韓健　于林韜

摘 要：當(dāng)今通信領(lǐng)域，2G、3G、LTE、WiMax等制式將長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)并存，這種不同模式、頻段多、功能強(qiáng)的通信制式，對(duì)無(wú)線基站和終端的測(cè)試來(lái)說(shuō)是巨大挑戰(zhàn)。本文全面詳細(xì)介紹了軟件無(wú)線電的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，中頻頻譜儀分析儀等儀器的工作原理。

關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電 移動(dòng)通信 頻譜分析

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（c）-0006-02

由于網(wǎng)絡(luò)要求與用戶需求，多種移動(dòng)通信制式將長(zhǎng)期并存。中國(guó)移動(dòng)2012年的集中采購(gòu)中，其數(shù)據(jù)終端和語(yǔ)音終端規(guī)定必須要支持GSM，F(xiàn)DD-LTE，TD-LTE，WCDMA，TD-SCDMA五種制式，且每種制式的頻譜范圍不同。國(guó)內(nèi)4G終端也同時(shí)支持3-4種制式，與此同時(shí)，WiFi，GPS等功能也更多配于智能終端，從而給無(wú)線技術(shù)測(cè)試領(lǐng)域帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。于是提出通過(guò)軟件編程來(lái)完成無(wú)線通信設(shè)備的系統(tǒng)升級(jí)和功能測(cè)試，這將大大提高無(wú)線產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)效率，并大大節(jié)省儀器成本。

軟件無(wú)線電技術(shù)（SDR）將硬件與軟件結(jié)合，使設(shè)備可以任意重新配置，為完成多模式、多頻段、多功能無(wú)線通信測(cè)試提供了可行的解決方案。通過(guò)軟件編程，過(guò)去只能使用專用硬件平臺(tái)來(lái)完成的任務(wù)，軟件無(wú)線電技術(shù)也可以完成。利用具有強(qiáng)大信號(hào)處理能力的可編程器件，如：DSP/FPGA/CPU等，可實(shí)現(xiàn)支持多種通信標(biāo)準(zhǔn)。

1 軟件無(wú)線電的結(jié)構(gòu)

軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)，是將A/D與D/A轉(zhuǎn)換器件安裝在盡可能靠近天線的位置，這是為了將模擬信號(hào)盡早數(shù)字化，并通過(guò)采用高速數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP等）處理輸出信號(hào)，最后通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的功能。理想軟件無(wú)線電系統(tǒng)如圖1所示。

由于各種因素限制，如天線與ADC器件帶寬等，理想軟件無(wú)線電目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工程上實(shí)現(xiàn)的軟件無(wú)線電系統(tǒng)被稱為軟件定義的無(wú)線電（Software-defined radio）。在一個(gè)SDR系統(tǒng)中，我們將A/D器件的位置稱為數(shù)字接入點(diǎn)，這個(gè)位置至關(guān)重要，它表示信號(hào)數(shù)字化處理的開始。區(qū)別于多模式無(wú)線電等，軟件無(wú)線電系統(tǒng)中射頻（RF）頻帶、信道調(diào)制以及信道接入模式等等全部具有的可編程性。

2 軟件無(wú)線電在通信測(cè)試儀器中的應(yīng)用

由于ADC，F(xiàn)FT硬件和DSP的發(fā)展水平有限，目前“實(shí)時(shí)頻譜儀”僅能做到基帶部分?jǐn)?shù)字化，對(duì)移動(dòng)通信測(cè)試來(lái)說(shuō)非常不便。SDR要求A/D，D/A器件盡可能的靠近天線射頻端，從而將信號(hào)更早的數(shù)字化。近年來(lái)高性能ADC，F(xiàn)PGA/DSP等器件的推出使得數(shù)字中頻頻譜儀得以實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字中頻頻譜儀與傳統(tǒng)模擬中頻頻譜儀相比，在射頻前端處理方面并沒(méi)有明顯的差別，主要區(qū)別在于下變頻后的中頻輸出信號(hào)是否直接通過(guò)AD器件實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。通過(guò)使用數(shù)字處理方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻、中頻濾波器、包絡(luò)檢波器、等等，最終完成輸入信號(hào)頻譜的計(jì)算。相比于模擬中頻頻譜儀，數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)頻譜儀極大地改善了測(cè)量的速度、精度及對(duì)于高性能FPGA/DSP測(cè)量復(fù)雜信號(hào)器件的能力。

