软件无线电范文

导语：如何才能写好一篇软件无线电，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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摘要 软件无线电技术是一种功能多元化化的系统，它灵活多样并且有机地融合了硬件、软件以及无线电技术。软件无线电技术基于模块化、标准化、通用化的硬件支持平台，借助于软件编程程序实现了无线电台的多功能化。软件无线电技术的基本思想就是让A/D模块向天线模块靠拢，并借助于软件的优势来实现无线电特性的多元化，让通信系统能够不再受到硬件的束缚，能够在硬件通用和系统稳定的状态下实现软件功能的多样化。

关键词 软件无线电；高性能总线技术；DSP 数字处理

中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）61-0179-01

1 软件无线电技术的优势

软件无线电技术具有众多的优势，归纳起来主要有以下几个方面：1）易于实现系统的模块化。软件无线电技术的基本设计思想就是模块化设计理念。利用该技术，非常实现通信系统个的模块化设计。通信系统的硬件平台和电气接口方面均严格遵循开放和统一的标准，如果需要进行维护或者提升系统性能，仅仅通过更换某一个模块便可以实现，而不需要更新整个系统；2）全面的数字化。软件无线电技术能够为我们提供优秀于当前任何一个数字通信系统的全面数字化的通信系统。这主要是因为软件无线电技术数字化处理的重点便是通信系统的基带信号、射频段以及中频段；3）功能的软件化。软件无线电技术除了必需的具有良好通用性的硬件支持平台之外，其他的各种功能均能够通过软件编程的方式来实现。一般情况下，软件编程可以实现以下这些功能，主要包括：信源编码、解码方式以及可编程的射频频段、中频频段、信道解调方式与信道调制方式等等；4）优秀的可拓展性。软件无线电技术具有非常优秀的可拓展性，不管是系统功能的拓展，还是系统功能的升级，均可以非差轻松地完成。由于软件无线电技术基于模块化、标准化、通用化的硬件支持平台，因此在硬件方面的可拓展性不大，其优秀的可拓展性主要体现软件方面。如果想要对系统进行升级或者拓展仅仅需要对相应的软件进行升级或者拓展即可，非常方便。升级和拓展软件要比改进和优化硬件电路简单许多。借助于软件工具，能够根据实际需求来实现各种通信业务的拓展。

2 软件无线电的关键技术

之所以软件无线电具有传统数字电台无法比拟的优势，其中应用了诸多关键技术。也正是由于这些关键技术的应用，可保持电台功能以及款频段的灵活性。以下将对几种关键技术进行具体分析：1）开放式体系结构。在软件无线电系统中，硬件设计建立在开放式总线结构基础上，硬件与软件均处于开放状态，例如电气接口与物理接口，根据通用的模块标准进行设计。目前，基于通信的开放结构标准基本建立起来，但是软件无线电技术中的适时数字信号处理、高性能信号处理等相关标准尚处于初级探索阶段；2）中频处理。在发射端的中频处理中，基本实现已调基带信号和中频信号的转换，这种转换功能主要通过计算离散时间点来实现。对于接收端的中频处理部分，如宽带数字滤波，可以从业务波段中选择，恢复到中等带宽的用户信道，并将信号转换为基带。通过滤波以及频率交换的复杂程度，体现中频段对处理能力的需求状况，这一功能需要通过数字办法来实现；3）实时软件处理。在软件无线电系统的多工作技术实现过程中，应实时纳入全新功能软件。虽然当前存储器的容量已经比较大，但是所有软件存储其中仍承受较大压力，因此软件无线电系统可以通过特定的用户入口端实现实时新功能软件的装载，通过重新分配、组构软件资源，重组软件功能，这就要求通信协议以及软件的通用性、标准性；4）开放式总线结构。传统的硬件平台结构属于流水线式，在这一结构中，各模块采取实际硬件电路互连形式。一般情况下，各个模块之间紧密耦合。如果系统涉及到功能的改变，就需要增加或者减少某一个模块，这就会带来结构中的变化。但是由于不具备开放性，因此也无法满足软件无线电技术的要求。鉴于此，人们在PC技术发展中受到启发，提出了基于总线互连的系统，在相应系统中应用VME总线标准。尤其在软件无线电系统中，通过应用VWE总线标准，进一步支持软件无线电的扩展性、开放性平台发展；5）宽带模数（A/D）或者数模（D/A）转换。在软件无线电系统中，最理想的ADC位置应该与射频天线尽量靠近，以此更精准地接收模拟信号，实现数字化转换，最大限度获得可编程性。在A/D或者D/A技术转换中，应考虑以下几点要素：量化噪声、采样方式、采样效率、数值与效应等。当前，在软件无线电系统的A/D或者D/A技术中，最大的困扰就是ADC采样速率难以满足软件无线电的高精度、高速率要求，将成为今后努力方向。

3 软件无线电技术在4G发展中的应用

随着3G技术的日益发展与成熟，目前已经在市场运营中取得一定成绩。当前，国际电信联盟（ITU）已经着手准备“第四代移动通信标准”的制定，并逐渐达成共识，将移动通信系统与其他系统相结合，如WLAN、无线局域网等，4G技术应运而生。随着4G技术的产生，数据传输效率将进一步提高，并可提供更丰富、更广泛的任务，最终实现局域网、广播、电视、商业无线网络、蓝牙等无缝衔接、兼容发展。在发展4G的诸多关键技术中，软件无线电技术是承载4G发展的桥梁。随着各种先进技术的交叠发展，更利于降低开发风险，因此未来发展的4G技术必须满足各种类型产品的需要，软件无线电技术恰好满足产品多样性需求，既可降低开发4G的风险，又支持更多系列产品的开发。另外，由于软件无线电技术减少了硅芯片的应用，可有效降低成本，更利于推广使用。在4G技术的网络支持方面，由于通信系统选择的是基于IP全分组形式基础上的数据传输流，因此IPv6将成为下一代的网络协议。总之，随着计算机技术、通信技术以及微电子技术的快速发展，必然能够有效解决软件无线电技术发展中遇到的困难，让软件无线电技术在未来4G通信技术中获得更好的发展空间。

参考文献

[1]Test Method for Frequency Hopping Radio Based on Software Radio. Proceedings of 6th International Symposium on Test and Measurement(Volume 8)，2005：156-158.

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摘要：文章提出了运用软件无线电、有线及无线高速网络、云计算等技术等3项新技术相结合的全新的无线电监测系统的设想、框架及应用模式，一改传统无线电监测基础思想和模式，为新一代的无线电监管技术及体系的发展提供参考。

关键词：软件无线电；无线电监测；云计算

Abstract: This paper describes a new radio monitoring system that is different to traditional radio monitoring systems. In this paper, the architecture and application model are discussed. The radio monitoring system combines software-defined radio (SDR), wired and wireless high-speed network, and cloud computing technologies. It is a reference for new-generation radio monitoring technology and system development.

Key words: software-defined radio(DSR); radio monitoring; cloud computing

随着无线电通信应用的日益广泛、电磁环境日趋复杂，无线电监管的工作难度也在持续不断地增加。无线电监管工作的有效性直接影响着无线电频谱资源的有效使用、民用日常通信需求的保障、国家机器的正常运转，甚至在战时环境下会决定军队及国家的安危，因此世界各国都非常重视无线电监管工作。当代无线通信的复杂性和设备的广泛性对监管工作的有效性提出了更高的要求，因此各国都建有自己的监管机构和技术体系，如：美国设有一个监控中心、13个监测站；中国设立中央、省、地市3级管理和监测建制机构，并建有短波、卫星、超短波3张监测网，部分监测网设有多个遥控监测站[1]。小到一场考试、中到举办一场活动的（如北京奥运会、上海世博会等）保障、大到国家安全保卫均纳入无线电监管行为中。

当前用于无线电监管的主要设备有扫频仪、宽频接收机、定向天线等（卫星监测除外），主要对无线电发射的基本参数，如对频率、电平、示向度、仰角、测向质量等系统地进行测量、传输；调查、记录有关干扰源、背景噪声等电磁环境情况；判明并解决干扰问题；保护合法无线电台站用户的权益；查处非法无线电台站的干扰等。这样的传统模式鉴于历史传承及技术发展水平的限制，目前通常只记录结果数据，而不是监测到的某个信号的原始数据，如果一个信号从此消失，而监测系统却无法对其进行解码时，则会存在无法回溯等不利情况的发生。

目前，有基于软件无线电的无线电监测模式[2-3]，也有基于遥测站类型的网络化监管体系，但它们均基于“结果”的应用模式。如图1所示，如果能在现场采集被监测信号的“原始样子”，再把该信号数据直接送到监测中心存储，并使用大型计算机对其进行分析，甚至可以在任何需要时对采集到的信号数据进行二次、三次分析，就能够彻底解决传统模式中受限于设备、不可回溯等重要缺陷，使无线电监管体系上升到一个前所未有的高度。这种设想目前在全球范围内仍是一个空白。

随着高性能的软件无线电接收机、越来越广泛和高速的互联网络、能提供强大的存储和计算能力的云服务的诞生，这种全新的监管模式将逐渐成为一种可能。传统无线电监测模式和设想的云无线电监测模式对比如表1所示。

1 监测模式架构设想

基于上述设想可以看出：使用高性能的软件无线电接收机可以得到目标现场信号的完整采样，通过超高速互联网可以将将信号的原始采样数据送往强大的存储和计算能力的云服务，这样以来原始采样数据就能够完全存储，并利用软件无线电的处理思想进行后期分析。无线电监控将会实现从“分散的结果样本”到“原始的数字底片”+“强大的后期分析”的质的跨越。

在信号处理上，传统的无线电监测是读取监测仪器的处理结果而不是得到信号的原始信息，新模式获取的是信号的原始采样结果。这好比数码相机是输出一张已经在相机内部处理和压缩过的JPG图片，还是一张RAW图像之间的区别。很显然，获取到最原始的信息则会更有利于后期的处理，并且能够得到更准确的结果。

全系统由网络无线电监测传感、高速互联网络、云存储、云计算构成，其中主要的分析处理由云计算中心完成，包括不明信号发现、监测定位、测量信号的频率、场强、带宽、调制方式、发射源位置、频谱图等信号特征数据分析。根系结束后可将结果即时传送到相关机构或者人员，以便进行进一步处理，如图2所示。

