。
射频部分包括预放大和功率输出两部分。射频发射机和接收机，由通用平台和多个射频发射机模块组成，其工作频带应足够宽，并采用数字频率合成技术设置，对每种标准应能够多载波工作。发射机包括多只高功率放大器，要求具有高线性。
2.模数转换部分
数字化是软件无线电的基础，模拟信号必须经过采样转化成数字信号才能用软件进行处理。软件无线电体系结构的一个重要特点是将A/D和D/A尽量靠近射频前段。A/D和D/A器件在软件无线电中的位置非常关键，它直接反映了软件无线电系统的软件化可操作程度。为减少模拟环节及适应错综复杂的电磁环境，要求A/D器件具有适中的采样频率、较高的工作速度、较宽的工作带宽和较大的动态范围。在设计无线电系统时，选择模数器件依据的性能指标有：信噪比、转换灵敏度、无散杂动态范围、非线性误差、互调失真、全功率模拟输入带宽等。
A/D器件性能的局限及采样时引入的频谱混迭、量化误差等，会对软件无线电台的性能产生不良影响，但这种影响尚缺乏定量分析。
3.高速数字信号处理器
DSP是软件无线电必需的基本器件，是其灵魂和核心所在。系统在射频或中频(IF)对接收信号进行数字化处理，通过软件编程灵活地实现宽带数字滤波、直接数字频率合成、数字上下变频、调制解调、差错编码、信令控制、信源编码及加解密功能。接收时，来自天线的信号经过RF处理和变换，由宽带A/D数字化，然后通过可编程DSP模块进行所需的各种信号处理，处理后的数据信号送至多功能用户终端。发送时，通过类似接收信号处理流程的逆过程将数据通过天线发射出去。可见，软件无线电的灵活性、开放性、兼容性等特点主要是通过以数字信号处理为中心的通用硬件平台及DSP软件实现的。
目前的DSP无论在功能上还是在性能上，都不能满足无线电的要求，很难用单片DSP直接处理宽带射频或中频信号，可以先采用数字变频技术对宽带射频或中频信号进行处理，然后再用DSP完成各种信号处理功能。数字变频的组成与模拟变频组成类似，包括数字混频器、数字控制振荡器和低通滤波器三部分，所不同的是数字变频采用正交混频。数字变频具有载频和数字滤波器系数可编程性、不存在非线性失真、频响特性好及造价低等优点。
四、软件无线电的未来
由于软件无线电具有现有无线通信体制所不具备的许多优点，因此它有着广泛的应用前景。目前，软件无线电在国内外得到迅速发展。美国国防部已完成“Speakeasy计划”二期工程，并在电子战领域应用；欧共体的ACTSFIRST项目和美国RUTGERS大学分别进行了软件无线电应用于第三代移动通信系统的研究；我国也将软件无线电技术纳入了国家“863”高科技发展计划，目前我国正在研究开发的第二代同步轨道航天测控设备方案的核心就是引入软件无线电技术。
随着无线网络的发展，各种无线通信体系结构和设计规范不断出现。未来的无缝多模式网络要求无线电终端和基站具有灵活的RF频段、信道接入模式、数据速率和应用功能。软件无线电可以通过灵活的应变能力，提高业务质量；同时可以简化硬件组成，快速适应新出现的标准和管理方式。
可以预见，随着现代计算机软、硬件技术与微电子技术迅猛的发展，软件无线电技术必将在21世纪得到更快、更完善的发展，并付诸应用。
原文转自：www.ltesting.net
嘉兆科技
本文主要介绍了软件无线电的概念、主要原理、关键技术及在生活中的广泛应用。它是以开放性、标准化、模块化、通用性、可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。首先介绍了软件无线电的理论基础，即带通采样理论，多速率处理信号技术，高效信号滤波，数字正交变换理论，这些都是软件无线电实现的理论基础，然后是其关键技术，宽带智能天线技术，A/D转换技术，数字上/下变频技术，数字信号处理部分，这些技术是实现软件无线电的关键和核心所在。最后，对其应用领域也进行了描述，指出其在个人移动通信，军事通信，电子站，雷达和信息加电中的巨大潜力。
软件无线电这个术语最早是美军为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。陆，海，空三军简单就工作频段来分，解决了互不干扰问题，但三军联合作战时互通，互联，互操作问题难以解决，于是1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了
SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。进而实现联合战术无线电系统（简称JTRS），它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。
软件无线电以开放性，标准化，模块化，通用性，可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能，选用不同软件可实现不同功能，软件可以升级更新，硬件也可像计算机升级换代，可称为超级计算机。它是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。
理想软件无线电的结构框图：
嘉兆科技
CORAD
一、软件无线电的理论基础
