軟件無線電技術(shù)在移動通信測試領(lǐng)域的應用分析

唐四中

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軟件無線電技術(shù)在移動通信測試領(lǐng)域的應用分析

唐四中

海華電子企業(yè)（中國）有限公司，廣東 廣州 510656

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

軟件無線電技術(shù)；移動通信；測試領(lǐng)域

由于網(wǎng)絡要求與用戶需求，多種移動通信制式將長期并存。中國移動2012年的集中采購中，其數(shù)據(jù)終端和語音終端規(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。國內(nèi)4G終端也同時支持3～4種制式，與此同時，WiFi，GPS等功能也更多配于智能終端，從而給無線技術(shù)測試領(lǐng)域帶來巨大挑戰(zhàn)。于是提出通過軟件編程來完成無線通信設備的系統(tǒng)升級和功能測試，這將大大提高無線產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)效率，并大大節(jié)省儀器成本。軟件無線電技術(shù)（SDR）將硬件與軟件結(jié)合，使設備可以任意重新配置，為完成多模式、多頻段、多功能無線通信測試提供了可行的解決方案。通過軟件編程，過去只能使用專用硬件平臺來完成的任務，軟件無線電技術(shù)也可以完成。利用具有強大信號處理能力的可編程器件，如：DSP/FPGA/CPU等，可實現(xiàn)支持多種通信標準[1]。

1 軟件無線電的結(jié)構(gòu)

軟件無線電的關(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盡早數(shù)字化，并通過采用高速數(shù)字信號處理芯片（DSP等）處理輸出信號，最后通過軟件編程來實現(xiàn)無線通信的功能。

由于各種因素限制，如天線與ADC器件帶寬等，理想軟件無線電目前無法實現(xiàn)。工程上實現(xiàn)的軟件無線電系統(tǒng)被稱為軟件定義的無線電（Software-definedradio）。在一個SDR系統(tǒng)中，我們將A/D器件的位置稱為數(shù)字接入點，這個位置至關(guān)重要，它表示信號數(shù)字化處理的開始。區(qū)別于多模式無線電等，軟件無線電系統(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 軟件無線電的體系結(jié)構(gòu)

軟件無線電體系結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)軟件無線電的一個基本框架。在軟件無線電技術(shù)體系結(jié)構(gòu)中，一組特定的功能可以根據(jù)特定的設計規(guī)則，通過幾類特定的組件來實現(xiàn)。軟件無線電體系結(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。

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

現(xiàn)在，許多專家和學者認為，通訊頻率的管理應該是開放式的可編程平臺，這可以重新配置移動通訊頻率系統(tǒng)，正如軟件無線電的最初定義一樣“無線世界的PC”。這種定義準確地勾畫出可重配置通信平臺/終端所須的開放性和可編程能力，這使得未來軟件無線電具有更為安全、可靠的可重配置性，以滿足未來移動通訊發(fā)展的要求。

1997年軟件無線電論壇發(fā)布的技術(shù)報告，在軟件無線電技術(shù)發(fā)展歷史上具有里程碑意義，該報告第一次為軟甲無線電構(gòu)架了一個明確的體系框架—開放的、即插即用的發(fā)展框架體系。它把IT線程元件合并到實體中即對象母體中，它們促進了模塊間接口的定義。輔助接口（AUX）是專用的接口，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目）。軟件無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 軟件無線電的應用

3.1 個人移動通信

隨著人們對通信需求的廣泛增加，這樣一來就縮短了通信產(chǎn)品的使用周期，研發(fā)費用增加。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，通信系統(tǒng)就會變得多樣和復雜。為了尋找更具拓展力的個人移動通信系統(tǒng)，軟件無線電技術(shù)能夠滿足人們的要求。

無論是基站還是移動終端都采用了無線電結(jié)構(gòu)的蜂窩移動通信系統(tǒng)，硬件的要求簡單，由軟件來定義功能。這個蜂窩移動通信系統(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行發(fā)射。

接收和發(fā)射的道理相同，能夠準確的區(qū)分相鄰信道和當前信道的能量動態(tài)，自己抵消干擾，估量信號的動態(tài)特征，識別輸入信號的方式，對多徑信號進行均衡和合并，對調(diào)制進行解碼，最后使用FEC改正其他剩余錯誤。此外，軟件無線電技術(shù)還能夠開放增值業(yè)務。

在蜂窩移動通信系統(tǒng)中的應用雖然蜂窩移動通信有固定的頻段劃分，但頻譜資源是不合理的。這是在移動通信系統(tǒng)的問題還沒有得到解決。在白天，頻譜資源非常緊張，晚上頻譜資源是比較空閑的，這就導致在繁忙時間的頻率譜是擁擠和頻譜的大量浪費，特別對一些重要頻譜而言，問題就顯得尤為突出。認知無線電技術(shù)在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，采用自適應頻率來解決問題。對于傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)，由于充足的頻譜預留空間，目前還沒有認知無線電技術(shù)的引入，具體的規(guī)范協(xié)議的出臺還需要進一步研究。對于運營商，引入成本和運營管理是一個值得思考的問題。但從技術(shù)層面，蜂窩移動通信系統(tǒng)共享頻譜資源的認知無線電的一個發(fā)展方向，這方面的研究已經(jīng)開始。

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)爭中美國為了實現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)所以最早提出了軟件無線電技術(shù)。

1995年美國在SPEAKeasy的計劃中研發(fā)出了MBMMR電臺，這個電臺滿足了聯(lián)合作戰(zhàn)的需求，其主要特點具有多模式、多頻段。整個無線頻段幾乎都被電子戰(zhàn)覆蓋，所以說電子戰(zhàn)的特點具有寬頻段，但是等待處理的信號類別較多，它的工作是被動接受?，F(xiàn)在使用的電子戰(zhàn)系統(tǒng)都是在事先預設的信號下工作，假如信號的通信方式和特征發(fā)生改變，電子戰(zhàn)系統(tǒng)就沒有辦法很好的處理了，為了避免影響作戰(zhàn)，研究出波形適應性好，可拓展能力強，頻段寬，不僅能適應導航，還能適應雷達信號最重要的還要具有敵我識別信號。滿足這些要求是現(xiàn)代信息戰(zhàn)爭的需求，解決這些要求的就是軟件無線電技術(shù)，所以說軟件無線電技術(shù)應用在電子戰(zhàn)中有廣闊的前景。

4 結(jié)語

隨著通信標準越來越多的出現(xiàn)和不斷演進，移動通信系統(tǒng)、終端及芯片廠商對測試成本、測試質(zhì)量、測試時間等要求會更加嚴格。市場上主流測試設備廠商將會推出更接近于SDR的測試儀器，從而推出更高指標、更加靈活的射頻測試儀器。

[1]張睿，周峰，郭隆慶.無線通信儀表與測試應用[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在軟件無線電中的應用[D].北京：北京郵電大學，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