1.1 基于软件无线电的监测网络

传感器

软件无线的电定义为：一个无线电系统中，天线以后就数字化，对信号的所有的、必要的处理都由存放在高速数字信号处理器中的软件来完成。采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义可以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。软件无线电的主要特征是将天线接收到的信号尽早地完成模拟到数字的转换，之后主要依靠软件来实现信号的处理和应用[4-7]。软件无线电接收机具有很高的灵活性、大动态范围、高灵敏度、快速扫描（如：1 GHz/S）、高精度等性能，不仅可以作为通用接收机、更可以作为高速搜索接收机和测量接收机等，如图3所示。

在该方案设计中，单运用软件无线电的这些固有特性还是不够的，重要的是需要将模数转换(A/D)后的数据直接送往云计算平台，以实现采集到的原始信息数据“原封不动”地被中心获取到，而不是已经被现场监测设备“处理过”的结果。

在传统的软件无线电接收机的A/D级后增加了网络通信模块，直接将A/D后的结果数据通过网络通信模块发送到承载网络上。另外，网络无线电监测传感需要能接受控制中心的按需监测需求，诸如智能波束天线的指向、监测频段带宽、数据传送上级站等全系统控制参数，如图4中所示。

一个能输出原始信号采样信息、监测参数受控的软件无线电接收机，可以代替传统的监测设备，这就是我们需要的无线电监测的网络传感器。我们可以将它放置在我们想要放置的地方，同时接受中心的控制进行检测，并为监测中心“如实”地送回了监测目标现场原始信号的完整采样信息，从而被称为监测体系中的“千里眼”。

1.2 承载监管系统的互联网络传输

链路

要将实时高速的监测原始结果数据送到云端，需要有高速可靠的网络承载整个监测体系中各个模块的互连任务。

计算机网络技术经过四十多年的发展，系统和系统之间、区域间的互联从起初的很困难到广域、城域网的广泛，接入方式和接口形式从起初的五花八门到现在以以太网为主，速度从几K提升到10 Mbit/s、100 Mbit/s、1000 Mbit/s、10 Gbit/s、并将步入40/100 Gbit/s[8]，无线局域网络技术也有了高速的发展，速度在802.11 n上已经能达到300 Mbit/s并且开始展望600 Mbit/s，可以预期在不久的将来无线局域网将会有更高的接入速度，如图5中所示。

目前主流的千兆以太网和802.11n 300 Mbit/s无线局域网的实际有效传输的带宽为900 Mbit/s以及80 Mbit/s左右。使用无线网络足够本地局域范围内的几路软件无线电监测网络传感器无线连接，而到了有线千兆网络后足以承载多达数十路汇聚后的传输任务。

1.3 监管体系云计算平台

云计算，是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。云计算的核心思想是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务[9-10]。

本方案设计中云计算承担着全监测网监测管控、高速数据存储、监测分析等主要功能，在整个监测网络中大量的软件无线电监测网络传感器会生成大量的监测原始信号采样信息送往云计算中心，由一个控制中心加若干个云计算节点来完成整大负荷计算及分析任务。

其中，海量监测原始数据保存可能会成为系统最大的瓶颈。随着中央处理器(CPU)及周边芯片组和高速大容量存储器件的发展，新一代的内存数据库容量可以达到TB级、吞吐速度可以达到每秒GB级，高于传统磁盘阵列几个数量级。数据存储可以采用内存数据库来完成高速的实时数据收集，并根据需要直接在内存数据库中进行高速分析，最后将有效的信息数据转存到实体磁盘存储阵列，如图6所示。

1.4 监管控制系统及监测分析软件群

由一个或多个云计算节点担负监测网的监测分析任务，可以采用由市级计算中心担负，或省、市两级计算中心担负，甚至国家、省、市3级计算中心联合担负的组合方式。

全网监测工作受控并协调于监测控制中心的系统控制软件，各个分节点可以分开承担不同区域的无线电监测网络传感器的数据存储、计算工作，也可以担负前期实时分析或后续分析等不同阶段的分析任务等。

监测分析软件群需具备可加载、组件化、可组装等特性，以实现对被监测无线电信号的全方位、多角度分析。组件需包含：用于数据接收和存储的数据采集软件；基于频谱扫描、频谱分析、频率活动特性分析等各种基带信号分析软件；用于基础信号处理的降噪处理软件、数字变频软件等；用于信号解调的调制模式识别软件、各种模式解调插件等；用于结果信号的降噪处理软件、信号变换软件等；同时需要有用于结果记录及分析统计的后续结果数据处理软件等；基于分析结果应用的结果通信、分发、指令指挥等软件[11-12]。

全套的软件架构和通信、监测传感器构成了完整的监测系统。

2监测应用模式格局

在实现基于软件无线电网络监测传感器、高速互联网络和云计算平台的无线电监管体系网络后，无线电监测工作将会一改依赖于传统的监测设备多点布设困难、设备投入大、受“结论”限制等困惑。我们可以将一个或多个软件无线电网络监测传感器放置在有利于进行监测的地点，进而可以通过网络将监测到的原始信号数据送回监测中心，并依托中心强大的存储和计算平台对原始信号完整采样信息进行综合分析并实现监测。

2.1 局部保障应用模式

传统的局部小范围保障，如考场监测、小型活动保障等，基本采用无线电移动监测车作为临时中心、多个监测人员使用便携监测设备配合的方式来完成，这种模式的缺点是显而易见的，如：移动监测车因为现场安排原因可能无法进入现场的最佳位置；监测工作主要依靠人员的临场判断完成，如考试一类的活动往往于多场地之间同时开展，监测车、检测设备以及监测人员等却难以满足保障需求等等。

在本设计方案中，可采用多个无人值守网络无线电监测传感器合理布置在现场合适的位置，如房顶的某几个有利监测的角落等，移动监测车可以停留在，担负网络无线电监测传感器的通信桥接和现场信号的初级处理。甚至可以无需移动监测车，而将多个网络无线电监测传感器的通信直接汇聚到现场的某个互联接入点上，实现和监测中心的联网工作。现场处置人员可以由相关部门执法人员去完成。一方面监测工作质量可以得到有效保障，另一方面可以节省大量的人力和物力，使资源消耗降到最低。

图7、图8分别为局部临时保障区域系统工作原理示意图和现场布置图，其中假设现场不允许或不方便使用有线连接，这时则可以使用高速无线网桥来桥接各个网络无线电监测传感器和移动监测车之间的信号通信。

2.2 区域监测应用模式

在区域中的合适位置设置多个相对固定的网络无线电监测传感器，可以对整个监测区域进行日常不间断监测，也会使某些临时任务变得更为简单、有效。包括：日常无线电波监听、测量、测向和定位、电台识别、干扰识别、电磁环境监测等；验证正常的无线电台站的技术参数和操作特性，确定是否遵守执照核定的项目；监测有关频谱的占用情况，进行有关频率、发射功率、天线增益、调制类型、占用带宽、信道载荷和占用度、场强等的测量，进行有关的信号与系统分析等。在以计算机系统集中处理、软件为主的模式下这一切功能需求的实现将会得到有效支撑。如图9所示，在地级市台州市范围内的几个制高点部署无线电监测传感器，在市无线电管理中心即可实现全市范围内无线电监测。

2.3 应用展望

监测区域的大小和网络无线电监测传感器的性能指标、数据存储的I/O指标和计算中心的处理能力成比例关系，当需要将这种模式布置到更大的范围时，可以预见的是需要有大量的网络无线电监测传感器、覆盖更为广泛的互联接入服务、更为庞大的数据存储能力、更为强大的计算能力以及更高效的无线电监控算法和庞大的软件系统。

3结束语

随着无线电应用的日益广泛、电磁环境的日趋复杂，无线电监管的工作难度也在持续不断地增加，基于目标现场的信号完整采样、并将原始采样数据完全存储、以软件无线电的处理思想进行后期分析，都将会给无线电监管工作带来质的改变。这种全新的监管模式随着高性能的软件无线电接收机、超高传输速度的网络、能提供强大的存储和计算能力的云服务的诞生将逐渐成为一种可能。

4 参考文献

[1] 张胜利. 新时期的无线电管理[M].北京:北京邮电大学出版社,2008.

[2] 粟欣，许希斌. 软件无线电原理与技术[M].北京:人民邮电出版社, 2010.

[3] 邸平,王辉,邓磊. 软件无线电及其在数字电视中的应用[J]. 微计算机信息,2006, 1(2):80-83.

[4] 耿晓飞. 基于软件无线电的无线电监测技术研究[D]. 长春：长春理工大学，2007.

[5] MITOLA J. Software Radio Architecture: Object-Oriented Approaches to Wireless Systems Engineering[M]. New York, NY, USA: Wiley & Sons Inc, 2000.

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[7] KOVARIK V J Jr. Software Defined Radio: The Software Communications Architecture[M]. Chichester, UK: Wiley & Sons Inc,2007.

[8] 张睿,李维英. 数字下变频器在软件无线电接收机中的应用[J]. 信息技术,2000, 27(3):327-329.

[9] 徐荣. 电信级以太网[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2009.

[10] 吴朱华. 云计算核心技术剖析[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2011.

[11] 刘鹏. 云计算[M]. 2版. 北京: 电子工业出版社, 2011.

[12] 朱庆厚. 无线电监测与通信侦察[M]. 北京:人民邮电出版社, 2005.

[13] 徐明远,冯云. 无线电信号频谱分析[M]. 北京:科学出版社, 2008.4.

