于彬/雞西人民廣播電臺(tái)

淺談軟件無線電技術(shù)在廣播電臺(tái)的應(yīng)用

于彬/雞西人民廣播電臺(tái)

現(xiàn)行的面向具體用途來設(shè)計(jì)不同頻段、不同制式的無線電通信電臺(tái)及組網(wǎng)的思想已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代無線電通信的實(shí)際需要，因此軟件無線電系統(tǒng)及其技術(shù)，這種革新的通信理念與體制應(yīng)運(yùn)而生。本文作者試圖從軟件無線電技術(shù)方面粗淺談?wù)勗趶V播電臺(tái)的應(yīng)用情況

一、引言

軟件無線電最初起源于軍事通信，是為了解決多軍聯(lián)合作戰(zhàn)時(shí)通信互通互聯(lián)問題而提出來的。近些年來又伴隨著微電子、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的高速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生成為一種新的無線電技術(shù)。經(jīng)過這幾年的迅速發(fā)展，軟件無線電早已從軍事領(lǐng)域的階段逐步發(fā)展成為移動(dòng)通信發(fā)展的基石，特別是第3、4代移動(dòng)通信系統(tǒng)。軟件無線電所采用的許多關(guān)鍵技術(shù)，確保了廣播電臺(tái)的寬頻段和功能的靈活性。同時(shí)，軟件無線電也使個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)已從第一代模擬蜂窩系統(tǒng)發(fā)展到第二代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)（GMS、CDMA），目前正在向第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展，而且第四代移動(dòng)通信技術(shù)也已經(jīng)悄然問世。隨著越來越大的通信需求，一方面使通信產(chǎn)品的生存周期縮短，開發(fā)費(fèi)用上升；另一方面，新老體制共存，各種通信系統(tǒng)之間的互聯(lián)變得更加復(fù)雜和困難、由于通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的通信體制與標(biāo)準(zhǔn)不斷提出，通信產(chǎn)品的生存周期減少，開發(fā)費(fèi)用上升，導(dǎo)致以硬件為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)通信體制無法適應(yīng)新的局面；同時(shí)，不同體制互通的要求日趨強(qiáng)烈，并且隨著通信業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，無線頻段資源變得越來越擁擠，對(duì)現(xiàn)有通信系統(tǒng)的頻帶利用率及抗干擾能力提出了更高的要求。但是沿著現(xiàn)有通信體制的發(fā)展，很難對(duì)頻帶重新規(guī)劃。所以尋求一種既能滿新一代通信系統(tǒng)需求，由能兼容老體制，而且更具有擴(kuò)展能力的新的個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)成為人們努力的方向。而軟件無線電正好提供了解決這一問題的技術(shù)途徑成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。

二、軟件無線電的概念及特性

軟件無線電技術(shù)將硬件、軟件、無線技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，組成靈活多樣的多功能系統(tǒng)。它的基本思想是以一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托，從通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺(tái)設(shè)計(jì)方法中解放出來。功能的軟件化實(shí)現(xiàn)勢(shì)必要求減少功能單一的、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理（A/D和D/A轉(zhuǎn)換）盡量靠近天線。軟件無線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開放性和全面可編程性，通過軟件更新改變硬件配置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的功能。軟件無線電采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開放式總線結(jié)構(gòu)，以利于硬件模塊的不斷升級(jí)和擴(kuò)展。在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中軟件無線電技術(shù)有下列優(yōu)點(diǎn)：

1.完全的可編程性。軟件無線電通過一種通用的硬件平臺(tái)，將通信的各種功能實(shí)現(xiàn)完全由相應(yīng)軟件運(yùn)行來完成。它包括：寬頻段內(nèi)的可編程的信道調(diào)制方式、可編程的射頻與中頻頻段、可編程的信道解調(diào)方式、信源編碼、解碼方式等。

