软件无线电有哪些关键技术？

【摘 要】软件无线电是一种既能够兼容多种制式的无线通信设备，也能够满足未来个性化通信需求的无线通信体系结构及技术。基于软件无线电思想的无线通信系统的实现需要在射频、前端、基带、软件和安全等关键技术方面取突破。

将模块化、标准化和通用化的硬件单元用总线或交换的方式连接起来构成通用硬件平台，通过在通用平台上加载模块化、标准化和通用化的软件实现各种无线通信功能的软件无线电，改变了利用传统的固定电路实现通信业务的方式，把无线通信技术水平提升到一个新的高度。为实现无线通信系统的全频段、多模式和可重构的操作方式，需要进行全频段/多频段天线、高速AD心A转换器、宽带数字信号处理器、高效软件处理方法和可靠的安全机制等系统的基本配置，因而在软件无线电中需要解决射频、前端、基带、软件和安全等关键技术。

一、宽带/多频段天线、智能天线技术

软件无线电系统的天线应该能够覆盖全部无线通信频段。通常至少覆盖无线通信频率2MHZ-3GHZ范围，软件无线电要实现在如此宽的工作频率范围内实现无障碍通信，这就需要其天线能够满足与各频段的匹配，也就是要求天线的工作频率范围必须覆盖多个频段。因此要研制可进行各种频率信号收发的高性能宽带天线，除可以采取组合式多频段天线来实现外，还可以通过软件智能地根据工作需要构造天线 的工作频段和辐射特性。

二、射频技术

由于无线通信信号存在衰落和屏蔽问题，且容易出现阻塞和干扰，其射频部分信号的动态范围较大。目前实际开发的软件无线电系统并未完全采用全频段数字化的理想结构，其射频前端仍然是分频段工作的，采用部分射频频段数字化或中频数字化的实用结构。要实现理想的软件无线电，还需在射频技术方面有更多的突破，如在组合式多频段天线系统中进行智能化天线信号的处理，通过模块化、通用化的双工部件实现宽带射频的控制，合理配置能量控制部件和低噪声前置放大器，或借助计算机辅助设计对射频单元进行优化，加强宽带线性功率放大器和低噪声放大器、信号纯度处理器、宽带射频上下变频器和可调谐预选器等研究。

三、前端技术

软件无线电系统工作的基本前提是数字化，需要将模拟信号经过采样转化为数字信号，满足软件处理的要求。软件无线电系统的数字化功能是通过模数转换器（ADC））来实现的，系统的软件化程序取决于ADC在软件无线电中所处的位置，ADC应尽可能地向天线端靠近，从而满足系统尽早以数字方式处理信号的目的。选用合适的ADC是保证系统优良性能的关键因素之一，ADC需要具有足够的采样速率，并保持一定的采样精度，此外，在应用时还要考虑不同采样方法、抗混叠滤波器的设计、量化噪声和接收机噪声及失真等影响。但目前受芯片技术限制，ADC性能指标还不能满足直接实现射频信号的数字化要求，在射频和中频之间需要设置一个前端处理单元，在中频后面进行模拟信号的数字化工作。因此，解决好ADC、DAC（数模变换）、数字下变频（DDC）、数字上变频（DUC）、滤波和相关控制等前端技术成为软件无线电的关键。

四、基带技术

软件无线电系统在基带部分需要调用各种软件功能模块，进行信号的调制解调、扩频/解扩、编码/解码和加密/解密等处理，基带处理是系统要完成的主要任务之一，在发信部分，要把原始数据流转换成适合无线信道传输的信号，通常包括数据形成和冗余处理两部分。在收信部分，需要分析前端输出的数字信号，通过信号同步、信号解调、信道均衡、信道解码、多址分离和比特流处理等，来正确提取原始数据。由此可见，软件无线电系统需要基带处理器具有较强的计算能力，具有实时性、准确性和有效性，保证系统在软硬件配合下运算速度、运算能力、数据存储量和数据吞吐率等方面综合水平的发挥。可以采用数字信号处理器（DSP）、采用现场可编程门阵列（FPGA），或采用并行的基于个人计算机的中央处理单元（CPU）来提高系统的基带处理能力。此外，基带处理还要能够提供标准接口，使用户可在基带处理平台上实现各种所需的信号波形，而且能够通过无线或有线下载程序，动态获得新的服务功能。保证系统在生命期内可以持续进行升级。

五、软件技术

软件技术是软件无线电系统的重要支撑，软件无线电以通用物理平台实现多种无线通信模式，尽可能地用可升级、可重配置的应用软件来实现各种无线通信功能。随着现代软件工程研究的深入，大量软件开发工具的出现，为软件无线电的软件环境建立创造了条件。但软件开发的有效性和可靠性是软件无线电必须要充分考虑的关键问题。无线通信网作为接入网，要以1P为核心进行网络互联，建立通用的传输、信令和服务平台，以支持不同的空中接口，需要具有网络软件具有重构能力，在网络基础平台中支持系统进行软件重构的机制。因此，为实现无线通信系统工作在不同网络和终端之间，满足无缝跨网漫游需求，，基于可重构机制的软件技术是软件无线电重点发展的关键技术。

六、安全技术

软件无线电系统由硬件平台和软件平台组成，需要较高的运行环境，其自身的不可性、周围环境的干扰、人员的不正当操作、以及人为的破坏等不安全因素的影响都会造成其工作的不正常。因此，需要有相应的安全技术作为支撑，避免系统受到多方面有害因素的影响。软件无线电安全技术應包括系统实体安全、软件安全、数据安全和运行安全等。由于软件无线电的核心是软件设计和数据库运行，因此，软件无线电系统的安全技术关键是软件安全技术和数据库安全技术。在软件安全方面需要软件开发人员掌握安全编程技术，避免安全漏洞，设计运行可靠的程序，从而提高系统的质量。在数据库安全方面，主要考虑其保密性、完整性和可用性，通过采取备份、恢复等策略，有效消除物理层面对数据库的安全威胁，另外，不需要通过制定相关安全防范机制，消除信息未被授权存取等逻辑上的威胁。可采用标志和鉴别、访问控制、信息流控制、数据加密、审计追踪和数据备份/恢复等数据库安全技术，当前最有效的是访问控制技术。

软件无线电在射频、前端、基带、软件和安全等关键技术基础之上，利用通用硬件平台，根据无线通信频段的不同模式或信道接入方式，进行不同工作参数的定义，重组系统的软硬件工作模块，完成不同模式无线通信信号的处理，从而实现多频段、多模式和多用户业务兼容的目的，这些关键技术的突破必将推动软件无线电向更加理想化的方向发展。