收稿日期：2012-03-28

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软件无线电作为近年来通信技术发展的一项最新的研究成果和重要的发展领域，是现代化软件操作的无线电通信，因此信号的复杂程度越来越高。本文针对无线电信号的模拟技术，借助软件无线电的思想，利用直接数字频率合成（DDs）为中心，构建一个能够通用的软件平台，通过利用各种软件将各种复杂的信号模拟出来。这种方式能够模拟出信号，且实现的路径比较简单。文章最后利用脉冲压缩雷达设计出硬件平台，测量的结果显示该方式设计合理有效，具有较高的技术价值。

【关键词】软件无线电信号 直接数字频率合成 模拟技术 应用

近年来随着微电子等技术的发展，无线通信技术发生了一个短暂的变化过程，实现了从单工到移动通信之间的转变。通信体制和标准较高，再加上通信行业的竞争比较激烈，造成了资源的利用紧张。随着无线通信技术的发展，新的系统和标准层次也相应的产生。本文通过高性能的直接数字合成芯片模拟出软件无线电信号。

1 硬件平台的关键器件

本次研究用到的关键器件有AD9858和XC2V500 6FG256C。AD9858包含10为数模转换器，能够寄存32位可编程频率，具有自动频率扫描的功能。AD9858工作模式主要分为3种，能够实现频率扫描、单音频和全睡眠模式。三种不同的工作模式下，AD9858能够产生不同的信号。在单音频模式下，AD9858能够产生单频输出信号，并且对内含的4个频率字寄存器进行寄存。在频率扫描的模式下，能够自动的扫描完成工作，并且不受其他寄存器时速的限制。因此无论AD9858在何种模式下工作，都能够改变信号的频率和相位，能够实现混合调制。

FPGA作为VirtexII系列的一种，内含有一块XC2V500 6FG256C，内部的时钟速率为420MHz，该系列内分布有嵌入式乘法和分布式存储器，能够依据平台的特性对信号进行特殊处理，能够在模拟数据的过程中未DDs提供实时的控制保障。

2 硬件平台设计

2.1 整体结构

普通调制信号的时域表达式为：

S（t）=α（t）cos（Ωt+θ（t）） （1）

其中角载频为Ω。针对一个复杂的信号，高频载波信号主要以正弦波为主，频率和幅度发生了相应的跳转，其中α（t）和θ（t）作为一个调制函数，具有可变的波形、频率和幅度等。

通过数字直接合成S（t）的复杂信号，采样率为1GHz，数据宽度为16位，传输带宽度需要16×1000M=16000MBPS，数据的存储深度为16×1000M=16GB/S，因此采用复杂信号方案，具有较高的成本。图1为基本的原理结构图。本文主要模拟的高载波和低频的调制信号，高频载波信号具有较高的性能，主要是通过FPGA来实现，调制信号被模拟出来后通过AD9858来调制，幅度脉冲调制函数信号通过数字模拟转换器自动调制，这样能够降低软件的要求，减少计算量。

2.2 高频载波的发生

在设计时AD9858采用1GHZ，读写数据采用并口方式，设置vhuAD9858的外部选择信号，输出的频率达到350MHz，通过混频的方式进行变频。频率的控制能够进行中央处理单元的实现，能够将频率字寄存在寄存器中，得到频率控制字：

FTW=（Fo×2N）/SYSCLK （2）

其中SYSCLK为参考时钟。

高频载波不仅能够利用单纯地连续波输出，还能够实现频率的转变，实现频率的扫描，模拟出复杂的信号。通过改变AD9858频率相位字能够实现频率捷变和频率相位的调制，AD9858采用并口的方式传输数据，需要改变AD9858的每一个相位，实现最短的传输时间，传送的次数至少达到72ns。在改变频率时能够经过1个参考周期，时间为83ns，这样从频率的触发到输出需要的时间也就是芯片转变时间的总和，数值为155ns。本文的设计需要将时间控制在100ns以内。利用AD9858的直接扫描功能，将扫描的频率相位控制为1，并且使用累加的功能进行频率的再次扫描。

2.3 复杂信号模拟发生

载波频率的相位调制需要将信号直接输入到AD9858中，AD9858控制FPGA把调制的信号直接进行及时的运算，将数据发送给AD9858进行信号输出，如果调制载波的幅度脉冲，需要通过DAC将数字信号转化成模拟信号，然后输入到AGC电路中，实现对幅度脉冲的调制。

3 应用脉冲压缩雷达信号模拟实例研究

3.1 脉冲压缩雷达

在现代雷达中脉冲压缩体制具有大时宽带宽积，能够在探测中提高自身的能力，提高测量距离的分辨力，并且不受其他信号的干扰。目前常应用的有FSK（频率编码信号）、NLFM（非线性调频信号）以及线性调频信号（LFM）等本文主要应用的脉冲压缩雷达为线性调频信号，该类型的信号具有良好的处理能力，过程简单，具有多普勒特性。

3.2 线性调频脉冲信号模拟

图2为线性调频信号，主要对连续波在时域内进行调频和调幅，本次设计主要是针对AD9858的线性扫描功能，能够直接生成线性的载波信号，使用FPGA直接生成复包脉冲信号。

脉冲序列在FPGA中能够控制每个脉冲的周期和脉冲的宽度、个数，并且根据序列的要求，将每个序列的频率字、脉冲的宽度、个数等存入到RAM中，进行模拟时能够将这些内容转移到寄存器中，如计数寄存器、脉冲宽度寄存器等。一个周期为累加器溢出一次，控制好RAM地址，读取脉冲的参数值，实现具有控制功能的脉冲输出。AD9858线性调频的控制在FPGA中完成，实现脉冲信号的输送。AD9858线性调频的参数经过中央处理单元存入到FPGA寄存器中，并且在寄存器中按照一定的顺序输出脉冲信号，完整整个的线性调频脉冲信号的模拟。

在电路设计和调试完成后，对多个复杂的信号进行模拟，采用频谱分析仪，脉冲压缩雷达的起始频率为310MHz，频偏为10MHz，频率增加幅度为-10MHz，脉冲的周期为20us，脉宽为10us。测试的结果显示输出的最高频率为350MHz，扫描的时间为50ns，中心频率为300MHz，频率的宽度为100MHz。

4 结论

基于DDs的设计方案能够以数字的形式对复杂信号进行模拟，具有较高的性价比，操作简单，提高了电路的性能，满足了硬件的要求，具有良好的应用效果。随着无线通信技术的发展，需要开发更多的信号模拟技术，不断的克服缺点和弊端，提高技术的实用价值。

参考文献

[1]李骏.基于软件无线电信号模拟技术的研究[J].硅谷，2014（18）：41-42.

[2]高英明，陈建云，唐银银等.基于SOC架构软件无线电平台的低轨卫星载荷接收信号模拟技术研究[J].计算机测量与控制，2015，23（11）：3724-3726，3730.

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【关键词】软件无线电；智能天线；波束形成

0.引言

随着信息化社会的发展，移动通信信号频谱密度越来越高，如何消除多址干扰（MAI）、共信道干扰（CCI）以及多径衰落的影响成为提高无线通信系统性能时要考虑的主要因素。基于软件无线电的智能天线具有自动地适应环境变化，增强系统有用信息的检测能力，优化天线方向图，并能有效地跟踪有用信号，抑制和消除干扰及噪声，从而保持系统性能在某种准则下处于最佳状态。使用软件设计完成自适应算法更新，可以在不改变硬件配置前提下增加系统的灵活性[1]。

1.软件无线电的基本概念

软件无线电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，以具有开放性、标准化、模块化的通用硬件为平台[2]，通过配置不同应用软件来适应不同用户、不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能的无线通信系统。

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以及各种软件组成。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，以满足各种业务需求。射频(RF)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。模拟信号进行数字化后的处理任务全由数字信号处理(DSP)软件承担。为了减轻通用DSP的处理压力，通常将A/D转换器传来的数字信号，经过专用数字信号处理器件处理，降低数据流速率，并将信号变至基带后，送给通用DSP进行处理。

软件无线电具有很强的灵活性，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。由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点，使其不仅在无线通信领域得了应用，而且在电子战、雷达、信息化家电等领域得到推广。

2．智能天线的结构和基本原理

图1 智能天线的结构

智能天线利用现代数字信号处理技术，选择合适的自适应算法，动态形成空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，从而达到充分利用移动用户信号来抵消或最大程度的抑制干扰信号的目的，其典型结构如图1所示，主要由天线阵列、射频前端、A/D转换器、自适应信号处理器和接口电路等组成。当系统处于接收状态时，由各个天线单元接收到的信号，首先经过射频前端进行滤波、放大、下变频等处理后，再进行A/D变换，送入自适应信号处理器与一组复加权系数进行加权处理（实现接收信号与权矢量之间的内积运算），从而产生波束输出。

智能天线不同于常规的扇区天线和天线分集方法，它可以为每个用户提供一个很窄的定向波束，使信号在有限的方向区域发送和接收，充分利用了信号发射功率，降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰。

3．自适应波束形成算法简介

智能天线所处理的信号是在时域、频域上完全重叠，只在空域上分离(来自不同方向)的多路信号，智能天线所起的作用实质上就是—个空域滤波器。自适应波束形成算法是将天线与数字处理技术相结合，利用空间特性来改进接收系统输出信噪比，通过软件编程在自适应信号处理器上实现的。它不用对硬件做任何操作，只需要通过修改软件，就可以方便新系统，以适应不同环境和不同场合的要求。采用自适应波束形成技术的智能天线可通过自适应算法调整权值，任意改变方向图，在有用信号方向形成主波束，而在其它用户方向增益较低或零陷，减少了其它用户所引起的多址干扰，同时还可以降低接收信号的衰落程序，提高系统性能。

从是否需要参考信号（导频序列或导频信道）的角度，自适应算法一般分为非盲算法、盲算法两类。非盲算法是指需借助参考信号的算法，此时收端知道发送的是什么，进行算法处理时要么先确定信道响应再按一定准则（如迫零准则[4]）确定各加权值，要么直接按一定的准则确定或逐渐调整权值，以使智能天线输出与已知输入最大相关，常用的相关准则有MMSE(最小均方误差)、LMS(最小均方)和LS(最小二乘)等。盲算法则无需发端传送已知的导频信号，判决反馈算法是一类较特殊的算法，收端自己估计发送的信号并以此为参考信号进行上述处理，但需注意的是应确保判决信号与实际传送的信号间有较小差错。 非盲算法相对盲算法而言，通常误差较小，收敛速度也较快，但需浪费一定的系统资源。

4.结束语

采用软件无线电实现智能天线,因为不需要对硬件组态进行任何改变，所以系统具有易维护、易应用的操作环境，可以提高系统的运用弹性和扩充能力。将智能天线用于移动通信系统，可增大信道容量，提高系统可靠性，扩大基站覆盖范围、降低邻道干扰等。但是智能天线引入使得对元器件性能要求更高，增加系统的复杂性以及波束赋形的性能导致移动速度受限等。

【参考文献】

［1］熊键.基于软件无线电的智能天线[J].电子信息对抗技术,2006，21(3)：29-32.

