《軟件無線電原理與技術(shù)》課件-第1章

1.1軟件無線電的定義

1.2軟件無線電的起源和發(fā)展

1.3軟件無線電的研究熱點和難點

1.4軟件無線電的未來無線通信是通信領(lǐng)域中最為活躍的部分，在各個方面都得到了廣泛的應(yīng)用。我們的世界正是由于通信的長足發(fā)展而變得越來越小。在20世紀，通信已經(jīng)成功由模擬通信技術(shù)轉(zhuǎn)為了數(shù)字通信技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人懷疑數(shù)字信號處理是解決通信問題的最佳方法。另外，數(shù)字控制技術(shù)也在同樣地發(fā)展，電臺工作模式采用數(shù)字進行控制是非常方便的。顯然，在理論上，數(shù)字技術(shù)已經(jīng)可以貫穿通信工作的整個過程，而且隨著ADC/DAC器件的發(fā)展進步，也更易于在實際中實現(xiàn)。1.1軟件無線電的定義但是，通信技術(shù)在給我們的生活帶來便利的同時也帶來了很多困擾，我們需要面對的通信系統(tǒng)也越來越多。能否想象一種無線技術(shù)，這種技術(shù)配置一個無線設(shè)備便可用于任何通信應(yīng)用之中，例如可以用于蜂窩網(wǎng)的手機、傳呼機、衛(wèi)星接收機終端，也可以用于簡單的收音機，甚至車庫遙控器，對于消費者而言，可以用一種無線設(shè)備面對多種通信需要，這種技術(shù)的前景是非常誘人的，這種技術(shù)就是軟件無線電技術(shù)。從這個設(shè)想我們會聯(lián)想到個人計算機，即PC，我們可以用PC完成很多完全不同的工作，如觀看視頻、聽音樂、編輯文檔、打游戲等。軟件無線電就是無線通信世界中的個人計算機，如圖1-1所示。圖1-1軟件無線電技術(shù)設(shè)想：通信世界的個人計算機

1992年5月在美國通信系統(tǒng)會議(NationalTelesystemsConference)上，美國MITRE公司的JosephMitolaⅢ首次明確提出了“軟件無線電”的概念。目前，有關(guān)軟件無線電的定義并不統(tǒng)一，為了更好地理解這個概念，本書給出兩種軟件無線電的定義。

●JosephMitolaⅢ對軟件無線電的定義是：

軟件無線電是多頻帶無線電，它具有寬帶的天線、射頻轉(zhuǎn)換、模/數(shù)和數(shù)/模變換，能夠支持多個空中接口和協(xié)議，在理想狀態(tài)下，所有方面(包括物理空中接口)都可以通過軟件定義。

●軟件無線電論壇()對軟件無線電的定義是：

軟件無線電是一種新型的無線體系結(jié)構(gòu)，它通過硬件和軟件的結(jié)合使無線網(wǎng)絡(luò)和用戶終端具有可重配置能力。軟件無線電提供了一種建立多模式、多頻段、多功能無線設(shè)備的有效而且相當經(jīng)濟的解決方案，可以通過軟件升級實現(xiàn)功能提高。軟件無線電可以使整個系統(tǒng)(包括用戶終端和網(wǎng)絡(luò))采用動態(tài)的軟件編程對設(shè)備特性進行重配置，換句話說，相同的硬件可以通過軟件定義來完成不同的功能。軟件無線電具有以下特點：

(1)可多頻帶/多模式/多功能(M3，Multiband/Multimode/Multirole)工作。

多頻帶是指軟件無線電可以工作在很寬的頻帶范圍內(nèi)；多模式是指軟件無線電能夠使用多種類型的空中接口，其調(diào)制方式、編碼、幀結(jié)構(gòu)、壓縮算法、協(xié)議等可以選擇；多功能是指采用相同的無線電設(shè)備用于不同的應(yīng)用中。

另外，強調(diào)多頻帶/多模式/多功能同時通信的能力，比如同時在兩個或兩個以上頻段收/發(fā)信號。

(2)具有可重配置、可重編程能力?？芍嘏渲檬侵赶到y(tǒng)的操作軟件(包括程序、參數(shù)以及處理環(huán)境的軟件方面)或硬件(處理環(huán)境的硬件方面)的改變。

軟件無線電采用多個軟件模塊在相同的系統(tǒng)上可實現(xiàn)不同的標準，只需要選擇不同的模塊運行就可實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)配置。所需要的軟件模塊可以通過空中或人工下載獲得并升級。

