认知无线电论文.doc

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1、 软件无线电课程论文题 目 认知无线电 院 系 学生姓名 学 号 专业班级 目录摘要3引言41 软件认知无线电的体系结构52 软件无线电数字处理的权衡63 SDR的软件结构94 结语105参考文献10【摘要】软件无线电设备是未来十年电信产业朝着基于IP的网络、在一个混合层次结构的自组网络环境下提供全球无缝无线接入的关键。主要介绍了软件无线电的体系结构、微处理器的选择和软件结构。【关键词】软件无线电；可重配置；可重编程【Abstract】 The progress of telecommunications in the next decade will be characterized by

2、the convergence towards an IP-based core network providing ubiquitous seamless access in an hierarchical and hybrid self-organizing network environment. The key to facilitate this convergence on the access side is the Reconfigurable Software Defined Radio (SDR) equipment. The article outlines and de

3、scribes the SDR Architecture, and focuses on the choice of microprocessors and Software Architecture.【Key words】 Software Defined Radio(SDR); reconfigurability; reprogrammable引言未来十年电信产业将朝着基于IP的网络发展，在一个混合层次结构的自组网络环境下提供全球无缝无线接入。而软件无线电(SDR)设备则是促进这种发展的关键。它是一个完全可编程的硬件平台，基站和移动台的所有功能均通过软件编程实现，通过注入不同的软件，形成不

4、同标准的移动用户终端和基站，SDR将能保证各种移动通信设备之间的无缝集成。 软件无线电是实现无线通信新体系结构的一种技术，在经过近几年的发展之后，其重要性和可行性正逐步被越来越多的人所认识和接受。软件无线电技术的重要价值体现在：硬件只是作为无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是通过软件来实现的，这就打破了长期以来设备的通信功能实现仅仅依赖于硬件的发展格局。所以有人称，软件无线电技术的出现是通信领域继固定到移动，模拟到数字之后的第三次革命。软件无线电(Software Radio) 这个术语,最早是美军为了解决海湾战争中,多国部队各军兵种进行联合作战时,所遇到的互联互通互操作(简称“三互”)

5、问题,而提出来的。军用电台一般是根据某种特定用途设计的，功能单一。虽然有些电台基本结构相似，但其信号特点差异很大，例如工作频段、调制方式、波形结构、通信协议、编码方式或加密方式不同。这些差异极大地限制了不同电台之间的互通性，给协同作战带来困难。同样，民用通信也存在互通性问题，如现有移动通信系统的制式、频率各不相同，不能互通和兼容，给人们从事跨国经商、旅游等活动带来极大不便。为解决无线通信的互通性问题，各国军方进行了积极探索。1992年5月，在美国通信体系会议上，MITRE公司的JoeMitola首次明确提出软件无线电的概念。 软件无线电在20世纪70年代后期被首次提出，当时模数转换器(ADC)

6、由8085微处理器提供，电台工作于低频段(VLF)。有关军事技术的应用于1992年首次提出，美国国防远景规划局的易通话第一期发起者于1995年对软件无线电的军事应用进行更全面的介绍。通话第二期有力地促进了创立于1996年3月的模块化多功能信息传输系统(MMITS)论坛的发展。MMITS论坛致力于支持开发和使用先进的无线系统开放结构，最近MMITS论坛重新命名为SDR（软件定义无线电），标志着软件无线电开放结构从侧重军用向侧重商用的转变。另外，欧洲委员会也在SDR的硬件和软件技术上取得了重要的进展，其先进通信技术与业务(ACTS)和欧洲信息技术计划(ESPRIT)实行的项目包括：FIRST f灵

7、活的综合无线电系统和技术）、SORT（软件无线电技术）和SLATS（先进终端解决方案软件库）。 由于软件无线电技术的复杂性，尽管目前在全世界有着大范围的研究，但在可重配置和软件无线电技术的各方面的基础研究还有未涉及的领域。成功开发软件无线电谩备将需要510年的时间。1软件/认知无线电的体系结构所谓软件无线电，就是说其通路的调制波形是由软件确定的，即软件无线电是一种用软件实现物理层连接的无线通信设计。软件无线电的核心是将宽带A/D、D/A尽可能靠近天线，用软件实现尽可能多的无线电功能；其中心思想是在一个标准化、模块化的通用硬件平台上，通过软件编程，实现一种具有多通路、多层次和多模式无线通信功能的

8、开放式体系结构。应用软件无线电技术，一个移动终端可以在不同系统和平台间畅通无阻地使用。软件无线电的基本结构 体系结构是一个基本框架，在这种框架中，一组特定的功能可以根据特定的设计规则，通过几类特定的组件来实现。软件无线电体系结构的分析是从硬件组织开始的，以便充分地发挥软件的灵活性。硬件组织包括有宽带天线和射频中频处理器、宽带ADC和DAC、控制参数的ASIC，FPGADSP和通用处理器。软件组织包括数据结构和组织在软件对象中的过程。 SDR体系结构的设计应具有即插即用的特性。SDR终端的重配置包括所有的功能性方面，从无线物理层到协议栈、服务或服务执行平台的可重配置。另外设备之间和设备各层之间的