3 軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)

（1）信道化發(fā)射機(jī)復(fù)信號(hào)數(shù)學(xué)模型。

將具有在系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)的所有信道上同時(shí)發(fā)射信號(hào)的能力的發(fā)射機(jī)稱之為信道化發(fā)射機(jī)，

假設(shè)共有N個(gè)待發(fā)射的帶通信號(hào)m（t），每個(gè)帶寬均為B，用相同的采樣頻率fs進(jìn)行帶通采樣后得到各自的等效低通數(shù)字頻譜Mk（0）。

上式中，N為分辨率，fs是采樣頻率，B為模擬輸入信號(hào)帶寬。通過(guò)公式可以發(fā)現(xiàn)，將輸入的寬帶信號(hào)下變頻，從而得到中頻窄帶信號(hào)，這就降低了對(duì)ADC采樣率的要求，從而可選擇更高的分辨率。

（3）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。

在基帶處理單元，需要對(duì)各種波形進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)、擴(kuò)頻/解擴(kuò)以及同步和信道的自適應(yīng)均衡等各種處理，這就要求DSP器件應(yīng)該有很強(qiáng)的處理能力。對(duì)于完成話音和圖像等信源編碼/解碼的算法，會(huì)要求DSP應(yīng)該有更高的處理能力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著通信標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越多的出現(xiàn)和不斷演進(jìn)，移動(dòng)通信系統(tǒng)、終端及芯片廠商對(duì)測(cè)試成本、測(cè)試質(zhì)量、測(cè)試時(shí)間等要求會(huì)更加嚴(yán)格。市場(chǎng)上主流測(cè)試設(shè)備廠商將會(huì)推出更接近于SDR的測(cè)試儀器，從而推出更高指標(biāo)、更加靈活的射頻測(cè)試儀器。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐贊.通過(guò)軟件無(wú)線電的架構(gòu)加速無(wú)線技術(shù)的開發(fā)與測(cè)試[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2009，7.

[2] 王際兵，等.軟件無(wú)線電發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，39（9）.

[3] Jay R.Moorman，Implementation of a 3G W-CDMA Software Radio，IEEE International Conference on Communications 2003.ICC03.

[4] 韋維，畢存強(qiáng)，吳興潔.淺談移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制技術(shù)[J].中國(guó)無(wú)線電，2005，8.

[5] Joe Mitola，The soft ware radio architecture，IEEE Communications Magazine，May 2001.

[6] 王宏，王晶洋，林婧，等.DSP與FPGA在軟件無(wú)線注中的應(yīng)用[D].北京：北京郵電大學(xué)，2011.

[7] 戴淑珍，軟件無(wú)線電在靶場(chǎng)移動(dòng)終端中的應(yīng)用研究，2000年航天控技術(shù)研討會(huì)

[8] 鄒建宏.論基于軟件無(wú)線電的通信系統(tǒng)[J].數(shù)字技與應(yīng)用，2012（1）.

[9] Joe Mitola，Research on Soft ware Radio Fuze，IEEE JSAC VOL.17，NO.4，APRIL，2004.

摘 要：當(dāng)今通信領(lǐng)域，2G、3G、LTE、WiMax等制式將長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)并存，這種不同模式、頻段多、功能強(qiáng)的通信制式，對(duì)無(wú)線基站和終端的測(cè)試來(lái)說(shuō)是巨大挑戰(zhàn)。本文全面詳細(xì)介紹了軟件無(wú)線電的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，中頻頻譜儀分析儀等儀器的工作原理。

關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電 移動(dòng)通信 頻譜分析

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（c）-0006-02

由于網(wǎng)絡(luò)要求與用戶需求，多種移動(dòng)通信制式將長(zhǎng)期并存。中國(guó)移動(dòng)2012年的集中采購(gòu)中，其數(shù)據(jù)終端和語(yǔ)音終端規(guī)定必須要支持GSM，F(xiàn)DD-LTE，TD-LTE，WCDMA，TD-SCDMA五種制式，且每種制式的頻譜范圍不同。國(guó)內(nèi)4G終端也同時(shí)支持3-4種制式，與此同時(shí)，WiFi，GPS等功能也更多配于智能終端，從而給無(wú)線技術(shù)測(cè)試領(lǐng)域帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。于是提出通過(guò)軟件編程來(lái)完成無(wú)線通信設(shè)備的系統(tǒng)升級(jí)和功能測(cè)試，這將大大提高無(wú)線產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)效率，并大大節(jié)省儀器成本。