［2］张辰光.软件无线电在智能天线中的应用[J].现代电子技术,2007，30(1)：50-51,60.

篇5

软件无线电是近几年来提出的一种实现无线通信的新概念和体制。它的核心是将宽带ND和D／A变换器尽可能靠近天线，而电台功能尽可能地采用软件进行定义。软件无线电把硬件作为无线通信的基本平台，对于无线通信功能尽可能用软件来实现。这样，无线通信系统具有很好的通用性、灵活性，使系统互联和升级变得非常方便，这很可能使软件无线电成为继模拟通信到数字通信和固定通信到移动通信之后的无线通信领域的第三次突破。

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软件无线电技术自从提出以来，便引起了包括军事通信、个人移动通信、微电子以及计算机等电子领域的特别关注和广泛兴趣。尤其是在最近几年突飞猛进的发展成长，逐渐壮大，更加使得人们普遍认为软件无线电技术将促进无线通信，甚至整个无线电领域产生重大变革，并由此推动电子信息技术的快速发展，最终在全世界范围内形成巨大的软件无线电产业市场，带来巨大的经济效益，推动社会和技术进步。

软件无线电突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置的应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。

通信的需求是软件无线电进步与发展的巨大驱动力。它是解决目前无线通信系统多标准、多模式兼容工作以及相互操作性和多系统共享频率资源等问题的最好途径。

软件无线电技术的特点

1、具有完全可编程的特性，包括可编程的天线波段、信道接入方式、信道调制解调、数据速率大小等，通过软件提供指令，实现控制和操作、管理和维护功能；

2、系统结构通用，功能实现灵活，改进和更新也很方便快捷。高速A／D／A实为一个标准接口，其作用是将RF／IF部分和通用的数字／软件部分连接起来。只要它们的带宽和处理能力满足系统要求，都具有很好的通用性；

3、使得不同系统之间相互操作成为可能；

4、复用的优势，系统结构的一致性使得设计的模块化思想能很好地实现，并且这些模块具有良好的通用性，能在不同的系统及其升级时很容易地复用；

5、在软件无线电中，软件的生存期决定了通信系统的生存期。一般地，软件开发的周期相对于硬件要短，开发费用要低；

6、由于系统的主要功能都由软件实现，因此可方便地采用各种新的信号处理手段提高抗干扰性能。其他诸如系统频带监控、在线改变信号调制方式等功能的实现也成为可能。

软件无线电在卫星通信中的应用

通信卫星主要由天线分系统、通信分系统、电源分系统、控制分系统等部分组成。其中，通信分系统主要由射频部分和转发器等组成。射频部分包括指令检测、遥控设备和频率调制、解调设备，主要用来实现对射频的发射、接收、调制和解调。目前，它的调制模式、多址方式、编码格式等一般均是固定不变的。如果采用软件无线电技术，那么就可以通过软件随时改变调制模式、多址方式、编码格式等，从而大大提高其灵活性以及抗干扰的能力。同理，在处理转发器中也完全可以应用软件无线电技术，来完成宽带的A／D及D／A转换、调制解调以及编码。

低轨微型卫星通信系统可以提供全球性实时话音／数据通信和非实时的S&F业务。由于它已经成为卫星通信系统的一个重要组成部分和实现全球个人通信的重要手段，所以这里选举它为典型代表来说明软件无线电技术在卫星通信系统中的应用。将软件无线电台结构的概念应用到低轨微型卫星通信系统中，将会很好地解决如不同系统的兼容性，互联互通及综合应用等问题，促使微型卫星通信系统的发展，为用户提供更为灵活和方便的通信服务。

1、用软件无线电技术解决微型卫星通信系统的兼容性问题

近年来，各种各样的移动卫星通信系统纷纷涌现出来，其中，中低轨系统大都采用小型卫星。这些系统分别提供全球性和区域性的以话音为主的移动卫星通信业务。由于它们在通信体制、网络组成、系统管理等方面互不相同，各系统内的用户终端不能直接访问其它系统。目前只有通过信关和网关来实现不同卫星系统之间的互连互通，但这并不是一种特别有效的解决方法，随着新系统的不断涌现，会使终端兼容性等问题日益严重。利用小型卫星提供业务的系统也存在着终端兼容的要求，这一情况是由两方面的因素造成的：

(1)为了充分利用各小型卫星通信系统业务的能力，以使其运营费用进一步降低，需要卫星能够为不同的系统用户提供服务，同时用户也能方便地接入各系统。

(2)为了降低信息的传输时延，S&F业务微型卫星需要借助与其它系统，如地面网络、同步卫星通信系统等来加速其信息的传递。同时卫星通信系统作为对地面通信网重要的支持和不可缺少的补充，其和地面通信网的综合应用问题也提出来了，目前所采用的双模式手机只能达到两种不同系统的综合应用要求。

由于软件无线电台的功能完全由软件定义，可以程控，所以只要在处理能力、采样速度等方面允许的条件下，就能够利用软件无线电台对输入信号的调制模式、多址方式、编码格式进行自动识别和解调，实现信息的正确接收；同时软件无线电台还可根据需要选用适当的特定的通信体制与特定系统进行通信。软件无线电技术利用可编程数字下变频在基带完成信道选取，通过基带处理的软件模块不同来兼容不同的系统。因此，只有软件无线电技术才能在严格意义上圆满的解决系统兼容和综合利用问题。

2、采用软件无线电技术将有利于微型卫星通信技术的更新

卫星通信系统与地面系统的另一个重要差别是：卫星一旦进入运行轨道，对卫星的硬件部分无法进行改动，因此由星载硬件设备决定的技术体制就无法更新。同时微型卫星通信的在轨寿命可达3-5年，甚至更长(因为许多微型卫星采用被动姿态控制方式)。这将严重制约着新技术在卫星通信领域内的及时运用。

利用软件无线电技术的基本思想，赋予微型通信卫星星上处理以新的内涵。将微型通信卫星全部或大部分的通信功能由软件定义，并在设计时考虑到一定的处理冗余度。那么当需要对微型卫星星载通信子系统的某些环节，如调制／解调技术、多普勒频移校正、成形滤波等进行改进，只需要对其中的部分软件进行在轨重新加载，便可以完成原来所无法实现的卫星在轨技术更新，从而达到延长卫星技术寿命的目的。国外在这方面进行了有益的尝试，如Vosat-3&5、Posat-1都进行了具有软件无线电雏形的在轨卫星通信体制更新试验，证明在轨卫星通信体制的更新是完全可能的。按照软件无线电的思想将会出现完全依赖于软件定义的新型微型通信卫星，其

星体具有相同或相似的硬件结构，而根据软件的不同将担负不同的使命。

3、现阶段实施方案的设想

虽然软件无线电技术在微型卫星通信中有着良好的应用前景，但是由于受处理器件能力、处理技术等方面因素的限制，在现阶段尚不能完全按照标准软件无线电台结构建立一套微型卫星通信系统。然而，从另一方面看，既然软件无线电技术的优越性已经被业内人士普遍认可，现今只是在具体实施上遇到些困难，相信将来必定会随着技术的进步而逐步得到解决。

在目前的技术条件下，可以将中频以下的功能由软件来实现，而保留现有的射频部分或采用可更换的射频模块的方法来构造具有部分软件无线电特色的微型卫星通信系统。这一设计思想已在美国的Speak easy II(易通话II)无线电台中得到了实践，Speak easy II可以在程序的控制下与现在使用的15种无线电台互通。根据这一思想，构成的试验性低轨微型通信卫星子系统的框图如图1所示。用户终端的结构框图如图2所示。

软件无线电在卫星测控中的应用

卫星测控系统一般由跟踪分系统、遥测分系统和遥控分系统组成。目前，我国卫星测控设备都是由传统的硬件组成，功能固定，而且各类卫星测控系统的工作频率、调制体制、编码体制和测距体制各不相同，各种卫星之间测控信道也不能相互通用，这样无疑加重了研制负担，造成资金浪费。针对这一问题，国内外正在利用高速A／D、DSP、高速并行总线、计算机技术以及软件技术，对测控信道和处理终端进行全数字化和软件化研究开发，并且已经取得显著成绩。现今，该领域依然继续朝着综合化、数字化、软件化的方向努力拓展迈进，而未来最为理想的解决办法就是采用软件无线电技术。

在卫星测控中，由于星上测控设备受到重量、体积、功耗和射频频率使用等多方面条件因素指标的限制，因此通常采用多个副载波调制一个载波的系统，这些副载波可以是单一的正弦波，也可以是已调副载波。如果射频频率选在S波段，一般便称之为S波段测控系统。与我国中、低轨道卫星原来使用的超短波体制相比，S波段统一测控系统有着明显的优点，它将是国内中、低轨道卫星测控系统采用的主要方式。于是下面以S波段为例对星载测控信道加以分析。

1、测控系统引入软件无线电技术的优势

测控系统设计首先要进行信道设计，根据使用要求选择系统的工作频率、调制体制和基带信号，并进行信道功率分配以及副载波频率干扰计算等，以便确定可靠完成信息传输的最佳方式。由于各种衰减和噪声不同程度的影响是客观存在的，不同的卫星中，调制方式以及调制参数常会有不同的选择，引入软件无线电技术，会产生下列优点：

(1)在设计的同一硬件平台上，配置不同的软件，即可实现不同的具体信道设备。这样不仅能够加快研制进度，而且还可以节约大量资金，避免不必要的浪费。

(2)对于卫星在轨运行期间，使得通过先进的遥控手段实现系统动态配置更新成为可能。

2、测控信道软件化应按阶段分步骤实施

尽管利用软件无线电技术有上述优点，但是，由于软件无线电技术是一个新兴的课题，许多体系结构仍旧处于不稳定的变动之中并且受到DSP、ND等器件性能的制约，所以当前要立刻全面实现理想的软件无线电设计还有困难。比较现实的测控信道软件化应该按阶段分步骤实施：

