唐四中

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軟件無(wú)線電技術(shù)在移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用分析

唐四中

海華電子企業(yè)（中國(guó)）有限公司，廣東 廣州 510656

2G/3G/LTE/WiMax等通信制式將很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在全球范圍并存，這種多模、多頻段、多功能給無(wú)線基站和終端的研發(fā)、測(cè)試帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，軟件無(wú)線電技術(shù)使得通信測(cè)試儀器變?yōu)橐粋€(gè)模塊化、開(kāi)放性、便于靈活擴(kuò)展和重復(fù)利用的可編程硬件平臺(tái)，這有助于提高測(cè)試效率并降低成本。

軟件無(wú)線電技術(shù)；移動(dòng)通信；測(cè)試領(lǐng)域

由于網(wǎng)絡(luò)要求與用戶(hù)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(zhuān)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]。

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。

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(chēng)為軟件定義的無(wú)線電（Software-definedradio）。在一個(gè)SDR系統(tǒng)中，我們將A/D器件的位置稱(chēng)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(kāi)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]。

2 軟件無(wú)線電的體系結(jié)構(gòu)

軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電的一個(gè)基本框架。在軟件無(wú)線電技術(shù)體系結(jié)構(gòu)中，一組特定的功能可以根據(jù)特定的設(shè)計(jì)規(guī)則，通過(guò)幾類(lèi)特定的組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括寬帶天線和射頻/中頻處理器、寬帶A/D轉(zhuǎn)換器、寬帶D/A轉(zhuǎn)換器、通用可編程處理器（如FPGA、DSP）等。通過(guò)分析硬件組織，可以更加充分地發(fā)揮軟件的靈活性。

軟件無(wú)線電技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有即插即用的特性。軟件無(wú)線電終端的重配置包括所有的功能性能方面，即從無(wú)線通信物理層、協(xié)議棧、服務(wù)或服務(wù)執(zhí)行平臺(tái)的可重配置。另外設(shè)備之間和設(shè)備各層之間應(yīng)用編程接口的開(kāi)放性決定了終端的可編程和可重配置的能力。

現(xiàn)在，許多專(zhuān)家和學(xué)者認(rèn)為，通訊頻率的管理應(yīng)該是開(kāi)放式的可編程平臺(tái)，這可以重新配置移動(dòng)通訊頻率系統(tǒng)，正如軟件無(wú)線電的最初定義一樣“無(wú)線世界的PC”。這種定義準(zhǔn)確地勾畫(huà)出可重配置通信平臺(tái)/終端所須的開(kāi)放性和可編程能力，這使得未來(lái)軟件無(wú)線電具有更為安全、可靠的可重配置性，以滿(mǎn)足未來(lái)移動(dòng)通訊發(fā)展的要求。

1997年軟件無(wú)線電論壇發(fā)布的技術(shù)報(bào)告，在軟件無(wú)線電技術(shù)發(fā)展歷史上具有里程碑意義，該報(bào)告第一次為軟甲無(wú)線電構(gòu)架了一個(gè)明確的體系框架—開(kāi)放的、即插即用的發(fā)展框架體系。它把IT線程元件合并到實(shí)體中即對(duì)象母體中，它們促進(jìn)了模塊間接口的定義。輔助接口（AUX）是專(zhuān)用的接口，用于輸入、輸出、天線多樣性控制、減弱同址干擾和密鑰注入（還將確定其他一些項(xiàng)目）。軟件無(wú)線電在模塊之間采用SDR的段間接口，SDR射頻接口是介于模擬視頻和數(shù)字射頻之間的新型射頻接口。

3 軟件無(wú)線電的應(yīng)用

3.1 個(gè)人移動(dòng)通信

隨著人們對(duì)通信需求的廣泛增加，這樣一來(lái)就縮短了通信產(chǎn)品的使用周期，研發(fā)費(fèi)用增加。另外，隨著新通信體制的誕生，難免出現(xiàn)與老的通信體制并存，這樣一來(lái)，通信系統(tǒng)就會(huì)變得多樣和復(fù)雜。為了尋找更具拓展力的個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)，軟件無(wú)線電技術(shù)能夠滿(mǎn)足人們的要求。

無(wú)論是基站還是移動(dòng)終端都采用了無(wú)線電結(jié)構(gòu)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，硬件的要求簡(jiǎn)單，由軟件來(lái)定義功能。這個(gè)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)與其他系統(tǒng)不同，首先區(qū)分可用的傳輸信道，檢測(cè)傳播的途徑。最后選擇合適的信道調(diào)制，選擇合適的功率，正確的方向然后再進(jìn)行發(fā)射。