? 采样理论：由于软件无线电所覆盖的频率范围一般都要求比较宽，例如从0.1MHZ到2.2GHZ，只有具有这么宽的频段才能具有广泛的适应性。对于如此宽的频带采用Nyquist低通采样所需的采样速率至少要大于4.4GHZ，在目前很不实际。所以无法使用Nyquist采样定理，而必须采用带通采样。一种接近理想化的软件无线电设计方案称为射频直接带通采样软件无线电体制，在天线与A/D间只存在跟踪滤波器和放大器，与软件无线电所要求的A/D尽可能靠近天线的设计宗旨完全一致。
? 多速率信号处理：带通采样定理大大降低了所需的射频采样速率，但从软件无线电的要求来看，带通采样带宽应越宽越好，对信号有更宽的适应性，这样就应当使采样速率尽可能地宽。然而又会导致后续的信号处理速度跟不上，因此要对A/D后的`数据流进行降速处理。抽取和内插是最基本最重要的基本理论，对于软件无线电的研究及数字下/上变频器的实现有重大作用。
整数倍抽取是把原始采样速序列x(n)每隔（D-1）个数据抽取一个，形成一个新序列xD(m)，即xD(m)=x(mD)，这样经过抽取的数据流速率只有后者的D分之一，显然大大降低了对后处理速度的要求，也提高了频域分辨率。这是软件无线电接收机的理论基础。
整数倍内插是在两个原始抽样点之间插入（I-1）个零值，也形成一个新序列xI(m),即xI(m)=x(m/I),经过内插大大提高了时域分辨率，也可以用来提高输出信号的频率。显然内插器起到了上变频作用。它是软件无线电发射机的理论基础。
整数倍抽取和内插都只是频率变换的一种特殊情况，实际中往往用到分数倍变换，它可通过先进行I倍内插，再进行D倍抽取来实现。（注意必须内插在前，以免引起信号失真）。
? 高效数字滤波：实现取样速率变换的主要问题是如何实现抽取前或内插后的数字滤波。FIR滤波器相对与IIR滤波器有许多独特优越性，线性相位，稳定性等。可采用窗函数法来设计，简单，直观，但滤波性能不是最佳。也可采用最佳滤波器的设计。半带滤波器适合于实现D=2的M幂次方倍的抽取或内插，计算效率也高实时性高。而在实际的抽取系统中抽取因子D往往不是2的M幂次方，此时可以积分梳状滤波器和半带滤波器结合起来使用。 ? 数字正交变换理论：对一个实信号进行正交变换而用一个复解析信号来表示是因为从解析信号很容易获得三个特征参数：瞬时幅度，瞬时相位和瞬时频率，它们是信号分析，参数测量或识别解调的基础。窄带信号可用解析信号和基带信号表示，对于要满足高虚假抑制的要求，可采用数字正交混频的方法实现，即先对模拟信号x(t)通过A/D采样数字化形成数字序列x(n),然后与两个正交本振序列cos(w0n)和sin(w0n)相乘，再通过数字低通滤波器来实现。在采样速率很高时，对后续的数字低通滤波实现较困难。还可以采用基于多相滤波的数字正交变换，需用到抽取和内插理论。
二、软件无线电中的关键技术
● 宽频段智能天线技术
软件无线电要求接收机从天线接收的应该是宽频带信号，同时，由于射频信号的高频率，使得信号干扰成为严重问题，为获取宽带信号和减少干扰，使用宽带智能天线成为最好的选择。由于频谱资源的缺乏，提出了从空域来提高频谱利用率的想法，对位于不同空域的用户分配相同的时间，频率和伪码，通过电磁信号的空间隔离来消除用户之间的干扰。智能天线就是在这种想法下提出的一种新型天线系统通过对多个天线阵元输出的信号进行幅相加权获得所需的天线波束指向来实现空间分离。基于软件无线电的智能天线包括单信道智能天线，多信道智能天线和信道化智能天线。它们的核心和理论基础是波束形成法。
● A/D技术
软件无线电体系结构的一个重要特点是将A/D和D/A尽量靠近射频前端，为减少模拟环节，在较高的中频乃至射频信号进行数字化，要求A/D具有适中的采样速率和很高的工作带宽。A/D的工作过程大致可以分为采样，保持，量化，编码，输出等几个环节。在模数转换中，衡量A/D转换性能的指标有：A/D转换位数，位数越高，灵敏度越高；信噪比（SNR），提高采样频率或降低模拟信号带宽都可以提高A/D信噪比；无杂散动态（SFDR），反映的是在A/D输入端存在大信号时，能检测出小信号的能力；有效转换位数（ENOB），信号越大，信号频率越低，所得到的转换位数越多；孔径误差，是由于模拟信号转换成数字信号需要一定的时间来完成采样，量化，编码等工作而引起的，可在其前加一个采样保持放大器，从而减少孔径误差。在软件无线电的设计中，A/D器件的选择应保证软件无线电功能和性能的实现，应遵循以下选取原则：
1、采样速率选择：若A/D之前的带通滤波器的矩形系数为r,为防止带外信号影响有用信号，应取采样速率fs≥2B’=2rB,允许过渡带混叠时，fs≥(rwww.unjs.cOm/news/55B30022313FB7DF.html+1)B
2、采用分辨率好的A/D器件。分辨率主要取决于器件的转换位数和器件的信号输入范围，转换位数越高，信号输入范围越小，A/D的转换性能越好。
3、一般来说A/D转换位数越高越好。因为其转换位数越高，其动态范围越高。
4、根据环境条件选择A/D转换芯片的环境参数，其功耗尽可能的低。
5、根据接口特征考虑选择合适的A/D转换器输出状态。
● 数字下/上变频器
数字下/上变频器主要是基于前面所述的抽取和内插理论。
