软件无线电原理与应用 它与无线通信都有哪些关联

软件无线电原理与应用 它与无线通信都有哪些关联

软件无线电(软件定义无线电 Software Defined Radio,SDR)这个术语有人认为是最早源于美军在解决海湾战争中多国部队各军种在联合作战时期针对互联互通问题提出来的一个概念,但是在实际出现上,这一概念的提出却是在最早的 1984 年,E-System 公司,也就是现在的雷神,当时在一份公司的新闻稿里创造了“软件无线电”一词。它提到了一个数字基带接收机原型,配备了处理器阵列,处理宽带信号的干扰消除和解调的自适应滤波。

1992 年,MITRE 公司的 JEO MI-TOLA 首次提出软件无线电(SDR)的概念。理想的软件无线电实现应当是从天线接收到射频信号以后,剩下所有的工作都交由软件操作完成,它是基于软件定义的无线通信协议而非硬件来解决包括软件上下变频、模拟和数字信号之间的相互转换、基带信号处理、高层协议及应用等等。

20 世纪 90 年代,软件无线电概念的出现,是为了适应多种数字无线通信标准而提出的,当时每一种制式对其手机都有不同的要求,不同制式间的手机无法互连互通,为了解决这个问题,软件无线电方案提出将 2MHz~2000MHz 的空中信号全部收下来进行抽样、量化,转化成数字信号用软件处理,从而让任何一种无线通信制式都能在软件无线电技术的支持下得到兼容。

软件无线电利用了软件来操控传统“纯硬件电路”的无线通信技术,它最大的价值在于打破了传统通信功能依赖硬件发展的格局。它的关键思想便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,包括如工作频段、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。

最初的理想化软件无线电,是从天线接收到射频信号以后,剩下所有的工作都交由软件操作完成。在基于此思想的无线电设备便具有了功能重构性与软件可配置性。理想的软件无线电架构思想将 ADC 转换器放置在模拟子系统的靠近天线位置,最大程度上实现通信系统的数字化,由数字信号处理芯片完成载波的分离、变频、信源编码、调制解调、带通滤波、信道加密等。

如今,为了实现理想化 SDR 的目标,人们还需要面临各种巨大挑战,包括体系结构、宽带可编程、可配置的射频和中频技术等等,而在移动通信系统上,全球衍生出了多种标准,包括欧洲的 WCDMA、北美的 cdma2000 和中国的 TD-SCDMA 等为代表的系列标准,而在这些软件定义无线电方案中,以中国的 TD-SCDMA 标准由于其特性,更容易与软件定义无线电方案相结合。因为 TD-SCDMA 是唯一明确将智能天线和高速数字调制技术设计在标准中,明确用软件无线电技术来实施的标准。同时 TD-SCDMA 技术用 SDR 来实现相对也比较方便。

当然,理想化软件定义无线电是一个系统和体系,要求它拥有可重新编程和可重构的能力,能够让设备适用多种标准、多个频带和多种业务功能实现,而不仅仅是使用可编程器件来实现基带数字信号处理,还将对射频及中频的模拟电路进行编程和重构。当然,在如今的实际应用上,纯粹的理想化的软件无线电概念仍然没有在实际产品上得到广泛的应用,但是却已经被定义为今后无线通信极有可能发展的方向,但是直到现在,发展技术水平仍然还达不到理想的软件无线电概念。