标志无线通信领域第三次革命的软件无线电(Software Radio)，作为一种新的通信概念和体制，在近些年得到高度重视，并有望在新世纪形成巨大的产业。本文对软件无线电的概念、组成结构及特征作了初步讨论，并简要介绍了作为代表的Speakeasy系统和Spectrum Ware系统。
[关镶词] 软件无线电 D／A及A／D DSP
一、 引言
近年来，在无线电通信领域存在着如下一些问题：
(1)多种通信体制共存，不同体制间的互联性差。现有的无线电通信平台，多数是在某一频段内以特定的模式进行优化设计的，其不同的中心频率、调制方式等因素限制了不同平台之间的互联；
(2)新的通信体制和标准不断涌现，通信产品的更新速度加快，开发费用增加，传统的通信体制很难适应；
(3)无线频带拥挤，对通信系统的频带利用率和抗干扰能力提出了更高的要求。
80年代以来，现代通信技术、数字处理技术、微电子技术、天线技术以及宽带功放技术等得到迅猛发展。在这些技术的基础上，提出了当前最有希望解决这些问题的途径，即多波段多模式(Multi Band Multi Mode)的无线通信体制——软件无线电。
软件无线电的概念由美国MILTRE公司资深科学家J．Mitola于1992年5月在美国电信会议上首次明确提出。它以硬件作为无线通信的基本平台，把尽可能多的无线及个人通信功能用软件实现。这样，无线通信新系统、新产品的开发将逐步转移到软件的开发上来。软件无线电的概念一经提出，很快引起了广泛的注意。IEEE Cnmmunication Magazine(1995年第5期)发表了关于软件无线电的专辑，对软件无线电的内涵、发展的必然性和发展目标等进行了全面的阐述，认为软件无线电技术是继模拟到数字、固定到移动之后，无线通信领域的第三次革命，并将在下个世纪初形成和计算机及程控交换相当的巨大产业。
二、 软件无线电系统的结构与特点
从图1可以看出，实现软件无线电的关键在于，在同一硬件平台上，实现宽带射频信号的预处理，高速宽带的模数、数模转换，而对信号的调制、解调、信令接口等，全部放在数字信号处理(DSP)单元，由软件编程实现。
与其结构相对应，软件无线电系统的设计具有以下特点：
(1)A／D和D／A变换器尽可能地靠近天线端，即尽可能早地将接收到的射频模拟信号数字化及尽可能晚地将待发送的数字信号变换为模拟信号。因为从理论上说，对模拟信号处理的环节越多，信号损失的可能性就越大。同时将更多的环节利用可编程器件或软件来实现，可以增加系统的灵活性。
(2)软件无线电采用通用的可编程能力强的器件(DSP，CPU等)代替专用的数字电路，具有完全可编程的特性，包括可编程的无线波段、信道接入方式、信道调制、数据速率等，通过软件提供信令、控制和操作、管理和维护等功能。
(3)系统采用模块化结构，形成开放式的平台，使系统的更新升级方便，新业务的增加变成软件的更新。这样的系统同时具有很好的通用性。
三、 软件无线电中的关键技术
软件无线电的目标是要实现所谓的多波段多工作模式(MBMM)、通用硬件平台的电台。这对硬件水平提出了新的挑战，硬件上必需解决的关键问题包括：宽带／多频段射频前端，高速A／D／A以及高速DSP部分。这些问题的解决是实现软件无线电的基础。
(1)宽带／多频段天线
由于软件无线电要兼容多种通信标准，因而其天线必然要跨越多个频段。同时，对软件无线电天线提出的另一要求是抑制干扰。实现多频段有几种方法，例如使用拥有几个倍频程带宽的天线组，或者整个频段用多个天线来实现，或者在RF部分应用捷变频率技术。对于抑制干扰，可以通过算法来使天线阵在干扰源的方向上产生零点，以抑制干扰。当然，我们希望针对某一环境，通过自适应的方法产生最佳的方向图。
总之，可以这样要求天线部分：具有良好的方向选择性，较强的抑制干扰能力的宽带低损耗的天线阵。
(2)高速A／D
