于彬/雞西人民廣播電臺

淺談軟件無線電技術在廣播電臺的應用

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現(xiàn)行的面向具體用途來設計不同頻段、不同制式的無線電通信電臺及組網(wǎng)的思想已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代無線電通信的實際需要，因此軟件無線電系統(tǒng)及其技術，這種革新的通信理念與體制應運而生。本文作者試圖從軟件無線電技術方面粗淺談談在廣播電臺的應用情況

一、引言

軟件無線電最初起源于軍事通信，是為了解決多軍聯(lián)合作戰(zhàn)時通信互通互聯(lián)問題而提出來的。近些年來又伴隨著微電子、信號處理、計算機等技術的高速發(fā)展應運而生成為一種新的無線電技術。經(jīng)過這幾年的迅速發(fā)展，軟件無線電早已從軍事領域的階段逐步發(fā)展成為移動通信發(fā)展的基石，特別是第3、4代移動通信系統(tǒng)。軟件無線電所采用的許多關鍵技術，確保了廣播電臺的寬頻段和功能的靈活性。同時，軟件無線電也使個人移動通信系統(tǒng)已從第一代模擬蜂窩系統(tǒng)發(fā)展到第二代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)（GMS、CDMA），目前正在向第三代移動通信系統(tǒng)發(fā)展，而且第四代移動通信技術也已經(jīng)悄然問世。隨著越來越大的通信需求，一方面使通信產(chǎn)品的生存周期縮短，開發(fā)費用上升；另一方面，新老體制共存，各種通信系統(tǒng)之間的互聯(lián)變得更加復雜和困難、由于通信技術的迅猛發(fā)展，新的通信體制與標準不斷提出，通信產(chǎn)品的生存周期減少，開發(fā)費用上升，導致以硬件為基礎的傳統(tǒng)通信體制無法適應新的局面；同時，不同體制互通的要求日趨強烈，并且隨著通信業(yè)務的不斷增長，無線頻段資源變得越來越擁擠，對現(xiàn)有通信系統(tǒng)的頻帶利用率及抗干擾能力提出了更高的要求。但是沿著現(xiàn)有通信體制的發(fā)展，很難對頻帶重新規(guī)劃。所以尋求一種既能滿新一代通信系統(tǒng)需求，由能兼容老體制，而且更具有擴展能力的新的個人移動通信系統(tǒng)體系結構成為人們努力的方向。而軟件無線電正好提供了解決這一問題的技術途徑成為第三代移動通信系統(tǒng)研究的熱點。

二、軟件無線電的概念及特性

軟件無線電技術將硬件、軟件、無線技術有機地結合在一起，組成靈活多樣的多功能系統(tǒng)。它的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托，從通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺設計方法中解放出來。功能的軟件化實現(xiàn)勢必要求減少功能單一的、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理（A/D和D/A轉換）盡量靠近天線。軟件無線電強調體系結構的開放性和全面可編程性，通過軟件更新改變硬件配置結構，實現(xiàn)新的功能。軟件無線電采用標準的、高性能的開放式總線結構，以利于硬件模塊的不斷升級和擴展。在設計和應用中軟件無線電技術有下列優(yōu)點：

1.完全的可編程性。軟件無線電通過一種通用的硬件平臺，將通信的各種功能實現(xiàn)完全由相應軟件運行來完成。它包括：寬頻段內的可編程的信道調制方式、可編程的射頻與中頻頻段、可編程的信道解調方式、信源編碼、解碼方式等。

2.系統(tǒng)升級的便捷性與系統(tǒng)功能的可擴充性。由于軟件無線電通信系統(tǒng)的功能更多體現(xiàn)在軟件上，因此，系統(tǒng)的升級只需要改變相應的軟件，即對軟件升級即可。顯然，它比以往對硬件電路的設計與改進更加快捷。通過軟件工具可擴展通信系統(tǒng)業(yè)務、分析無線通信環(huán)境、定義所需擴展增強的各項通信業(yè)務。

3.完全的數(shù)字化。由于軟件無線電的基本思想之一就是力圖從通信系統(tǒng)的基帶信號至中頻、射頻段進行數(shù)字化處理。因此，它是一種比目前任何一個數(shù)字通信系統(tǒng)的數(shù)字化程度都要高得多的全數(shù)字化通信系統(tǒng)。

4.系統(tǒng)便于實現(xiàn)模塊化。利用軟件無線電的基本思想，對現(xiàn)行的通信系統(tǒng)均可實行模塊化設計，模塊的物理及電氣接口性能指標符合統(tǒng)一開放的標準。通過更換單一模塊，可以維護或提高系統(tǒng)的性能。

三、軟件無線電系統(tǒng)的關鍵技術與研究熱點

軟件無線電之所以比傳統(tǒng)的數(shù)字電臺優(yōu)越，是因為采用了許多關鍵技術，正是這些關鍵技術確保了電臺的寬頻段和功能的靈活性。其中的關鍵技術主要有：（1）開放式體系結構。目前，用于通信的開放式體系結構標準已經(jīng)建立，但軟件無線電中用于高性能、實時數(shù)字信號處理的開放式標準還處于未成熟階段。（2）寬頻段、多頻段天線及RF部分技術。RF轉換器部分功能包括產(chǎn)生輸出功率、接收信號的預放大、射頻信號和中頻信號的轉換等，現(xiàn)階段RF變換還只能采用模擬方式。（3）寬帶模數(shù)或數(shù)模（A/D或D/A）轉換技術。（4）中頻處理技術。（5）基帶處理技術。（6）數(shù)字信號處理（DSP）技術。在軟件無線電中，高速DSP的運算能力高低將直接影響到軟件無線電系統(tǒng)性能的好壞。在多頻段多功能電臺中，DSP部分的設計不再是為某種功能所附加，而是承擔電臺的大部分信號處理功能，包括調制/解調、變頻、數(shù)字濾波、信號檢測、信息處理、語音編碼、抗干擾及實時控制、網(wǎng)絡協(xié)議等多種功能。（7）可重構的實時軟件處理技術。（8）開放式總線結構的標準化。（9）寬帶智能天線技術。智能天線技術在軟件無線電中具有非常重要的功能，是不可替代的硬件出入口，只能靠硬件本身來完成，不能靠軟件加載實現(xiàn)全部功能。軟件無線電中的智能天線與無線移動通信中的智能天線從功能上講是完全相同的，但在軟件無線電系統(tǒng)中，由于信號占據(jù)很寬的頻率范圍，其天線必須具有接入多個頻段的功能，理想的軟件無線電系統(tǒng)的天線部分則應該能夠覆蓋全部無線通信頻段，這對天線技術提出了較高的要求。

通常來說，廣播電臺的射頻前端、發(fā)射天線和接收天線部分都是有固定硬件實現(xiàn)的，但是軟件無線電具有智能的、可編程的數(shù)字信號處理核心，可以充分利用此優(yōu)勢對固定天線接收下來的信號進行優(yōu)化組合，達到提高信噪比，抑制共同信道干擾、增大通信系統(tǒng)容量的目的。這種可以動態(tài)配置的天線系統(tǒng)就是目前軟件無線電系統(tǒng)中的關鍵熱門技術之一——智能天線技術。