数字下变频（DDC）和模拟下变频是一样的，就是输入信号与一个本地震荡信号的乘法运算。与模拟下变频相比，数字下变频的运算速度受DSP处理速度的限制，同时其运算速度决定了其输入信号数据流可达到的最高速率，相应也限定了ADC的最高采样率。数字下变频器的组成包括数字混频器，数字控制振荡器（NCO）和低通滤波器。 NCO产生的本振信号输入到数字混频器与输入的信号进行混频。数字混频器 就是一个乘法器，信号经混频后，输出到低通滤波器以滤除倍频分量和带外信号，然后进行抽取处理。由于下变频器工作原理较简单，可以很方便地利
用FPGA或ASIC技术来设计实现。典型的数字下变频有功能强大的单信道DDC产品HSP50214B及四通道的HSP50216。
数字上变频（DUC）的主要功能是对输入数据进行各种调制和频率变换，即在数字域内实现调制和混频。典型的代表是只能进行单路数据调制的HSP50215和可进行四路数据调制的GC4114
● 数字信号处理
数字信号处理器（DSP）是整个软件无线电方案的灵魂和核心所在。软件无线电的灵活性，开放性，兼容性等特点是通过以数字信号处理器为中心的通用硬件平台及DSP软件来实现的，从前端接收来的信号或将从功放发射出去的信号都要经过数字信号处理器的处理：或进行频谱分析，信号解调，信号类型识别，或进行信号的数字上下变频，或进行各种式样的数字调制，数字滤波，比特流的编码，译码，同步信号的获取等。软件无线电中的数字信号处理器除了能适应运算的高速度，高精度，大动态范围，大运算量外，还应具有高效率的结构和指令集，较大的内存容量，较低的功耗等特点。DSP的重要特点是其处理速度远远大于一般的微处理器，功能是快速实现各种运算，尤其在卷积，相关，滤波，FFT等应用要用到的乘法累加运算中更能发挥其作用。DSP的编程既可以用汇编语言又可以用C语言，极大地方便了其开发人员。目前的DSP在功能和性能上都还不能满足软件无线电的要求，可以采用多率信号处理技术对采样信号进行预处理后（即所谓的数字下变频器）然后再用DSP来完成各种功能，也可以用多个DSP芯片并行处理的方法来提高DSP的数据处理能力。
三、软件无线电的应用
● 个人移动通信
软件无线电把硬件作为通信平台，使其尽可能脱离通信体制，信号波形以及通信功能，尽可能多地用软件来实现，可扩展性强，成为第三代移动通信的基石。把软件无线电技术应用到基站设计即软件无线电基站，它是一种多频段，多模式，多功能可扩展的“智能”基站，它根据不同时间，不同用户，选择最佳的工作频段，工作模式和与用户相
适配的功能与用户进行信息交换，以极大地提高通信质量和服务质量。除此之外，它还可用于多频多模手机，这一技术具有极大地挑战性。
● 军事通信
软件无线电最初是为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。进而实现联合战术无线电系统（简称JTRS），它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。
● 电子战
电子战的主要特点是频段宽，待处理的信号种类多，而目前的电子战系统往往是在已知或事先假设的几种信号样式下工作，一旦目标信号特征或通信方式发生变化，往往误失战机，所以研究一种工作频段宽，波形适应能力强，可扩展性好，既能适应通信信号，也能适应导航和敌我识别信号的综合电子战系统是现代信息战争的必然要求，软件无线电恰好是解决这一问题的最佳技术途径。软件化电子侦察接收机是基于软件无线电原理而实现的用于对目标信号进行分析识别，特征提取和参数测量，对通信信号还能解调信息的电子战侦察分析接收机，不仅能对各种通信信号侦察分析，也能对雷达信号，导航信号或是敌我识别信号进行侦察分析，是一种多频段，多模式，多功能的电子战接收机。
● 雷达和信息加电
目前设计研究的雷达往往功能单一，体制单一，无法适应在不同的环境下对不同属性的目标进行智能化跟踪探测的需要。如果能把软件无线电的设计思想应用于雷达的设计研制，那么就能比较圆满地解决目前雷达设计所存在的问题。
进入20世纪90年代，以高清晰度电视（HDTV）为标志的第三代电视以其接近理想的视听效果和多功能，成为新一代数字电视的发展方向。但目前在信道编码（调制方式）上还没有统一的国际标准，而且随不同的传输媒介而不同。基于软件无线电的HDTV解决方案可以较好地解决HDTV面临的这些问题。
四、结束语
目前，人们对软件无线电的研究日趋深入细致，理论上已基本成熟，正处于实践阶段，由于软件无线电的灵活性，开放性等特点，它将成为未来通信乃至未来无线电的发展方向，不仅在军，民无线通信中获得应用，而且将在其他领域如电子战，雷达，信息化家电等领域得到推广。
作者：蔡贤生 1 软件无线电概述 软件无线电是1992年由 MI LTRE公司首次提出的，它的中心思想是.构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能如工作频段，调制解调类型，数据格式、加密模式、通信协议等用软件编程来完成，并使宽带A/D和D/A
作者：蔡贤生
1 软件无线电概述