實現(xiàn)軟件無線電的核心思想是采用開放的、標準化的通用硬件平臺構(gòu)造無線電系統(tǒng)，使寬帶ADC/DAC盡可能地靠近天線，用軟件實現(xiàn)盡可能多的無線電功能，并且通過軟件實現(xiàn)功能的設(shè)定和升級，使通信系統(tǒng)具有多頻帶、多模式的通信能力。今天，軟件無線電已被看做是繼模擬通信技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)之后無線通信領(lǐng)域中的重大技術(shù)進步，并且成為未來通信或無線電技術(shù)的發(fā)展方向。

這里，我們需要深入地理解軟件無線電的含義。

從字面上看，“軟件無線電”這個詞并不深奧?！盁o線電”是指采用電磁波空間傳播來實現(xiàn)信息收/發(fā)的通信技術(shù)；“軟件”也是一個極其常用的詞匯，它的原始定義是控制計算機系統(tǒng)的一系列命令。因此可以認為，所謂的軟件無線電系統(tǒng)，就是專用于通信的計算機系統(tǒng)。其中，軟件就是用于控制通信系統(tǒng)工作的一系列命令。讀者可能會隱約地看出，軟件無線電涉及許多不同方面的技術(shù)，它的真正含義也許并不像它的字面看上去那么簡單。既然討論“軟件無線電”，那么就應(yīng)該有對應(yīng)的“硬件無線電”。硬件無線電這個詞匯對我們而言是相當陌生的，但是我們恰恰接觸的最多。當然在這里采用這個名詞只是為了讓我們了解軟件無線電而已。所謂硬件無線電，是指無線電設(shè)備的功能由硬件結(jié)構(gòu)確定，系統(tǒng)的工作很少或沒有軟件參與，它們在功能上是固定的。

硬件無線電早已在我們身邊可靠地工作了很多年，從收音機、電視機到移動電話，我們已經(jīng)接觸到很多不同類型的無線通信設(shè)備。為了能夠理解軟件無線電勝于傳統(tǒng)的硬件無線電的優(yōu)勢之所在，我們首先看一下傳統(tǒng)的硬件無線電的結(jié)構(gòu)。圖1-2展示了一種雙中頻的超外差式收發(fā)機結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計始于1930年，現(xiàn)在大部分家用無線接收設(shè)備中都采用了此種結(jié)構(gòu)，如收音機、電視機等。圖1-2雙中頻的超外差式收發(fā)機結(jié)構(gòu)接收時，從天線接收到的射頻信號經(jīng)過濾波放大，與第一本振信號相乘完成一混頻，下變?yōu)橐恢蓄l；一中頻信號與第二本振信號相乘完成二混頻，通過濾波得到基帶信號；基帶信號解調(diào)從而產(chǎn)生基帶模擬接收信號。在發(fā)射時，其工作過程基本相反，這里就不多作說明了。

在該系統(tǒng)中，變頻次數(shù)依賴于射頻工作頻率。從理論上講，若增加變頻次數(shù)，則可以使工作頻率更高。這種模擬的外差式收發(fā)機的應(yīng)用非常廣泛，除了一些傳統(tǒng)的應(yīng)用外，也應(yīng)用于1G的移動電話終端中。例如美國的先進移動電話系統(tǒng)(AMPS)，該系統(tǒng)采用頻分多路體制，在使用頻譜范圍內(nèi)劃分了多個30kHz信道，可以允許多個用戶接入。在未來很多年內(nèi)，這種體系結(jié)構(gòu)仍將適用于低成本的無線通信設(shè)備中。這種收發(fā)機最早采用的是完全的模擬技術(shù)，系統(tǒng)的功能完全由各種特定功能的固定電路模塊組合而成。這些功能模塊包括濾波器、放大器、調(diào)制解調(diào)器等，其功能不可能發(fā)生任何變化，這也稱為模擬無線電。當數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)以后，構(gòu)成收/發(fā)通道的這些電路模塊又經(jīng)歷了向數(shù)字化的演變，形成了數(shù)字無線電。通過A/D和D/A轉(zhuǎn)換，許多由硬件完成的功能可以通過軟件實現(xiàn)，但是這種系統(tǒng)的可重編程、可重配置能力不強，即雖然我們可以采用軟件方式處理數(shù)據(jù)并控制系統(tǒng)，但是系統(tǒng)的主要功能是不變的。比如，短波電臺可以由軟件控制改變頻率、速率，但是不可能通過重新配置轉(zhuǎn)換為超短波電臺。也就是說，數(shù)字無線電也有其特定的硬件平臺，模擬無線電和數(shù)字無線電都屬于硬件無線電。進一步，數(shù)字無線電與可下載軟件技術(shù)相結(jié)合就形成了具有可重配置能力的軟件無線電，如圖1-3所示。圖1-3由數(shù)字無線電到軟件無線電理想的軟件無線電體系結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，它包含一個數(shù)字子系統(tǒng)和一個簡單的模擬子系統(tǒng)。模擬子系統(tǒng)包括天線、射頻濾波、射頻切換、接收機前置低噪聲放大、發(fā)射機功率放大器等，這些部分不可能采用數(shù)字器件實現(xiàn)。這一結(jié)構(gòu)的核心是使模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的部分盡可能接近天線。在圖1-4中，接收機部分的ADC緊跟在低噪聲放大器之后，發(fā)射機部分的DAC在功率放大器之前，載波的分離和上、下變頻到基帶都采用數(shù)字處理來實現(xiàn)。類似地，信道編碼、調(diào)制函數(shù)也都在基帶采用數(shù)字方式實現(xiàn)。圖1-4理想的軟件無線電體系結(jié)構(gòu)顯然，由于硬件無線電功能固定，因此無論對于設(shè)備生產(chǎn)商、運營商還是用戶而言，其使用周期都較短，將不可避免地很快被淘汰或替代，而且在面對多頻段/多模式/多功能應(yīng)用的時候代價很高，如圖1-5所示。軟件無線電采用可編程的數(shù)字器件去實施信號處理，無線通信設(shè)備可以利用非常有效的軟件方式進行升級，因此軟件無線電技術(shù)提供了極大的靈活性，并有效地增長了產(chǎn)品的生命周期。圖1-5在多頻段/多模式/多功能應(yīng)用中軟件無線電的優(yōu)勢根據(jù)軟件在無線電中的參與程度，可以將軟件無線電的發(fā)展細分為5個層次，如圖1-6所示。

