软件无线电的发展历史和原理及在中兴基站中的应用介绍

　　软件无线电，顾名思义，就是利用软件来实现无线通信系统中的各种功能，是继无线电台从模拟制式过渡到数字后的又一次革命性的飞跃。有人把软件无线电看作是一台带天线的超级计算机，通过对软件模块的重构和控制，可以调整和改变电台的工作频段、调制解调方式、编解码方式、业务种类、数据速率及格式、加密模式、接入控制协议等。软件模块由各种软件算法库组成，通过加载软件算法或是升级软件版本，就可以实现业务功能的扩展和采用新的通信标准。目前世界上有许多国家和一些大的通信公司都投入了大量的人力物力来对它进行研究，可以看到，软件无线电将广泛地应用到各个领域中，具有巨大的经济价值和社会价值。软件无线电的发展历史和研究背景无线通信中的基本设备是无线电台。从七、八十年代开始，随着数字处理技术的发展和成熟，传统的无线电台从系统的控制、信源信道编解码、硬件技术等多方面都实现了从模拟到数字的过渡。微电子技术的发展使得器件的集成度越来越高，各种数字电路和数字芯片广泛用于通信设备中，使无线电台的体积、重量和功耗都大大减小，在功能和性能方面都有了长足的进步。有人还提出了全数字收发信机的概念，就是将电台中的绝大部分用数字电路来替代，将模拟信号经A/D采样数字化，运用数字处理技术对信号进行处理，完成信息的接收和发射，这是无线传输设备在本质上的一次飞跃。但是，数字电台仍存在许多不足之处，其功能的实现对于硬件有很强的依赖性，特定的电台仅能在特定的通信系统中使用，不能在不同的通信系统中实现通用；另外，随着功能业务的扩展，新老电台的兼容性很困难。因此，面对无线通信系统中的多种制式，现有的无线电台无法满足未来个人通信的目标。 1992年5月，MILTR公司的Joe Mitola在美国电信系统会议上首次明确提出了“软件无线电（Software Radios）”的概念，引起了各方面特别是军方的注意。其基本思想是构造一个通用的开放性可编程硬件平台，通过加载相应的软件模块来实现相应的电台功能。在通用平台上，只需更改有关软件就可以很方便地完成对电台功能的修改及扩展，而不必重新设计构造硬件电路。这样的软件无线电台很容易实现与现有的或未来的多种电台的兼容，最大限度地满足互联互通的要求，同时电台更新时又可以节省大量的开发时间和研制费用，在军事领域具有广阔的应用前景。美国空军Rome实验室与Hazeltine公司签定了研究开发军用软件无线电Speakeasy多频段、多功能电台（MBMMR）的合同，从此正式开展了软件无线电的研究。

　　二、软件无线电的原理及结构

　　1、原理

　　所谓软件无线电，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完成。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的A/D和D/A转换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。总之，软件无线电是一种基于数字信号处理（DSP）芯片，以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。软件控制的全数字无线电台虽然也采用了软件控制和数字处理技术，但它并不是真正意义上的软件无线电。两者最重要的差别是软件无线电的结构和功能是完全可编程性，包括可编程的射频频段、可编程的信道接入模式、可编程的信号调制解调方式等等，而软件控制的无线电台则不能。

　　2、结构

　　一个标准的软件无线电台包括：宽带天线、前端接收、宽带数模转换器、通用数字信号处理器等几部分。在图1中给出了它的功能和所需的接口。移动用户单元通过模拟接口（窄带A/D和D/A），通过可选的混合源编码提供诸如话音、数据、传真和多媒体接口。准实时和实时软件通过可编程处理器完成窄带与宽带数据之间的数据分析、处理和变换，然后宽带的A/D/A完成与射频RF之间的变换。基站方面提供给公用交换电话网（PSTN）数字接口，另一方面通过各类设备提供自身的操作和维护，通过业务开发工作站，利用离线的软件分析工具，为研究开发人员提供业务的开发环境支持。宽带A/D/A转换器的放置位置以及电台功能的软件定义程度是衡量软件无线电品质的重要指标。A/D及D/A的位置越接近天线，说明电台可以用软件实现的部分越多，其软件化程度就会越高。软件无线电台最理想的目标是将数模转换器件直接放置在宽带天线之后，在射频就直接将信号转换成数字信号。这样电台其它所有的部分都可以用软件来完成，实现通信电台的全软件化。