9、应用编程接口(API)的开放性决定了终端的可编程和可重配置的能力。一般认为未来的开放可编程平台，可重配置移动系统应像PC机正如软件无线电的最初定义一样“无线世界的PC”。这种定义准确地勾画出可重配置通信平台终端所须的开放性和可编程能力。但值得注意的是软件无线电的可重配置性应比PC更可靠。SDR论坛在1997年7月出版了其最早的技术报告，报告为体系结构开放的、即插即用的SDR确定了一个体系结构框架，它把IT线程元件合并到实体中，即对象母体中，它们促进了模块间接口的定义。辅助接口(AUX)是专用的接口，用于输入、输出、天线多样性控制、减弱同址干扰和密钥注入（还将确定其它一些项目）。在这些SDR模块

10、之间的接口都大致对应于规范的软件无线电的段间接口，SDR论坛预期的射频接口RF是一个介于天线和射频变换模块间的模拟接口。这个接口可能是将来的数字射频，或是现在这样的模拟射频。 2 软件无线电数字处理的权衡 作为各种高级无线接入系统的可行硬件平台SDR设备（终端、基站）的设计和应用的成功在于模拟和数字电路技术的高速发展。目前纯可编程数字电路组成的软仵无线电结构是不可行的。但由于技术的进步，微电子处理器的处理速度几乎每3年翻一番且集成度也呈指数增长。如图2所示，因此模拟电路将逐步被数字电路取代并最终被运行在数字信号处理器和嵌入式控制器上的软件代替。随着数字处理器的处理的能力的增强，软硬件的分界点不

11、断地向天线端移动。传统的无线基础架构设计可采用ASIC，DSP和FPGA器件的组合加以实现数字功能。ASIC和FPGA通常负责处理高级编码机制，如Reed Solomon编码、Viterbi编码及Rake接收机，而DSP则负责语音编码及其它语音处理任务。实现系统的无线通信需要经过信号的发射，信号的信道传输与信号的接收3个过程。由于现在这种新型的软件无线电通信系统的信道接入、信道调制方式和信道的选址分配方式均可由系统终端的可编程软件功能来定义和实现，从而可使软件无线电通信系统的实现缩减为发射和接收两个过程。此外，在软件无线电系统中承担发射过程的软件相当丰富。它不仅能发射信号，而且能预先分析传输信

12、道与相邻信道的干扰特性，从而探测确定信号的最佳传输途径。它能自行选择确定适应信道传输的最佳解调方式与编码方法；也能决策调整宽带天线的位置，以使发射波束获得最佳方向；并能自动调整合适的发射功率，以避免不必要的功率损失。软件无线电通信系统接收过程的软件功能是：它不仅能够接收信号，而且能够分析接收信号功率在本传输信道和相邻信道上的分布特性并能自动调整接收天线的方向；能识别接收信号的调制方式和编码方式；能自适应的抑制干扰，评估所需信号多径传输的动态特性，并对其总体值进行相关的自适应均衡处理；能采用交织编码方式对信道解调方式进行解调，并能运用前向纠错控制方式（FEC）对漏检差错编码纠错以及更正驻留误码，

13、从而使接收信号的差错比特率（BER）最小；同时，它还能对不同系统通信的相关协议进行转换。更重要的是，软件无线电系统还可以通过广泛的软件功能来支持该系统业务的广泛可扩充性。显然这些功能都是以往或现有数字无线电通信系统所不能比拟的。在由传统的无线架构设计转向软件无线电设计的过程中，DSPFPGA和ASIC之间的功能划分也在变化。DSP和FPGA可轻易地进行重配置，以实现软件无线电设计的各种功能，而现有的通信ASIC虽然可以较低的成本提供更好的性能，但可编程能力非常有限。但如果要求这些器件在将来支持升级到尚未定义4G无线结构，由于4G标准尚未定义，而且在该结构中任何ASIC信号处理器件的使用都将给未

14、来的升级带来无法预料的风险，因此中频处理也必须使用FPGA或DSP器件。ASIC器件在软件无线电结构设计中的另一劣势是集成度。随着ASIC，DSP和FPGA开发技术的不断进步，在单个器件中集成的功能也急剧增加。但对于ASIC，灵活性将随集成度的增加而降低。ASIC器件的灵活性在软件无线电产品的开发中也具有其优势：现有的ASIC算法开发已经相当完善，这有助于缩短产品的上市时间。硬件设计是基于ASIC功能的关键开发进程，而软件开发则受制于接入器件可编程特性的链接库生成。基于DSP或FPGA的设计开发周期则要复杂得多，因为软件开发需要的资源通常比相应的硬件开发多得多。现有的经优化通用算法链接库有利于

