軟件無線電技術(shù)是近年來提出的一種實(shí)現(xiàn)無線通信的新的體系結(jié)構(gòu)。它的基本概念是把硬件作為無線通信的基本平臺，而把盡可能多的無線通信及個(gè)人通信功能用軟件實(shí)現(xiàn)。這樣無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)將逐步轉(zhuǎn)到軟件上來，而無線通信的產(chǎn)品價(jià)值將越來越多地體現(xiàn)在軟件上。這是無線通信領(lǐng)域繼固定到移動、模擬到數(shù)字之后的第三次革命，并將在下個(gè)世紀(jì)形成和計(jì)算機(jī)及程控交換相當(dāng)?shù)木薮螽a(chǎn)業(yè)。

 

    從軟件無線電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)看，決定性的步驟在于將A/D和D/A變換器盡量向射頻端靠攏，應(yīng)用寬帶天線和多頻段天線，并將整個(gè)中頻信號作A/D變換，這之后整個(gè)處理都用通用可編程數(shù)字器件特別是軟件來實(shí)現(xiàn)。這樣一個(gè)體系具有非常大的通用性，可用來實(shí)現(xiàn)多頻段、多用戶和多體制的通用移動通信系統(tǒng)。所以下個(gè)世紀(jì)個(gè)人通信系統(tǒng)將很可能是一個(gè)具有驚人處理能力和標(biāo)準(zhǔn)射頻接口的通用硬件平臺，依靠不同軟件提供異常豐富的功能和業(yè)務(wù)，所以軟件無線電被稱為“通信世界里的PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）”，也就是說通信領(lǐng)域?qū)⒔?jīng)歷與PC在八、九十年代所經(jīng)歷的變革。

 

    以美國為代表的西方國家對軟件無線電技術(shù)的發(fā)展非常重視。盡管最初的應(yīng)用背景主要還是軍事方面，但在過去5年間，軟件無線電已從軍事研究脫穎而出，成為經(jīng)濟(jì)的、應(yīng)用廣泛的、全球通信的3G的戰(zhàn)略基礎(chǔ)。

 

 

 

    軟件無線電是70年代后期首次在美國提出的。在美國1992年開始介紹SWR在軍事技術(shù)上的應(yīng)用。美國國防遠(yuǎn)景規(guī)劃局（DARPA）的易通話第一期的發(fā)起人于1995年對軟件無線電在軍事通信的應(yīng)用進(jìn)行了全面的介紹。易通話第二期有力地促進(jìn)了創(chuàng)立于1996年3月的模塊化多功能信息傳輸系統(tǒng)（MMITS）論壇的發(fā)展。MMITS論壇致力于支持開發(fā)和使用先進(jìn)的無線系統(tǒng)開放式結(jié)構(gòu)，最近MMITS論壇重新定義為SDR論壇，標(biāo)志著軟件無線電開放結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)從側(cè)重軍用向側(cè)重商用的轉(zhuǎn)變。該論壇的主要目標(biāo)是：

（1）.在不同網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方案環(huán)境中實(shí)現(xiàn)各種功能的無縫綜合；

（2）.加速軟件無線電系統(tǒng)的擴(kuò)展；

（3）.推進(jìn)無線開放式結(jié)構(gòu)的采用；

（4）.提高多功能系統(tǒng)的靈活性；

（5）.確保滿足當(dāng)前和未來用戶在話音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體等方面的需求。目前MMITS的全球參與者包括：法國的Alcatel、瑞典的Ericsson、日本的Keio University、英國的Motorola、芬蘭的Nokia、德國的Rhode and Schwarz、南朝鮮的Samsung Electronics和德國的Siemens等。

 

    美國除了成功研制出易通話多功能多頻段電臺外，美國麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室Spectrum Ware項(xiàng)目從通用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)軟件無線電的角度出發(fā)，引入了更多的軟件成分，提出并試圖實(shí)現(xiàn)“虛擬”無線電。Motorola等公司對軟件無線電的基站進(jìn)行了深入的研究，同時(shí)美國Airnet公司已研制出可靈活配置的基站。

 

    隨著歐洲委員會于1997年5月在布魯塞爾成立軟件無線電專題研究組，歐洲個(gè)人通信產(chǎn)業(yè)中軟件無線電的前景已明朗了許多。在此之前，產(chǎn)業(yè)界已對軟件無線電進(jìn)行調(diào)研，并在一定范圍內(nèi)對軟件無線電進(jìn)行試驗(yàn)。在此之前，實(shí)現(xiàn)軟件終端的數(shù)字信號處理（DSP）和無線射頻（RF）技術(shù)的快速發(fā)展?jié)摿υ跉W洲一直備受爭論。