软件无线电是1992年由MILTRE公司首次提出的，它的中心思想是.构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能如工作频段，调制解调类型，数据格式、加密模式、通信协议等用软件编程来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统，
可以说这种无线电台是可用软件控制和再定义的电台。
软件无线电具有如下的特点：
第一、具有很强的灵活性，软件无线电可以通过增加软件模块来增加新的通信功能。可以通过调用不同的软件，转换不同的通信方式，实现与其他无线电台的通信，并可作为其他电台的射频中继。
第二、具有极强的开放性。软件无线电采用标准化、模块化的结构，其硬件可以随着器件技术的发展而更新或扩展。软件无线电不仅能和新体制电台通信还能与旧体制电台兼容，延长了无线电台的生命周期。
软件无线电的基本结构
软件无线电主要由天线射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器(DSP)以及各种应用软件组成。
软件无线电的天线一般要覆盖比较宽的频段，要求每个频段的特性均匀，以满足各个频段使用的需要，并采用智能化天线技术。射频前端在发射时主要完成上变频滤波、功率放大等任务。接收时实现滤波、放大、下变频等功能。A/D-D/A转换器主要是实现信号的模拟、数码的互相转换。数字信号处理器(DSP)主要完成基带信号和处理，信号的调制解调各种抗干扰、抗衰落、自适用均衡算法的实现.信号源的编码、解码等。
2 软件无线电EMC分析的工程模型
软件无线电的工作频段可覆盖VHF、UHF等多个频段，具备AM、FM、PM等调制方式以及PSK、FSK等多种数字调制解调方式。软件无线电通信方式的多样性和系统的复杂性，势必增加软件无线电EMC分析的难度。依靠人工计算的方法进行EMC分析已远远不能满足软件无线电系统的要求，必须依靠计算机技术结合软件无线电的特点建立EMC软件分析系统。
软件无线电的核心思想是对天线感应的射频模拟信号尽可能地直接进行数字化，将其变换为适合于数字信号处理器或计算机处理的数据流，然后通过软件(即对数据进行数学处理)来完成无线电台的各种功能。根据这一特点可知，软件无线电数学模型是软件、无线电工程设计以及专用集成电路设计的基础和前提，也是软件无线电理论分析的最佳途径，那么根据干扰三要素建立软件无线电接收机、发射机数学模型和电波传播模型将是EMC分析系统软件的重要工程模型。本文以单通道软件无线电收发信机为例，讨论其数学模型的建立。
所谓单通道收发信机是指电台接收机在同一时刻只能接收选择一个信道的信号进行接收解调分析，同理该无线电台的发射机在同一时刻只能发射一个选择的信道信号进行调解发射。
1.单通道软件无线电接收机数学模型
任何一种调制形式的信号S(n)均可表示为：S(n)=a(n)cos[won+w(n)]
a(n)、w(n)分别为信号的幅度调制分量和相位调制分量，wo为信号(数字)载频或中心频率。如果用正交分量来表示则上式为：
S(n)=I(n)cos(won)-Q(n)sin(won)
式中，I(n)=a(n)cosΨ(n)、Q(n)=a(n)sinΨ (n)
分别称为信号的同相分量和正交分量，
载频wo不含信息，用同相、正交分量即可完全描述给定信号的特征。而对信号进行接收解调的目的实际上也就是提取这两个正交分量。
2、单通道软件无线电发射机数学模型
任何一种无线电信号可表示为
s(t)=a(t)cos[2πfot+Ψ(t)]
式中a(t)、Ψ(t)分别表示信号的幅度调制信息和相位调制信息，fo为信号载频(中心频率)，而频率调制信息也反映在相位调制信息中，即:
f(t)=dΨ(t)
dt
对上式进行数字化，可得：
S(nTs)=a(nTs)cos[2πfonTs+Ψ(nTs)]
式中，Ts=1/fs为采样间隔，上式可简化为：S(n)=a(n)cos[won+Ψ(n)]
式中，wo=2πfonTs为数字角频率，对上式进行正交分解：
S(n)=I(n)cos(won)+Q(n)si(won)
式中，I(n)=a(n)cosΨ(n)，Q(n)=-a(n)sinΨ(n)。
调制的方法是根据调制方式求出I(n)、Q(n)，然后分别与两个正交本振cos(won)、sin(won)调制相乘并求和，即可得到调制信号S(n)。
单通道软件无线电收发信机的数学模型是最简单的软件无线电收发信机数学模型，实际应用中包括并行多通道软件无线电收发信机、信道化软件无线电收发信机等，这些数学模型都是以软件无线电收发信机数学模型为基础建立的。
3.电波传播模型
无线电波传播模型主要用于计算传播损耗，常用的电波传播模型主要有两种，一种是基以经验公式的OM模型，另一种是基于统计的Longiy/Rice模型。本文重点介绍在移动通信工程设计中广泛应用的OM模型(okumura模型)。OM模型适用的范围：频率100MHz-1000MHz基地站天线为数30-200M，移动站天线为数1-10M，传播距离1-20KM的场强预测。
电波传播衰耗中值与工作频率、通信距离、天线高度、地形特征等存在一定的关系。OM模型给出了电波传播的各种衰耗图表，可对信号中值作出预测。(图表略)
(1)准平滑地形市区的信号中值