接收和發(fā)射的道理相同，能夠準(zhǔn)確的區(qū)分相鄰信道和當(dāng)前信道的能量動(dòng)態(tài)，自己抵消干擾，估量信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征，識(shí)別輸入信號(hào)的方式，對(duì)多徑信號(hào)進(jìn)行均衡和合并，對(duì)調(diào)制進(jìn)行解碼，最后使用FEC改正其他剩余錯(cuò)誤。此外，軟件無(wú)線電技術(shù)還能夠開(kāi)放增值業(yè)務(wù)。

在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用雖然蜂窩移動(dòng)通信有固定的頻段劃分，但頻譜資源是不合理的。這是在移動(dòng)通信系統(tǒng)的問(wèn)題還沒(méi)有得到解決。在白天，頻譜資源非常緊張，晚上頻譜資源是比較空閑的，這就導(dǎo)致在繁忙時(shí)間的頻率譜是擁擠和頻譜的大量浪費(fèi)，特別對(duì)一些重要頻譜而言，問(wèn)題就顯得尤為突出。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用自適應(yīng)頻率來(lái)解決問(wèn)題。對(duì)于傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，由于充足的頻譜預(yù)留空間，目前還沒(méi)有認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的引入，具體的規(guī)范協(xié)議的出臺(tái)還需要進(jìn)一步研究。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商，引入成本和運(yùn)營(yíng)管理是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。但從技術(shù)層面，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)共享頻譜資源的認(rèn)知無(wú)線電的一個(gè)發(fā)展方向，這方面的研究已經(jīng)開(kāi)始。

3.2 軍事通信

由于陸軍、海軍和空軍為了互不干擾，所以他們的工作頻段各不相同，海軍（2～30?MHz）陸軍（30～88?MHz）空軍（225～400?MHz）。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)為了實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)所以最早提出了軟件無(wú)線電技術(shù)。

1995年美國(guó)在SPEAKeasy的計(jì)劃中研發(fā)出了MBMMR電臺(tái)，這個(gè)電臺(tái)滿(mǎn)足了聯(lián)合作戰(zhàn)的需求，其主要特點(diǎn)具有多模式、多頻段。整個(gè)無(wú)線頻段幾乎都被電子戰(zhàn)覆蓋，所以說(shuō)電子戰(zhàn)的特點(diǎn)具有寬頻段，但是等待處理的信號(hào)類(lèi)別較多，它的工作是被動(dòng)接受。現(xiàn)在使用的電子戰(zhàn)系統(tǒng)都是在事先預(yù)設(shè)的信號(hào)下工作，假如信號(hào)的通信方式和特征發(fā)生改變，電子戰(zhàn)系統(tǒng)就沒(méi)有辦法很好的處理了，為了避免影響作戰(zhàn)，研究出波形適應(yīng)性好，可拓展能力強(qiáng)，頻段寬，不僅能適應(yīng)導(dǎo)航，還能適應(yīng)雷達(dá)信號(hào)最重要的還要具有敵我識(shí)別信號(hào)。滿(mǎn)足這些要求是現(xiàn)代信息戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，解決這些要求的就是軟件無(wú)線電技術(shù)，所以說(shuō)軟件無(wú)線電技術(shù)應(yīng)用在電子戰(zhàn)中有廣闊的前景。

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。

[1]張睿，周峰，郭隆慶.無(wú)線通信儀表與測(cè)試應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2014：165-168.

[2]王宏，王晶洋，林婧，等.DSP與FPGA在軟件無(wú)線電中的應(yīng)用[D].北京：北京郵電大學(xué)，2015.

Application of Software Radio Technology in Mobile Communication Test

Tang Sizhong

HaiHua Electronics Enterprise（China）Corporation, Guangdong Guangzhou 510656

2G / 3G / LTE / WiMax communication system will be a long time in the global coexistence, this multi-mode, multi-band, multi-function to the wireless base stations and terminals R&D, testing a huge challenge, software radio technology makes communication. The test instrument becomes a modular, open, easy-to-extend and reusable programmable hardware platform that helps improve test efficiency and reduce costs.

software radio technology; mobile communication; test field

TN929.5

A

1009-6434（2017）04-0030-02