第0級為數(shù)字硬件無線電。系統(tǒng)不能做任何修改，系統(tǒng)操作由開關(guān)、撥號盤和按鈕等來完成。

第1級為軟件控制無線電(SCR,SoftwareControlledRadio)。系統(tǒng)通過軟件實現(xiàn)控制功能，但是在不改變硬件的條件下，軟件控制無線電設(shè)備是不能改變像頻帶或調(diào)制方式這樣的特征參量的。圖1-6軟件無線電的發(fā)展第2級為軟件定義無線電(SDR,SoftwareDefinedRadio)。系統(tǒng)使用軟件對調(diào)制、寬/窄帶、安全、波形產(chǎn)生和檢測等方面的具體應(yīng)用技術(shù)和參數(shù)進行控制，不需要對硬件做任何修改，但通常受到頻率的約束，依然存在模擬處理部分，比如還有射頻(RF)或中頻(IF)電路。盡管前端的帶寬是個限制因素，但由于SDR能夠提供寬帶和窄帶兩種操作中的多種解調(diào)技術(shù)，因而利用軟件可以控制相當寬的頻率范圍。SDR能夠存儲大量的波形或空間接口，并可以通過軟件下載來添加新的內(nèi)容。第3級為(理想的)軟件無線電(ISR，IdealSoftwareRadio，或者SR、SWR)。系統(tǒng)完全可編程，在接收端或發(fā)射端無需任何下變頻或上變頻轉(zhuǎn)換，將天線前端的輸入/輸出直接接入ADC/DAC，消除了大部分模擬部件，從而降低了失真和噪聲，但仍受到一定的頻率約束。

第4級為終極軟件無線電(USR，UltimateSoftwareRadio)。這種軟件無線電沒有外置天線、運行頻率或帶寬的限制，完全可編程，能同時支持廣泛的頻率和功能(雙路、GPS、視頻、智能卡及衛(wèi)星等)，能夠快速實現(xiàn)空中接口的檢測和轉(zhuǎn)換。顯然，系統(tǒng)的靈活性是逐步提高的。