2.系統(tǒng)升級(jí)的便捷性與系統(tǒng)功能的可擴(kuò)充性。由于軟件無線電通信系統(tǒng)的功能更多體現(xiàn)在軟件上，因此，系統(tǒng)的升級(jí)只需要改變相應(yīng)的軟件，即對(duì)軟件升級(jí)即可。顯然，它比以往對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)與改進(jìn)更加快捷。通過軟件工具可擴(kuò)展通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)、分析無線通信環(huán)境、定義所需擴(kuò)展增強(qiáng)的各項(xiàng)通信業(yè)務(wù)。

3.完全的數(shù)字化。由于軟件無線電的基本思想之一就是力圖從通信系統(tǒng)的基帶信號(hào)至中頻、射頻段進(jìn)行數(shù)字化處理。因此，它是一種比目前任何一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)的數(shù)字化程度都要高得多的全數(shù)字化通信系統(tǒng)。

4.系統(tǒng)便于實(shí)現(xiàn)模塊化。利用軟件無線電的基本思想，對(duì)現(xiàn)行的通信系統(tǒng)均可實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，模塊的物理及電氣接口性能指標(biāo)符合統(tǒng)一開放的標(biāo)準(zhǔn)。通過更換單一模塊，可以維護(hù)或提高系統(tǒng)的性能。

三、軟件無線電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與研究熱點(diǎn)

軟件無線電之所以比傳統(tǒng)的數(shù)字電臺(tái)優(yōu)越，是因?yàn)椴捎昧嗽S多關(guān)鍵技術(shù)，正是這些關(guān)鍵技術(shù)確保了電臺(tái)的寬頻段和功能的靈活性。其中的關(guān)鍵技術(shù)主要有：（1）開放式體系結(jié)構(gòu)。目前，用于通信的開放式體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立，但軟件無線電中用于高性能、實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的開放式標(biāo)準(zhǔn)還處于未成熟階段。（2）寬頻段、多頻段天線及RF部分技術(shù)。RF轉(zhuǎn)換器部分功能包括產(chǎn)生輸出功率、接收信號(hào)的預(yù)放大、射頻信號(hào)和中頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換等，現(xiàn)階段RF變換還只能采用模擬方式。（3）寬帶模數(shù)或數(shù)模（A/D或D/A）轉(zhuǎn)換技術(shù)。（4）中頻處理技術(shù)。（5）基帶處理技術(shù)。（6）數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)。在軟件無線電中，高速DSP的運(yùn)算能力高低將直接影響到軟件無線電系統(tǒng)性能的好壞。在多頻段多功能電臺(tái)中，DSP部分的設(shè)計(jì)不再是為某種功能所附加，而是承擔(dān)電臺(tái)的大部分信號(hào)處理功能，包括調(diào)制/解調(diào)、變頻、數(shù)字濾波、信號(hào)檢測(cè)、信息處理、語音編碼、抗干擾及實(shí)時(shí)控制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等多種功能。（7）可重構(gòu)的實(shí)時(shí)軟件處理技術(shù)。（8）開放式總線結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。（9）寬帶智能天線技術(shù)。智能天線技術(shù)在軟件無線電中具有非常重要的功能，是不可替代的硬件出入口，只能靠硬件本身來完成，不能靠軟件加載實(shí)現(xiàn)全部功能。軟件無線電中的智能天線與無線移動(dòng)通信中的智能天線從功能上講是完全相同的，但在軟件無線電系統(tǒng)中，由于信號(hào)占據(jù)很寬的頻率范圍，其天線必須具有接入多個(gè)頻段的功能，理想的軟件無線電系統(tǒng)的天線部分則應(yīng)該能夠覆蓋全部無線通信頻段，這對(duì)天線技術(shù)提出了較高的要求。

通常來說，廣播電臺(tái)的射頻前端、發(fā)射天線和接收天線部分都是有固定硬件實(shí)現(xiàn)的，但是軟件無線電具有智能的、可編程的數(shù)字信號(hào)處理核心，可以充分利用此優(yōu)勢(shì)對(duì)固定天線接收下來的信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化組合，達(dá)到提高信噪比，抑制共同信道干擾、增大通信系統(tǒng)容量的目的。這種可以動(dòng)態(tài)配置的天線系統(tǒng)就是目前軟件無線電系統(tǒng)中的關(guān)鍵熱門技術(shù)之一——智能天線技術(shù)。