軟件無線電范文

導語：如何才能寫好一篇軟件無線電，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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摘要 軟件無線電技術是一種功能多元化化的系統，它靈活多樣并且有機地融合了硬件、軟件以及無線電技術。軟件無線電技術基于模塊化、標準化、通用化的硬件支持平臺，借助于軟件編程程序實現了無線電臺的多功能化。軟件無線電技術的基本思想就是讓A/D模塊向天線模塊靠攏，并借助于軟件的優勢來實現無線電特性的多元化，讓通信系統能夠不再受到硬件的束縛，能夠在硬件通用和系統穩定的狀態下實現軟件功能的多樣化。

關鍵詞 軟件無線電；高性能總線技術；DSP 數字處理

中圖分類號TN91 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0179-01

1 軟件無線電技術的優勢

軟件無線電技術具有眾多的優勢，歸納起來主要有以下幾個方面：1）易于實現系統的模塊化。軟件無線電技術的基本設計思想就是模塊化設計理念。利用該技術，非常實現通信系統個的模塊化設計。通信系統的硬件平臺和電氣接口方面均嚴格遵循開放和統一的標準，如果需要進行維護或者提升系統性能，僅僅通過更換某一個模塊便可以實現，而不需要更新整個系統；2）全面的數字化。軟件無線電技術能夠為我們提供優秀于當前任何一個數字通信系統的全面數字化的通信系統。這主要是因為軟件無線電技術數字化處理的重點便是通信系統的基帶信號、射頻段以及中頻段；3）功能的軟件化。軟件無線電技術除了必需的具有良好通用性的硬件支持平臺之外，其他的各種功能均能夠通過軟件編程的方式來實現。一般情況下，軟件編程可以實現以下這些功能，主要包括：信源編碼、解碼方式以及可編程的射頻頻段、中頻頻段、信道解調方式與信道調制方式等等；4）優秀的可拓展性。軟件無線電技術具有非常優秀的可拓展性，不管是系統功能的拓展，還是系統功能的升級，均可以非差輕松地完成。由于軟件無線電技術基于模塊化、標準化、通用化的硬件支持平臺，因此在硬件方面的可拓展性不大，其優秀的可拓展性主要體現軟件方面。如果想要對系統進行升級或者拓展僅僅需要對相應的軟件進行升級或者拓展即可，非常方便。升級和拓展軟件要比改進和優化硬件電路簡單許多。借助于軟件工具，能夠根據實際需求來實現各種通信業務的拓展。

2 軟件無線電的關鍵技術

之所以軟件無線電具有傳統數字電臺無法比擬的優勢，其中應用了諸多關鍵技術。也正是由于這些關鍵技術的應用，可保持電臺功能以及款頻段的靈活性。以下將對幾種關鍵技術進行具體分析：1）開放式體系結構。在軟件無線電系統中，硬件設計建立在開放式總線結構基礎上，硬件與軟件均處于開放狀態，例如電氣接口與物理接口，根據通用的模塊標準進行設計。目前，基于通信的開放結構標準基本建立起來，但是軟件無線電技術中的適時數字信號處理、高性能信號處理等相關標準尚處于初級探索階段；2）中頻處理。在發射端的中頻處理中，基本實現已調基帶信號和中頻信號的轉換，這種轉換功能主要通過計算離散時間點來實現。對于接收端的中頻處理部分，如寬帶數字濾波，可以從業務波段中選擇，恢復到中等帶寬的用戶信道，并將信號轉換為基帶。通過濾波以及頻率交換的復雜程度，體現中頻段對處理能力的需求狀況，這一功能需要通過數字辦法來實現；3）實時軟件處理。在軟件無線電系統的多工作技術實現過程中，應實時納入全新功能軟件。雖然當前存儲器的容量已經比較大，但是所有軟件存儲其中仍承受較大壓力，因此軟件無線電系統可以通過特定的用戶入口端實現實時新功能軟件的裝載，通過重新分配、組構軟件資源，重組軟件功能，這就要求通信協議以及軟件的通用性、標準性；4）開放式總線結構。傳統的硬件平臺結構屬于流水線式，在這一結構中，各模塊采取實際硬件電路互連形式。一般情況下，各個模塊之間緊密耦合。如果系統涉及到功能的改變，就需要增加或者減少某一個模塊，這就會帶來結構中的變化。但是由于不具備開放性，因此也無法滿足軟件無線電技術的要求。鑒于此，人們在PC技術發展中受到啟發，提出了基于總線互連的系統，在相應系統中應用VME總線標準。尤其在軟件無線電系統中，通過應用VWE總線標準，進一步支持軟件無線電的擴展性、開放性平臺發展；5）寬帶模數（A/D）或者數模（D/A）轉換。在軟件無線電系統中，最理想的ADC位置應該與射頻天線盡量靠近，以此更精準地接收模擬信號，實現數字化轉換，最大限度獲得可編程性。在A/D或者D/A技術轉換中，應考慮以下幾點要素：量化噪聲、采樣方式、采樣效率、數值與效應等。當前，在軟件無線電系統的A/D或者D/A技術中，最大的困擾就是ADC采樣速率難以滿足軟件無線電的高精度、高速率要求，將成為今后努力方向。

3 軟件無線電技術在4G發展中的應用

隨著3G技術的日益發展與成熟，目前已經在市場運營中取得一定成績。當前，國際電信聯盟（ITU）已經著手準備“第四代移動通信標準”的制定，并逐漸達成共識，將移動通信系統與其他系統相結合，如WLAN、無線局域網等，4G技術應運而生。隨著4G技術的產生，數據傳輸效率將進一步提高，并可提供更豐富、更廣泛的任務，最終實現局域網、廣播、電視、商業無線網絡、藍牙等無縫銜接、兼容發展。在發展4G的諸多關鍵技術中，軟件無線電技術是承載4G發展的橋梁。隨著各種先進技術的交疊發展，更利于降低開發風險，因此未來發展的4G技術必須滿足各種類型產品的需要，軟件無線電技術恰好滿足產品多樣性需求，既可降低開發4G的風險，又支持更多系列產品的開發。另外，由于軟件無線電技術減少了硅芯片的應用，可有效降低成本，更利于推廣使用。在4G技術的網絡支持方面，由于通信系統選擇的是基于IP全分組形式基礎上的數據傳輸流，因此IPv6將成為下一代的網絡協議。總之，隨著計算機技術、通信技術以及微電子技術的快速發展，必然能夠有效解決軟件無線電技術發展中遇到的困難，讓軟件無線電技術在未來4G通信技術中獲得更好的發展空間。

參考文獻

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摘要：文章提出了運用軟件無線電、有線及無線高速網絡、云計算等技術等3項新技術相結合的全新的無線電監測系統的設想、框架及應用模式，一改傳統無線電監測基礎思想和模式，為新一代的無線電監管技術及體系的發展提供參考。

關鍵詞：軟件無線電；無線電監測；云計算

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

隨著無線電通信應用的日益廣泛、電磁環境日趨復雜，無線電監管的工作難度也在持續不斷地增加。無線電監管工作的有效性直接影響著無線電頻譜資源的有效使用、民用日常通信需求的保障、國家機器的正常運轉，甚至在戰時環境下會決定軍隊及國家的安危，因此世界各國都非常重視無線電監管工作。當代無線通信的復雜性和設備的廣泛性對監管工作的有效性提出了更高的要求，因此各國都建有自己的監管機構和技術體系，如：美國設有一個監控中心、13個監測站；中國設立中央、省、地市3級管理和監測建制機構，并建有短波、衛星、超短波3張監測網，部分監測網設有多個遙控監測站[1]。小到一場考試、中到舉辦一場活動的（如北京奧運會、上海世博會等）保障、大到國家安全保衛均納入無線電監管行為中。

當前用于無線電監管的主要設備有掃頻儀、寬頻接收機、定向天線等（衛星監測除外），主要對無線電發射的基本參數，如對頻率、電平、示向度、仰角、測向質量等系統地進行測量、傳輸；調查、記錄有關干擾源、背景噪聲等電磁環境情況；判明并解決干擾問題；保護合法無線電臺站用戶的權益；查處非法無線電臺站的干擾等。這樣的傳統模式鑒于歷史傳承及技術發展水平的限制，目前通常只記錄結果數據，而不是監測到的某個信號的原始數據，如果一個信號從此消失，而監測系統卻無法對其進行解碼時，則會存在無法回溯等不利情況的發生。

目前，有基于軟件無線電的無線電監測模式[2-3]，也有基于遙測站類型的網絡化監管體系，但它們均基于“結果”的應用模式。如圖1所示，如果能在現場采集被監測信號的“原始樣子”，再把該信號數據直接送到監測中心存儲，并使用大型計算機對其進行分析，甚至可以在任何需要時對采集到的信號數據進行二次、三次分析，就能夠徹底解決傳統模式中受限于設備、不可回溯等重要缺陷，使無線電監管體系上升到一個前所未有的高度。這種設想目前在全球范圍內仍是一個空白。

隨著高性能的軟件無線電接收機、越來越廣泛和高速的互聯網絡、能提供強大的存儲和計算能力的云服務的誕生，這種全新的監管模式將逐漸成為一種可能。傳統無線電監測模式和設想的云無線電監測模式對比如表1所示。

1 監測模式架構設想

基于上述設想可以看出：使用高性能的軟件無線電接收機可以得到目標現場信號的完整采樣，通過超高速互聯網可以將將信號的原始采樣數據送往強大的存儲和計算能力的云服務，這樣以來原始采樣數據就能夠完全存儲，并利用軟件無線電的處理思想進行后期分析。無線電監控將會實現從“分散的結果樣本”到“原始的數字底片”+“強大的后期分析”的質的跨越。

在信號處理上，傳統的無線電監測是讀取監測儀器的處理結果而不是得到信號的原始信息，新模式獲取的是信號的原始采樣結果。這好比數碼相機是輸出一張已經在相機內部處理和壓縮過的JPG圖片，還是一張RAW圖像之間的區別。很顯然，獲取到最原始的信息則會更有利于后期的處理，并且能夠得到更準確的結果。