(1)首先，对传统体制的模拟微波统一测控信道进行数字化、软件化。传统体制的微波统一测控信道，传输信号为遥控、遥测和测距信号，一般带宽较窄，接收机在中频可以采用带通采样。

(2)其次，在测控信道软件化过程中引入新型的测控体制，如扩频码分多址与微波统一测控等，进而实现测控信道与测控终端综合化、软件化设计。

(3)最后，随着DSP、FPGA等数字电路的飞速发展，宽带的数据和跟踪测控信号按照扩频码分多址方式要想实现统一载波测控信道的软件无线电设计也将成为可能。

3、现阶段实施方案的设想

下面针对现阶段的具体情况，简单介绍一种对传统体制的模拟微波测控信道数字化、软件化的方案设想。采用软件无线电思想的测控信道原理设计框图如图3所示。图中，天线、上／下变频器、带通滤波器等射频部件可设计几种通用的标准化产品，由于测控信号一般为窄带信号，在中频可用带通采样，这样能够把中频中的带通信号变换为较低中频的基带信号，而不必使用可编程的数字下变频器，但A／D转换器的模拟输入带宽应高于被采样的中频信号的最高频率。为了使产品具有良好的适应性，ND的采样频率最好是能够根据情况变化的不同进行随时重新配置。另外，对于宽带测控信号则要采用下变频器。

展望

未来的无线通信系统将是多制式、多模式的通信系统，可以提供包括多媒体在内的多种服务类型。软件无线电以其强大的可配置能力和可编程能力将成为未来通信系统的首选。软件无线电的技术发展将大致可分为硬件、软件两个方面。

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关键词：无线通信 软件无线电 ARM 模块化 通用软件平台

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（a）-0199-02

软件无线电[1]是近年来由相关通信机构提出的一种新的实现无线通信传输的体系结构。它的提出目的在于解决现在无线通信领域所存在的一些问题，如：多种通信体系架构并存[2]，各种行业标准竞争激烈[3]，频率资源匮乏等等。特别是随着无线个人通信系统的不断发展，使得新的系统需求层出不穷，无线电产品生存周期也随之缩短，原有的以硬件模块为主的无线通信体系无法快速响应这种需求[4]，软件无线电的概念也便应运而生。软件无线电的基本概念是将硬件系统作为无线通信的基本平台，而通过软件实现尽可能多的无线及个人通信功能。由此，无线通信新系统、新产品的研发随之逐步转到软件系统上，从而使得无线通信产业的产值日益明显的体现在软件上。这是继模转数、固定到移动之后，无线电通信领域的再一次重大突破，并将在新世纪形成巨大的产业价值。

系统采用4CPFSK调制解调方式[5]，以ARM9和DSP处理器为核心方案。选用联拓公司的LT1801A作为核心芯片，该芯片内部集成了ARM946E+ZSP400，同时集成了大量的接口设备和丰富的外部设备。本设计的目的是搭建一个具有多种通信协议标准兼备且具备不同频段的硬件平台，该平台可利用软件架构完成各种通信功能需求，最大限度的使其成为新一代无线通信系统的大平台。平台中功能的实现首先是依靠软件控制和软件再定义，然后采用不同的软件模式实现不同的需求。所写软件可以远程再次升级更新，所设计的硬件均采用模块化结构设计便于扩展升级。

1 4CPFSK调制解调

设计中所采用的4CPFSK是一种非线性恒包络调制，具有记忆特性。4CPFSK与GMSK调制方式相比较，同时也具有频谱效率高、临道间相互干扰小的特点；4CPFSK与非恒包络调制方式（如QPSK）相比较[6]，4CPFSK调制系统中选用工作在C类状态的功率放大器，可降低系统功耗。因此4CPFSK广泛应用于软件无线电系统中。FM调制器的作用就是将经过成形滤波后的采样点进行累加得到发送所需的相位值，同时这也保证了相位的连续性。

为了获得窄带输出的信号频谱以及较好的邻道功率特性，同时也具备较好的抗干扰性能，设计中预调滤波器采用平方根升余弦滤波器进行低通滤波。

2 软件无线电实验平台系统结构

软件无线电实验平台结构如图1所示，主要分为3部分：软件无线电专用基带芯片LT1801A、MMI软件平台、4FSK调制解调器以及射频前端。

基于软件无线电对于多媒体多任务处理的需求，该实验平台的MCU处理器选用以ARM946E为核心的LT1801A芯片；同时，系统必须采用软件平台来实现具体应用中不同的语音、信道编解码方式以及信令系统。

3 应用软件操作系统移植

3.1 应用软件平台系统的体系结构

应用软件平台系统的体系结构如图2所示。

一个完整的应用软件平台系统主要分为两大部分：底层驱动和应用程序（App）。两者之间通过统一的开发接口API来连接的。

3.2 启动引导程序

启动加载程序是嵌入式系统开机后运行的首个程序，其作用相当于个人电脑中的BIOS。它完成基本的硬件系统初始化，将软件系统搬移到RAM中，并将控制权转交给启动后的操作系统。

系统启动时，等待SP初始化完成后，发送消息通知MMI。MMI完成各个子模块的初始化后，运行开机画面。等待操作信号。SP发出SP_MMI_INIT_REQ消息，触发开机流程。

3.3 OSE软件模块功能描述

OSE模块位于操作系统模块与应用软件模块之间，其主要目的是隔离下层使用的不同的操作系统，完成对操作系统的各种功能的封装，可提供对外的统一接口，并提供统一的任务注册和模块启动管理，便于上层应用软件的移植和减少对底层操作系统的依赖。

3.4 驱动程序实现的基本方式

在应用软件平台系统中，设备驱动程序是指一个动态的可直接调用的链接库，它所提供的数据是底层硬件与操作系统之间，以及相关运行在目标设备上的应用程序之间的一个直观的抽象层。系统中所包含的各种驱动程序将无偿的公开相应名称的函数，以及提供各种初始化硬件和与之通信的协议。系统程序运行中使用者可通过调用LoadLibrary和LoadDriver函数实现各种所需驱动程序的加载。

4 调制解调系统控制程序

系统中嵌入式处理器和调制解调模块之间的通信方式是基于双串行接口来实现；数据传输则由通用SPI接口实现；控制的相关指令传输交由GPIO来实现；中断控制器（ICTL）用于控制所有ARM处理器中断源的模块。可以产生常规中断请求（IRQ）和快速中断请求（FIQ），同时送给ARM处理器和CPR模块；时钟功耗复位控制模块主要负责产生系统时钟和所有模块的时钟，控制系统复位，控制系统进入不同工作模式[7]。

4.1 FLASH的访问

根据系统整体设计，FLASH驱动软件模块的硬件运行平台为LT1801A中的ARM946E处理器，软件开发平台可以采用任何通用的ARM集成开发环境。FLASH驱动软件模块主要实现了对FLASH进行读、写、擦除等操作，并为用户提供了两个Block，可单独对每个Block进行操作，用户根据返回值来判断操作是否成功。用户对FLASH进行读或写操作时，可分别调用函数ADRVFlashAPPRead或ADRVFlashAPPWrite函数，输入的Block索引和地址偏移量确定了操作Block的绝对地址，输入的长度确定了一次操作的字的长度。当读或写完成之后返回操作结果。对FLASHBlock域进行擦除时，直接输入索引号即可实现此操作。

4.2 外部存储器控制器（MEMCTRL）

外部存储器控制器（MEMCTRL）将外部存储器映射到芯片内部的地址空间，当ARM总线对此地址操作时，MEMCTRL将总线上的操作转化为对芯片外部存储器操作。MEMCTRL内部的寄存器控制对外部存储器的读写参数和时序。MEMCTRL内部寄存器和外部存储器对应不同的地址区域。MEMCTRL的MEMORY可以被ARM，DMAC0直接访问和ZSP，DMAC1跨桥访问。MEMCTRL包含MEMPIPE模块，可调节读写存储器的时序。芯片的存储器IO管脚上电复位为低阻。MEMCTRL可以控制两种类型的存储器：SDRAM（SDR-SDRAM）和静态存储器SM（StaticMemory）―SRAM，FLASH和ROM。

4.3 嵌入式软件发射接收链路

操作数据经APP处理后由服务提供协议层（SP协议）分信令和操作维护两类消息送至呼叫控制层，呼叫控制层主要负责呼叫控制，支持主机实现高于第二层的功能和业务[8]，为用户提供对讲机支持服务，数据链路层则主要处理多用户传输数据的共享，语音信息及用户控制信息经数据链路层交织编码后经射频模块发送出去。发送接收部分的空中接口协议模型中协议栈分成三个协议层和二个协议平面。三个协议层分别为物理层、数据链路层和呼叫控制层。二个协议平面分别为用户平面和控制平面。

5 结语

本文实现了一种软件无线电平台的设计，以ARM9嵌入式处理器和ZSP400处理器为核心。实现了基于4CPFSK调制解调方式的400～470 MHz射频通信功能。通过分析与测试，LT1801A发挥了RAM+DSP结合的优势，能够完整的实现软件无线电的应用，减小系统成本和降低系统功率。通过PC端的写频软件可实现不同频段，多通道的软件无线电系统。经测试本实验平台可以满足国家相关规定和要求，适用于多种语音和信道编解码方式以及不同的信令系统。

参考文献

[1] 杨小牛，楼才义.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社.2001.

[2] 肖维民，许希斌，朱健.软件无线电综述[J].电子学报，1998（2）.

[3] Kondo，Matsuo，Suzuki.Software.De6nedArchitectureConceptforTelecommunication Information System[M].ICC 94.NY：IEEE Press，1994.

[4] （美）米托拉.软件无线电体系结构：应用于无线系统工程中的面向对象的方法[M].赵荣黎，王庭昌，李承恕，译.机械工业出版社，2003.

[5] 樊昌信.通信原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2009.

[6] （美）JeffreyH.Reed.软件无线电：无线电工程的现代方法[M].陈强，译.人民邮电出版社，2004.