 

    隨后布魯塞爾專題研究組根據(jù)第三代ACTS（先進(jìn)通信技術(shù)和業(yè)務(wù)）移動通信委員會要求，于1998年6月在希臘的Rhodes舉行了第一屆國際軟件無線電研討會。大量相關(guān)的泛歐研究項(xiàng)目已在歐洲委員會的ACTS計(jì)劃中著手進(jìn)行。歐洲共同體在歐洲先進(jìn)通信和ACTS項(xiàng)目的研發(fā)中，資助軟件無線電的預(yù)先競爭。歐洲委員會目前正把軟件無線電技術(shù)作為重要的研發(fā)項(xiàng)目。

 

    亞洲有關(guān)軟件無線電的研究直到1998年4月，日本Keio大學(xué)成立第一個(gè)亞洲專題組才廣泛開展。但其研究的深度和廣度與歐美相比，還存在著一定的差距。

 

 

    美國和歐洲有關(guān)軟件無線電工作的方向和急切程度反映了非常不同的市場情況。在歐洲7年前才起動的GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)發(fā)展非常迅速，所以目前歐洲人對于PC和話音電話業(yè)務(wù)的無線接入已非常容易和方便。當(dāng)他們跨越整個(gè)歐洲和世界的大部分國家時(shí)，漫游已不成問題。

 

    相反，近年北美經(jīng)歷了從模擬到多種數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變。因此未來幾年軟件定義的多模式手機(jī)存在明顯的需求。對于軟件基站，北美也認(rèn)為存在類似機(jī)會，它既能支持模擬的AMPS也能支持新的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)。然而值得注意的是，軟件無線電在應(yīng)用市場中還未取得成功。另外，美國由于個(gè)人通信業(yè)務(wù)（PCS）已占用分配給3G的頻譜，所以迄今為止除了參與知識產(chǎn)權(quán)（IPR）爭議外，美國的3G還處于初級階段。

歐洲對多模式手機(jī)和基站的需求較不緊迫。由于GSM900/1800雙頻移動電話在今后兩年將成為市場標(biāo)準(zhǔn)，該產(chǎn)品的需求是由于歐洲為GSM分配了雙頻段所驅(qū)動的。然而這種需求真正影響的只是RF，而不是軟件無線電。雙模DECT/GSM產(chǎn)品的需求已降低，在任何情況下，這個(gè)市場與蜂窩市場相比都比較小。

 

    3G標(biāo)準(zhǔn)和支持移動多媒體業(yè)務(wù)的通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）的出現(xiàn)已成為歐洲軟件無線電的商用驅(qū)動力。從基站的前景看，軟件無線電可為基礎(chǔ)設(shè)施提供從GSM向UMTS發(fā)展的手段；從手機(jī)的前景看，軟件無線電可為制造商提供3G手機(jī)在UMTS還無法延伸到區(qū)域軟切可換到GSM的潛力，同時(shí)它也允許制造商在UMTS不同發(fā)展階段尋找區(qū)域市場。

 

    這些區(qū)別預(yù)計(jì)導(dǎo)致商用軟件無線電產(chǎn)品首先在北美出現(xiàn)，而歐洲更象為3G所需的更有能力和更強(qiáng)大的產(chǎn)品鋪平道路。

 

 

 

    軟件無線電的關(guān)鍵思想在于：1）.將A/D/A盡量靠近天線；2）.用軟件實(shí)現(xiàn)盡可能多的功能。可以說除了上述兩點(diǎn)關(guān)鍵思想被普遍接受以外，其它方面的內(nèi)容都在爭論和探討中。所以目前國際上軟件無線電更多的是以一種概念和假想的形式出現(xiàn)，具體的定義和體系結(jié)構(gòu)尚無定論。

 

    理想的SWR是多頻段多模式電臺，這種電臺的動態(tài)能力完全由包括物理層的各層協(xié)議棧軟件來定義。這種理想的技術(shù)的更合理名稱應(yīng)是“數(shù)字式可編程無線電”。數(shù)字式可編程無線電也用ADC對天線上的信號或中頻信號進(jìn)行數(shù)字化，但數(shù)字化后的數(shù)據(jù)不是只靠軟件進(jìn)行處理，而是利用各種靈活的可再配置的ASIC和通用數(shù)字信號處理器（DSP）來縮減系統(tǒng)功耗、體積和成本。這些ASIC是可編程的，可以針對不同頻道的特性和調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體的實(shí)施方案包括ASIC或現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA），它們比完全靈活的DSP實(shí)施方案更為經(jīng)濟(jì)。軟件無線電的實(shí)際定義包括那些含有一套預(yù)先定義的硬件模塊（如ASIC或FPGA）的無線電。這些模塊必須可以通過軟件進(jìn)行選擇，用作幾種不同系統(tǒng)的公用硬件。因此，今天的實(shí)用軟件無線電是把一些挑選出來的功能交由集成電路去完成，但又得保持足夠靈活性，以便根據(jù)各種不同的標(biāo)準(zhǔn)對其重新進(jìn)行配置。