全系統由網絡無線電監測傳感、高速互聯網絡、云存儲、云計算構成，其中主要的分析處理由云計算中心完成，包括不明信號發現、監測定位、測量信號的頻率、場強、帶寬、調制方式、發射源位置、頻譜圖等信號特征數據分析。根系結束后可將結果即時傳送到相關機構或者人員，以便進行進一步處理，如圖2所示。

1.1 基于軟件無線電的監測網絡

傳感器

軟件無線的電定義為：一個無線電系統中，天線以后就數字化，對信號的所有的、必要的處理都由存放在高速數字信號處理器中的軟件來完成。采用數字信號處理技術，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義可以實現無線電臺的各部分功能，包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等等。軟件無線電的主要特征是將天線接收到的信號盡早地完成模擬到數字的轉換，之后主要依靠軟件來實現信號的處理和應用[4-7]。軟件無線電接收機具有很高的靈活性、大動態范圍、高靈敏度、快速掃描（如：1 GHz/S）、高精度等性能，不僅可以作為通用接收機、更可以作為高速搜索接收機和測量接收機等，如圖3所示。

在該方案設計中，單運用軟件無線電的這些固有特性還是不夠的，重要的是需要將模數轉換(A/D)后的數據直接送往云計算平臺，以實現采集到的原始信息數據“原封不動”地被中心獲取到，而不是已經被現場監測設備“處理過”的結果。

在傳統的軟件無線電接收機的A/D級后增加了網絡通信模塊，直接將A/D后的結果數據通過網絡通信模塊發送到承載網絡上。另外，網絡無線電監測傳感需要能接受控制中心的按需監測需求，諸如智能波束天線的指向、監測頻段帶寬、數據傳送上級站等全系統控制參數，如圖4中所示。

一個能輸出原始信號采樣信息、監測參數受控的軟件無線電接收機，可以代替傳統的監測設備，這就是我們需要的無線電監測的網絡傳感器。我們可以將它放置在我們想要放置的地方，同時接受中心的控制進行檢測，并為監測中心“如實”地送回了監測目標現場原始信號的完整采樣信息，從而被稱為監測體系中的“千里眼”。

1.2 承載監管系統的互聯網絡傳輸

鏈路

要將實時高速的監測原始結果數據送到云端，需要有高速可靠的網絡承載整個監測體系中各個模塊的互連任務。

計算機網絡技術經過四十多年的發展，系統和系統之間、區域間的互聯從起初的很困難到廣域、城域網的廣泛，接入方式和接口形式從起初的五花八門到現在以以太網為主，速度從幾K提升到10 Mbit/s、100 Mbit/s、1000 Mbit/s、10 Gbit/s、并將步入40/100 Gbit/s[8]，無線局域網絡技術也有了高速的發展，速度在802.11 n上已經能達到300 Mbit/s并且開始展望600 Mbit/s，可以預期在不久的將來無線局域網將會有更高的接入速度，如圖5中所示。

目前主流的千兆以太網和802.11n 300 Mbit/s無線局域網的實際有效傳輸的帶寬為900 Mbit/s以及80 Mbit/s左右。使用無線網絡足夠本地局域范圍內的幾路軟件無線電監測網絡傳感器無線連接，而到了有線千兆網絡后足以承載多達數十路匯聚后的傳輸任務。

1.3 監管體系云計算平臺

云計算，是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備。云計算的核心思想是將大量用網絡連接的計算資源統一管理和調度，構成一個計算資源池向用戶按需服務[9-10]。

本方案設計中云計算承擔著全監測網監測管控、高速數據存儲、監測分析等主要功能，在整個監測網絡中大量的軟件無線電監測網絡傳感器會生成大量的監測原始信號采樣信息送往云計算中心，由一個控制中心加若干個云計算節點來完成整大負荷計算及分析任務。

其中，海量監測原始數據保存可能會成為系統最大的瓶頸。隨著中央處理器(CPU)及周邊芯片組和高速大容量存儲器件的發展，新一代的內存數據庫容量可以達到TB級、吞吐速度可以達到每秒GB級，高于傳統磁盤陣列幾個數量級。數據存儲可以采用內存數據庫來完成高速的實時數據收集，并根據需要直接在內存數據庫中進行高速分析，最后將有效的信息數據轉存到實體磁盤存儲陣列，如圖6所示。

1.4 監管控制系統及監測分析軟件群

由一個或多個云計算節點擔負監測網的監測分析任務，可以采用由市級計算中心擔負，或省、市兩級計算中心擔負，甚至國家、省、市3級計算中心聯合擔負的組合方式。

全網監測工作受控并協調于監測控制中心的系統控制軟件，各個分節點可以分開承擔不同區域的無線電監測網絡傳感器的數據存儲、計算工作，也可以擔負前期實時分析或后續分析等不同階段的分析任務等。

監測分析軟件群需具備可加載、組件化、可組裝等特性，以實現對被監測無線電信號的全方位、多角度分析。組件需包含：用于數據接收和存儲的數據采集軟件；基于頻譜掃描、頻譜分析、頻率活動特性分析等各種基帶信號分析軟件；用于基礎信號處理的降噪處理軟件、數字變頻軟件等；用于信號解調的調制模式識別軟件、各種模式解調插件等；用于結果信號的降噪處理軟件、信號變換軟件等；同時需要有用于結果記錄及分析統計的后續結果數據處理軟件等；基于分析結果應用的結果通信、分發、指令指揮等軟件[11-12]。

全套的軟件架構和通信、監測傳感器構成了完整的監測系統。

2監測應用模式格局

在實現基于軟件無線電網絡監測傳感器、高速互聯網絡和云計算平臺的無線電監管體系網絡后，無線電監測工作將會一改依賴于傳統的監測設備多點布設困難、設備投入大、受“結論”限制等困惑。我們可以將一個或多個軟件無線電網絡監測傳感器放置在有利于進行監測的地點，進而可以通過網絡將監測到的原始信號數據送回監測中心，并依托中心強大的存儲和計算平臺對原始信號完整采樣信息進行綜合分析并實現監測。

2.1 局部保障應用模式

傳統的局部小范圍保障，如考場監測、小型活動保障等，基本采用無線電移動監測車作為臨時中心、多個監測人員使用便攜監測設備配合的方式來完成，這種模式的缺點是顯而易見的，如：移動監測車因為現場安排原因可能無法進入現場的最佳位置；監測工作主要依靠人員的臨場判斷完成，如考試一類的活動往往于多場地之間同時開展，監測車、檢測設備以及監測人員等卻難以滿足保障需求等等。

在本設計方案中，可采用多個無人值守網絡無線電監測傳感器合理布置在現場合適的位置，如房頂的某幾個有利監測的角落等，移動監測車可以停留在，擔負網絡無線電監測傳感器的通信橋接和現場信號的初級處理。甚至可以無需移動監測車，而將多個網絡無線電監測傳感器的通信直接匯聚到現場的某個互聯接入點上，實現和監測中心的聯網工作。現場處置人員可以由相關部門執法人員去完成。一方面監測工作質量可以得到有效保障，另一方面可以節省大量的人力和物力，使資源消耗降到最低。

圖7、圖8分別為局部臨時保障區域系統工作原理示意圖和現場布置圖，其中假設現場不允許或不方便使用有線連接，這時則可以使用高速無線網橋來橋接各個網絡無線電監測傳感器和移動監測車之間的信號通信。

2.2 區域監測應用模式

在區域中的合適位置設置多個相對固定的網絡無線電監測傳感器，可以對整個監測區域進行日常不間斷監測，也會使某些臨時任務變得更為簡單、有效。包括：日常無線電波監聽、測量、測向和定位、電臺識別、干擾識別、電磁環境監測等；驗證正常的無線電臺站的技術參數和操作特性，確定是否遵守執照核定的項目；監測有關頻譜的占用情況，進行有關頻率、發射功率、天線增益、調制類型、占用帶寬、信道載荷和占用度、場強等的測量，進行有關的信號與系統分析等。在以計算機系統集中處理、軟件為主的模式下這一切功能需求的實現將會得到有效支撐。如圖9所示，在地級市臺州市范圍內的幾個制高點部署無線電監測傳感器，在市無線電管理中心即可實現全市范圍內無線電監測。

2.3 應用展望

監測區域的大小和網絡無線電監測傳感器的性能指標、數據存儲的I/O指標和計算中心的處理能力成比例關系，當需要將這種模式布置到更大的范圍時，可以預見的是需要有大量的網絡無線電監測傳感器、覆蓋更為廣泛的互聯接入服務、更為龐大的數據存儲能力、更為強大的計算能力以及更高效的無線電監控算法和龐大的軟件系統。

3結束語

隨著無線電應用的日益廣泛、電磁環境的日趨復雜，無線電監管的工作難度也在持續不斷地增加，基于目標現場的信號完整采樣、并將原始采樣數據完全存儲、以軟件無線電的處理思想進行后期分析，都將會給無線電監管工作帶來質的改變。這種全新的監管模式隨著高性能的軟件無線電接收機、超高傳輸速度的網絡、能提供強大的存儲和計算能力的云服務的誕生將逐漸成為一種可能。

4 參考文獻

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收稿日期：2012-03-28

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軟件無線電作為近年來通信技術發展的一項最新的研究成果和重要的發展領域，是現代化軟件操作的無線電通信，因此信號的復雜程度越來越高。本文針對無線電信號的模擬技術，借助軟件無線電的思想，利用直接數字頻率合成（DDs）為中心，構建一個能夠通用的軟件平臺，通過利用各種軟件將各種復雜的信號模擬出來。這種方式能夠模擬出信號，且實現的路徑比較簡單。文章最后利用脈沖壓縮雷達設計出硬件平臺，測量的結果顯示該方式設計合理有效，具有較高的技術價值。

【關鍵詞】軟件無線電信號 直接數字頻率合成 模擬技術 應用

近年來隨著微電子等技術的發展，無線通信技術發生了一個短暫的變化過程，實現了從單工到移動通信之間的轉變。通信體制和標準較高，再加上通信行業的競爭比較激烈，造成了資源的利用緊張。隨著無線通信技術的發展，新的系統和標準層次也相應的產生。本文通過高性能的直接數字合成芯片模擬出軟件無線電信號。