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关键词：USRP；信道测量；无线通信；路径损耗

无线通信系统的性能主要受到无线信道的制约，鉴于无线信道对于无线通信系统设计的重要性，任何无线通信系统在被研究、采纳和应用之前，首先应该对无线信道的各种特征参数做出详细的分析，建立合理的信道模型。无线信道测量是了解信道特征的最直接途径。通过信道测量我们可以“捕捉”无线信道的各种特征行为，从这些行为中抽象出表征它们的关键参数，由此建立的信道模型具有较高的可靠性，可以为通信系统的仿真和评估提供依据。本文设计了基于软件无线电（USRP）的无线信道测量系统，主要是包含信号发射源系统、基于USRP的信号接收系统、测量实验数据的处理。

1 信号发射源系统

1.1 信号源系统的硬件

本文研究中实验测量的信号源硬件主要包括：7.4V高性能锂电池、STM32F103 YL-8最小系统板、YL-100T信号模块、433M天线。

1.2 STM32F103 YL-8最小系统板

STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核。F103系类板嵌入了ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。采用了从32K到512K字节的闪存程序存储器。系统模块带有8个定时器。YL-8是一块功能较为齐全的单片机开发板，这里利用定时器中断产生周期性脉冲信号。

1.3 YL-100T信号模块和天线

YL-100T是无线采集，无线数传和无线收发模块。YL-100T是一款高稳定性，低功耗，高性价比的采用GFSK调制方式的无线透明数据收发模块。它不改变任何数据和协议，完成无线传输数据功能。该模块相对一般模块具有尺寸小，灵敏度高，传输距离远，通讯数率高，内部自动完成通讯协议转换和数据收发控制等特点。

2 基于USRP的信号接收系统

USRP硬件平台基本结构主要是由两个部分组成，包括母版和射频前端，核心器件就是母版。USRP-N210母版包含两路 100 MS/s 14-bit 的模数转换器（ADC）和两路 400 MS/s 16-bit 的数模转换（DAC），还有一块赛灵思Sparten-3A系列FPGA芯片和一个ETHERNET（1Gb/s）接口。其中FPGA主要是做一些非常重要的但是计算量又非常大的输入信号的预处理工作。

USRP 母板通过ETHERNET（1Gb/s）接口与普通PC机相连接，PC机部分主要是完成基带处理功能。在发送端USRP中FPGA对信号进行内插，上变频到中频频段，并最终通过DAC进行数模转换，然后由子板形成射频信号并通过天线发送；在接收端，通过模数转换将信号转换FPGA能够处理的信号，同时在FPGA中完成数字下变频和信号的抽取，使通过ETHERNET接口的数据率大大降低，以便普通的PC 机处理。

每个主板可以安装最多四个子板：两个接收，两个发射。Ettus Research为这些子板配备了多个系列，覆盖从直流到5.9GHz整个频率范围。本文研究中使用的子板类型是SBX，支持复采样的子板（频率覆盖范围为400MHz 至4.4GHz）。

USRP硬件平台需要依靠GNU Radio信号处理方案在主机CPU上完成所有时域、频域波形相关的处理。GNU Radio是一个开源的软件定义无线电平台。它提供许多通用软件无线电需要的库，其中包括各种调制方式（例如：GMSK， QAM， PSK， OFDM 等）、信号处理模块（最优滤波器、FFT、均衡器、定时恢复）、纠错码（R-S 码、维特比码、Turbo 码）和系统调度等。

本测量系统中采用的是基于Ubuntu 12.04的Linux系统下的GNU Radio软件模块。它提供一整套信号处理模块库，并架起了将用C++程序语言编写的信号处理模块连在一起的桥梁。GNU Radio是一个很灵活的系统，允许用户使用C++或者Python 开发应用程序。因此，开发者能够简单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统，而所有高速通用操作都在FPGA上完成，比如数字上下变频、抽样和内插等。

3 实验测量以及数据处理

本文的实验测量主要是利用USRP硬件平台来测试接收到的无线信号源的功率大小与距离的关系以构建无线信道的损耗模型。GNU Radio软件平台里面现有的uhd_fft的Python模块可以直接测量并显示接收到的信号经过fft变换后的频谱图，只需要将fft计算的C++模块得到的相关频谱数据保存下来，然后在Matlab里面处理，就可以计算信号在有效带宽范围内的功率值。根据信号处理的理论，fft运算的结果是一个包含实部和虚部的复数，如，各个分量的功率计算为：；信号源的总功率即为各分量功率和。

4 结语

本文设计的实时信道测量系统具有价格低廉、可扩展性好、连续数据存储速率高和存储容量大的特点，适用与科研工作者与在校学生对无线信道的探测与研究，不但价格低廉，而且灵活性强。它的主要缺点是测量带宽有限，暂时只能测量信号的接收功率无法测试更多的信道参数的。

参考文献：

[1]基于GNU Radio和USRP的无线通信系统建模仿真[J].现代电子技术， 2013， 36（18）：73-77.

[2] 曹瀚文，王文博.GNU Radio：开放的软件无线电平台[J].电信快报： 网络与通信，2007（04）：31-34. 杨宏， 孔耀晖， 茹晨光等.

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关键字： 软件无线电； 罗盘激励器； FPGA+DSP； DDS； IP Core

中图分类号： TN965.3?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）03?0038?04

Design of compass actuator system based on software radio

DONG Li?meng， LI Yong

（School of Electronic and Information， Northwestern Polytechnical University， Xi’an 710072， China）

Abstract： To maintain and debug a certain type of radio compass system， a design method of compass actuator is proposed， which is based on the thought of software radio. The structure and characteristics of the compass signals are analyzed， and the hardware and software design of the compass actuator are focused on. The FPGA and DSP are used in hardware system， which could achieve high speed computing and processing. The software uses Direct Digital Synthesis （DDS） technology， and realizes the analog output of compass signals by applying various IP Core of FPGA. Through the test， it is proved that the compass actuator based on the program is stable and the output accuracy is high， the various standards reach the requirment.

Keywords： software defined radio； compass actuator； FPGA+DSP； DDS； IP Core

0 引 言

罗盘激励器是用于测试和修复机载无线电罗盘系统的设备。通过模拟组合天线输出的导航信号，并将其输送给罗盘接收机，从而实现对无线电罗盘导航灵敏度以及系统工作稳定性的改善功能[1]。随着无线电罗盘在飞机导航中的大量应用，为保证罗盘的正常工作，罗盘激励器在无线电罗盘系统的生产与维护中发挥着极其重要的作用。

直接数字合成技术（Direct Digital Synthesis，DDS），在罗盘激励器的设计中有很高的应用价值。目前主要采用通过单片机控制DDS芯片，再送给控制、滤波电路来模拟罗盘信号的方法，但是该方法对DDS硬件的依赖性较大，且单片机工作速率低，抗干扰能力较差，使系统的灵活性及工作稳定性有所不足。为了改善这一问题，采用软件无线电的理论，设计并实现了一种基于FPGA+DSP的硬件方案，重点通过软件设计实现了对罗盘信号的模拟功能。

1 软件无线电思想及无线电罗盘结构

软件无线电（Software Defined Radio，SDR）是一种无线电广播通信技术，其基本思想是以一个固定的硬件平台作为基础，通过软件来实现无线电台的各项功能，也就是说，将A/D和D/A尽量的靠近天线，利用软件来替代硬件实现通信的各种功能，使系统具有模块化、灵活性以及可重构性的特点[2]。软件无线电思想的提出，使设备的通信功能对硬件的依赖性发生改变，实现了从模拟通信到数字通信后的第三次革命。

无线电罗盘是一种机载的导航设备。它通过组合天线接收地面导航台发射的中波信号，并从中解析出飞机纵轴相对于导航台的方位角信息，从而实现对飞机的正确导航。目前大多数无线电罗盘系统主要由接收机、控制台、方位指示器以及组合天线构成，其中接收机用于产生调幅罗盘信号，控制盒用于转换系统的工作状态，方位指示器用于指示飞机、电台的方位等[3]。组合天线是由两个环形天线和一个垂直天线构成，其中的两个环形天线分别叫作横向天线和纵向天线。环形天线是一种方向性的天线，其方向性是在水平面以环形天线为中心的“8”字图形，在垂直面没有方向性。而垂直天线则是一种无方向性天线。将环形天线和垂直天线组合后其方向性图是一种“心”形图形，具有单值定向的特性[4]，利用这一特性可以实现对飞机方位的精确导航。

2 组合天线信号的模型

根据组合天线的结构，罗盘接收机输入的罗盘信号是一个高频调幅信号，该信号的参考模型如下式所示：

[A{1+mcos（Ωt-θ）+Va}cosωct] （1）

式中：[ωc]为载波角频率；[m]为调幅系数；[A]为调幅信号载波的振幅；[Ω]为低频信号的频率；[Va]为摩尔斯码音频调制信号，是由导航台发出的辨识信号；[θ]是飞机相对方位角信息。现将式（1）展开：

[Acosωct+Amcos（Ωt-θ）cosωct+AVacosωct] （2）

其中，[AVacosωct]为无方向性垂直天线的输出信号，即音频调制信号，而具有方向性的环形天线输出的信号为：

[Amcos（Ωt-θ）cosωct] （3）

将式（3）展开得：

[Am（cosθcosωctcosΩt+sinθcosωctsinΩt）] （4）

则[cosθcosωct]为横向环形线圈的输出信号，[sinθcosωct]为纵向环形线圈的输出信号[5?6]；[sinΩt]和[cosΩt]为输入的两路低频正交信号，飞机的方位角信息就包含在低频信号的相位中。

3 DDS原理及使用

DDS是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术，最早由Joseph Tierney等三人于1971年提出，其原理框图如图1所示。

图1 DDS基本原理框图

DDS的工作原理为：在参考时钟的控制下，相位累加器对频率控制字在每个时钟作用下进行线性累加，得到的相位码对波形存储器进行寻址，使之输出相应的幅度码，再通过D/A转换器以及低通滤波器得到所需频率的平滑、连续的正、余弦波形。与传统的频率合成器件相比，DDS是全数字化实现，具有高分辨率、高转换速率、较大输出相对带宽等特点，而且便于集成。随着数字集成电路和微电子技术的发展，DDS广泛使用在电子领域，成为一种必不可少的技术[7?8]。