 

    目前國外正在研究如何實(shí)現(xiàn)軟件的Plug&Play, 并提出了基于JAVA/CORBA的軟件協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)（Common Object Request Broker Architecture, 公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)）。該標(biāo)準(zhǔn)是由面向?qū)ο蠊芾砑瘓F(tuán)（OMG）制定的。它的思想是在“軟件總線”的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)開放、易用的體系結(jié)構(gòu)。所謂“軟件總線”與通常的“硬件總線”類似，就是將應(yīng)用模塊插入按標(biāo)準(zhǔn)做成總線即可實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)行，從而支持分布式的計(jì)算環(huán)境。這種設(shè)計(jì)思想與軟件系統(tǒng)中軟件的可重用性是一致的。

 

    面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)可以方便地描述軟件無線電的實(shí)現(xiàn)方法，每一個(gè)功能塊對應(yīng)一個(gè)類函數(shù)。例如第三代移動因特網(wǎng)業(yè)務(wù)，可通過業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)支持庫的現(xiàn)有因特網(wǎng)協(xié)議（IP）棧與來自信道編解碼庫的3G IF調(diào)制解調(diào)器相混合設(shè)計(jì)。3G的移動分類可通過在Java虛擬裝置上執(zhí)行的程序語言實(shí)現(xiàn)。這種擴(kuò)展的觀點(diǎn)體現(xiàn)了SWR概念從理想的純理論抽象到實(shí)際應(yīng)用體制的發(fā)展，商用產(chǎn)品正引導(dǎo)SWR朝這個(gè)方向發(fā)展。

軟件無線電的產(chǎn)業(yè)化要求綜合兼容的硬件、微程序語言和軟件模塊，最近國外提出“分層虛擬機(jī)”的參考模型，通過“分層虛擬機(jī)”參考模型，軟件無線電將這些模塊組織起來，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。分層虛擬機(jī)使軟件無線電的每一功能的實(shí)現(xiàn)層次和手機(jī)的每一模式結(jié)合起來，層越少意味著調(diào)用手機(jī)的特定資源的運(yùn)算效率越高。

 

 

(1).低功耗、小型化技術(shù)

 

    到目前為止，軟件無線電手機(jī)除了受技術(shù)制約以外，還受到功耗、體積和成本的制約。美軍的易通話第二期工程樣機(jī)接收功耗高達(dá)60瓦。所以降低功耗、減少體積是軟件無線電手機(jī)必須逾越的難關(guān)。

目前的電源管理DSP芯片由DSP ISA為ASIC核的ASIC構(gòu)成。軟件無線電可控制話音和數(shù)據(jù)通信的短工作周期，使手機(jī)有更長的休眠模式或時(shí)間。尋呼信息的定時(shí)結(jié)構(gòu)減少了錯(cuò)誤概率，進(jìn)一步保存了電池壽命。

 

(2).高速A/D和DSP數(shù)字處理

 

    AD變換和DA變換技術(shù)始終是軟件無線電手機(jī)的瓶頸，近期內(nèi)滿足2000MHz頻段采樣的AD芯片尚無法實(shí)現(xiàn)，即使能生產(chǎn)其功耗、價(jià)格也無法解決，因此從信號分析的角度研究采樣方法是可取的。

從采樣頻率出發(fā)，人們把采樣分為過采樣、奈奎思特采樣和欠采樣，由于軟件無線手機(jī)接收的信號相對其覆蓋頻率而言是窄帶的，因此，欠采樣應(yīng)是軟件無線電手機(jī)最有前途的研究方向。

DSP數(shù)字信號處理技術(shù)是軟件無線電手機(jī)的基礎(chǔ)。從“易通話”第二期工程的設(shè)計(jì)看，未來的軟件無線電臺將越來越依賴數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，但目前盡管低功耗DSP、超強(qiáng)功能DSP發(fā)展迅速，但DSP在速度、功耗上的現(xiàn)狀仍然是制約軟件無線電手機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵。