1 硬件平臺的關鍵器件

本次研究用到的關鍵器件有AD9858和XC2V500 6FG256C。AD9858包含10為數模轉換器，能夠寄存32位可編程頻率，具有自動頻率掃描的功能。AD9858工作模式主要分為3種，能夠實現頻率掃描、單音頻和全睡眠模式。三種不同的工作模式下，AD9858能夠產生不同的信號。在單音頻模式下，AD9858能夠產生單頻輸出信號，并且對內含的4個頻率字寄存器進行寄存。在頻率掃描的模式下，能夠自動的掃描完成工作，并且不受其他寄存器時速的限制。因此無論AD9858在何種模式下工作，都能夠改變信號的頻率和相位，能夠實現混合調制。

FPGA作為VirtexII系列的一種，內含有一塊XC2V500 6FG256C，內部的時鐘速率為420MHz，該系列內分布有嵌入式乘法和分布式存儲器，能夠依據平臺的特性對信號進行特殊處理，能夠在模擬數據的過程中未DDs提供實時的控制保障。

2 硬件平臺設計

2.1 整體結構

普通調制信號的時域表達式為：

S（t）=α（t）cos（Ωt+θ（t）） （1）

其中角載頻為Ω。針對一個復雜的信號，高頻載波信號主要以正弦波為主，頻率和幅度發生了相應的跳轉，其中α（t）和θ（t）作為一個調制函數，具有可變的波形、頻率和幅度等。

通過數字直接合成S（t）的復雜信號，采樣率為1GHz，數據寬度為16位，傳輸帶寬度需要16×1000M=16000MBPS，數據的存儲深度為16×1000M=16GB/S，因此采用復雜信號方案，具有較高的成本。圖1為基本的原理結構圖。本文主要模擬的高載波和低頻的調制信號，高頻載波信號具有較高的性能，主要是通過FPGA來實現，調制信號被模擬出來后通過AD9858來調制，幅度脈沖調制函數信號通過數字模擬轉換器自動調制，這樣能夠降低軟件的要求，減少計算量。

2.2 高頻載波的發生

在設計時AD9858采用1GHZ，讀寫數據采用并口方式，設置vhuAD9858的外部選擇信號，輸出的頻率達到350MHz，通過混頻的方式進行變頻。頻率的控制能夠進行中央處理單元的實現，能夠將頻率字寄存在寄存器中，得到頻率控制字：

FTW=（Fo×2N）/SYSCLK （2）

其中SYSCLK為參考時鐘。

高頻載波不僅能夠利用單純地連續波輸出，還能夠實現頻率的轉變，實現頻率的掃描，模擬出復雜的信號。通過改變AD9858頻率相位字能夠實現頻率捷變和頻率相位的調制，AD9858采用并口的方式傳輸數據，需要改變AD9858的每一個相位，實現最短的傳輸時間，傳送的次數至少達到72ns。在改變頻率時能夠經過1個參考周期，時間為83ns，這樣從頻率的觸發到輸出需要的時間也就是芯片轉變時間的總和，數值為155ns。本文的設計需要將時間控制在100ns以內。利用AD9858的直接掃描功能，將掃描的頻率相位控制為1，并且使用累加的功能進行頻率的再次掃描。

2.3 復雜信號模擬發生

載波頻率的相位調制需要將信號直接輸入到AD9858中，AD9858控制FPGA把調制的信號直接進行及時的運算，將數據發送給AD9858進行信號輸出，如果調制載波的幅度脈沖，需要通過DAC將數字信號轉化成模擬信號，然后輸入到AGC電路中，實現對幅度脈沖的調制。

3 應用脈沖壓縮雷達信號模擬實例研究

3.1 脈沖壓縮雷達

在現代雷達中脈沖壓縮體制具有大時寬帶寬積，能夠在探測中提高自身的能力，提高測量距離的分辨力，并且不受其他信號的干擾。目前常應用的有FSK（頻率編碼信號）、NLFM（非線性調頻信號）以及線性調頻信號（LFM）等本文主要應用的脈沖壓縮雷達為線性調頻信號，該類型的信號具有良好的處理能力，過程簡單，具有多普勒特性。

3.2 線性調頻脈沖信號模擬

圖2為線性調頻信號，主要對連續波在時域內進行調頻和調幅，本次設計主要是針對AD9858的線性掃描功能，能夠直接生成線性的載波信號，使用FPGA直接生成復包脈沖信號。

脈沖序列在FPGA中能夠控制每個脈沖的周期和脈沖的寬度、個數，并且根據序列的要求，將每個序列的頻率字、脈沖的寬度、個數等存入到RAM中，進行模擬時能夠將這些內容轉移到寄存器中，如計數寄存器、脈沖寬度寄存器等。一個周期為累加器溢出一次，控制好RAM地址，讀取脈沖的參數值，實現具有控制功能的脈沖輸出。AD9858線性調頻的控制在FPGA中完成，實現脈沖信號的輸送。AD9858線性調頻的參數經過中央處理單元存入到FPGA寄存器中，并且在寄存器中按照一定的順序輸出脈沖信號，完整整個的線性調頻脈沖信號的模擬。

在電路設計和調試完成后，對多個復雜的信號進行模擬，采用頻譜分析儀，脈沖壓縮雷達的起始頻率為310MHz，頻偏為10MHz，頻率增加幅度為-10MHz，脈沖的周期為20us，脈寬為10us。測試的結果顯示輸出的最高頻率為350MHz，掃描的時間為50ns，中心頻率為300MHz，頻率的寬度為100MHz。

4 結論

基于DDs的設計方案能夠以數字的形式對復雜信號進行模擬，具有較高的性價比，操作簡單，提高了電路的性能，滿足了硬件的要求，具有良好的應用效果。隨著無線通信技術的發展，需要開發更多的信號模擬技術，不斷的克服缺點和弊端，提高技術的實用價值。

參考文獻

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【關鍵詞】軟件無線電；智能天線；波束形成

0.引言

隨著信息化社會的發展，移動通信信號頻譜密度越來越高，如何消除多址干擾（MAI）、共信道干擾（CCI）以及多徑衰落的影響成為提高無線通信系統性能時要考慮的主要因素。基于軟件無線電的智能天線具有自動地適應環境變化，增強系統有用信息的檢測能力，優化天線方向圖，并能有效地跟蹤有用信號，抑制和消除干擾及噪聲，從而保持系統性能在某種準則下處于最佳狀態。使用軟件設計完成自適應算法更新，可以在不改變硬件配置前提下增加系統的靈活性[1]。

1.軟件無線電的基本概念

軟件無線電是以現代通信理論為基礎，以數字信號處理為核心，以微電子技術為支撐，以具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件為平臺[2]，通過配置不同應用軟件來適應不同用戶、不同應用環境的不同需求，實現各種無線電功能的無線通信系統。

軟件無線電主要由天線、射頻前端、寬帶A/D-D/A轉換器、通用和專用數字信號處理器以及各種軟件組成。軟件無線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段，要求每個頻段的特性均勻，以滿足各種業務需求。射頻(RF)前端在發射時主要完成上變頻、濾波、功率放大等任務，接收時實現濾波、放大、下變頻等功能。模擬信號進行數字化后的處理任務全由數字信號處理(DSP)軟件承擔。為了減輕通用DSP的處理壓力，通常將A/D轉換器傳來的數字信號，經過專用數字信號處理器件處理，降低數據流速率，并將信號變至基帶后，送給通用DSP進行處理。

軟件無線電具有很強的靈活性，可以通過增加軟件模塊，方便地增加新功能。在軟件無線電中，諸如信道帶寬、調制及編碼等都可以進行動態調整，以適應網絡標準和環境、網絡通信負荷及用戶需求的變化。軟件無線電具有較強的開放性，由于采用標準化、模塊化結構，其硬件可以隨器件和技術的發展而更新或擴展，軟件也可以隨需要不斷升級。由于軟件無線電所具有的靈活性、開放性等特點，使其不僅在無線通信領域得了應用，而且在電子戰、雷達、信息化家電等領域得到推廣。

2．智能天線的結構和基本原理

圖1 智能天線的結構

智能天線利用現代數字信號處理技術，選擇合適的自適應算法，動態形成空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，從而達到充分利用移動用戶信號來抵消或最大程度的抑制干擾信號的目的，其典型結構如圖1所示，主要由天線陣列、射頻前端、A/D轉換器、自適應信號處理器和接口電路等組成。當系統處于接收狀態時，由各個天線單元接收到的信號，首先經過射頻前端進行濾波、放大、下變頻等處理后，再進行A/D變換，送入自適應信號處理器與一組復加權系數進行加權處理（實現接收信號與權矢量之間的內積運算），從而產生波束輸出。

智能天線不同于常規的扇區天線和天線分集方法，它可以為每個用戶提供一個很窄的定向波束，使信號在有限的方向區域發送和接收，充分利用了信號發射功率，降低了信號全向發射帶來的電磁污染與相互干擾。

3．自適應波束形成算法簡介

智能天線所處理的信號是在時域、頻域上完全重疊，只在空域上分離(來自不同方向)的多路信號，智能天線所起的作用實質上就是—個空域濾波器。自適應波束形成算法是將天線與數字處理技術相結合，利用空間特性來改進接收系統輸出信噪比，通過軟件編程在自適應信號處理器上實現的。它不用對硬件做任何操作，只需要通過修改軟件，就可以方便新系統，以適應不同環境和不同場合的要求。采用自適應波束形成技術的智能天線可通過自適應算法調整權值，任意改變方向圖，在有用信號方向形成主波束，而在其它用戶方向增益較低或零陷，減少了其它用戶所引起的多址干擾，同時還可以降低接收信號的衰落程序，提高系統性能。

從是否需要參考信號（導頻序列或導頻信道）的角度，自適應算法一般分為非盲算法、盲算法兩類。非盲算法是指需借助參考信號的算法，此時收端知道發送的是什么，進行算法處理時要么先確定信道響應再按一定準則（如迫零準則[4]）確定各加權值，要么直接按一定的準則確定或逐漸調整權值，以使智能天線輸出與已知輸入最大相關，常用的相關準則有MMSE(最小均方誤差)、LMS(最小均方)和LS(最小二乘)等。盲算法則無需發端傳送已知的導頻信號，判決反饋算法是一類較特殊的算法，收端自己估計發送的信號并以此為參考信號進行上述處理，但需注意的是應確保判決信號與實際傳送的信號間有較小差錯。 非盲算法相對盲算法而言，通常誤差較小，收斂速度也較快，但需浪費一定的系統資源。