LT=Lbs+Am(f、d)-Hb(hb、d)-Hm(hm、f)
式中，Lbs为自由空间的传播衰耗
Lbs=32.45+20lgd+201gf
式中Am(f、d)是基本损耗中值
Hb(hb、d)是基地站天线高度的增益因子
Hm(hm、f)是移动台天线高度的增益因子。这三个数值可由OM模型相关图表资料查得。
(2)任意地形地物情况下的传播衰耗中值：
LA=LT-KT
LT为能平滑地形市区的传播衰耗中值；
KT为地形地物的修正因子，可由OM模型的相关图表查得。
根据电波传播模型、软件无线电发射机、接收机数学模型，以及相关的频率、台站、设备、监测数据库等。通过计算机编程分析，可对场强、干扰进行预测实现EMC分析。
软件无线电概念最早是为军事通信的互联互通问题而提出来的。经过近十年来的迅速发展，软件无线电己从军事领域的演示阶段发展成为现代移动通信(特别是第三代移动通信)的基石。软件无线电突破了传统无线电台的局限性可在同一硬件平台上通过选用不同的应用软件改变通信方式，满足不同环境不同通信用途的需要。软件无线电可以说是EMC技术的发展和延伸。一方面软件无线电能根据不同通信要求主动兼容多种通信体制，提高频谱利用率，另一方面能根据所处电磁环境的情况，对调制方式，天馈系统等作出选择调整，提高系统抗干扰能力。软件无线电是在一定程度上的积极的电磁兼容。
原文转自：www.ltesting.net
用软件无线电技术实现通用卫星测控平台
摘要：软件无线电技术正日益广泛地应用于现代通信的各个领域。本文介绍以高速DSP芯片为核心实现通用的卫星测控平台。该通用平台的调制方式、码速率、载波频率、指令数据格式、调制码型等工作参数具有完全的可编程性。关键词：软件无线电 数字信号处理 调制解调 TMS320C6701
软件无线电是随着计算机技术、高速数字处理技术的迅速发展而发展起来的，其基本思想就是将宽带A/D/A变换器尽可能地靠近天线，将电台的各种功能尽量在一个开放性、模块化的平台上由软件来确定和实现。该平台的.调制方式、码速率、载波频率、指令数据格式、调制码型等系统工作参数具有完全的可编程性。
传统的卫星测控平台存在着性能不完善，调制方式、副载波、码速率组态不灵活，体积偏大等问题。研制和开发通用化、综合化、智能化的测控平台，通过注入不同的软件，实现对调制载频、调制方式、传输码速率等参数的改变，应用于各种轨道卫星平台的遥测遥控任务。数字信号处理器（DSP）是整个软件无线电方案的灵魂和核心所在。通用平台的灵活性、开妻性、通用性等特点主要是通过以数字信号处理器为中心通用硬件平台及DSP软件来实现的。经过比较，我们采用TI公司的TMS320C6000系列DSP芯片和匹配的外围芯片形成一套实时的DSP系统。
图1 TMS320C6701结构框图
1 软件无线电通用平台的DSP技术
1.1 TMS320C6701 DSP芯片介绍
TMS320C6701是TI公司的高性能DSP芯片，具结构框图如图1所示。
TMS320C6701的主要特点为：
*单指令字长为32位，8个指令组成一个指令包，总字长为256位，引脚与TMS320C6201系列的引脚兼容。
*体系结构采用甚长指令字（VLIW）结构；(本网网收集整理)
*硬件支持IEEE标准的单精度和双精度指令集，支持字节寻址获得8位/16位/32位数据，指令集中有位操作指令（包括位域抽取、设置、清除以及位计数、归一化等）；
*1Mb(位)的片内存储空间，其中程序存储空间和数据存储空间各512Kb；
*32b外部存储器接口（EMIF），有52MB的外部存储器寻址能力；
＊四通道自加载DMA协处理器，可用于数据的DMA传输；
*16位宿主机接口（HPI）；
*两个多通道缓冲串口（McBSPs）；
*两个32位通用定时器；
＊灵活的锁相环路（PLL）时钟产生器，可以对输入时钟进行不同的倍频处理；
*芯片内部有IEEE1149.1标准边界扫描仿真器（JTAG），可用于芯片的自检和开发；
*芯片共352脚采用BGA封装，以获得好的高频电气性能，并使芯片尺寸变小；
*采用0.18μm工艺，则五层金属组成，输入输出接口电压为3.3V，核心电压1.8V(167MHz时为1.9V)。
1.2 DSP技术在软件平台中的应用
每套测控平台含双机备份的遥控调制器与遥控解调器，双机分别由独立电源供电。系统总体框图如图2所示。调制器与解调器分别通过不同的RS232串口与遥控处理计算机通信，完成对调制解调器的控制及其带数据的收发。
用户在每次任务前通过控制计算机设置调制方式、调制参数及通信连接方式，并调用算法参数生成程序产生调制器和解调器中算法的预置参数，并在设备初始化时以批数据方式从串口送入DSP芯片，经校验后送Flash ROM中。为保证程序传送的可靠性，采用IRQ差错控制方式，DSP每接收一个数据包在存储的同时向计算机回传数据信息，计算机一旦发现数据出错即转入重传方式。参数设置成功后，调制解调器根据协议发送和接收遥控指令，并将工作状态回送遥控处理计算机，同时在遥控前端机面板上显示。
1.3 调制器与解调器硬件结构与功能描述