数字信号处理与模拟信号处理相比，有一个很大的优势就在于它的可编程性。可编程所带来的灵活性正是我们所期望的。对于接收机来说，A／D变换是系统的数字化的起始位置，所以我们希望A／D变换尽可能靠近接收天线，以增加系统的灵活性，减少模拟处理环节。所以。理想软件无线电结构要求对射频信号直接采样。由于信号动态范围的要求，采样后信号必需满足一定的位数要求。A／D采样的性能对整个系统的性能有很大的影响，对模数转换性能的衡量除了最高采样频率指标外，主要还要考虑诸如剩余误差信噪比(SNR)、无虚假动态范围(SFOR)、噪声功率比(NPR)、全功率模拟信号带宽指标、最大输入信号值与量化误差、相位抖动等指标，在进行系统设计时，必需根据要求综合考虑。在目前条件下，A／D采样器件的最高采样频率不能满足所谓的多频段的要求。为了提高采样频率，可以采用诸如并行采样、正交采样和带通采样、过采样等技术。
(3)高速DSP
DSP技术是软件无线电的基础，软件无线电要求尽可能利用通用的硬件结构，通过软件编程实现电台的功能，从而使得系统具有较大的灵活性。实时信道处理是软件无线电处理中的核心部分，其DSP处理要完成信源解码与信道解码，其中信道解码包括中频处理、基带处理与比特流处理。对于软件无线电接收机来说，DSP处理是从抽样后的宽带信号处理开始的，其带宽一般说来大约为几十兆，其中分布着多路窄带已调信号，DSP处理的任务就是从这些多路信号中选出所需信号，对其进行解调、解码等处理。以对一路信号的处理为例，当宽带信号中频混频后，用低通滤波器选出该路信号，再对其进行基带处理和比特流处理。单片DSP的处理能力仅能作到处理几百千赫信号的滤波。对于实际信号的处理，目前通用的单片DSP器件是很难胜任的。要想实时完成这样的工作，一方面，可以采用多个DSP进行协同工作。另一方面，对于处理速度有如此高的要求，其关键在于信号的抽样率很大，而事实上，我们感兴趣的信号带宽其实很窄，用如此高的采样速率来处理带宽如此窄的信号，是造成运算量巨大的根本原因。对于不同的信号在不同的处理阶段，可以采用不同的采样速率，提高运算效率，以完成对信号的实时处理。在目前硬件水平的条件下，采用可编程专用硬件，运用抽样速率变换技术，降低信号的采样频率后再用通用器件处理，是目前实现软件无线电的一种可行的、有效的方案。
四、 Speakeasy和Spectrum Ware系统
理想结构的软件无线电台如果能够被实现，其带来的好处是很显然的。然而由于器件性能的限制，这种理想结构的软件无线电台，至少在目前及今后相当长一段时间内是难以实现的。但是，软件无线电体制的灵活性所带来的诱人的前景，促使人们采用种种方法来研究它。目前，对软件无线电的研究具有代表性的两种系统分别是美军的 Speakeasy系统和美国麻省理工学院(MIT)的 SPectrum Ware系统。
Speakeasy系统是美军为了使多种通信系统能互联而研制的一种实用的军用软件无线电系统，它是基于数字信号处理器，软件编程的多频段、多模式电台。以VME总线为基础的模块化结构电台，工作频段为2—2000MHz，包括了HF，VHF，UHF和SHF，具有多种调制方式、多种信息安全方式和组网功能等，它所采用的并非是理想结构，而是采用软件无线电的思想，在实现上采用一些折中方案的结构。所以，在理解了软件无线电思想的基础上，根据目前技术实现所能达到的要求，采用折中的方案，研究软件无线电，并最终研制实用产品，具有重要的现实意义。
Spectrum ware系统是从通用计算机体系结构实现软件无线电的角度出发，引入了更多的软件成分，提出并试图实现“虚拟”无线电。Spectrum Ware并不是用软件无线电来实现一个实用的系统，而是构造一个实验平台，针对软件无线电中的一些问题，研究解决的方法，并实现一些简单的实验系统以验证。与DSP系统不同，该系统不是实时的同步系统。但它在可编程性、计算机体系结构的开放性和灵活性、并行处理及人机界面等方面大大超过DSP系统。
软件无线电是一种新的无线通信概念与体制，其系统结构通用，功能实现灵活，可提供不同系统的互操作性，具有复用的优势，是无线电技术尤其是军用无线电的发展趋势。随着硬件水平的不断提高与体制的不断完善，其必然会受到越来越广泛的关注，得到更长足的发展
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