4.結束語

采用軟件無線電實現智能天線,因為不需要對硬件組態進行任何改變，所以系統具有易維護、易應用的操作環境，可以提高系統的運用彈性和擴充能力。將智能天線用于移動通信系統，可增大信道容量，提高系統可靠性，擴大基站覆蓋范圍、降低鄰道干擾等。但是智能天線引入使得對元器件性能要求更高，增加系統的復雜性以及波束賦形的性能導致移動速度受限等。

【參考文獻】

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篇5

軟件無線電是近幾年來提出的一種實現無線通信的新概念和體制。它的核心是將寬帶ND和D／A變換器盡可能靠近天線，而電臺功能盡可能地采用軟件進行定義。軟件無線電把硬件作為無線通信的基本平臺，對于無線通信功能盡可能用軟件來實現。這樣，無線通信系統具有很好的通用性、靈活性，使系統互聯和升級變得非常方便，這很可能使軟件無線電成為繼模擬通信到數字通信和固定通信到移動通信之后的無線通信領域的第三次突破。

以現代通信理論為基礎，以數字信號處理為核心，以微電子技術為支撐的軟件無線電技術自從提出以來，便引起了包括軍事通信、個人移動通信、微電子以及計算機等電子領域的特別關注和廣泛興趣。尤其是在最近幾年突飛猛進的發展成長，逐漸壯大，更加使得人們普遍認為軟件無線電技術將促進無線通信，甚至整個無線電領域產生重大變革，并由此推動電子信息技術的快速發展，最終在全世界范圍內形成巨大的軟件無線電產業市場，帶來巨大的經濟效益，推動社會和技術進步。

軟件無線電突破了傳統的無線電臺以功能單一、可擴展性差的硬件為核心的設計局限性，強調以開放性的最簡硬件為通用平臺，盡可能地用可升級、可重配置的應用軟件來實現各種無線電功能的設計新思路。

通信的需求是軟件無線電進步與發展的巨大驅動力。它是解決目前無線通信系統多標準、多模式兼容工作以及相互操作性和多系統共享頻率資源等問題的最好途徑。

軟件無線電技術的特點

1、具有完全可編程的特性，包括可編程的天線波段、信道接入方式、信道調制解調、數據速率大小等，通過軟件提供指令，實現控制和操作、管理和維護功能；

2、系統結構通用，功能實現靈活，改進和更新也很方便快捷。高速A／D／A實為一個標準接口，其作用是將RF／IF部分和通用的數字／軟件部分連接起來。只要它們的帶寬和處理能力滿足系統要求，都具有很好的通用性；

3、使得不同系統之間相互操作成為可能；

4、復用的優勢，系統結構的一致性使得設計的模塊化思想能很好地實現，并且這些模塊具有良好的通用性，能在不同的系統及其升級時很容易地復用；

5、在軟件無線電中，軟件的生存期決定了通信系統的生存期。一般地，軟件開發的周期相對于硬件要短，開發費用要低；

6、由于系統的主要功能都由軟件實現，因此可方便地采用各種新的信號處理手段提高抗干擾性能。其他諸如系統頻帶監控、在線改變信號調制方式等功能的實現也成為可能。

軟件無線電在衛星通信中的應用

通信衛星主要由天線分系統、通信分系統、電源分系統、控制分系統等部分組成。其中，通信分系統主要由射頻部分和轉發器等組成。射頻部分包括指令檢測、遙控設備和頻率調制、解調設備，主要用來實現對射頻的發射、接收、調制和解調。目前，它的調制模式、多址方式、編碼格式等一般均是固定不變的。如果采用軟件無線電技術，那么就可以通過軟件隨時改變調制模式、多址方式、編碼格式等，從而大大提高其靈活性以及抗干擾的能力。同理，在處理轉發器中也完全可以應用軟件無線電技術，來完成寬帶的A／D及D／A轉換、調制解調以及編碼。

低軌微型衛星通信系統可以提供全球性實時話音／數據通信和非實時的S&F業務。由于它已經成為衛星通信系統的一個重要組成部分和實現全球個人通信的重要手段，所以這里選舉它為典型代表來說明軟件無線電技術在衛星通信系統中的應用。將軟件無線電臺結構的概念應用到低軌微型衛星通信系統中，將會很好地解決如不同系統的兼容性，互聯互通及綜合應用等問題，促使微型衛星通信系統的發展，為用戶提供更為靈活和方便的通信服務。

1、用軟件無線電技術解決微型衛星通信系統的兼容性問題

近年來，各種各樣的移動衛星通信系統紛紛涌現出來，其中，中低軌系統大都采用小型衛星。這些系統分別提供全球性和區域性的以話音為主的移動衛星通信業務。由于它們在通信體制、網絡組成、系統管理等方面互不相同，各系統內的用戶終端不能直接訪問其它系統。目前只有通過信關和網關來實現不同衛星系統之間的互連互通，但這并不是一種特別有效的解決方法，隨著新系統的不斷涌現，會使終端兼容性等問題日益嚴重。利用小型衛星提供業務的系統也存在著終端兼容的要求，這一情況是由兩方面的因素造成的：

(1)為了充分利用各小型衛星通信系統業務的能力，以使其運營費用進一步降低，需要衛星能夠為不同的系統用戶提供服務，同時用戶也能方便地接入各系統。

(2)為了降低信息的傳輸時延，S&F業務微型衛星需要借助與其它系統，如地面網絡、同步衛星通信系統等來加速其信息的傳遞。同時衛星通信系統作為對地面通信網重要的支持和不可缺少的補充，其和地面通信網的綜合應用問題也提出來了，目前所采用的雙模式手機只能達到兩種不同系統的綜合應用要求。

由于軟件無線電臺的功能完全由軟件定義，可以程控，所以只要在處理能力、采樣速度等方面允許的條件下，就能夠利用軟件無線電臺對輸入信號的調制模式、多址方式、編碼格式進行自動識別和解調，實現信息的正確接收；同時軟件無線電臺還可根據需要選用適當的特定的通信體制與特定系統進行通信。軟件無線電技術利用可編程數字下變頻在基帶完成信道選取，通過基帶處理的軟件模塊不同來兼容不同的系統。因此，只有軟件無線電技術才能在嚴格意義上圓滿的解決系統兼容和綜合利用問題。

2、采用軟件無線電技術將有利于微型衛星通信技術的更新

衛星通信系統與地面系統的另一個重要差別是：衛星一旦進入運行軌道，對衛星的硬件部分無法進行改動，因此由星載硬件設備決定的技術體制就無法更新。同時微型衛星通信的在軌壽命可達3-5年，甚至更長(因為許多微型衛星采用被動姿態控制方式)。這將嚴重制約著新技術在衛星通信領域內的及時運用。

利用軟件無線電技術的基本思想，賦予微型通信衛星星上處理以新的內涵。將微型通信衛星全部或大部分的通信功能由軟件定義，并在設計時考慮到一定的處理冗余度。那么當需要對微型衛星星載通信子系統的某些環節，如調制／解調技術、多普勒頻移校正、成形濾波等進行改進，只需要對其中的部分軟件進行在軌重新加載，便可以完成原來所無法實現的衛星在軌技術更新，從而達到延長衛星技術壽命的目的。國外在這方面進行了有益的嘗試，如Vosat-3&5、Posat-1都進行了具有軟件無線電雛形的在軌衛星通信體制更新試驗，證明在軌衛星通信體制的更新是完全可能的。按照軟件無線電的思想將會出現完全依賴于軟件定義的新型微型通信衛星，其

星體具有相同或相似的硬件結構，而根據軟件的不同將擔負不同的使命。

3、現階段實施方案的設想

雖然軟件無線電技術在微型衛星通信中有著良好的應用前景，但是由于受處理器件能力、處理技術等方面因素的限制，在現階段尚不能完全按照標準軟件無線電臺結構建立一套微型衛星通信系統。然而，從另一方面看，既然軟件無線電技術的優越性已經被業內人士普遍認可，現今只是在具體實施上遇到些困難，相信將來必定會隨著技術的進步而逐步得到解決。

在目前的技術條件下，可以將中頻以下的功能由軟件來實現，而保留現有的射頻部分或采用可更換的射頻模塊的方法來構造具有部分軟件無線電特色的微型衛星通信系統。這一設計思想已在美國的Speak easy II(易通話II)無線電臺中得到了實踐，Speak easy II可以在程序的控制下與現在使用的15種無線電臺互通。根據這一思想，構成的試驗性低軌微型通信衛星子系統的框圖如圖1所示。用戶終端的結構框圖如圖2所示。

軟件無線電在衛星測控中的應用

衛星測控系統一般由跟蹤分系統、遙測分系統和遙控分系統組成。目前，我國衛星測控設備都是由傳統的硬件組成，功能固定，而且各類衛星測控系統的工作頻率、調制體制、編碼體制和測距體制各不相同，各種衛星之間測控信道也不能相互通用，這樣無疑加重了研制負擔，造成資金浪費。針對這一問題，國內外正在利用高速A／D、DSP、高速并行總線、計算機技術以及軟件技術，對測控信道和處理終端進行全數字化和軟件化研究開發，并且已經取得顯著成績。現今，該領域依然繼續朝著綜合化、數字化、軟件化的方向努力拓展邁進，而未來最為理想的解決辦法就是采用軟件無線電技術。

在衛星測控中，由于星上測控設備受到重量、體積、功耗和射頻頻率使用等多方面條件因素指標的限制，因此通常采用多個副載波調制一個載波的系統，這些副載波可以是單一的正弦波，也可以是已調副載波。如果射頻頻率選在S波段，一般便稱之為S波段測控系統。與我國中、低軌道衛星原來使用的超短波體制相比，S波段統一測控系統有著明顯的優點，它將是國內中、低軌道衛星測控系統采用的主要方式。于是下面以S波段為例對星載測控信道加以分析。