軟件無(wú)線電技術(shù)（SDR）將硬件與軟件結(jié)合，使設(shè)備可以任意重新配置，為完成多模式、多頻段、多功能無(wú)線通信測(cè)試提供了可行的解決方案。通過(guò)軟件編程，過(guò)去只能使用專用硬件平臺(tái)來(lái)完成的任務(wù)，軟件無(wú)線電技術(shù)也可以完成。利用具有強(qiáng)大信號(hào)處理能力的可編程器件，如：DSP/FPGA/CPU等，可實(shí)現(xiàn)支持多種通信標(biāo)準(zhǔn)。

1 軟件無(wú)線電的結(jié)構(gòu)

軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)，是將A/D與D/A轉(zhuǎn)換器件安裝在盡可能靠近天線的位置，這是為了將模擬信號(hào)盡早數(shù)字化，并通過(guò)采用高速數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP等）處理輸出信號(hào)，最后通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的功能。理想軟件無(wú)線電系統(tǒng)如圖1所示。

由于各種因素限制，如天線與ADC器件帶寬等，理想軟件無(wú)線電目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工程上實(shí)現(xiàn)的軟件無(wú)線電系統(tǒng)被稱為軟件定義的無(wú)線電（Software-defined radio）。在一個(gè)SDR系統(tǒng)中，我們將A/D器件的位置稱為數(shù)字接入點(diǎn)，這個(gè)位置至關(guān)重要，它表示信號(hào)數(shù)字化處理的開始。區(qū)別于多模式無(wú)線電等，軟件無(wú)線電系統(tǒng)中射頻（RF）頻帶、信道調(diào)制以及信道接入模式等等全部具有的可編程性。

2 軟件無(wú)線電在通信測(cè)試儀器中的應(yīng)用

由于ADC，F(xiàn)FT硬件和DSP的發(fā)展水平有限，目前“實(shí)時(shí)頻譜儀”僅能做到基帶部分?jǐn)?shù)字化，對(duì)移動(dòng)通信測(cè)試來(lái)說(shuō)非常不便。SDR要求A/D，D/A器件盡可能的靠近天線射頻端，從而將信號(hào)更早的數(shù)字化。近年來(lái)高性能ADC，F(xiàn)PGA/DSP等器件的推出使得數(shù)字中頻頻譜儀得以實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字中頻頻譜儀與傳統(tǒng)模擬中頻頻譜儀相比，在射頻前端處理方面并沒(méi)有明顯的差別，主要區(qū)別在于下變頻后的中頻輸出信號(hào)是否直接通過(guò)AD器件實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。通過(guò)使用數(shù)字處理方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻、中頻濾波器、包絡(luò)檢波器、等等，最終完成輸入信號(hào)頻譜的計(jì)算。相比于模擬中頻頻譜儀，數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)頻譜儀極大地改善了測(cè)量的速度、精度及對(duì)于高性能FPGA/DSP測(cè)量復(fù)雜信號(hào)器件的能力。

3 軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)

（1）信道化發(fā)射機(jī)復(fù)信號(hào)數(shù)學(xué)模型。

將具有在系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)的所有信道上同時(shí)發(fā)射信號(hào)的能力的發(fā)射機(jī)稱之為信道化發(fā)射機(jī)，

假設(shè)共有N個(gè)待發(fā)射的帶通信號(hào)m（t），每個(gè)帶寬均為B，用相同的采樣頻率fs進(jìn)行帶通采樣后得到各自的等效低通數(shù)字頻譜Mk（0）。

上式中，N為分辨率，fs是采樣頻率，B為模擬輸入信號(hào)帶寬。通過(guò)公式可以發(fā)現(xiàn)，將輸入的寬帶信號(hào)下變頻，從而得到中頻窄帶信號(hào)，這就降低了對(duì)ADC采樣率的要求，從而可選擇更高的分辨率。