DDS可以通过专用的DDS芯片来实现，如美国 AD公司生产的AD985X系列芯片，可以产生高分辨率、高稳定度的信号波形。另外，利用FPGA也可以实现DDS的功能，一种是通过编写DDS程序代码来实现，另一种是通过调用已经封装好的DDS IP Core核来实现。目前大多数采用调用IP Core的方法来实现DDS功能，因为它无需编写代码，只需要对其接口进行配置后就能使用[9]。Xilinx公司为FPGA提供了预先设计好，并经过严格测试和优化过的IP Core，用户通过对Core的接口参数进行配置后就可以直接调用这些模块，这样节省了开发时间以及FPGA的逻辑资源，提高了设计效率。

4 罗盘激励器的设计

4.1 硬件设计

基于软件无线电的罗盘激励器硬件部分主要由电源电路、A/D转换电路、时钟电路、RS 232接口电路、FPGA和DSP电路、D/A转换电路以及滤波放大电路构成，其原理框图如图2所示。

图2 硬件原理框图

FPGA芯片采用Xilinx公司的Virtex?5系列XC5VLX50，它采用了60 nm级工艺，最高工作时钟能达到550 MHz，并内置多个25×18位的乘法器[10]，具有很高的运算能力。在设计中为FPGA外接PROM芯片XCF04S，它具有4 Mb存储空间，负责为FPGA进行动态加载。DSP芯片采用TI公司的C55X系列定点TMS320VC5509，最高工作频率可达到144 MHz，并为其外接FLASH芯片。DSP的地址总线、数据总线和DSP复位、DSP读写、DSP时钟等引脚都与FPGA的I/O口相连[11]，利用FPGA实现对DSP的控制，其他未使用的FPGA引脚均以悬空处理。

A/D部分采用ADI公司的AD9218芯片，具有两路输入以及10位的输出，负责对输入的两路正交低频信号进行模/数转换。D/A部分采用ADI公司单通道电流输出型10位芯片AD9760，更新频率为120 MSPS，负责对FPGA合成的数字化罗盘激励信号进行数/模转换。RS 232接口电路负责上位机与FPGA之间的通信，滤波放大电路负责对罗盘信号进行低通滤波及放大处理，时钟电路为FPGA提供外部时钟40 MHz。

4.2 软件设计

4.2.1 FPGA软件设计

FPGA是软件设计的核心部分，系统的大多数任务都是由FPGA来完成，主要实现与上位机和DSP的数据通信，对电路的控制以及合成罗盘信号的功能。该部分软件设计采用Verilog HDL语言，具有模块化的特点，其结构框图如图3所示。

图3 FPGA软件结构框图

A/D模块负责对A/D芯片的控制以及对两路正交低频数字化信号的锁存。RS 232模块负责接收上位机的串行指令，再通过数据总线将该指令传给DSP芯片。Morse生成器用于产生具有周期性的音频基带信号，再与音频载波进行乘法运算形成调制信号。分频器用于给系统其他模块提供特定的时钟频率，信号合成模块用于将低频信号、音频调制信号以及载波信号利用乘、加法运算合成罗盘激励信号。D/A模块负责对D/A芯片的控制，并且将信号合成模块输出的数字化罗盘信号经处理后发给D/A芯片。

设计中使用了多种IP Core，包括时钟管理DCM、双口RAM、DDS、查找表以及多个乘法器。其中DCM负责将输入的外部时钟信号进行锁相和倍频，为A/D芯片和D/A芯片提供工作时钟。双口RAM采用先写后读的模式，将DSP回传给FPGA的罗盘信号指令参数进行读操作，再写给信号合成模块。DDS、查找表以及乘法器主要用于合成罗盘信号，其中 DDS IP Core一共有两个，一个用于合成具有单值频率的音频载波，另一个用于合成具有变化频率的调幅载波，其频率控制字在上位机的控制下变化。

在配置DDS的IP Core参数时，频率控制字的配置是最为关键的地方。根据Xilinx公司的说明要求[12]，如果已知时钟为[fclk，]输出信号频率为[fout，]输出信号频率分辨率为[Δf]，则输入端口的频率控制字位数[Bθ（n）]为：

[Bθ（n）=log2fclkΔf] （5）

则DDS控制字的值[Δθ]为：

[Δθ=fout?2Bθ（n）fclk] （6）

说明在输入时钟和频率分辨率不变的情况下，若改变DDS输出信号的频率，只需改变频率控制字就能得到不同频率的输出信号。

另外，含有飞机方位角信息的低频信号是模拟罗盘信号的关键，根据数学表达式：

[cos（Ωt-θ）=cosΩtcosθ+sinΩtsinθ] （7）

该信号合成的过程为：当双口RAM读完DSP发送的指令后，将调幅载波频率所对应的控制字发送给DDS模块产生[cosωct]，将方位角度的控制字发送给查找表模块并产生[cosθ]和[sinθ，]再利用乘、加运算合成具有方位信息的低频信号。

4.2.2 DSP软件设计

DSP软件作为辅助部分，主要用于接收来自FPGA的指令，并对其进行解析再转化为控制字以及其他参数，回送给FPGA执行，从而实现了FPGA与DSP之间的数据交换。其程序的基本流图如图4所示。

图4 DSP软件流程图

DSP在上电后首先要进行锁相环、EMIF以及中断等各种寄存器的初始化，然后进入主循环。当FPGA向DSP发送指令时，DSP通过中断服务程序按字节接收指令，并按照数据协议的规定，利用校验模块判断指令的正确性，如果指令错误，则将该指令丢掉，回到初始化状态，如果指令正确，则对其进行解析，并将对应的频率和角度的控制字以及射频、模式和调幅指数的信息发送给FPGA。当指令发送完毕后程序再回到初始状态。

5 测试结果及系统性能指标

在经过硬件调试以及软件编写后，通过JTAG仿真器将软件下载到硬件板上，并且将系统232接口与计算机连接对其进行控制。利用Agilent MSO6012A型示波器对输出信号进行了测试，在此给出音频信号以及罗盘信号的波形结果，如图5，图6所示。

图5 音频调制信号波形

图6 罗盘激励信号波形

系统为输出设计了两种模式，一个为音频输出模式，即只有垂直天线的输出信号，一个为罗盘输出模式，即组合天线的输出信号。图5是摩尔斯音频调制信号波形，摩尔斯码基带频率为10 Hz，DDS产生的音频载波频率为1 020 Hz，输出峰?峰幅值为515 mV。图6为罗盘信号波形，其中低频信号频率为90 Hz，峰?峰值为1.5 V，并且方位角度为0°，调制频率为190 kHz，输出结果符合了罗盘天线信号的模型要求。

通过对系统的性能以及功能进行了测试，结果达到各项指标的设计要求，其主要技术指标如下：

（1） 频率范围：190～2 094 kHz，步进1 kHz。

（2） 角度范围：0～359°，步进1°。

（3） RF输出阻抗：50 Ω。

（4） 输入信号频率：70～100 Hz，幅度：[Vpp=]1～15 V。

（5） 稳定工作时间：≥12 h。

（6） 输出信号功率：-30 dBm±-3 dB。

（7） 方位角输出精度：≤±0.5°。

6 结 语

本文对组合天线的信号模型以及DDS原理进行了简述，并重点介绍了罗盘激励器系统硬件和软件的设计方案。系统具有程控接口，通过上位机的控制，实现了对全频段、全方位角度的罗盘信号的连续模拟，并达到了各项指标的要求。由于不同厂家生产的组合天线型号、种类居多，其规定的罗盘信号模型也有所区别，所以该方案在指标允许的情况下，只需重新设计系统软件，从而完成对输出罗盘信号的改变，这样大大节约了硬件成本以及研发时间，体现了软件无线电灵活、可重构的特点，在工程中具有一定的应用价值。

参考文献

[1] 赵冬梅，姜茂仁，王炜珽.AD9854在无线电罗盘测试信号源中的应用[J].科教信息，2007（17）：530?531.

[2] 陶玉柱，胡建旺，崔佩璋.软件无线电技术综述[J].通信技术，2011，44（1）：37?39.

[3] 薛松.软件无线电罗盘技术研究[D].成都：电子科技大学，2007.

[4] 杜永忠.罗盘（ADF）天线模仿仪的设计[D].西安：西安电子科技大学，2006.

[5] 于潞，唐金元，刘水.基于振幅比例变换法的程控型无线电罗盘信号模拟器设计[J].仪表技术，2012（7）：31?33.

[6] 于潞，唐金元.无线电罗盘信号模拟器的设计与实现[J].仪表技术，2012（5）：39?41.

[7] DU Xiao?ming， ZHANG Jun. DDS phase?locked swept source and study design [C]// 2011 International Conference on Computer Science and Network Technology. Harbin， China： ICCSNT， 2011： 146?149.

[8] 张鹏明，魏俊淦，田建学.试论DDS技术在无线电罗盘中的应用[J].机械与电子，2007（18）：98?99.

[9] 张献伟，任志良，陈光，等.基于Xilinx FPGA IP CPRE的可调正弦信号发生器设计[J].电子测量技术，2012，32（5）：1?4.

[10] 田耘，徐文波.Xilinx FPGA开发实用教程[M].北京：清华大学出版社，2008.