DSP的另一研究內(nèi)容就是軟件，軟件是軟件無線電手機(jī)的核心。在目前DSP不能滿足軟件無線電手機(jī)設(shè)計(jì)要求的情況下，開發(fā)DSP的數(shù)字信號處理軟件應(yīng)是軟件無線電手機(jī)的主攻方向。這其中包括各種FFT算法，調(diào)制解調(diào)、信源編碼、信號編碼等各種通信軟件，也包括方式控制、信號控制和數(shù)據(jù)交換軟件。

 

(3).時(shí)鐘的產(chǎn)生與分配

 

    時(shí)鐘的產(chǎn)生和分配會消耗大部分手機(jī)電源，特別是多模式SWR手機(jī)必須對所支持的每一標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生幾個(gè)不同的時(shí)鐘速率，每一標(biāo)準(zhǔn)的參考晶振增加元器件數(shù)量、復(fù)雜性和由此產(chǎn)生的成本。手機(jī)總的損耗功率約與時(shí)鐘速率的平方成正比，而第二代手機(jī)W-CDMA、GSM的主時(shí)鐘速率較高，這種高速主時(shí)鐘的不實(shí)用性表明第二代手機(jī)的局限性。因此需要采用低功耗SWR手機(jī)時(shí)鐘的新技術(shù)以便在多標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)的軟件中產(chǎn)生純頻譜的信號。對3G時(shí)鐘的選擇非常重要，它既可將多模式手機(jī)的成本減少到大量市場可接受的水平，或?qū)?G降到小的高端市場的位置。

 

(4).接收機(jī)結(jié)構(gòu)

 

    接收機(jī)的復(fù)雜性一般是發(fā)射機(jī)復(fù)雜性的四倍或更多倍，因此接收機(jī)結(jié)構(gòu)是影響手機(jī)成本的首要因素。直接變換接收機(jī)可將本振參考信號與RF信號混頻后，直接產(chǎn)生基帶信號，并可抑制超外差接收機(jī)的雜波信號。理想的SWR接收機(jī)使用寬帶ADC接入IF，信道選擇和轉(zhuǎn)換到基帶信號由可編程濾波器ASIC或FPGA碼實(shí)現(xiàn)。但目前這種DSP和ADC非常耗電。所以松下公司已將其SWR手機(jī)發(fā)展計(jì)劃制定為從現(xiàn)階段的基帶DSP開始的三個(gè)階段。因此近期軟件無線電手機(jī)的接收機(jī)還將采用軟件包括IF處理的超外差式。但由于直接變換可實(shí)現(xiàn)便攜低成本手機(jī)的收發(fā)信機(jī)，且可兼容多種標(biāo)準(zhǔn)，所以最近幾年直接變換原理又開始受到重視。

 

(5).手機(jī)生產(chǎn)

 

    批量生產(chǎn)手機(jī)的成本幾乎與零件成本成正比。最近的微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)使用三維微切削加工將元器件集成到半導(dǎo)體基片上，MEMS器件包括400個(gè)微RF開關(guān)，這些開關(guān)的體積是傳統(tǒng)的PIN二極管RF開關(guān)的1/1000，平均功率不到傳統(tǒng)RF開關(guān)的1/100。懸臂梁濾波器的質(zhì)量因子（Q）已高達(dá)80000。另外，鎳MEMS器件不需熔化可被裝配到現(xiàn)有CMOS芯片上。設(shè)置MEMS器件調(diào)諧頻率的機(jī)械結(jié)構(gòu)本身可變，通過微驅(qū)動器設(shè)置到指定的數(shù)值。除了產(chǎn)品元件的微調(diào)參數(shù)，這種微驅(qū)動器還具有滿足未來SDR可編程特性的足夠的動態(tài)范圍和機(jī)械壽命。

 

 

    靈活綜合無線電系統(tǒng)和技術(shù)（FIRST）和ACTS計(jì)劃的FRAMES項(xiàng)目已對使用原型SWR的下一代空中接口進(jìn)行調(diào)研。ADC性能的缺陷是基站SWR的經(jīng)濟(jì)制約。基站應(yīng)用所需的并行數(shù)字信道的數(shù)量取決于已知帶寬上ADC的有效動態(tài)范圍（分辯率精確度）。基站的成本與RF-ADC信道的數(shù)量成正比。因此ADC技術(shù)將是具有真正全球化能力的SWR基站的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。

 