1、測控系統引入軟件無線電技術的優勢

測控系統設計首先要進行信道設計，根據使用要求選擇系統的工作頻率、調制體制和基帶信號，并進行信道功率分配以及副載波頻率干擾計算等，以便確定可靠完成信息傳輸的最佳方式。由于各種衰減和噪聲不同程度的影響是客觀存在的，不同的衛星中，調制方式以及調制參數常會有不同的選擇，引入軟件無線電技術，會產生下列優點：

(1)在設計的同一硬件平臺上，配置不同的軟件，即可實現不同的具體信道設備。這樣不僅能夠加快研制進度，而且還可以節約大量資金，避免不必要的浪費。

(2)對于衛星在軌運行期間，使得通過先進的遙控手段實現系統動態配置更新成為可能。

2、測控信道軟件化應按階段分步驟實施

盡管利用軟件無線電技術有上述優點，但是，由于軟件無線電技術是一個新興的課題，許多體系結構仍舊處于不穩定的變動之中并且受到DSP、ND等器件性能的制約，所以當前要立刻全面實現理想的軟件無線電設計還有困難。比較現實的測控信道軟件化應該按階段分步驟實施：

(1)首先，對傳統體制的模擬微波統一測控信道進行數字化、軟件化。傳統體制的微波統一測控信道，傳輸信號為遙控、遙測和測距信號，一般帶寬較窄，接收機在中頻可以采用帶通采樣。

(2)其次，在測控信道軟件化過程中引入新型的測控體制，如擴頻碼分多址與微波統一測控等，進而實現測控信道與測控終端綜合化、軟件化設計。

(3)最后，隨著DSP、FPGA等數字電路的飛速發展，寬帶的數據和跟蹤測控信號按照擴頻碼分多址方式要想實現統一載波測控信道的軟件無線電設計也將成為可能。

3、現階段實施方案的設想

下面針對現階段的具體情況，簡單介紹一種對傳統體制的模擬微波測控信道數字化、軟件化的方案設想。采用軟件無線電思想的測控信道原理設計框圖如圖3所示。圖中，天線、上／下變頻器、帶通濾波器等射頻部件可設計幾種通用的標準化產品，由于測控信號一般為窄帶信號，在中頻可用帶通采樣，這樣能夠把中頻中的帶通信號變換為較低中頻的基帶信號，而不必使用可編程的數字下變頻器，但A／D轉換器的模擬輸入帶寬應高于被采樣的中頻信號的最高頻率。為了使產品具有良好的適應性，ND的采樣頻率最好是能夠根據情況變化的不同進行隨時重新配置。另外，對于寬帶測控信號則要采用下變頻器。

展望

未來的無線通信系統將是多制式、多模式的通信系統，可以提供包括多媒體在內的多種服務類型。軟件無線電以其強大的可配置能力和可編程能力將成為未來通信系統的首選。軟件無線電的技術發展將大致可分為硬件、軟件兩個方面。

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關鍵詞：無線通信 軟件無線電 ARM 模塊化 通用軟件平臺

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0199-02

軟件無線電[1]是近年來由相關通信機構提出的一種新的實現無線通信傳輸的體系結構。它的提出目的在于解決現在無線通信領域所存在的一些問題，如：多種通信體系架構并存[2]，各種行業標準競爭激烈[3]，頻率資源匱乏等等。特別是隨著無線個人通信系統的不斷發展，使得新的系統需求層出不窮，無線電產品生存周期也隨之縮短，原有的以硬件模塊為主的無線通信體系無法快速響應這種需求[4]，軟件無線電的概念也便應運而生。軟件無線電的基本概念是將硬件系統作為無線通信的基本平臺，而通過軟件實現盡可能多的無線及個人通信功能。由此，無線通信新系統、新產品的研發隨之逐步轉到軟件系統上，從而使得無線通信產業的產值日益明顯的體現在軟件上。這是繼模轉數、固定到移動之后，無線電通信領域的再一次重大突破，并將在新世紀形成巨大的產業價值。

系統采用4CPFSK調制解調方式[5]，以ARM9和DSP處理器為核心方案。選用聯拓公司的LT1801A作為核心芯片，該芯片內部集成了ARM946E+ZSP400，同時集成了大量的接口設備和豐富的外部設備。本設計的目的是搭建一個具有多種通信協議標準兼備且具備不同頻段的硬件平臺，該平臺可利用軟件架構完成各種通信功能需求，最大限度的使其成為新一代無線通信系統的大平臺。平臺中功能的實現首先是依靠軟件控制和軟件再定義，然后采用不同的軟件模式實現不同的需求。所寫軟件可以遠程再次升級更新，所設計的硬件均采用模塊化結構設計便于擴展升級。

1 4CPFSK調制解調

設計中所采用的4CPFSK是一種非線性恒包絡調制，具有記憶特性。4CPFSK與GMSK調制方式相比較，同時也具有頻譜效率高、臨道間相互干擾小的特點；4CPFSK與非恒包絡調制方式（如QPSK）相比較[6]，4CPFSK調制系統中選用工作在C類狀態的功率放大器，可降低系統功耗。因此4CPFSK廣泛應用于軟件無線電系統中。FM調制器的作用就是將經過成形濾波后的采樣點進行累加得到發送所需的相位值，同時這也保證了相位的連續性。

為了獲得窄帶輸出的信號頻譜以及較好的鄰道功率特性，同時也具備較好的抗干擾性能，設計中預調濾波器采用平方根升余弦濾波器進行低通濾波。

2 軟件無線電實驗平臺系統結構

軟件無線電實驗平臺結構如圖1所示，主要分為3部分：軟件無線電專用基帶芯片LT1801A、MMI軟件平臺、4FSK調制解調器以及射頻前端。

基于軟件無線電對于多媒體多任務處理的需求，該實驗平臺的MCU處理器選用以ARM946E為核心的LT1801A芯片；同時，系統必須采用軟件平臺來實現具體應用中不同的語音、信道編解碼方式以及信令系統。

3 應用軟件操作系統移植

3.1 應用軟件平臺系統的體系結構

應用軟件平臺系統的體系結構如圖2所示。

一個完整的應用軟件平臺系統主要分為兩大部分：底層驅動和應用程序（App）。兩者之間通過統一的開發接口API來連接的。

3.2 啟動引導程序

啟動加載程序是嵌入式系統開機后運行的首個程序，其作用相當于個人電腦中的BIOS。它完成基本的硬件系統初始化，將軟件系統搬移到RAM中，并將控制權轉交給啟動后的操作系統。

系統啟動時，等待SP初始化完成后，發送消息通知MMI。MMI完成各個子模塊的初始化后，運行開機畫面。等待操作信號。SP發出SP_MMI_INIT_REQ消息，觸發開機流程。

3.3 OSE軟件模塊功能描述

OSE模塊位于操作系統模塊與應用軟件模塊之間，其主要目的是隔離下層使用的不同的操作系統，完成對操作系統的各種功能的封裝，可提供對外的統一接口，并提供統一的任務注冊和模塊啟動管理，便于上層應用軟件的移植和減少對底層操作系統的依賴。

3.4 驅動程序實現的基本方式

在應用軟件平臺系統中，設備驅動程序是指一個動態的可直接調用的鏈接庫，它所提供的數據是底層硬件與操作系統之間，以及相關運行在目標設備上的應用程序之間的一個直觀的抽象層。系統中所包含的各種驅動程序將無償的公開相應名稱的函數，以及提供各種初始化硬件和與之通信的協議。系統程序運行中使用者可通過調用LoadLibrary和LoadDriver函數實現各種所需驅動程序的加載。

4 調制解調系統控制程序

系統中嵌入式處理器和調制解調模塊之間的通信方式是基于雙串行接口來實現；數據傳輸則由通用SPI接口實現；控制的相關指令傳輸交由GPIO來實現；中斷控制器（ICTL）用于控制所有ARM處理器中斷源的模塊。可以產生常規中斷請求（IRQ）和快速中斷請求（FIQ），同時送給ARM處理器和CPR模塊；時鐘功耗復位控制模塊主要負責產生系統時鐘和所有模塊的時鐘，控制系統復位，控制系統進入不同工作模式[7]。

4.1 FLASH的訪問

根據系統整體設計，FLASH驅動軟件模塊的硬件運行平臺為LT1801A中的ARM946E處理器，軟件開發平臺可以采用任何通用的ARM集成開發環境。FLASH驅動軟件模塊主要實現了對FLASH進行讀、寫、擦除等操作，并為用戶提供了兩個Block，可單獨對每個Block進行操作，用戶根據返回值來判斷操作是否成功。用戶對FLASH進行讀或寫操作時，可分別調用函數ADRVFlashAPPRead或ADRVFlashAPPWrite函數，輸入的Block索引和地址偏移量確定了操作Block的絕對地址，輸入的長度確定了一次操作的字的長度。當讀或寫完成之后返回操作結果。對FLASHBlock域進行擦除時，直接輸入索引號即可實現此操作。

4.2 外部存儲器控制器（MEMCTRL）

外部存儲器控制器（MEMCTRL）將外部存儲器映射到芯片內部的地址空間，當ARM總線對此地址操作時，MEMCTRL將總線上的操作轉化為對芯片外部存儲器操作。MEMCTRL內部的寄存器控制對外部存儲器的讀寫參數和時序。MEMCTRL內部寄存器和外部存儲器對應不同的地址區域。MEMCTRL的MEMORY可以被ARM，DMAC0直接訪問和ZSP，DMAC1跨橋訪問。MEMCTRL包含MEMPIPE模塊，可調節讀寫存儲器的時序。芯片的存儲器IO管腳上電復位為低阻。MEMCTRL可以控制兩種類型的存儲器：SDRAM（SDR-SDRAM）和靜態存儲器SM（StaticMemory）―SRAM，FLASH和ROM。

4.3 嵌入式軟件發射接收鏈路

操作數據經APP處理后由服務提供協議層（SP協議）分信令和操作維護兩類消息送至呼叫控制層，呼叫控制層主要負責呼叫控制，支持主機實現高于第二層的功能和業務[8]，為用戶提供對講機支持服務，數據鏈路層則主要處理多用戶傳輸數據的共享，語音信息及用戶控制信息經數據鏈路層交織編碼后經射頻模塊發送出去。發送接收部分的空中接口協議模型中協議棧分成三個協議層和二個協議平面。三個協議層分別為物理層、數據鏈路層和呼叫控制層。二個協議平面分別為用戶平面和控制平面。