15、加速DSP和FPGA的软件开发，但这些算法必须集成在一起实现期望的数字无线功能，因此需要完整的软件开发周期。ASIC器件的设计通常经过优化以提供卓越的功率性能。但大多数可编程器件的功率将随器件利用率和时钟频率的增加而急剧增长，因此在衡量整体设计的功率分配时，必须考虑这一因素，表1为各种通信标准对数字处理能力的要求。3 SDR的软件结构 一个高效的处理平台和一个能满足系统需求并实现各种无线接入的软件结构是可重配置设备的基础。软件结构设计的丰要目的是综合各种不同的技术和硬件平台，利用这些平台的可编程性来实现系统的可重配置。一个可行的办法就是应用可配置无线电的上层网络与多媒体。（如协议层）并在操作系

16、统的顶层运行而不是把它们当作系统层的一部分，然后研究可重配置终端下载重配置软件的必须机制，最后重配置无线子系统、协议、服务和应用执行环境。因此需要发展一种考虑到应用层和底层的开放编程接口的结构框架，如图3所示的可重配置通信设备的顶层软件结构。4 结语随着微电子技术的进步，通用或专用微处理器的运算能力越来越强，软件无线电最终将由纯软件来实现。未来的软件无线电将可以根据无线电环境的变化而自适应的配置终端的数据速率，调制解调方式，信道编译码方式，调整信道频率、带宽以及无线接入方式的智能化，从而更加充分的利用频谱资源，在满足用户QoS要求的基础上使系统容量最大。近年来移动通信发展迅猛，自70年代末期模

17、拟蜂窝系统问世以来，不到20年，已经发展到了以数字化技术为主要特征的第二代移动通信，自进入90年代以来，世界各国着手努力探寻第三代移动通信，即未来个人通信的实现途径。对于第三代移动通信系统，争论最多的还是无线传输体制问题。对于传输体制，目前具有代表性的主要有两个：以欧洲为代表的W-CDMA系统，以北美为代表的基于IS-95标准的CDMA2000系统。根据目前的发展，由于商用利益和应用场合等条件的限制，要在世界范围内将无线移动个人通信统一到一个体制上还是有一定困难，多种体制并存很可能是未来无线移动通信系统发展的趋势。在不同应用场合，不同体制有固有的优越性，而这是其它体制所不能代替的，因此，不同体

18、制间的互联互通便成为一个重要的讨论课题。软件无线电通过对模拟和数字硬件功能的软件化，达到了提高业务质量和信道接入的灵活性的目的，软件无线电标准的兼容性、技术接入和经济性之间能够取得良好的折中，它已成为实现不同的多址接入方式之间兼容的最佳方案。通过软件无线电技术对多种体制进行综合，开发出新一代的多模式移动手机，使人们摆脱终端的束缚，一机在手漫游天下的思想已成为第三代移动通信的发展方向。如今，软件无线电的应用越来越广泛，在蜂窝移动通信系统中软件无线电的应用也是一个发展趋势。如我国的第三代移动通信系统TD-SCDMA中就结合了软件无线电、智能天线、全质量话音压缩编码技术与联合检测技术等新通信技术。蜂

19、窝基础结构以合适的软件无线电为基础，它可以利用安装新软件进行升级，这与配置新硬件相比更廉价、更迅速，同时也使得数字通信更迅速地进入市场，提高频谱的利用率。在4G通信中的应用:随着3G技术的日益发展与成熟，目前已经在市场运营中取得一定的成绩。当前，国际电信联盟（ITU）已经着手准备“第四代移动通信标准”的制定，并逐渐达成共识，将移动通信系统与其他系统相结合，如WLAN、无线局域网等，4G技术应运而生。随着4G技术的产生，数据传输效率将进一步提高，并可提供更丰富更广泛的业务，最终实现局域网、广播、电视、商业无线网络、蓝牙等无缝衔接、兼容发展。在4G发展的诸多关键技术中，软件无线电技术是承载4G发展

20、的桥梁。随着各种先进技术的交叠发展，更利于降低开发风险，因此未来发展的4G技术中必须满足各种类型产品的需要，软件无线电技术恰好满足产品多样性需求，既可降低开发4G的风险，又支持更多系列产品的开发。另外，由于软件无线电技术减少了硅芯片的应用，可有效降低成本更利于推广使用。在4G技术的网络支持方面，由于通信系统选择的是基于IP全分组形势基础上的数据传输流，因此IPv6将成为下一代网络协议。5参考文献【1】K.Moessner, et al.Software Radio and Reconfiguration电声技术【2】甘泉, 杨为, 陈永泰. 软件无线电体系结构研究J. 电声技术, 2004,(09)【3】褚晶辉, 俞斯乐. 软件无线电及其实现技术J. 通信技术, 2002,(02) 【4】秦荣. 前景光明的软件无线电技术J. 现代电信科技, 1999,(03) 【5】 朱祥贤. 软件无线电的体系结构和关键技术J. 桂林电子工业学院学报, 2001,(04)