    軟件無線電基站的開發(fā)動力可能會促使第三代系統(tǒng)的出現(xiàn)。但運(yùn)營公司已在第一代和第二代無線系統(tǒng)中投入大量的投資，因此，至少從目前來說，運(yùn)營公司在不久的將來不愿意考慮部署軟件無線電網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計(jì)，全世界的移動通信制造商都把軟件無線電看作是很久以后才能實(shí)現(xiàn)的機(jī)遇，它們將把重點(diǎn)放在市場活力大的變種軟件無線電上。這種實(shí)用的態(tài)度導(dǎo)致數(shù)字式可編程無線電的研制，這種無線電實(shí)現(xiàn)了第二代系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)的跨越。

 

    軟件無線電正處于艱難的誕生階段。它的萌芽包括軍用的低RF頻段、控制可編程濾波器ASIC和基帶DSP。然而它的近期經(jīng)濟(jì)性取決于3G的發(fā)展。一些技術(shù)挑戰(zhàn)是由于無法實(shí)現(xiàn)跨越世界各地區(qū)的空中接口規(guī)范化而產(chǎn)生的；另一些技術(shù)挑戰(zhàn)是由于電源損耗、時(shí)鐘速率、動態(tài)范圍和線性技術(shù)的局限性產(chǎn)生的。隨著時(shí)間的推移，這兩方面都會產(chǎn)生先進(jìn)的ADC、DSP、ASIC、FPGA和軟件技術(shù)。成功的關(guān)鍵是通過開放標(biāo)準(zhǔn)控制軟件無線電的發(fā)展進(jìn)程。

 

 

    由于受到基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和元器件的制約，發(fā)展我國新一代無線電系統(tǒng)只能走系統(tǒng)集成和專題配套相結(jié)合的道路。一方面，在系統(tǒng)控制、軟件和模塊設(shè)計(jì)上下功夫，明確軟件無線電的發(fā)展方向、目標(biāo)和應(yīng)用前景，以需求為牽引推動軟件無線電的發(fā)展；另一方面，安排國內(nèi)的元器件單位開展配套元器件的研究。同時(shí)利用市面上已有的國外元器件，如DSP、高速AD、DA等國內(nèi)尚不具備研制基礎(chǔ)的元器件為我所用，加快軟件無線電系統(tǒng)的研究進(jìn)度。

 

 

    軟件無線電需要將現(xiàn)代先進(jìn)的通信技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，是一個(gè)中長期的研究項(xiàng)目，需要很強(qiáng)的綜合實(shí)力。采用什么樣的體系結(jié)構(gòu)對于發(fā)展我國的軟件無線電非常重要，這包括兩個(gè)層次。一是系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，不僅要考慮目前的實(shí)現(xiàn)，還要考慮到長遠(yuǎn)的發(fā)展，不然很可能使得軟件無線電成為眾多“標(biāo)準(zhǔn)”之后的又一種，甚至是出現(xiàn)多種互不兼容的軟件無線電“標(biāo)準(zhǔn)”，而不是將這些現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來。另一個(gè)層次是子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為關(guān)鍵的部分是RF端設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

 

    系統(tǒng)總體涉及的主要技術(shù)應(yīng)包括：系統(tǒng)的功能定義、模塊劃分、接口標(biāo)準(zhǔn)、總線定義、軟件平臺的選擇和實(shí)際應(yīng)用的模擬。

 

 

    軟件無線電技術(shù)涉及當(dāng)今電子、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的最新成果，盡管我國在“九五”就開始跟蹤研究，但受總體技術(shù)和配套元器件的制約。應(yīng)該承認(rèn)我國在軟件無線電領(lǐng)域和歐美相比存在著一定的差距，不可能在近期解決軟件無線電的全部問題，有必要選擇關(guān)鍵技術(shù)實(shí)施突破。

(1).多信道數(shù)據(jù)交換技術(shù)；

(2).高速數(shù)字信號處理技術(shù)；

(3).系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)；

(4).寬帶射頻和模塊化技術(shù)；

(5).高速AD/DA技術(shù)；

(6).嵌入式開放系統(tǒng)控制技術(shù)；

(7).多媒體業(yè)務(wù)。

 

 

    目前我國軟件無線電的開發(fā)與研制基本是依靠國外的元器件，主要原因一方面是受國內(nèi)基礎(chǔ)電子工業(yè)技術(shù)水平的限制，國內(nèi)目前尚不具備研制和生產(chǎn)高速AD、DSP、CPU芯片的能力；另一方面則是元器件配套未能跟上，所以建議未來我國部分軟件無線電臺的配套器件如電調(diào)濾波器、寬帶中頻放大器、功率放大器模塊等相關(guān)模塊和整機(jī)一起配套研制。