5 結語

本文實現了一種軟件無線電平臺的設計，以ARM9嵌入式處理器和ZSP400處理器為核心。實現了基于4CPFSK調制解調方式的400～470 MHz射頻通信功能。通過分析與測試，LT1801A發揮了RAM+DSP結合的優勢，能夠完整的實現軟件無線電的應用，減小系統成本和降低系統功率。通過PC端的寫頻軟件可實現不同頻段，多通道的軟件無線電系統。經測試本實驗平臺可以滿足國家相關規定和要求，適用于多種語音和信道編解碼方式以及不同的信令系統。

參考文獻

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關鍵詞：USRP；信道測量；無線通信；路徑損耗

無線通信系統的性能主要受到無線信道的制約，鑒于無線信道對于無線通信系統設計的重要性，任何無線通信系統在被研究、采納和應用之前，首先應該對無線信道的各種特征參數做出詳細的分析，建立合理的信道模型。無線信道測量是了解信道特征的最直接途徑。通過信道測量我們可以“捕捉”無線信道的各種特征行為，從這些行為中抽象出表征它們的關鍵參數，由此建立的信道模型具有較高的可靠性，可以為通信系統的仿真和評估提供依據。本文設計了基于軟件無線電（USRP）的無線信道測量系統，主要是包含信號發射源系統、基于USRP的信號接收系統、測量實驗數據的處理。

1 信號發射源系統

1.1 信號源系統的硬件

本文研究中實驗測量的信號源硬件主要包括：7.4V高性能鋰電池、STM32F103 YL-8最小系統板、YL-100T信號模塊、433M天線。

1.2 STM32F103 YL-8最小系統板

STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M內核。F103系類板嵌入了ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。采用了從32K到512K字節的閃存程序存儲器。系統模塊帶有8個定時器。YL-8是一塊功能較為齊全的單片機開發板，這里利用定時器中斷產生周期性脈沖信號。

1.3 YL-100T信號模塊和天線

YL-100T是無線采集，無線數傳和無線收發模塊。YL-100T是一款高穩定性，低功耗，高性價比的采用GFSK調制方式的無線透明數據收發模塊。它不改變任何數據和協議，完成無線傳輸數據功能。該模塊相對一般模塊具有尺寸小，靈敏度高，傳輸距離遠，通訊數率高，內部自動完成通訊協議轉換和數據收發控制等特點。

2 基于USRP的信號接收系統

USRP硬件平臺基本結構主要是由兩個部分組成，包括母版和射頻前端，核心器件就是母版。USRP-N210母版包含兩路 100 MS/s 14-bit 的模數轉換器（ADC）和兩路 400 MS/s 16-bit 的數模轉換（DAC），還有一塊賽靈思Sparten-3A系列FPGA芯片和一個ETHERNET（1Gb/s）接口。其中FPGA主要是做一些非常重要的但是計算量又非常大的輸入信號的預處理工作。

USRP 母板通過ETHERNET（1Gb/s）接口與普通PC機相連接，PC機部分主要是完成基帶處理功能。在發送端USRP中FPGA對信號進行內插，上變頻到中頻頻段，并最終通過DAC進行數模轉換，然后由子板形成射頻信號并通過天線發送；在接收端，通過模數轉換將信號轉換FPGA能夠處理的信號，同時在FPGA中完成數字下變頻和信號的抽取，使通過ETHERNET接口的數據率大大降低，以便普通的PC 機處理。

每個主板可以安裝最多四個子板：兩個接收，兩個發射。Ettus Research為這些子板配備了多個系列，覆蓋從直流到5.9GHz整個頻率范圍。本文研究中使用的子板類型是SBX，支持復采樣的子板（頻率覆蓋范圍為400MHz 至4.4GHz）。

USRP硬件平臺需要依靠GNU Radio信號處理方案在主機CPU上完成所有時域、頻域波形相關的處理。GNU Radio是一個開源的軟件定義無線電平臺。它提供許多通用軟件無線電需要的庫，其中包括各種調制方式（例如：GMSK， QAM， PSK， OFDM 等）、信號處理模塊（最優濾波器、FFT、均衡器、定時恢復）、糾錯碼（R-S 碼、維特比碼、Turbo 碼）和系統調度等。

本測量系統中采用的是基于Ubuntu 12.04的Linux系統下的GNU Radio軟件模塊。它提供一整套信號處理模塊庫，并架起了將用C++程序語言編寫的信號處理模塊連在一起的橋梁。GNU Radio是一個很靈活的系統，允許用戶使用C++或者Python 開發應用程序。因此，開發者能夠簡單快速的構建一個實時、高容量的無線通信系統，而所有高速通用操作都在FPGA上完成，比如數字上下變頻、抽樣和內插等。

3 實驗測量以及數據處理

本文的實驗測量主要是利用USRP硬件平臺來測試接收到的無線信號源的功率大小與距離的關系以構建無線信道的損耗模型。GNU Radio軟件平臺里面現有的uhd_fft的Python模塊可以直接測量并顯示接收到的信號經過fft變換后的頻譜圖，只需要將fft計算的C++模塊得到的相關頻譜數據保存下來，然后在Matlab里面處理，就可以計算信號在有效帶寬范圍內的功率值。根據信號處理的理論，fft運算的結果是一個包含實部和虛部的復數，如，各個分量的功率計算為：；信號源的總功率即為各分量功率和。

4 結語

本文設計的實時信道測量系統具有價格低廉、可擴展性好、連續數據存儲速率高和存儲容量大的特點，適用與科研工作者與在校學生對無線信道的探測與研究，不但價格低廉，而且靈活性強。它的主要缺點是測量帶寬有限，暫時只能測量信號的接收功率無法測試更多的信道參數的。

參考文獻：

[1]基于GNU Radio和USRP的無線通信系統建模仿真[J].現代電子技術， 2013， 36（18）：73-77.

[2] 曹瀚文，王文博.GNU Radio：開放的軟件無線電平臺[J].電信快報： 網絡與通信，2007（04）：31-34. 楊宏， 孔耀暉， 茹晨光等.

篇8

關鍵字： 軟件無線電； 羅盤激勵器； FPGA+DSP； DDS； IP Core

中圖分類號： TN965.3?34 文獻標識碼： A 文章編號： 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

羅盤激勵器是用于測試和修復機載無線電羅盤系統的設備。通過模擬組合天線輸出的導航信號，并將其輸送給羅盤接收機，從而實現對無線電羅盤導航靈敏度以及系統工作穩定性的改善功能[1]。隨著無線電羅盤在飛機導航中的大量應用，為保證羅盤的正常工作，羅盤激勵器在無線電羅盤系統的生產與維護中發揮著極其重要的作用。

直接數字合成技術（Direct Digital Synthesis，DDS），在羅盤激勵器的設計中有很高的應用價值。目前主要采用通過單片機控制DDS芯片，再送給控制、濾波電路來模擬羅盤信號的方法，但是該方法對DDS硬件的依賴性較大，且單片機工作速率低，抗干擾能力較差，使系統的靈活性及工作穩定性有所不足。為了改善這一問題，采用軟件無線電的理論，設計并實現了一種基于FPGA+DSP的硬件方案，重點通過軟件設計實現了對羅盤信號的模擬功能。

1 軟件無線電思想及無線電羅盤結構

軟件無線電（Software Defined Radio，SDR）是一種無線電廣播通信技術，其基本思想是以一個固定的硬件平臺作為基礎，通過軟件來實現無線電臺的各項功能，也就是說，將A/D和D/A盡量的靠近天線，利用軟件來替代硬件實現通信的各種功能，使系統具有模塊化、靈活性以及可重構性的特點[2]。軟件無線電思想的提出，使設備的通信功能對硬件的依賴性發生改變，實現了從模擬通信到數字通信后的第三次革命。

無線電羅盤是一種機載的導航設備。它通過組合天線接收地面導航臺發射的中波信號，并從中解析出飛機縱軸相對于導航臺的方位角信息，從而實現對飛機的正確導航。目前大多數無線電羅盤系統主要由接收機、控制臺、方位指示器以及組合天線構成，其中接收機用于產生調幅羅盤信號，控制盒用于轉換系統的工作狀態，方位指示器用于指示飛機、電臺的方位等[3]。組合天線是由兩個環形天線和一個垂直天線構成，其中的兩個環形天線分別叫作橫向天線和縱向天線。環形天線是一種方向性的天線，其方向性是在水平面以環形天線為中心的“8”字圖形，在垂直面沒有方向性。而垂直天線則是一種無方向性天線。將環形天線和垂直天線組合后其方向性圖是一種“心”形圖形，具有單值定向的特性[4]，利用這一特性可以實現對飛機方位的精確導航。

2 組合天線信號的模型

根據組合天線的結構，羅盤接收機輸入的羅盤信號是一個高頻調幅信號，該信號的參考模型如下式所示：

[A{1+mcos（Ωt-θ）+Va}cosωct] （1）

式中：[ωc]為載波角頻率；[m]為調幅系數；[A]為調幅信號載波的振幅；[Ω]為低頻信號的頻率；[Va]為摩爾斯碼音頻調制信號，是由導航臺發出的辨識信號；[θ]是飛機相對方位角信息。現將式（1）展開：

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

其中，[AVacosωct]為無方向性垂直天線的輸出信號，即音頻調制信號，而具有方向性的環形天線輸出的信號為：

[Amcos（Ωt-θ）cosωct] （3）

將式（3）展開得：

[Am（cosθcosωctcosΩt+sinθcosωctsinΩt）] （4）

則[cosθcosωct]為橫向環形線圈的輸出信號，[sinθcosωct]為縱向環形線圈的輸出信號[5?6]；[sinΩt]和[cosΩt]為輸入的兩路低頻正交信號，飛機的方位角信息就包含在低頻信號的相位中。

