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软件无线电的历史和发展趋势

软件无线电的历史和发展趋势

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摘要:自20世纪90年代初以来,移动通信领域一场新的技术革命悄然兴起,这就是以软件无线电为特征的新一代通信系统研究与开发。软件无线电(SWR)技术是第三代移动通信系统和军用电台的发展趋势。文章主要介绍了软件无线电的概念、软件无线电的研究历史、软件无线电的应用和软件无线电在国际和国内的发展趋势。

关键词:软件无线电(SDR),无线通信,移动通信

一、引言

软件无线电(SDR)这一概念一经提出,就得到了全世界无线电领域的广泛关注。由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点,使其在无线通信中获得了广泛应用。随着研究的深入,软件无线电的民用潜力日益受到重视,民用研究已经成为软件无线电研究的主战场,尤其是在移动通信方面更具有广阔的发展空间,被比喻为第三代、第四代全球通信的基石。东芝、诺基亚、摩托罗拉等各大通信公司总裁都宣布要从数字无线电向软件无线电转变,并正在为此不懈努力。无论是GSM还是CDMA技术,解决不同公司、不同标准之间互通的最佳办法就是采用软件无线电解决方案。

二、软件无线电简介

软件无线电的产生原因与海湾战争有关,当时以美国为首的多国部队中使用了多种不同制式的通讯设备,因而造成了互相通讯的困难。在1992年5月在美国通信系统会议上,JesephMitola(约瑟夫·米托拉)首次提出了“软件无线电”(SoftwareRadio,SDR)的概念。1995年IEEE通信杂志(CommunicationMagazine)出版了软件无线电专集。当时,涉及软件无线电的计划有军用的SPEAKEASY(易通话),以及为第三代移动通信(3G)开发基于软件的空中接口计划,即灵活可互操作无线电系统与技术(FIRST)。1996年3月发起“模块化多功能信息变换系统”(MMITS)论坛,1999年6月改名为“软件定义的无线电”(SDR)论坛。1996年至1998年间,国际电信联盟(ITU)制订第三代移动通信标准的研究组对软件无线电技术进行过讨论,SDR也将成为3G系统实现的技术基础。从1999年开始,由理

想的SWR转向与当前技术发展相适应的软件无线电,即软件定义的无线电(SoftwareDefinedRadio,SDR)。1999年4月IEEEJSAC杂志出版一期关于软件无线电的选集。同年,无线电科学家国际联合会在日本举行软件无线电会议。同年还成立亚洲SDR论坛。1999年以后,集中关注使SDR的3G成为可能的问题。

软件无线电技术,顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于:传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台,而许多的通信功能则是由软件来实现,打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信,摸拟通信到数字通信之后第三次革命。

三、软件无线电的应用

软件无线电技术广泛应用于无线电通信领域。具体如下:

1、蜂窝移动通信系统

在蜂窝移动通信系统中,基站和移动终端采用软件无线电结构,硬件简单,功能由软件定义。射频频段、信道访问模式及信道调制都可编程。在此系统中,软件无线电的发射与其它系统不同,它先划分可用的传输信道,探测传播路径,进行适合信道的调制,电子控制发射波束指向正确的方向,选择合适的功率,然后再发射。接收也同样如此,它能划分当前信道和相邻信道的能量分布,识别输入传输信号的模式,自适应抵消干扰,估计所需信号多径的动态特征,对多径的所需信号进行相干合并和自适应均衡,对信道调制进行栅格译码,然后通过FEC译码纠正剩余错误,尽可能降低误比特率。此外,软件无线电能通过许多软件工具增加增值业务。这些软件工具能帮助分析无线电环境,定义所需的增加内容,在无线环境下,测试由软件开发增值业务的样板,最后再通过软件或硬件开放该增值业务。

2、智能天线

智能天线最初用于雷达、声纳及军事通信领域,由于价格等因素,一直未能普及到其它通信领域。数字信号处理技术迅速发展,数字信号处理芯片的处理能力不断提高,芯片价格已可接受。同时,利用数字技术可在基带形成天线波束,取代了模拟电路,提高了天线系统的可靠性和灵活程度。在TD-CDMA方案中,基站采用智能天线技术,利用数字信号处理技术识别用户信号到达方向,形成天线主波束。

引入空分多址(SDMA)方式后,根据用户信号不同的空间传播方向,提供不同的空间信道。采用数字方法对阵元接收信号加权处理,形成无线波束,使主波束对准用户信号方向,

干扰信号方向形成天线方向零缺陷或较低的功率增益,达到抑制干扰目的。

使用智能无线的优势在于:(1)无线波束赋形的结果等效于提高天线的增益;(2)天线波束赋形后,可大大减少多径干扰;(3)信号到达方向(DOA)提供了用户终端的方位信息,用于实现用户定位;(4)用多个小功率放大器代替大功率放大器,降低了基站成本,提高了设备可靠性。