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【关键词】 军用软件 软件无线电 通信技术

软件无线电的概念是1992年被提出来的，它具备了完全的数字化、模块化和全程可编程性，升级系统更加的便捷和可扩充，所以这一概念也同样带动了信息领域的第三次技术变革。软件无线电实现了军用电台还有各个网系之间的互联互通和互相操作，实现了通信系统的升级换代，变得更加经济合理。所以目前更加具备灵活性、开放性和通用型的军用软件无线电通信技术是我们国家部队通信技术研究者要不断研究的课题。

一、件无线电的概念

软件无线电就是利用硬件建设为无限通新的平台，然后实现无线通信和个人通信功能的软件实现。软件无线电是近些年来才提出的一种概念，可实现无线通信的新体系结构，该结构具备了很强的灵活性和开放型。目前软件无线电具备了很多无线通信体制达不到的优点，所以会有很广泛的应用市场。让无线电通信技术在军事方面能够实现各个军用电台的互联互通，同时能够接入各种各样的军用移动通信网。软件无线电通信技术同样在生活中实现了移动电话通用手机、多频段多种模式的移动电话通用基站、无线局域网以及通用网关软件无线电的领域使用。无线通信产品的价值都体现在了软件上，通过软件来实现通信新系统核心产品的开发，代表了无线电领域从固定发展到了移动，从模拟发展到了数字的第三次信息技术革命。

二、国内软件无线电的技术发展和军事应用现状

我们国家目前针对软件无线电技术的研究还处于初步发展阶段，在某高新科技计划中专门针对高新通信技术制定了“软件无线电技术”的专业研究项目组，充分表示了国家针对这一项目的重视。在我们的现实生活中，软件无线电技术已经成功面向800MHz商用蜂窝移动通信、卫星通信、GPS全球定位系统等领域的应用。

由于目前我军的软件无线电技术还不算成熟，所以军事通信领域的应用同样比较空白，所以相关的一些科研院所也在极力的探索现阶段的军事通信方面的应用研究，利用目前的软件无线电技术来实现多个电通，多功能的车载电台能够实现各类军用无线系统的空中转信的目标。“军用无线电网关”具备了目前国际上的先进技术水平，能够成功实现不同频段、不同体制的电台之间的互联互通现象，这也让我国军队协同通信课题的研究取得了突破性的进展。

三、军用无线电通信技术发展方向

由于军用通信系统相比起民用系统来说要求比较高，所以在技术要求也比较复杂，由于装备使用比较昂贵，很多的地域通信网络中只有英国、法国、美国等少数国家作为标准装备在使用。我国军用移动通信装备目前还处于发展阶段，部队也进一步展开开发和研究工作，针对已经具备该系统的地域通信网络不断改善工作性能，而不具备通信系统的地域通信网加大建设力度，随着技术不断开发，我军的移动通信系统将会在抗干扰性、抗侧向性、抗截获性上有很大的突破，在系统的容量、传输的可抗性上也会有显著提高。移动通信后期不再仅限于陆地使用，还要往空中发展，例如说直升机、系留气球等作为空中中心台，利用卫星转发器作为中心来空间通信，到那时我国的军用软件无线电通信将会在后期的军事领域发挥出巨大的作用。

四、军用软件无线电通信发展注意事项

目前军用项目和民用项目虽然基础技术相同，但是具体发展需求是不一样的，非军工企业就算是具备了先进的技术也不具备进入国防市场的条件，所以一项技术能不能被军事所使用，不能仅仅考虑它的经济效益，还需要更高稳定性、可靠性和先进性。军品生产国家规定了特殊的标准和规范，需要结合大量的经验积累和高超的工艺条件，实现军用标准和国家标准的双轨制度检验。由于民用技术的指标和军用产品指标有差异，所以非军工企业要想进入军工行业必须要对企业的生产设备和人员工作结构进行相应的改进，如果其中一旦出现产品不符合要求其中需要承担的损失将会非常高昂，所以高端的技术指标和企业品质，是我国军用软件无线电通信技术发展的一项最重要也最基础的要求。

结语：我军软件无线电技术将会朝着更多模式、更数字化、灵活性高、抗干扰性强的方向发展，各类科技研究中心和技术人员还需要不断地努力，不断提升我军用软件无线电通信技术的开发和使用，为我国的军事力量增长做出贡献。

参 考 文 献

[1]宋春晨，宋清宇. 军用软件无线电通信技术发展概述[J]. 火力与指挥控制，2013，12：8-12.

篇10

关键词：软件无线电 集群通信系统 网络技术 现状

中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0018-01

软件无线电技术在我国出现于20世纪90年代，它是我国移动通信业发展的重要里程碑，因为围绕这种技术为核心的通信体系不但为人们的日常生活提供了便利，也应用于较为专业的通信领域相关行业，是比较大众化的一种通信技术。

1 软件无线电

1.1 定义

软件无线电的核心是宽带A/D和D/A能够最大限度的接近射频端，它是一种利用数字信号处理技术来取代集成电路，从而实现无线通信多功能的通信技术。从理论上讲，它是利用宽带滤波、低噪声放大器等原理将射频信号数字化，重构数字信号进行数字远程通信的技术。

1.2 概述

软件无线电起源于美国军事，作为美国国防部的一种叫做易通话（speakeasy）的战术系统而出现。1992年，美国为了索马里战争的长线作战需要，通过美国国内的MILTRE公司，在美国的国家远程系统会议上提出了以军事技术为适用基础的软件无线电概念，它主要服务于美军三军的多频段多功能无线通信，并提供多个军用电台，是美军作战必不可少的通讯手段。软件无线电技术的出现，取代了传统的通信电台，节约了通信方面的开支，同时也增强了通信技术的互通性与保密性。它的核心思想就是：利用软件的功能多变性和延展性来实现多功能的智能化无线电通信设备，它能够使通用的硬件平台更加标准化、模块化并增加其开放性。它的出现让A/D和D/A转换器无限可能的接近了天线设备，进一步的增强了通信系统的灵敏度和辨识度。某种意义上讲，软件无线电技术的出现重新定义了世界范围内的通信系统。

1.3 特点

软件无线电具有多重特点，这些特点很好的契合了当今信息社会发展的节奏和方向。

（1）灵活性。

由于软件无线电技术的技术基础是软件模块，所以通信系统中的软件无线电技术可以靠改变和增加软件模块来为通信系统增添新的功能。这些模块的兼容性和功能性都极强，可以做到与任何国内外电台进行通信，也可以作为射频中继出现。并且，模块的增减完全取决于使用者的需求，这样做的目的让通信系统的运营开支具备了相当高的可控制性。

（2）开放性。

软件无线电技术使所使用的模块和设计结构都具有开放性。它能够按照通信设备硬件的改变而改变，这为新时代通信领域中硬件的扩展提供了可能性。

1.4 软件无线电的关键技术

其实，软件无线电的发展方向就是个人计算机平台，因为目前的软件无线电技术已经具备了标准化、软驱动、模块化等技术指标，这些指标都极类似于目前的计算机。再者，它的软件硬件平台结构、可实施的软件数字信号处理功能和多频段的数字信号转化过程都类似于目前的计算机技术，同时，它还具有很强的兼容性。但是就目前的软件无线电技术来说，还有许多提升空间，要解决的问题还很多。例如宽带多频段天线的前置放大器和功率放大器。因为理想化下的软件无线电系统应该能做到全部无线通信频段的覆盖，但是由于一些通信设备中内部电阻阻抗的不兼容性，使得不同频段的电台天线不能通用。在这方面，美国在近年来已经研制出适用于不同频段电台的倍频程宽带天线，例如Aadms-Russell公司的AN-400型超宽带叶片状天线，它可以覆盖从30～400MHz的全频段，这种天线不但覆盖面大，而且倍频程宽带功放功能也能很好的优化电路CAD结构。

2 集群通信系统

集群通信系统是近年来通信技术领域中的一个新名词，它也是移动通信系统的一个重要分支。在通信过程中，主叫和被叫所建立的通信链路方便快捷，具有很高的信道利用率，所以它主要应用于专业的通信领域里，集群通信系统的出现，代表了传统模拟信号无线电对讲系统已经被数字信号所代表的集群系统所取代。

2.1 集群通信的基本特征

集群通信技术一般采用共用频率和设备，它能够将各个部门的专有频率进行集中管理，并分配给各部门使用，合理有效的分配了资源。而由于共用频率，也使得各个部门所建设的控制中心和基地信号发射接收台设备也能够集中管理和共享使用。集群通信系统可以覆盖大面积区域，并且能将各个部门的网络互联，做到通信服务的最优化。而除了一些正常的通信业务，集群通信系统也提供气象、地理等信息的预报和实时。

2.2 基于软件无线电技术的数字集群系统应用

按照我国集群通信的常用频率800MHz为例，我国在频段中已经建设了超过600个信道，为公安、海关、法院、司法、军队和武警等各个部门所使用。在这些行业领域，由软件无线电技术作为技术支撑的数字集群系统做到了其特有的调度功能和团组呼叫特性，为我国的安全事业提供了可靠的保障。而随着现今社会的快速发展和软件无线电技术的不断进步，已经有越来越多的行业领域将具有这种技术的集群通信系统纳入到了自己的行业应用技术内。

2.3 实际应用所需的前提条件

（1）智能天线技术应用。这种技术应用可以提高系统的频谱利用率，增强保密性并降低基站发射元件的使用成本。

（2）TDD双工方式。它是将上下行共享于同一信道的一种技术操作，它能按照实际情况将信道资源合理分配给不同部门。

（3）软件无线电技术。这是核心技术，它能够优化整个集群通信系统，提高通信的速度反应，增加系统安全性。

3 基于软件无线电的集群通信系统应用基站

按照集群移动通信系统的工作频段、占用带宽、信用间隔等应用指标，并基于软件无线电技术，建立了一套集群通信系统应用基站的接收分系统。它的构造原理是将模拟信号变为变频信号，把高频段信号变为中频，并采用A/D采样数字化进行设计。数字信号的采样频率必须满足：fs≥（r+1）B0。其中B0为中频带宽，r为滤波器矩形系数。当r=2或3时，就可以计算出不同带宽条件下所需的不同采样频率fs。当中频带宽B0较大时，它的采样速率会达到45MHz左右，这种高速的A/D既能够满足大动态范围的通信要求，也能够实现通过12位A/D转换器对采样频率的转化。目前我国最高的通信采样率已经达到65MHz，预计在近几年内将实现14位A/D的200MHz采样率。

4 结语

我国目前软件无线电技术的发展也会受制约于移动通信基站中频段和制式的变化，这涉及到硬件平台的大面积更换与资金的大量消耗，所以如何快速普及基于软件无线电技术的数字集群系统对我国通信事业来说任重道远。

参考文献

[1] 孙蓓雄.基于软件无线电技术的数字集群系统研究[D].南京：南京理工大学，2006.