软件无线电技术(SDR)

来自EEWiki.

背景：无线电通信在现代通信中占有极其重要的位置，被广泛应用于商业、气象军事、民用等领域。通信系统由模拟体制不断向数宇化体制过渡，出现了许多中频数字化接收机。这些接收机尽管能覆盖多个频段，但它们只能工作于单一频段和模式，功能相对较少，灵活性不够，可扩展能力差，不同类的电台之间仍不能完全互通，无法满足现代军事通信的需要。

软件无线电这个术语最早是美军为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时所遇到的互通互联互操作(简称“三互”)问题而提出来的一个新概念。因为以往的军事通信装备无论是工作频段，还是信息传输格式或者是通信体制，陆、海、空三军均各自为政，互不兼容，导致在联合作战时各军种间无法进行快速沟通、互传信息悄报，结果是名义上的联合作战，而实际上只是各军种的简单参与，完全形成不了真正意义卜的“联合”。简单就工作频段来说，陆军主要工作在30一88MHz，空军主要工作在225一400MHz，而海军则主要以短波(2一30MHz)为主。陆海空三军上述这种简单的频段划分，虽然解决了一军间的相互干扰问题，但三军联合作战时互通、互联、互操作问题显然就很难解决。特别是美军在海湾战争中，充分暴露了军事通信互通性差、反应速度慢、带宽太窄、速率太低等一系列影响联合作战的关键技术问题。1995年美国国防高级研究计划局(DARPA)提出了SPEAKeasy计划，称之为“易通话”计划。该计划的最终目的是开发一种能适应联合作战(即满足美军"2010年联合构想”)要求的三军统一的多频段、多模式电台。美国军方制定了具体的发展计划，来研制二军通用软件无线电台，于是软件无线电台成为了各国军事通信的发展焦点。

基本原理：我们可以给软件无线电作出如下定义:软件无线电是一种可用软件进行重配置和重编程的、灵活电是一种可用软件进行重配置和重编程的、灵活的、多业务、多标准、多频段无线电系统的新兴技术。

软件无线电系统的开发首先要实现两个主要目标:

在发射和接收时通过尽量靠近天线进行模数(A/D)和数模(D/A)宽带转换，把模拟和数字处理之间的转换尽可能地靠近射频(RF);

为了用软件定义尽可能多的无线电台功能，用DSP器件代替专用集成电路(ASIC)(专用硬件)进行基带信号处理。

软件无线电电台的“理想”方案是大大减少模拟级，只有天线、带通滤波器( BPF)和低噪放大器(1,NA)是模拟器件(如图1)。为了能在完全可重编程的电路板上对信号进行数字化处理,A/D转换直接在RF级进行。

如图所示

软件无线电接收机是一种理想的接收机，但现在要实现它还有几个问题。首先，由于还不能研制从几百兆(MHz)到几千兆(GHz)或几十千兆频率范围的天线和低噪放大器，在多频段系统中使用单RF级是不合理的;保证多频段特征的唯一方法就是根据软件无线电系统使用的无线电频段采用更多RF级。此外，抖动效应使在RF级直接进行A/D转换非常困难。最有希望的解决方法叫做“数字化无线电电台”，其接收机部分下图所示，它的结构类似于宽带电台，具有完全模拟的RF级，数字化正在向IF级扩展。

A/D转换器对分配给该系统的整个频谱进行采样，可编程卜变频器(PDC)执行下列工作:

下变频:用查正弦载波采样值表的方法(查表川于代替模拟下变频器中的本振)，从IF级到基带级进行数字下变频。

信道化:选择载波和信道进行数字化滤波处理。在模拟接收机中这个工作是在基带转换之前用模拟滤波器实现的，具有严格的要求。

采样速率匹配:对信道化滤波器的输出信号进行欠采样、以使采样速率与选定信道带宽相匹配、相对于更宽频A的A/D输人信号，输出信号是一个窄带信号。

所以，数字PDC输出在基带级处理。

现状及其发展方向：软件无线电技术带来了现代通信技术的一场革命，发展软件无线电台是军事通信的大势所趋。美国军方正在根据软件无线电支持的功能加紧发展自己的JTRS计划，而我国的软件无线电技术还处在起步阶段。因此，一方面要争取在关键技术上有所突破，另一方面要在充分实验论证的基础上，确定我国软件无线电台发展的具体方案。