摘要：数字广播是继调幅广播、调频广播之后的第三代广播方式，它的出现标志着广播系统正由模拟向数字体制过渡。目前比较成熟的数字调幅广播（DAB）技术被认为是近期发展的重点，本文介绍了一种基于软件无线电技术的DRM系统，该系统就可以实现从当前的模拟广播到数字广播的平滑过渡。
关键词：数字广播 软件无线电 世界数字广播（DRM） DAB
1 数字调幅广播技术的发展
1.1 广播技术的发展
从20世纪二十年代开始，商业广播先后在美、苏、英、德、法、中等国开播，在此后的近百年时间，广播作为重要的传媒工具，受到各国的重视。广播无后经历了中波调幅、短波调幅、调频、调频立体声几个阶段，表1罗列了部分国家的广播发展情况。
表1 世界主要国家的广播发展情况
中波短波调频调频立体声美国19421941/苏联1922192919461960英国192319381955/法国1923193619501954德国1923192919491958中国1923193419741979日本19251935195719691．2 调幅广播的优势
尽管调幅广播的带宽只有9kHz或10kHz，音质无法与调频立体声相比，但是由于调幅广播发展时间最久，全球标准统一，在任何地方购买的收音机在全球各地都能使用，接收工具简单，而且可以方便地进行室内、外的便携接收与车、船中的移动接收。因此至今它仍然是世界上使用最广泛的广播媒体。
短波国际广播则由于在国际交往中的极端重要性与最适合对象为财力处于中下层的听众，所以各国仍继续大量投资支持短波业务。
今天，世界上有160多家国际广播电台在进行着无形的“星球大战”。美国之音（VOA）的一项研究甚至认为：未来40年没有其它媒体能以相同的优点替代。据统计，全世界现在已有3333座短波发射台，12590府中波发射台，25亿台调幅收音机，其中7亿台可收短波广播。
1.3 DRM的产生
由于调制广播的竞争，音、视频数字化的发展，传媒手段的多样化和九十年代开始的全球数字化浪潮，使许多广播机构认识到，调幅广播必须数字化才能适应竞争日益激烈的传媒环境，纷纷开始了数字调幅广播的试验。
(本网网收集整理)
德国电信（DT）从1994年11月开始进行数字中被广播的试验。法国汤姆喀斯特（Thomcast）公司则从1995年起斥巨资进行数字调幅广播系统的开发，并从6月起演示了它的天波（SKYWANE）系统，到4月，研制中的数字调幅广播系统已至少有6个。
1994年，电联曾要求各成员国提出数字系统的建议，并建议建立一个世界性的集团以评估不同的方案，最终提出单一的建议由电联推荐各国使用，由此诞生了DRM。DRM的全称是Digital Radio Mondiale，其中Mondiale为法文，即“世界数字广播”集团（Consortium）。DRM于193月在中国广州宣告成立。到2月，DRM已有来自27个国家的正式会员（Full members）47个，和非正式会员（Associate members）25个。
1.4 国内外数字调幅广播技术发展情况
目前，欧洲和北美的一些国家均研制了DRM接收设备，这些接收设备更接近于专业接收设备，主要采用计算机插板方式，绝大多数的解调、解码工作均由基于DSP和计算机CPU的软件完成，它们具有便于软件更新，可以方便适应不同标准和新业务，便于在线测试，可以方便地使用各种分析工具等优点。同时具有体积大（一般需计算机，也有较小的），功耗大（普通干电池无法满足工作），不兼容原有设备等缺点。客观地讲，这些设备只能算作实验性质的设备，不具备投放市场的能力。
我国在数字广播领域与国际完全同步（DRM集团在我国成立足以说明），国内已经有了类似的产品，水平与国外产品没有明显珠差距。
图2
1.5 DRM技术发展的机遇与挑战
DRM系统已基本成熟，即将进入实施阶段。但是，一项新技术能否在全球推广，技术本身的先进性与可行性虽是前提，却远非决定因素，市场条件和消费者的接受程度十分关键。历史上已经有不少成功的经验与失败的教训，DRM也把实施问题看作为严重挑战，还把影响国家或地区一级启动新技术的因素归纳为以下几点：①技术变更的步伐；②进口或出口控制；③市场成熟性；④财富或个人可支配的收入（PDI）；⑤法规；⑥消费者是否是新技术的早期采用者。
为使DRM取得成功，需要处理好三个关键性因素，即广播机构/网络运行者、接收机制造商与听众之间的关系。可以列出以下的实话依赖关系表（见表2）。
表2 实施依赖关系表
参与者依赖性关键推动者广播机构/网络运行者接收机可用性听众市场频谱可用性法规协议
发射机可用性接收机制制造商内容可用性听众市场低知识产权费用
市场规模
广播机构签约承担义务
芯片组可用性听众接收机可用性内容可用性信息的需要
接收机的费用
明确的独特销售点
1．6 DRAM在我国发展的前景
我国是AM广播的大国，新世纪开始实话的西部创新工程还将进一步扩大AM广播的规模，提高广播覆盖率与改变边远地区空中秩序。
年的广州会议已注意到了中国这样的大国不容易由调频（FM）广播覆盖（注：中国的陆地面积与欧洲大致相当，比美国本土大200万平方公里，中国最小的浙江省相当于比、荷、丹三国的总和，新疆则相当于三个欧洲大国德、法、西的总和），因而数字调幅广播具有很大的市场。由于许多重要的国际广播机构一直积极参与DRM的活动，今后这些机构很可能较早地开始数字化的短波国际广播，从而使他们的国际广播效果大大改善与具有良好的抗干扰性。