3、多频多模手机

在欧洲的ACTSFIRST项目中,将软件无线电技术应用于设计多频/多模(可兼容GSM、DCS1800、WCDMA及现有的大多数模拟体制)可编程手机。它可自动检测接收信号,接入不同的网络,而且能满足不同接续时间的要求。软件无线电技术可用不同软件实现不同无线电设备的各种功能,可任意改变信道接入方式或调制方式,利用不同软件即可适应不同标准,构成多模手机和多功能基站,具有高度的灵活性。

它的出现,使通信的发展经历了由固定到移动,由模拟到数字,由硬件到软件的三次变革。软件无线电技术正越来越广泛应用于移动通信领域,在第二代移动通信系统向第三代移动通信系统过渡过程中,软件无线电技术将发挥重要作用。

4、卫星通信

在当今通信领域中,卫星通信是最重要的通信方式之一。但是,由于卫星通信系统设备种类繁多,设备管理和维护工作复杂,使得卫星通信系统更新换代周期长,不能很好地适应现代高科技的发展步伐。而软件无线电以其软件定义功能和开放式模块化结构的技术思想能很好地解决卫星通信系统存在的问题,因此,研究具有软件无线电特征的卫星通信系统是很有意义的。

在卫星通信系统中,系统功能主要指多址方式、网络结构、组网协议和通信业务等;而设备功能指接口标准、调制解调方式、信道编码方式、信源编码方式、信息速率、复用方式等。软件无线电技术思想就是采用先进的技术手段,使得上述功能可以用软件来定义。通过友好的人机界面,人们可以在不改变硬件设备的情况下实时地改变通信系统的功能,从而使该系统能适应各种应用环境,因而具有很强的适用性和灵活性。

四、软件无线电现状和发展趋势

软件无线电(SDR)作为当今无线通信领域的新技术,正在起起内外越求越多的关注,在通信领域是继模拟技术到数字技术、固定通信到移动通信之后的新的无线电通信体制。随着通信技术的发展,兼容各种不同制式类型的设备已经日益显露出其需求性,与传统的无线

电系统相比,软件无线电系统具有结构通用、功能软件化、互操作性妤等一系列优点。

目前以美国和西欧为主导的发达国家都在积极地致力于软件无线电技术的研究和系统的开发利用。美国在其国防技术领域计划中,将软件无线电视为战场无缝通信的基石和首要的技术挑战,认为是用来解决多售主、多网络、联合/多兵种合成部队和商业环境中通信设备互操作性问题的有效手段。其最终目标是:在此基础上发展利用商业标准和协议,达到战术系统之间以及战术系统与全球通信系统之间的自动化无缝接口,实现数据/语音一体化传输和数字战场通信,确保战区内分散在各处的阵地,直到最低梯队步兵和每艘舰艇和每架飞机之间能够进行可靠、透明、安全的连通。

在美国防部计划的推动下,其它一些国防电子公司也展开了多频段多模式电台研制工作。据报道,美国哈里斯公司已研制成功一种AN/VRC-94(E)的多频段车载收发信机,可与其它电台(如AN/PRC-117A和AN/VRC-94A)互通。美国马格纳斯克公司也研制出AN/GRC-206(V)多频段多模式电台,该系列产品是为美国三军实施前方地域控制、空中交通管制和空中补给支持行动而设计的,它是一种HF/VHF/UHF综合通信系统。美陆军正在研制新一代三频段的超高频战术卫星通信终端,以实现真正意义的互通能力。

在中国,软件无线电技术受到相当重视,在“九五”和“十五”预研项目和“863”计划中都将软件无线电技术列为重点研究项目。“九五”期间立项的“多频段多功能电台技术”突破了软件无线电的部分关键技术,开发出4信道多波形样机;我国提出的第三代移动通信系统方案TD-SCDMA,就是利用软件无线电技术完成设计。软件无线电需要将现代先进的通信技术、微电子技术和计算机技术结合在一起,是一个中长期的研究项目,需要很强的综合实力。五、结束语

本文介绍了SDR的研究现状与发展趋势。随着各种软件无线电通信系统的研制成功,证明软件无线电不但在技术上是完全可行的,而且还代表着未来无线通信体制的发展趋势。软件无线电技术有着广泛的应用前景,特别是对航空航天,多频段、多用户、多模兼容以及互联系统,它不仅在军事领域,而且在民用领域也有着极为广阔的应用前景。

参考文献

1唐秀玲无线电发展现状与趋势[期刊论文] 2002

2邬正义.范瑜.徐惠刚现代无线电通信技术. 高等教育出版社,2006

3徐永胜国外军用软件无线电的发展现状[期刊论文] -电讯技术2001(03)

4查光明.倪成凯.孙科维软件无线电的兴起、特点及其关键技术[期刊论文] -云南民族大学学报(自然科学版)2003(03) 5吴启晖.莫永成.王金龙.陈朝晖第三代移动通信系统中的软件无线电技术[期刊论文] -移动通信2000(02)

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