3 DDS原理及使用

DDS是從相位概念出發直接合成所需波形的一種頻率合成技術，最早由Joseph Tierney等三人于1971年提出，其原理框圖如圖1所示。

圖1 DDS基本原理框圖

DDS的工作原理為：在參考時鐘的控制下，相位累加器對頻率控制字在每個時鐘作用下進行線性累加，得到的相位碼對波形存儲器進行尋址，使之輸出相應的幅度碼，再通過D/A轉換器以及低通濾波器得到所需頻率的平滑、連續的正、余弦波形。與傳統的頻率合成器件相比，DDS是全數字化實現，具有高分辨率、高轉換速率、較大輸出相對帶寬等特點，而且便于集成。隨著數字集成電路和微電子技術的發展，DDS廣泛使用在電子領域，成為一種必不可少的技術[7?8]。

DDS可以通過專用的DDS芯片來實現，如美國 AD公司生產的AD985X系列芯片，可以產生高分辨率、高穩定度的信號波形。另外，利用FPGA也可以實現DDS的功能，一種是通過編寫DDS程序代碼來實現，另一種是通過調用已經封裝好的DDS IP Core核來實現。目前大多數采用調用IP Core的方法來實現DDS功能，因為它無需編寫代碼，只需要對其接口進行配置后就能使用[9]。Xilinx公司為FPGA提供了預先設計好，并經過嚴格測試和優化過的IP Core，用戶通過對Core的接口參數進行配置后就可以直接調用這些模塊，這樣節省了開發時間以及FPGA的邏輯資源，提高了設計效率。

4 羅盤激勵器的設計

4.1 硬件設計

基于軟件無線電的羅盤激勵器硬件部分主要由電源電路、A/D轉換電路、時鐘電路、RS 232接口電路、FPGA和DSP電路、D/A轉換電路以及濾波放大電路構成，其原理框圖如圖2所示。

圖2 硬件原理框圖

FPGA芯片采用Xilinx公司的Virtex?5系列XC5VLX50，它采用了60 nm級工藝，最高工作時鐘能達到550 MHz，并內置多個25×18位的乘法器[10]，具有很高的運算能力。在設計中為FPGA外接PROM芯片XCF04S，它具有4 Mb存儲空間，負責為FPGA進行動態加載。DSP芯片采用TI公司的C55X系列定點TMS320VC5509，最高工作頻率可達到144 MHz，并為其外接FLASH芯片。DSP的地址總線、數據總線和DSP復位、DSP讀寫、DSP時鐘等引腳都與FPGA的I/O口相連[11]，利用FPGA實現對DSP的控制，其他未使用的FPGA引腳均以懸空處理。

A/D部分采用ADI公司的AD9218芯片，具有兩路輸入以及10位的輸出，負責對輸入的兩路正交低頻信號進行模/數轉換。D/A部分采用ADI公司單通道電流輸出型10位芯片AD9760，更新頻率為120 MSPS，負責對FPGA合成的數字化羅盤激勵信號進行數/模轉換。RS 232接口電路負責上位機與FPGA之間的通信，濾波放大電路負責對羅盤信號進行低通濾波及放大處理，時鐘電路為FPGA提供外部時鐘40 MHz。

4.2 軟件設計

4.2.1 FPGA軟件設計

FPGA是軟件設計的核心部分，系統的大多數任務都是由FPGA來完成，主要實現與上位機和DSP的數據通信，對電路的控制以及合成羅盤信號的功能。該部分軟件設計采用Verilog HDL語言，具有模塊化的特點，其結構框圖如圖3所示。

圖3 FPGA軟件結構框圖

A/D模塊負責對A/D芯片的控制以及對兩路正交低頻數字化信號的鎖存。RS 232模塊負責接收上位機的串行指令，再通過數據總線將該指令傳給DSP芯片。Morse生成器用于產生具有周期性的音頻基帶信號，再與音頻載波進行乘法運算形成調制信號。分頻器用于給系統其他模塊提供特定的時鐘頻率，信號合成模塊用于將低頻信號、音頻調制信號以及載波信號利用乘、加法運算合成羅盤激勵信號。D/A模塊負責對D/A芯片的控制，并且將信號合成模塊輸出的數字化羅盤信號經處理后發給D/A芯片。

設計中使用了多種IP Core，包括時鐘管理DCM、雙口RAM、DDS、查找表以及多個乘法器。其中DCM負責將輸入的外部時鐘信號進行鎖相和倍頻，為A/D芯片和D/A芯片提供工作時鐘。雙口RAM采用先寫后讀的模式，將DSP回傳給FPGA的羅盤信號指令參數進行讀操作，再寫給信號合成模塊。DDS、查找表以及乘法器主要用于合成羅盤信號，其中 DDS IP Core一共有兩個，一個用于合成具有單值頻率的音頻載波，另一個用于合成具有變化頻率的調幅載波，其頻率控制字在上位機的控制下變化。

在配置DDS的IP Core參數時，頻率控制字的配置是最為關鍵的地方。根據Xilinx公司的說明要求[12]，如果已知時鐘為[fclk，]輸出信號頻率為[fout，]輸出信號頻率分辨率為[Δf]，則輸入端口的頻率控制字位數[Bθ（n）]為：

[Bθ（n）=log2fclkΔf] （5）

則DDS控制字的值[Δθ]為：

[Δθ=fout?2Bθ（n）fclk] （6）

說明在輸入時鐘和頻率分辨率不變的情況下，若改變DDS輸出信號的頻率，只需改變頻率控制字就能得到不同頻率的輸出信號。

另外，含有飛機方位角信息的低頻信號是模擬羅盤信號的關鍵，根據數學表達式：

[cos（Ωt-θ）=cosΩtcosθ+sinΩtsinθ] （7）

該信號合成的過程為：當雙口RAM讀完DSP發送的指令后，將調幅載波頻率所對應的控制字發送給DDS模塊產生[cosωct]，將方位角度的控制字發送給查找表模塊并產生[cosθ]和[sinθ，]再利用乘、加運算合成具有方位信息的低頻信號。

4.2.2 DSP軟件設計

DSP軟件作為輔助部分，主要用于接收來自FPGA的指令，并對其進行解析再轉化為控制字以及其他參數，回送給FPGA執行，從而實現了FPGA與DSP之間的數據交換。其程序的基本流圖如圖4所示。

圖4 DSP軟件流程圖

DSP在上電后首先要進行鎖相環、EMIF以及中斷等各種寄存器的初始化，然后進入主循環。當FPGA向DSP發送指令時，DSP通過中斷服務程序按字節接收指令，并按照數據協議的規定，利用校驗模塊判斷指令的正確性，如果指令錯誤，則將該指令丟掉，回到初始化狀態，如果指令正確，則對其進行解析，并將對應的頻率和角度的控制字以及射頻、模式和調幅指數的信息發送給FPGA。當指令發送完畢后程序再回到初始狀態。

5 測試結果及系統性能指標

在經過硬件調試以及軟件編寫后，通過JTAG仿真器將軟件下載到硬件板上，并且將系統232接口與計算機連接對其進行控制。利用Agilent MSO6012A型示波器對輸出信號進行了測試，在此給出音頻信號以及羅盤信號的波形結果，如圖5，圖6所示。

圖5 音頻調制信號波形

圖6 羅盤激勵信號波形

系統為輸出設計了兩種模式，一個為音頻輸出模式，即只有垂直天線的輸出信號，一個為羅盤輸出模式，即組合天線的輸出信號。圖5是摩爾斯音頻調制信號波形，摩爾斯碼基帶頻率為10 Hz，DDS產生的音頻載波頻率為1 020 Hz，輸出峰?峰幅值為515 mV。圖6為羅盤信號波形，其中低頻信號頻率為90 Hz，峰?峰值為1.5 V，并且方位角度為0°，調制頻率為190 kHz，輸出結果符合了羅盤天線信號的模型要求。

通過對系統的性能以及功能進行了測試，結果達到各項指標的設計要求，其主要技術指標如下：

（1） 頻率范圍：190～2 094 kHz，步進1 kHz。

（2） 角度范圍：0～359°，步進1°。

（3） RF輸出阻抗：50 Ω。

（4） 輸入信號頻率：70～100 Hz，幅度：[Vpp=]1～15 V。

（5） 穩定工作時間：≥12 h。

（6） 輸出信號功率：-30 dBm±-3 dB。

（7） 方位角輸出精度：≤±0.5°。

6 結 語

本文對組合天線的信號模型以及DDS原理進行了簡述，并重點介紹了羅盤激勵器系統硬件和軟件的設計方案。系統具有程控接口，通過上位機的控制，實現了對全頻段、全方位角度的羅盤信號的連續模擬，并達到了各項指標的要求。由于不同廠家生產的組合天線型號、種類居多，其規定的羅盤信號模型也有所區別，所以該方案在指標允許的情況下，只需重新設計系統軟件，從而完成對輸出羅盤信號的改變，這樣大大節約了硬件成本以及研發時間，體現了軟件無線電靈活、可重構的特點，在工程中具有一定的應用價值。

參考文獻

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[10] 田耘，徐文波.Xilinx FPGA開發實用教程[M].北京：清華大學出版社，2008.