我国虽然从起就一直关注与跟踪数字AM广播的发展，北京广播学院还进行了计算机模拟试验。但鉴于DRM很快进入实话阶段，美国开发与评价IBOC DAB技术有较大进展，日本也参加了DRM，因此应该更加积极地创造条件，早日 在我国开展相应的实验室与现场测试，积累自己的数据（中国地形复杂，横跨寒、温、热三带，电离层条件也不同），并争取有自己的知识产权，还要利用作为国际电联与亚广联成员的条件和参加各种国际会议与相关活动的机会，积极了解国际新进展，调整与确定发展我国数字声音广播的方针政策与计划日程，积极维护中国在二十一世纪数字调幅广播领域的权益。
软件无线电技术是近年来新兴的一种技术，它最早由MITRE公司的约瑟夫・米托拉（Joseph.Mitola）在1992年5月“美国远程系统会议（National Telesystems Conference）”上提出。该项技术一经提出就在世界上产生了重大影响，受到了各方的高度重视。
软件无线电技术的核心思想是软件无线电技术将宽带的A/D变换器尽可能的靠近射频天线，即尽可能早的将接收到的模拟信号转化为数字信号，最大程度上通过DSP软件来实现通信系统的各种功能。图1为理想软件无线电系统组成框图。
作为软件无线电技术载体的软件无线电电台是“用软件定义波段、调制方式、信号波形的电台。信号波形由数字信号采样产生，用宽带的数模转换器转换成模拟信号，可能还要由中频上变频到射频。类似地，接收机使用宽带的模数转换器获得该软件无线电电台节点所有波段的信号。接收机用通用处理器上的.软件完成信号的提取，下变频和解调。”（约瑟夫・米托拉给软件无线电电台做的定义。）
理想的软件无线电电台应该拥有在全频带工作的能力，具有极大的灵活性，任何功能的改变或增加都可以通过软件升级来完成。由于实际条件的限制，比如宽带前端射频模块的性能不够理想、宽带A/D/A的工作带宽和采样速率有限、DSP的处理能力不足、总线数据受限等，导致在目前的技术条件下无线实现上述理想软件无线电系统。为了使得软件无线电技术可以应用于实践，就在理想软件无线电系统的基础上增加了若干限制条件，使得软件无线电牺牲了一些灵活性，换来了可实现性。
考虑到DRM目前的牺牲性，为了减小研发的风险，可以考虑采用软件无线电技术研制发射接收设备，在目前模拟数字混合暑期可以兼容原有的模拟设备，随着社会的发展，当DRM技术成为主流技术时通过软件升级就可以将用于兼容的资源专用作数字广播质量的提升，从而最大限度的保护用户的利益。
3.1 DRM的主要标准介绍
4月4日ITU已通过DRM的标准建议书为ITU-RBS.1514,209月通过欧洲标准为ETSI TS 101 980 V1.1.1。单个调幅频道码率可达24kbps，双频道可达72kbps。在ETSI TS 101 980 V1.1.1标准中，主要规定了了频道使用模式、信源泉编码方式、复用情况、信道编码与数字调制方式等内容。
具体来说DRM信号有三种频道使用模式：半个频道、一个频道和四个频道。半个频道的模式可以用作模拟和数字同播，作为模拟和数字广播的平滑过渡的方法。信源编码推荐了四种方式：MPEG-4 AAC（高级音频编码），MPEG CELP（刺激线性预测编码），MPEG HVXC（谐波矢量刺激编码），SBR（频带复制编码）。复用情况比较复杂，包括信道复用、帧复用、业务复用、数字复用等。信道编码与数字调制方式包括扰码生成多项式（x9+x5+1）、TCM编码方式采用删除卷级码与QAM调制结合的方式，交织深度分为短交织（交织长度为0.4s）和长交织（交织长度为2s），数字调制方式采用OFDM和QAM调制。
3.2 国外同类产品（SKYWAVE）的性能
SKYWAVE 2000采用的基本技术情况如表3所示。
表3 SKYWAVE 2000采用的基本技术情况
频谱适用波段LF、MF、HF带宽选择复用与现有范围的兼容YES带外发射与发射机Tx有关单频网络支持YES频谱掩蔽在选定的带宽内为矩形系统特性调制/信道编码TCM+RS OFDM/QAM（8、16、64、256）混合/同播方式YES（DSB/VSB）音频编码MPEG-2 Layer3,在电路实施中等待MPEG-4灵活性YES交织深度长交织6.6s短交织0.3s比特率Min6kbpsMax36kbps灵活性YES发射机峰值/平均值功率比4-8dB(与工作模式有关)SKYWAVE 2000的数字编码与调制原理框图见图2。
3.3 基于软件无线电技术的DRM系统接收机
鉴于广播的特点：带宽窄，一般为9kHz～10kHz；信号动态范围大，短波波段的动态范围高达120dB以上。在软件无线电电台选用实现方案方面必须予以考虑。根据文献[2]的论述，选择了基于中频采样技术的体系结构：在A/D/A与天线之间增加一个宽带变频模块，将全频带的信号变频为一个固定的中频，通过对该中频处理实现预定的功能。图3所示为中频采样软件无线电系统的组成框图。
3.4 基于软件无线电技术的DRM系统发射机
由于广播自身的特点，相比于接收机，发射机的研制更为复杂。基于软件无线电技术的DRM系统发射机由三个较为独立的子系统：数字编码与调制子系统、模拟处理子系统和发射子系统组成，其组成框图及相互关系见图4。