（3）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。

在基帶處理單元，需要對(duì)各種波形進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)、擴(kuò)頻/解擴(kuò)以及同步和信道的自適應(yīng)均衡等各種處理，這就要求DSP器件應(yīng)該有很強(qiáng)的處理能力。對(duì)于完成話音和圖像等信源編碼/解碼的算法，會(huì)要求DSP應(yīng)該有更高的處理能力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著通信標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越多的出現(xiàn)和不斷演進(jìn)，移動(dòng)通信系統(tǒng)、終端及芯片廠商對(duì)測(cè)試成本、測(cè)試質(zhì)量、測(cè)試時(shí)間等要求會(huì)更加嚴(yán)格。市場(chǎng)上主流測(cè)試設(shè)備廠商將會(huì)推出更接近于SDR的測(cè)試儀器，從而推出更高指標(biāo)、更加靈活的射頻測(cè)試儀器。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐贊.通過(guò)軟件無(wú)線電的架構(gòu)加速無(wú)線技術(shù)的開發(fā)與測(cè)試[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2009，7.

[2] 王際兵，等.軟件無(wú)線電發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，39（9）.

[3] Jay R.Moorman，Implementation of a 3G W-CDMA Software Radio，IEEE International Conference on Communications 2003.ICC03.

[4] 韋維，畢存強(qiáng)，吳興潔.淺談移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制技術(shù)[J].中國(guó)無(wú)線電，2005，8.

[5] Joe Mitola，The soft ware radio architecture，IEEE Communications Magazine，May 2001.

[6] 王宏，王晶洋，林婧，等.DSP與FPGA在軟件無(wú)線注中的應(yīng)用[D].北京：北京郵電大學(xué)，2011.

[7] 戴淑珍，軟件無(wú)線電在靶場(chǎng)移動(dòng)終端中的應(yīng)用研究，2000年航天控技術(shù)研討會(huì)

[8] 鄒建宏.論基于軟件無(wú)線電的通信系統(tǒng)[J].數(shù)字技與應(yīng)用，2012（1）.

[9] Joe Mitola，Research on Soft ware Radio Fuze，IEEE JSAC VOL.17，NO.4，APRIL，2004.

摘 要：當(dāng)今通信領(lǐng)域，2G、3G、LTE、WiMax等制式將長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)并存，這種不同模式、頻段多、功能強(qiáng)的通信制式，對(duì)無(wú)線基站和終端的測(cè)試來(lái)說(shuō)是巨大挑戰(zhàn)。本文全面詳細(xì)介紹了軟件無(wú)線電的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，中頻頻譜儀分析儀等儀器的工作原理。

關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電 移動(dòng)通信 頻譜分析

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（c）-0006-02

由于網(wǎng)絡(luò)要求與用戶需求，多種移動(dòng)通信制式將長(zhǎng)期并存。中國(guó)移動(dòng)2012年的集中采購(gòu)中，其數(shù)據(jù)終端和語(yǔ)音終端規(guī)定必須要支持GSM，F(xiàn)DD-LTE，TD-LTE，WCDMA，TD-SCDMA五種制式，且每種制式的頻譜范圍不同。國(guó)內(nèi)4G終端也同時(shí)支持3-4種制式，與此同時(shí)，WiFi，GPS等功能也更多配于智能終端，從而給無(wú)線技術(shù)測(cè)試領(lǐng)域帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。于是提出通過(guò)軟件編程來(lái)完成無(wú)線通信設(shè)備的系統(tǒng)升級(jí)和功能測(cè)試，這將大大提高無(wú)線產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)效率，并大大節(jié)省儀器成本。

軟件無(wú)線電技術(shù)（SDR）將硬件與軟件結(jié)合，使設(shè)備可以任意重新配置，為完成多模式、多頻段、多功能無(wú)線通信測(cè)試提供了可行的解決方案。通過(guò)軟件編程，過(guò)去只能使用專用硬件平臺(tái)來(lái)完成的任務(wù)，軟件無(wú)線電技術(shù)也可以完成。利用具有強(qiáng)大信號(hào)處理能力的可編程器件，如：DSP/FPGA/CPU等，可實(shí)現(xiàn)支持多種通信標(biāo)準(zhǔn)。

1 軟件無(wú)線電的結(jié)構(gòu)

軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)，是將A/D與D/A轉(zhuǎn)換器件安裝在盡可能靠近天線的位置，這是為了將模擬信號(hào)盡早數(shù)字化，并通過(guò)采用高速數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP等）處理輸出信號(hào)，最后通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的功能。理想軟件無(wú)線電系統(tǒng)如圖1所示。

由于各種因素限制，如天線與ADC器件帶寬等，理想軟件無(wú)線電目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工程上實(shí)現(xiàn)的軟件無(wú)線電系統(tǒng)被稱為軟件定義的無(wú)線電（Software-defined radio）。在一個(gè)SDR系統(tǒng)中，我們將A/D器件的位置稱為數(shù)字接入點(diǎn)，這個(gè)位置至關(guān)重要，它表示信號(hào)數(shù)字化處理的開始。區(qū)別于多模式無(wú)線電等，軟件無(wú)線電系統(tǒng)中射頻（RF）頻帶、信道調(diào)制以及信道接入模式等等全部具有的可編程性。

2 軟件無(wú)線電在通信測(cè)試儀器中的應(yīng)用

由于ADC，F(xiàn)FT硬件和DSP的發(fā)展水平有限，目前“實(shí)時(shí)頻譜儀”僅能做到基帶部分?jǐn)?shù)字化，對(duì)移動(dòng)通信測(cè)試來(lái)說(shuō)非常不便。SDR要求A/D，D/A器件盡可能的靠近天線射頻端，從而將信號(hào)更早的數(shù)字化。近年來(lái)高性能ADC，F(xiàn)PGA/DSP等器件的推出使得數(shù)字中頻頻譜儀得以實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字中頻頻譜儀與傳統(tǒng)模擬中頻頻譜儀相比，在射頻前端處理方面并沒(méi)有明顯的差別，主要區(qū)別在于下變頻后的中頻輸出信號(hào)是否直接通過(guò)AD器件實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。通過(guò)使用數(shù)字處理方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻、中頻濾波器、包絡(luò)檢波器、等等，最終完成輸入信號(hào)頻譜的計(jì)算。相比于模擬中頻頻譜儀，數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)頻譜儀極大地改善了測(cè)量的速度、精度及對(duì)于高性能FPGA/DSP測(cè)量復(fù)雜信號(hào)器件的能力。

3 軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)

（1）信道化發(fā)射機(jī)復(fù)信號(hào)數(shù)學(xué)模型。

將具有在系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)的所有信道上同時(shí)發(fā)射信號(hào)的能力的發(fā)射機(jī)稱之為信道化發(fā)射機(jī)，

假設(shè)共有N個(gè)待發(fā)射的帶通信號(hào)m（t），每個(gè)帶寬均為B，用相同的采樣頻率fs進(jìn)行帶通采樣后得到各自的等效低通數(shù)字頻譜Mk（0）。

上式中，N為分辨率，fs是采樣頻率，B為模擬輸入信號(hào)帶寬。通過(guò)公式可以發(fā)現(xiàn)，將輸入的寬帶信號(hào)下變頻，從而得到中頻窄帶信號(hào)，這就降低了對(duì)ADC采樣率的要求，從而可選擇更高的分辨率。

（3）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。

在基帶處理單元，需要對(duì)各種波形進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)、擴(kuò)頻/解擴(kuò)以及同步和信道的自適應(yīng)均衡等各種處理，這就要求DSP器件應(yīng)該有很強(qiáng)的處理能力。對(duì)于完成話音和圖像等信源編碼/解碼的算法，會(huì)要求DSP應(yīng)該有更高的處理能力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著通信標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越多的出現(xiàn)和不斷演進(jìn)，移動(dòng)通信系統(tǒng)、終端及芯片廠商對(duì)測(cè)試成本、測(cè)試質(zhì)量、測(cè)試時(shí)間等要求會(huì)更加嚴(yán)格。市場(chǎng)上主流測(cè)試設(shè)備廠商將會(huì)推出更接近于SDR的測(cè)試儀器，從而推出更高指標(biāo)、更加靈活的射頻測(cè)試儀器。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐贊.通過(guò)軟件無(wú)線電的架構(gòu)加速無(wú)線技術(shù)的開發(fā)與測(cè)試[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2009，7.

[2] 王際兵，等.軟件無(wú)線電發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，39（9）.

[3] Jay R.Moorman，Implementation of a 3G W-CDMA Software Radio，IEEE International Conference on Communications 2003.ICC03.

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