篇9

【關鍵詞】 軍用軟件 軟件無線電 通信技術

軟件無線電的概念是1992年被提出來的，它具備了完全的數字化、模塊化和全程可編程性，升級系統更加的便捷和可擴充，所以這一概念也同樣帶動了信息領域的第三次技術變革。軟件無線電實現了軍用電臺還有各個網系之間的互聯互通和互相操作，實現了通信系統的升級換代，變得更加經濟合理。所以目前更加具備靈活性、開放性和通用型的軍用軟件無線電通信技術是我們國家部隊通信技術研究者要不斷研究的課題。

一、件無線電的概念

軟件無線電就是利用硬件建設為無限通新的平臺，然后實現無線通信和個人通信功能的軟件實現。軟件無線電是近些年來才提出的一種概念，可實現無線通信的新體系結構，該結構具備了很強的靈活性和開放型。目前軟件無線電具備了很多無線通信體制達不到的優點，所以會有很廣泛的應用市場。讓無線電通信技術在軍事方面能夠實現各個軍用電臺的互聯互通，同時能夠接入各種各樣的軍用移動通信網。軟件無線電通信技術同樣在生活中實現了移動電話通用手機、多頻段多種模式的移動電話通用基站、無線局域網以及通用網關軟件無線電的領域使用。無線通信產品的價值都體現在了軟件上，通過軟件來實現通信新系統核心產品的開發，代表了無線電領域從固定發展到了移動，從模擬發展到了數字的第三次信息技術革命。

二、國內軟件無線電的技術發展和軍事應用現狀

我們國家目前針對軟件無線電技術的研究還處于初步發展階段，在某高新科技計劃中專門針對高新通信技術制定了“軟件無線電技術”的專業研究項目組，充分表示了國家針對這一項目的重視。在我們的現實生活中，軟件無線電技術已經成功面向800MHz商用蜂窩移動通信、衛星通信、GPS全球定位系統等領域的應用。

由于目前我軍的軟件無線電技術還不算成熟，所以軍事通信領域的應用同樣比較空白，所以相關的一些科研院所也在極力的探索現階段的軍事通信方面的應用研究，利用目前的軟件無線電技術來實現多個電通，多功能的車載電臺能夠實現各類軍用無線系統的空中轉信的目標。“軍用無線電網關”具備了目前國際上的先進技術水平，能夠成功實現不同頻段、不同體制的電臺之間的互聯互通現象，這也讓我國軍隊協同通信課題的研究取得了突破性的進展。

三、軍用無線電通信技術發展方向

由于軍用通信系統相比起民用系統來說要求比較高，所以在技術要求也比較復雜，由于裝備使用比較昂貴，很多的地域通信網絡中只有英國、法國、美國等少數國家作為標準裝備在使用。我國軍用移動通信裝備目前還處于發展階段，部隊也進一步展開開發和研究工作，針對已經具備該系統的地域通信網絡不斷改善工作性能，而不具備通信系統的地域通信網加大建設力度，隨著技術不斷開發，我軍的移動通信系統將會在抗干擾性、抗側向性、抗截獲性上有很大的突破，在系統的容量、傳輸的可抗性上也會有顯著提高。移動通信后期不再僅限于陸地使用，還要往空中發展，例如說直升機、系留氣球等作為空中中心臺，利用衛星轉發器作為中心來空間通信，到那時我國的軍用軟件無線電通信將會在后期的軍事領域發揮出巨大的作用。

四、軍用軟件無線電通信發展注意事項

目前軍用項目和民用項目雖然基礎技術相同，但是具體發展需求是不一樣的，非軍工企業就算是具備了先進的技術也不具備進入國防市場的條件，所以一項技術能不能被軍事所使用，不能僅僅考慮它的經濟效益，還需要更高穩定性、可靠性和先進性。軍品生產國家規定了特殊的標準和規范，需要結合大量的經驗積累和高超的工藝條件，實現軍用標準和國家標準的雙軌制度檢驗。由于民用技術的指標和軍用產品指標有差異，所以非軍工企業要想進入軍工行業必須要對企業的生產設備和人員工作結構進行相應的改進，如果其中一旦出現產品不符合要求其中需要承擔的損失將會非常高昂，所以高端的技術指標和企業品質，是我國軍用軟件無線電通信技術發展的一項最重要也最基礎的要求。

結語：我軍軟件無線電技術將會朝著更多模式、更數字化、靈活性高、抗干擾性強的方向發展，各類科技研究中心和技術人員還需要不斷地努力，不斷提升我軍用軟件無線電通信技術的開發和使用，為我國的軍事力量增長做出貢獻。

參 考 文 獻

[1]宋春晨，宋清宇. 軍用軟件無線電通信技術發展概述[J]. 火力與指揮控制，2013，12：8-12.

篇10

關鍵詞：軟件無線電 集群通信系統 網絡技術 現狀

中圖分類號：TN915 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0018-01

軟件無線電技術在我國出現于20世紀90年代，它是我國移動通信業發展的重要里程碑，因為圍繞這種技術為核心的通信體系不但為人們的日常生活提供了便利，也應用于較為專業的通信領域相關行業，是比較大眾化的一種通信技術。

1 軟件無線電

1.1 定義

軟件無線電的核心是寬帶A/D和D/A能夠最大限度的接近射頻端，它是一種利用數字信號處理技術來取代集成電路，從而實現無線通信多功能的通信技術。從理論上講，它是利用寬帶濾波、低噪聲放大器等原理將射頻信號數字化，重構數字信號進行數字遠程通信的技術。

1.2 概述

軟件無線電起源于美國軍事，作為美國國防部的一種叫做易通話（speakeasy）的戰術系統而出現。1992年，美國為了索馬里戰爭的長線作戰需要，通過美國國內的MILTRE公司，在美國的國家遠程系統會議上提出了以軍事技術為適用基礎的軟件無線電概念，它主要服務于美軍三軍的多頻段多功能無線通信，并提供多個軍用電臺，是美軍作戰必不可少的通訊手段。軟件無線電技術的出現，取代了傳統的通信電臺，節約了通信方面的開支，同時也增強了通信技術的互通性與保密性。它的核心思想就是：利用軟件的功能多變性和延展性來實現多功能的智能化無線電通信設備，它能夠使通用的硬件平臺更加標準化、模塊化并增加其開放性。它的出現讓A/D和D/A轉換器無限可能的接近了天線設備，進一步的增強了通信系統的靈敏度和辨識度。某種意義上講，軟件無線電技術的出現重新定義了世界范圍內的通信系統。

1.3 特點

軟件無線電具有多重特點，這些特點很好的契合了當今信息社會發展的節奏和方向。

（1）靈活性。

由于軟件無線電技術的技術基礎是軟件模塊，所以通信系統中的軟件無線電技術可以靠改變和增加軟件模塊來為通信系統增添新的功能。這些模塊的兼容性和功能性都極強，可以做到與任何國內外電臺進行通信，也可以作為射頻中繼出現。并且，模塊的增減完全取決于使用者的需求，這樣做的目的讓通信系統的運營開支具備了相當高的可控制性。

（2）開放性。

軟件無線電技術使所使用的模塊和設計結構都具有開放性。它能夠按照通信設備硬件的改變而改變，這為新時代通信領域中硬件的擴展提供了可能性。

1.4 軟件無線電的關鍵技術

其實，軟件無線電的發展方向就是個人計算機平臺，因為目前的軟件無線電技術已經具備了標準化、軟驅動、模塊化等技術指標，這些指標都極類似于目前的計算機。再者，它的軟件硬件平臺結構、可實施的軟件數字信號處理功能和多頻段的數字信號轉化過程都類似于目前的計算機技術，同時，它還具有很強的兼容性。但是就目前的軟件無線電技術來說，還有許多提升空間，要解決的問題還很多。例如寬帶多頻段天線的前置放大器和功率放大器。因為理想化下的軟件無線電系統應該能做到全部無線通信頻段的覆蓋，但是由于一些通信設備中內部電阻阻抗的不兼容性，使得不同頻段的電臺天線不能通用。在這方面，美國在近年來已經研制出適用于不同頻段電臺的倍頻程寬帶天線，例如Aadms-Russell公司的AN-400型超寬帶葉片狀天線，它可以覆蓋從30～400MHz的全頻段，這種天線不但覆蓋面大，而且倍頻程寬帶功放功能也能很好的優化電路CAD結構。

2 集群通信系統

集群通信系統是近年來通信技術領域中的一個新名詞，它也是移動通信系統的一個重要分支。在通信過程中，主叫和被叫所建立的通信鏈路方便快捷，具有很高的信道利用率，所以它主要應用于專業的通信領域里，集群通信系統的出現，代表了傳統模擬信號無線電對講系統已經被數字信號所代表的集群系統所取代。

2.1 集群通信的基本特征

集群通信技術一般采用共用頻率和設備，它能夠將各個部門的專有頻率進行集中管理，并分配給各部門使用，合理有效的分配了資源。而由于共用頻率，也使得各個部門所建設的控制中心和基地信號發射接收臺設備也能夠集中管理和共享使用。集群通信系統可以覆蓋大面積區域，并且能將各個部門的網絡互聯，做到通信服務的最優化。而除了一些正常的通信業務，集群通信系統也提供氣象、地理等信息的預報和實時。

2.2 基于軟件無線電技術的數字集群系統應用

按照我國集群通信的常用頻率800MHz為例，我國在頻段中已經建設了超過600個信道，為公安、海關、法院、司法、軍隊和武警等各個部門所使用。在這些行業領域，由軟件無線電技術作為技術支撐的數字集群系統做到了其特有的調度功能和團組呼叫特性，為我國的安全事業提供了可靠的保障。而隨著現今社會的快速發展和軟件無線電技術的不斷進步，已經有越來越多的行業領域將具有這種技術的集群通信系統納入到了自己的行業應用技術內。

2.3 實際應用所需的前提條件

（1）智能天線技術應用。這種技術應用可以提高系統的頻譜利用率，增強保密性并降低基站發射元件的使用成本。

（2）TDD雙工方式。它是將上下行共享于同一信道的一種技術操作，它能按照實際情況將信道資源合理分配給不同部門。

（3）軟件無線電技術。這是核心技術，它能夠優化整個集群通信系統，提高通信的速度反應，增加系統安全性。

3 基于軟件無線電的集群通信系統應用基站

按照集群移動通信系統的工作頻段、占用帶寬、信用間隔等應用指標，并基于軟件無線電技術，建立了一套集群通信系統應用基站的接收分系統。它的構造原理是將模擬信號變為變頻信號，把高頻段信號變為中頻，并采用A/D采樣數字化進行設計。數字信號的采樣頻率必須滿足：fs≥（r+1）B0。其中B0為中頻帶寬，r為濾波器矩形系數。當r=2或3時，就可以計算出不同帶寬條件下所需的不同采樣頻率fs。當中頻帶寬B0較大時，它的采樣速率會達到45MHz左右，這種高速的A/D既能夠滿足大動態范圍的通信要求，也能夠實現通過12位A/D轉換器對采樣頻率的轉化。目前我國最高的通信采樣率已經達到65MHz，預計在近幾年內將實現14位A/D的200MHz采樣率。

4 結語

我國目前軟件無線電技術的發展也會受制約于移動通信基站中頻段和制式的變化，這涉及到硬件平臺的大面積更換與資金的大量消耗，所以如何快速普及基于軟件無線電技術的數字集群系統對我國通信事業來說任重道遠。

參考文獻

[1] 孫蓓雄.基于軟件無線電技術的數字集群系統研究[D].南京：南京理工大學，2006.