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軟體無線電

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軟體無線電（Software Defined Radio，SDR）是一種實現無線通訊的新概念和體制。在硬體中可以通過組件（例如混頻器，濾波器，放大器，調變器 / 解調器，檢測器（英語：Detector (radio)）等）實現，也可以通過軟體手段實施。一開始軟體無線電應用在軍事領域，在21世紀初，由於眾多公司的努力，使得它已從軍事領域轉向民用領域，成為經濟的、應用廣泛的、全球通訊的第三代行動通訊系統的戰略基礎。

概述

基本的SDR系統可以由裝備有音效卡或其他模數轉換器的個人電腦組成，之前是某種形式的RF前端（英語：RF front end）。大量的訊號處理被交給通用處理器，而不是在專用硬體（電子電路）中完成。這種設計產生一種無線電裝置，它可以僅僅基於所使用的軟體來接收和傳送廣泛不同的無線電協定（有時也稱為波形）。

軟體無線電對於軍事和手機服務具有顯著的效用，這兩者都必須即時地服務於各種變化的無線電協定。

歷史意義

軟體無線電的一套裝置

由於無線通訊領域存在的一些問題，如多種通訊體系並存，各種標準競爭激烈，頻率資源緊張等，特別是無線個人通訊系統的發展，使得新的系統層出不窮，產品生產周期越來越短，原有以硬體為主的無線通訊體制難以適應這種局面，迫使軟體無線電的概念的出現。它的出現，使無線通訊的發展經歷了由固定到移動，由類比到數位，由硬體到軟體的三次變革。

特性

傳統類比無線電系統的射頻部分、上/下變頻、濾波及基頻處理全部採用類比方式，某頻段和某種調變方式的通訊系統都對應專門的硬體結構；而數位無線電系統的低頻部分採用數位電路，但其射頻部分和中頻部分仍離不開類比電路。與傳統無線電系統相比，軟體無線電系統的A/D、D/A變換移到了中頻，並儘可能靠近射頻端，對整個系統頻帶進行取樣，這是軟體無線電的一個突出特點。數位無線電採用專用數位電路，實現單一通訊功能，無編程性可言。而軟體無線電以可程式化力強的DSP元件代替專用數位電路，使系統硬體結構與功能相對獨立。這樣就可基於一個相對通用的硬體平台，通過軟體實現不同的通訊功能，並對工作頻率、系統頻寬、調變方式、信源編碼等進行編程控制，系統靈活性大為增強。

體系結構

軟體無線電的硬體平台採用模組化設計，是一個具有開放性、可延伸性和相容性的通訊平台。我們基於這一相對通用的硬體平台，通過載入不同的軟體來實現不同的通訊功能。通過使用軟體無線電，可以快速改變頻道接入方式或調變方式，利用不同軟體即可適應不同標準，構成具有高度靈活性的多模手機和多功能基地台，這樣不同通訊體制就可以實現互聯互通。

軟體無線電的通用硬體平台設計通常採用匯流排形式。軟體無線電的硬體平台比PC要求高得多,它需要寬頻射頻前端、寬頻A/D/A轉換器、高速DSP元件等。為了進行高速A/D/A變換及數位訊號處理，軟體無線電系統必須多個CPU並列工作。另外，數位訊號處理資料要高速交換，系統匯流排必須具有極高的I/O傳輸速率。在目前符合要求的系統匯流排中，VME匯流排（英語：VMEbus）技術最成熟，通用性最好，且得到的支援最廣泛。VME提供多個CPU並列處理，支援獨立的32位元資料匯流排和位址匯流排，速率達40Mb/s(甚至320Mb/s)，是軟體無線電的首選匯流排方式。

關鍵技術

  • 寬頻/多頻段天線
  • 寬頻模/數變換器(ADC)和數/模變換器(DAC)
  • 高速並列的DSP部分
  • 開放性及擴充性的總路線結構
  • 軟體協定和標準(如JTRS-SCA)
  • 系統的功耗、體積和成本

參考文獻

  1. Mitola Joe. Software radio architecture. IEEE Communication, May 1995: 6-38.
  2. Buracchini Joe. Software Radio Concept. IEEE Communication, Sep 2000: 138-143.
  3. 肖維民, 許希斌. 軟體無線電綜述. 電子學報, 1998, 26 (2).
  4. 陳浩, 羅序梅. 軟體無線電關鍵技術的新趨勢. 通訊世界. 2004, 12 (2) .

外部連結

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