软件无线电资料.ppt
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1、软件无线电现有无线电系统的问题o因此,在现有的无线电通信系统中多种体制并存,形成各种体制互联困难;由于无线电频带越来越拥挤,又造成相邻频道间的干扰越来越严重,从而也要求通信系统的抗干扰能力增强。o在九十年代初的海湾战争期间,这个问题也暴露于美国和多国部队间的三军协同作战通信的兼容性与互通性上,并因此遇到了相应的通信不畅的棘手问题。现有无线电系统的问题o在民用通信方面o显然,他也同样要遇到类似于军事通信方面由于通信体制与频段带不同而引起的互通性与兼容性不佳的麻烦问题。尤其在移动通信方面,由于现代数字技术的发展,移动通信发展迅猛。自70年代模拟蜂窝通信系统问世以来,已经发展到了以数字化技术为主要特
2、征的第三代移动通信,并将迅速向前发展。然而我们也可以看到如前所述的移动通信体制在全球范围内还是三足鼎立之势,并没有统一到同一种体制上,而且各种体制又各有其长处与不足,三者尚不能相互替代,因此,移动通信系统中各种体制如何互联互通,也是一个重要的问题。最佳的解决方法是能够对多种体制综合兼容。软件无线电的基本思想及其优越性o1992年,美国MITRE公司的JOE.MITOLA在美国国家远程会议上首次提出了软件无线电(Software Radio)技术的概念。他是把硬件系统作为无线电通信的基本平台,在此硬件平台上把尽可能多的无线电通信功能与个人通信及其他通信业务运行从长期依赖于固定线路特性的方式中解脱
3、出来,将对不同通信系统新产品的开发更多地转移到相应软件的开发与设计上来。因此,在今后对通信系统的改进与升级就将非常方便且代价较小;而且对不同的频段,不同制式的通信系统可以互联、兼容。显然,这是继模拟到数字通信,固定到移动通信之后,在无线电通信领域内出现的又一次重大技术突破。软件无线电的基本思想及其优越性o以下我们谈谈软件无线电系统的基本思想及其优越性,以充分认识软件无线电产生的必要性与必然性。o完全数字化o由于软件无线电的基本思想之一就是力图从通信系统的基带信号直至中频、射频频段进行数字化处理,因此,它是一种比目前任何一个数组通信系统的数字化程度都要高得多的全数字化通信系统。o完全的可编程性o
4、软件无线电通过一种通用的硬件平台,将通信的各种功能实现完全由相应软件运行来完成。它包括:款频段内的可编程的信道调制方式、可编程的射频与中频频段、可编程的信道解调方式、信源编码、解码方式等。软件无线电的基本思想及其优越性o系统升级的便捷性与系统功能的可扩充性o由于软件无线电通信系统的功能更多体现在软件上,因此,系统的升级只需改变相宜的软件,即对软件的升级即可。显然,它比以往对硬件电路的设计与改进更加快捷。通过软件工具可扩展通信系统业务,分析无线通信环境、定义所需扩展增强的各项通信业务。o系统便于实现模块化o利用软件无线电的基本思想,对现行的通信系统均可实行模块化设计,模块的物理及电气接口性能指标
5、符合统一、开放的标准。通过更换单一模块,可以维护或提高系统的性能,也便于系统间复用。软件无线电的研究现状o软件无线电自90年代初问世以来,就被作为一种全新的通信理念在通信领域内受到极大重视,它被称为继模拟到数字通信、从固定到移动通信之后的第三次通信技术革命。之后,它成为军用、民用通信领域内的技术热点。因此,软件无线电技术的研究发展及应用也正蓬勃向前。o目前,国外在软件无线电技术研究及应用方面已走在前面,如美国在其军用无线电通信方面已着手将对软件无线电技术的研究成果进行开发及应用。一种称为(speakeasy)的系统是美国国防部为其陆海空三军设立的一种共用通信系统,其多频段、多方式工作的无线电台