数字编码与调制子系统主要负责数字信号处理和幅度、相位的计算；模拟处理子系统负责将I、O的基带复信号变换到无线发射频率的调相信号或幅相信号；发射子系统实现功率放大及信号发射。
图5
3.5 基于软件无线电技术的DRM系统工作原理
基于软件无线电技术的DRM系统工作原理如图5所示：
图5中，信源编码、复用、能量分集、信道编码、交织、数字基带的OFDM映射部分的功能将在数字编码与调制子系统中利用计算机的处理器、DSP处理器以及专用芯片等通过软件编程来实现。而无线射频信号的生成、稳定载波的产生等模拟处理功能将在模拟处理子系统中通过DDS、I、Q调制器等技术或专用器件实现。
数字广播领域市场广阔，具有很好的发展空间，目前世界各个主要发达国家都在此领域投入了相当的人力、物力、财力。我国在这一领域的研究水平与国际同步，更不能放弃这一优势。
软件无线电技术一经提出就被认为是无线电领域的一场革命，近年来“软件无线电”的思想已经渗透进入了仪器仪表、自动控制、信号处理等诸多领域。我国在这一领域的研究也得取了显著的成果。
将软件无线电技术与数字广播技术结合在一起，对于数字广播技术发展和数字广播设备的推广具有巨大的推动作用。
用软件无线电技术实现通用卫星测控平台
摘要：软件无线电技术正日益广泛地应用于现代通信的各个领域。本文介绍以高速DSP芯片为核心实现通用的卫星测控平台。该通用平台的调制方式、码速率、载波频率、指令数据格式、调制码型等工作参数具有完全的可编程性。关键词：软件无线电 数字信号处理 调制解调 TMS320C6701
软件无线电是随着计算机技术、高速数字处理技术的迅速发展而发展起来的，其基本思想就是将宽带A/D/A变换器尽可能地靠近天线，将电台的各种功能尽量在一个开放性、模块化的平台上由软件来确定和实现。该平台的调制方式、码速率、载波频率、指令数据格式、调制码型等系统工作参数具有完全的可编程性。
传统的卫星测控平台存在着性能不完善，调制方式、副载波、码速率组态不灵活，体积偏大等问题。研制和开发通用化、综合化、智能化的测控平台，通过注入不同的软件，实现对调制载频、调制方式、传输码速率等参数的改变，应用于各种轨道卫星平台的遥测遥控任务。数字信号处理器（DSP）是整个软件无线电方案的灵魂和核心所在。通用平台的灵活性、开妻性、通用性等特点主要是通过以数字信号处理器为中心通用硬件平台及DSP软件来实现的。经过比较，我们采用TI公司的TMS320C6000系列DSP芯片和匹配的外围芯片形成一套实时的.DSP系统。
图1 TMS320C6701结构框图
1 软件无线电通用平台的DSP技术
1.1 TMS320C6701 DSP芯片介绍
TMS320C6701是TI公司的高性能DSP芯片，具结构框图如图1所示。
TMS320C6701的主要特点为：
*单指令字长为32位，8个指令组成一个指令包，总字长为256位，引脚与TMS320C6201系列的引脚兼容。
*体系结构采用甚长指令字（VLIW）结构；
*硬件支持IEEE标准的单精度和双精度指令集，支持字节寻址获得8位/16位/32位数据，指令集中有位操作指令（包括位域抽取、设置、清除以及位计数、归一化等）；
*1Mb(位)的片内存储空间，其中程序存储空间和数据存储空间各512Kb；
*32b外部存储器接口（EMIF），有52MB的外部存储器寻址能力；
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基于软件无线电技术的数字调幅广播系统
摘要：数字广播是继调幅广播、调频广播之后的第三代广播方式，它的出现标志着广播系统正由模拟向数字体制过渡。目前比较成熟的数字调幅广播（DAB）技术被认为是近期发展的重点，本文介绍了一种基于软件无线电技术的DRM系统，该系统就可以实现从当前的.模拟广播到数字广播的平滑过渡。关键词：数字广播 软件无线电 世界数字广播（DRM） DAB
1 数字调幅广播技术的发展
1.1 广播技术的发展
从20世纪二十年代开始，商业广播先后在美、苏、英、德、法、中等国开播，在此后的近百年时间，广播作为重要的传媒工具，受到各国的重视。广播无后经历了中波调幅、短波调幅、调频、调频立体声几个阶段，表1罗列了部分国家的广播发展情况。
表1 世界主要国家的广播发展情况
中波短波调频调频立体声美国192019421941/苏联1922192919461960英国192319381955/法国1923193619501954德国1923192919491958中国1923193419741979日本19251935195719691．2 调幅广播的优势
尽管调幅广播的带宽只有9kHz或10kHz，音质无法与调频立体声相比，但是由于调幅广播发展时间最久，全球标准统一，在任何地方购买的收音机在全球各地都能使用，接收工具简单，而且可以方便地进行室内、外的便携接收与车、船中的移动接收。因此至今它仍然是世界上使用最广泛的广播媒体。
短波国际广播则由于在国际交往中的极端重要性与最适合对象为财力处于中下层的听众，所以各国仍继续大量投资支持短波业务。
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