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【摘 要】 软件无线电是基于开放性、兼容性强的通用硬件平台,通过调用各种软件功能模块来灵活实现各种无线通信功能.其配置灵活、通过软件升级功能的优点决定了其未来的发展前景,本文对软件无线电的概念、关键技术、及其在军事上的应用进行了探讨,并对当前国内外软件无线电方面的发展做了介绍.
【关键词】 无线通信 软件 军事应用
一、软件无线电概述
软件无线电,也称软件定义无线电（SDR）,指的是以软件方式来操作控制硬件设备的无线电.这种先进的无线电系统设计方法,最早起源于军事通信的需求,1992 年,美军首次提出了软件无线电的概念.其主要思想是：使A/D 和D/A 转换器尽可能靠近天线构造,基于一个具有开放性强、标准化、兼容性强的通用硬件平台,然后利用DSP 的强大处理能力和软件的灵活性以尽可能少的硬件实现尽可能多的无线通信功能,如实现多频段、多用户和多体制的通信等[1].软件无线电被称为是从以硬件为主到以软件为主的第三次通信革命标志.
二、软件无线电的关键技术分析
如图为软件无线电系统工作流程,完成主要依靠以下几种技术：
1. 多频段宽带天线： 软件无线电台的覆盖频段为2MHz—3000MHz , 对于目前的宽带天线水平, 要想设计一种能覆盖全频段的天线, 可能性不大.因此采用组合式、多频段天线的系统设计方案是比较理想的.组合式多频段天线的设计思想是：将宽频带天线中有效辐射体的概念引入到组合式多频带天线设计中,通过合理的设计将若干个工作于各个频段的有效辐射体有机组合而构成结构紧凑的多频带天线,消除了各频带工作的诸辐射体之间的互耦,从而实现了组合式多频段天线.
2. 高速的A/D、D/A 转换器：高速A/D/A 转换器是软件无线电系统的重要组成部分,对A/D/A 的性能要求, 主要是依靠采样频率和数字信号的位数这两大技术指标决定.采样频率越高, 转换器的精度也就越高,奈奎斯特采样定理要求采样频率必须大于等于两倍的模拟信号带宽, 而实际设计过程中, 为了提高转换精度, 采样频率都是取大于2.5 倍的模拟信号带宽.目前实用中, 常用的方法大都采用是将多个高速A/D/A 转换器, 通过并联的方式组合连接使用, 以达到提高采样频率和数字信号位数的目的.
3. 高速数字信号处理技术: 软件无线电系统的核心部分一般采用一块高速DSP 加一片CPU,构成一个开放式、模块化的结构来完成相应的运算速度快的数字信号处理功能.DSP 的工作主要是及时响应来自CPU 的控制命令,实时调用具有各种处理功能的实用程序, 对接收到的各类调制信号通过调用软件来进行解调接收.对DSP 技术的要求是运算速度快、高精度的数据处理、高速数据交换能力等.
4. 开放式、可扩展、可重构的通用硬件平台：软件无线电的功能虽主要依靠系统中的软件模块,但硬件平台是其实现所必须的基础,这种硬件平台并不像以前传统意义上模块相连的硬件电路：一旦修改其中一个模块需对相关联的其它模块都做调整[2].目前,普遍采用的是可使系统设计模块化的总线式体系结构,美军的Speakeasy 计划的实现就是基于VME 总线标准.
5. 软件协议和标准: 软件无线电的功能主要是靠系统内可编程、可升级、可插入的各功能模块互联而实现的.即建立一个与“硬件总线”概念相同的 “软件总线”,通过对接口制定统一的标准和互联协议,需要完成哪个功能,就将相应的模块（一个或多个）插入“软件总线”的接口来实现.
三、 软件无线电在军事无线通信中的应用
3.1 软件无线电实现不同通信体系兼容
众所周知,传统的军用通信设备往往是针对某种特定的用途而设计,而且信号质量较差、功能比较单一,受工作模式、频段、调制方式、波形结构、通信协议、加密方式、编码等影响,无法满足当今及未来战争发展中军队各种各样的军事需求（如多军种联合作战）[3].
软件无线电技术最初在军事通信中的应用源于海湾战争,在军事通信中,针对反应速度慢、互通互联性差的传统无线电技术,为了有效的进行各军种联合作战的互联互通,美军先后提出了“易通话”、“JTRS”计划.通过研制软件无线电技术,基于模块化、标准化的可编程通用硬件平台,利用软件来科学的规定无线信号的射频、基带、中频等处理功能,完成了各通信体系间的互操作性.
3.2 软件无线电在电子对抗中的应用
现代战争,一旦开战,各种无线通信设备都会打开,各种设备使用各自分配授权的频段,这样会造成频谱资源紧张及“频谱空穴”现象；敌对双方势必在电磁频谱领域进行各种干扰与抗干扰作战.以软件无线电为应用平台的军用认知无线电,通过对战场频谱环境进行智能感知,检测出可供军用认知用户使用的频段,并由高速的DSP 技术分析并动态分配可用的频段,保证认知用户始终有可用的频段传输信号,各设备之间在使用频段时不会产生电磁干扰现象,这样大大的提高了频谱资源的利用率.利用军用认知无线电智能感知并自动分配频谱资源的功能,通过对周围频谱环境检测,对认知用户自动分配没有干扰的频段.还可以通过增加跳频功能软件模块,与跳频抗干扰技术相结合使抗干扰作战更快、更灵活、更智能,以取得电子战优势,为打赢信息化战争奠定基础[4].
四、软件无线电发展现状
目前,各无线通信研究领域提出了很多关于软件无线电方面的思想和成果.美国Xilinx（赛灵思）公司推出了集成超高速ADC/DAC 的用于软件无线电系统的FPGA 方案,称之为Xilinx All Pogrammable RFSoC, 这个方案设计出了一种能灵活配置的数字基带处理器,推动了未来软件无线电的发展.在欧洲,软件无线电技术主要是应用于多波段、多模式手机开发中；近些年,也有研究机构致力于研制出灵活配置的基站,即未来移动通信标准的实施和修改将会是在原有基站上的软件升级.我国前几年在民用通信领域中的“多频段多功能电台技术”完成了软件无线电技术相关关键技术的突破,发展前景良好.最近,应科院与国产LTC 通讯合作研发了关于软件无线电终端与商用TD-LTE 小基站之间的互操作技术,为5G 通讯技术的发展做出了贡献.军用软件无线电研究主要在表现在通信、频谱监测与管理等方面[5].
五、总结
软件无线电作为一种新型的通信手段,凭借其优越的性能及技术优势,将会在军事领域发挥重要的作用.作为软件无线电的提出者,美军在这一领域的研究和开发一直在进行,各种实用设备（如JTRS 手持式单兵无线电台）已投入军队使用.我国要成为现代化军事强国,应该在软件无线电领域加大研究及开发力度,并早日应用于部队,为打赢未来信息化战争奠定坚实的基础.
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