6、计划是该系统的主要组成部分。软件无线电的应用前景 o在民用领域,软件无线电技术已成功地在800MHZ商用蜂窝移动通信、卫星通信、全球定位系统等领域内得到应用。1995年,美国在DAMPS系统上进行了“智能天线”实验,并成功地运用了软件无线电技术。该实验关键是利用不同软件的运行来完成“智能天线”的各种功能。在系统中的基站采用软件无线电结构,大部分通信与系统控制功能由软件在一种通用硬件平台上完成。中频处理部分由专用硬件模块来实现。实验表明,这种智能天线可使系统的频率复用率由1/7提高至1/3,从而可用于大大增强现有通信系统的容量,也可相应提高系统的可靠性。o综上所述,与传统的数字或模拟无线通信系统
7、相比,由于软件无线电有着前述的特殊优越性,因此无论是在军事上还是在民用领域,它都有广泛的应用前景。二、软件无线电结构及其功能概述 理想的软件无线电o理想的软件无线电台包括:电源、天线、多频段射频转换器,宽带ADA转换器,可编程处理高速Dsp及通用处理器和存储器的专用芯片。该芯片可完成无线电台的各种功能。o标准的移动软件无线电终端通过话音、图像、传真等直接与用户接口,标准的基站直接与公用交换电话网络(PSTN)接口。o在该系统中,还可通过业务扩展工作站来对系统外围已配置的各基站进行操作控制与管理。理想的软件无线电理想的软件无线电o由图可知,理想软件无线电系统的A/D/A转换器已相当接近天线,从而
8、可对高频信号进行数字化处理,这也是它与常用的数字通信系统的根本区别所在。显然,它的硬件平台相对简单而且通用,且可用不同软件来定义无线电系统的各种功能。这些就是软件无线电台的主要特征。o此外,软件无线电台的可编程性较宽,它包括可编程的RF频段、信道访问模式及信道调制解调方式等。目前要求该系统覆盖2M2GHZ分人频带宽。理想的软件无线电o然而上述理想的软件无线电台在现有的实际工程设计中还难以实现。这是由于目前的高速DSP芯片、A/D/A转换芯片的处理能力还未达到理想软件无线电要求从系统的射频段数字化的处理能力,因此在目前的实用软件无线电结构中,采取了一种折中的方案,即实用的软件无线电系统结构。图三
9、。过渡型的软件无线电实际的软件无线电结构o以下简要地介绍一种目前较为通用的软件无线电系统结构,即中频数字化的软件无线电系统结构。o如图所示,实际的软件无线电系统结构包括:电源、天线、多频段射频变换器、A/D、D/A转换器的芯片,以及片上通用处理器及存储器。该系统也能实现各种常用无线电系统功能和一些相应的接口功能。实际的软件无线电结构在这种实用的结构中,为了满足现有DSP处理器的功能,系统的A/D、D/A只是尽可能地向RF端靠近,由基带移到中频,对整个中频系统频带进行采样。这样也可以尽可能造地将接收到的模拟信号数字化,从而使信号的产生、调制、解调、编码、解码、等功能均可以通过通用可编程DSP等器
10、件完成。这也是这种使用软件无线电系统与传统的数字通信系统的重大区别所在。前者可以通过运行不同的算法,使这种软件无线电系统实现不同的通信业务功能。软件无线电系统信道流程模块划分 o理想的软件无线电可将传统的信道编解码划分成如下模块:分别是天线、RF转化、IF处理、基带处理和比特流处理模块等。天线模块o软件无线电需跨越多个频段,它既有多倍频程的频段又有统一的形式和低损耗以提供可用的业务频段。例如,在军事运用中,移动终端要求用VHF/UHF系列,UHF的卫星通信及HF作为支撑模式。多波段的开关式接入需要倍频带宽天线或频段多天线及一个RF模块的灵活的频率参考。多路天线单元也是波束形成网络的一部分,用以
11、降低干扰及实现空分多路接入方式。RF转换模块oRF转换包括功率输出、预放大、运用于宽带A/D/A转换的RF信号与标准中频信号的相互转换等于部分。在大多数无线电频段,RF转换是对模拟信号进行转换的。在软件无线电中,某些RF转换问题更加突出,其中包括对放大器的线性及接入频段的效率需求。为避免将处理器时钟调谐引入系统中的模拟RF/IF电路,需对其处理器进行屏蔽。多个发射机同时存在还将产生电磁干扰问题,这对软件无线电系统来说,它将经历与多个硬件无线电台放在一起而出现的类似干扰问题。A/D/A转换模块o在实用的软件无线电系统中,需要进行数字化的中频信号带宽决定了所需采用的A/D转换技术。根据奈奎斯特定理
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