软件无线电

定义

　　“软件无线电”这个词是由1991年由Joe Mitola（乔·米拉特）提出的，用来指可编程或可重配无线电。换言之，同一块硬件可以在不同时间完成不同的功能。“软件无线电”

　　（SDR）论坛将“软件无线电”（USR）定义为可以接受完全可编程的业务和控制信息、支持很宽范围的频率、空中接口和应用软件。用户可以在几毫秒内从一种空中接口模式切换到另一种模式，可以使用GPS定位，可以用智能卡技术存钱，可以观看本地广播或卫星传送的节目。

　　软件无线电的准确定义存在争议，在“可重配”程度多大才称得上是软件无线电这个问题上不存在共识。包含微处理器或DSP的无线电未必称得上“软件无线电”。然而，如果调制、纠错和加密过程是由软件完成的。“射频”（RF）硬件也能受控，而且还可以重新编程，这样的无线电显然属于“软件无线电”。软件无线电的一个实用意义为基本上由软件定义的无线电。其物理层可通过修改软件而改变。可重配程度由无线电设计中若干问题上之间的复杂交互作用确定。这些问题包括系统工程、天线形状因素、射频电路、基带处理、硬件速度和可重配能力、电源管理。

　　“软件无线电”大致是指在硬件平台不变的前提下通过软件来获得灵活性的无线电。

　　另外一方面，“软无线电”是指可通过软件编程对物理硬件进行配置的无线电。换言之，同一块硬件可修改成在不同时间完成不同功能，允许硬件为手头的应用而做特别修改。“软件无线电”有时包含了“软无线电”。

特性

　　传统模拟无线电系统的射频部分、上/下变频、滤波及基带处理全部采用模拟方式，某频段和某种调制方式的通信系统都对应专门的硬件结构；而数字无线电系统的低频部分采用数字电路，但其射频部分和中频部分仍离不开模拟电路。与传统无线电系统相比,软件无线电系统的A/D、D/A变换移到了中频，并尽可能靠近射频端，对整个系统频带进行采样，这是软件无线电的一个突出特点。数字无线电采用专用数字电路，实现单一通信功能，无编程性可言。而软件无线电以可编程力强的DSP器件代替专用数字电路，使系统硬件结构与功能相对独立。这样就可基于一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能，并对工作频率、系统带宽、调制方式、信源编码等进行编程控制，系统灵活性大为增强。

关键技术

　　宽带/多频段天线

　　宽带模/数变换器(ADC)和数/模变换器(DAC)

　　高速并行的DSP部分

　　开放性及扩展性的总路线结构

　　软件协议和标准(如JTRS-SCA)

　　系统的功耗、体积和成本

体系结构

　　软件无线电的硬件平台采用模块化设计，是一个具有开放性、可扩展性和兼容性的通信平台。我们基于这一相对通用的硬件平台，通过加载不同的软件来实现不同的通信功能。通过使用软件无线电，可以快速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，构成具有高度灵活性的多模手机和多功能基站，这样不同通信体制就可以实现互联互通。

　　软件无线电的通用硬件平台设计通常采用总线形式。软件无线电的硬件平台比PC要求高得多,它需要宽带射频前端、宽带A /D /A转换器、高速DSP器件等。为了进行高速A /D /A变换及数字信号处理，软件无线电系统必须多个CPU并行工作。另外，数字信号处理数据要高速交换，系统总线必须具有极高的T/O传输速率。在目前符合要求的系统总线中，VME总线技术最成熟，通用性，且得到的支持最广泛。VME提供多个CPU并行处理，支持独立的32位数据总线和地址总线，速率达40Mb/s(甚至320Mb/s)，是软件无线电的总线方式。

优势

　　软件无线电提供了一个灵活的无线电结构，允许实时并确保服务质量的改变无线电的特点。

　　结构的灵活性允许业务提供商快速地升级基础设施以及开拓新业务市场。硬件结构的灵活性加上软件结构的灵活性（通过面向对象编程技术和目标代理技术）使软件无线电能够无缝的集成到多种具备不同空中和数据接口的网络中去。此外，软件无线电结构使系统利用软件轻松地获得新功能。例如，常见的升级包括防干扰、加密、语音识别和压缩，功率控制和最小化、寻址协议和错误修复机能。

　　这些功能非常适合3G和4G无线应用的要求以及无线网络的需求。总之，有五项因素推动着软件无线电为业界所认可和接受。

　　1． 功能多样。随着短程网络（如蓝牙、IEEE802.11）的发展，现在可以通过利用提供互补业务的设备来增强无线电业务。例如，一架蓝牙传真机可以向配备支持蓝牙接口软件无线电的笔记本电脑发送传真。软件无线电可重配功能可以支持几乎无限多种业务功能。

　　2． 全球移动性。今天，通信标准不只一个。单就2G而言，就有一个IS-136，GSM，IS-95/CDMA1以及许多其他不太为人知的标准。3G技术试图统一所有的标准。然而，3G内部也有许多标准。对“透明度”的需求（即无线电能够在世界不同地区运行九个、是全部标准）引发了“软件无线电”概念的出现。军用业务也面临同样的问题——军队各部门内部和各部门之间存在着互不兼容的无线电标准。

　　3． 紧凑和省电。采用Velcro方法（即每个系统由若干芯片构成）设计的多功能、多模式无线电随着系统数目的增加，体积将变大，功能效率将降低。然而，采用软件无线电的方法会得到一个紧凑的、（有时）功率效率高的设计，随着系统数目的增加尤其如此，因为同一片硬件可以重复用于实现多个系统和接口。

　　4． 易于制造。射频元件非常不易标准化，而且性能特性也可能一直会变化。对元件性能的优化可能要花几年的时间，从而延误了新产品的推出。总之，接收机中信号数字化越早，硬件设计需要的元件越少，生产商的库存目录越短。

　　5． 易于升级。在实施过程中，现有业务可能需要升级，新业务也可能需要引入。这种功能的增强必须在不打断现有基础设施运行的前提下完成。一个灵活的结构允许新增功能和性能增强，而不带来召回全部组成单元或替换用户终端而花销的费用。例如，声码器技术在不断地改进以更低的比特率提供更高的音质。随之新型声码器的出现，它们能迅速地应用到软件无线电系统中。此外，随着新型期间集成到现有基础设施中，软件无线电允许新设备和原有网络进行无缝接口——从空中接口一直到应用。

　　用户（消费者）期望得到服务，而不论他们正在什么地理区域，也不论世界上不同地区正在使用的技术是什么。携带能囊括各种技术的几个设备是不现实的。用户期望拥有一种能在所有地区使用的设备，也许只有通过对在各个地区使用的空中接口标准进行重新配置才能实现。通过动态下载软件来包括所需空中接口标准，通过向远程终端传送软件配置，这种空中升级快速实现了软件升级和新增功能。