現(xiàn)在通常所說的軟件無線電一般是指第2級和第3級，國外文獻對軟件定義無線電和軟件無線電作了明確的區(qū)分。SR是指信號數(shù)字化在天線或緊接著天線后進行，并且采用寬帶ADC/DAC，通信所需要的所有處理均在高速運行的數(shù)字信號處理器件中完成。SDR是指能夠配置和定義處理單元，信號的數(shù)字化不一定是緊接在天線后(一般在中頻以后)完成，即便是緊接著天線實現(xiàn)數(shù)字化，其實現(xiàn)多頻帶信號數(shù)字化也是通過多個窄帶ADC/DAC實現(xiàn)的，而不是單片寬帶ADC/DAC。顯然，SR一定是SDR，但SDR不一定是SR，一般可統(tǒng)稱為基于軟件的無線電。國內(nèi)對SR和SDR并沒有做嚴格的區(qū)分，在本書中也遵從此例。軟件無線電技術(shù)最早是由軍事通信技術(shù)發(fā)展而來的。雖然軟件無線電概念的明確提出是在20世紀90年代，但是其概念最早起源于20世紀70年代末美軍對VHF頻段多模式無線電系統(tǒng)的開發(fā)。長期以來，軍用無線設(shè)備都是針對某些特定用途設(shè)計的，它們的發(fā)送和接收單元雖有許多共同功能，但也有很大差異，如不同的射頻載波頻率、調(diào)制方式和波形結(jié)構(gòu)等，形成了軍事無線裝備品種雜、系列多、互通差、協(xié)同難的局面，很難適應(yīng)未來海、陸、空一體化立體作戰(zhàn)的需要。特別是在空軍中，軍用飛機上電子設(shè)備種類繁多，功能各異，有雷達系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等。在傳統(tǒng)的作戰(zhàn)飛機中，這些系統(tǒng)分別由功能獨立的硬件設(shè)備構(gòu)成。1.2軟件無線電的起源和發(fā)展任務(wù)的日益復(fù)雜導(dǎo)致對無線設(shè)備需求的增加，但是卻受到了機載平臺的空間重量等的限制，在這種情況下美國空軍啟動了開發(fā)通信、導(dǎo)航和識別綜合航空電子(ICNIA)系統(tǒng)的計劃。該計劃的目標是開發(fā)一種工作在30~1600MHz的多功能、多頻帶的航空無線電系統(tǒng)，以整合原來的各分離系統(tǒng)的功能。該計劃的樣機在1992年成功進行了測試，這是世界上第一種可編程的無線電系統(tǒng)。這個計劃也奠定了美國第四代作戰(zhàn)飛機的機載電子設(shè)備的技術(shù)基礎(chǔ)。在美國開發(fā)的第四代戰(zhàn)斗機上采用了高度綜合化的航空電子系統(tǒng)，其關(guān)鍵電子設(shè)備就是一個綜合的核心處理機，其中通信、導(dǎo)航、識別整合為一個CNI子系統(tǒng)。該系統(tǒng)為四代戰(zhàn)斗機提供下述功能：超視距敵我識別能力(IFF)，安全、多通道、多頻段話音通信能力，內(nèi)部數(shù)據(jù)鏈(IFDL)交換能力，對多架編隊飛行飛機顯示器進行同步的能力。CNI系統(tǒng)具有支持35種不同的通信、導(dǎo)航和識別的信號波形的能力，可以提供從VHF到K波段的無線電通信。這些功能是由一系列不同類型的通用模塊支持的，機載電子設(shè)備中不再出現(xiàn)傳統(tǒng)意義上的通信電臺、導(dǎo)航接收機等具體設(shè)備，系統(tǒng)功能的實現(xiàn)是在通用模塊的支持下通過軟件實現(xiàn)的。在ICNIA計劃期間，即20世紀80年代末，美國空軍又發(fā)起了戰(zhàn)術(shù)抗干擾可編程信號處理器(TAJPSP)計劃。該計劃的目的是開發(fā)采用模塊化方式的具有同時多波形處理能力的處理器，該計劃后期就演變?yōu)镾PEAKeasy計劃。

SPEAKeasy計劃是美軍的軍用軟件無線電通信電臺開發(fā)計劃，主要開發(fā)面向未來軍事需求，具備多媒體網(wǎng)絡(luò)操作的無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以解決多兵種之間的互通問題。這個計劃首次試圖將美軍已有的無線系統(tǒng)整合為一個系統(tǒng)。

SPEAKeasy分兩個階段實施：第一階段主要完成基于軟件無線電概念構(gòu)建MBMMR電臺的可行性研究和適用性的驗證；第二階段著手創(chuàng)建一個可行的軟件無線電結(jié)構(gòu)。

SPEAKeasy電臺的工作頻段為2MHz～2GHz，利用可編程處理技術(shù)，計劃與15種在役或在研電臺兼容，具備AM、FM、PM以及各種數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式，含有許多無線電臺特定的調(diào)制和專用的軟件模塊，還可以作為各種不同模式電臺之間通信的中繼轉(zhuǎn)發(fā)電臺。SPEAKeasy電臺的硬件和軟件均采用模塊化、開放式的結(jié)構(gòu)形式，模塊之間通過高速控制和數(shù)據(jù)總線互聯(lián)以提高靈活性和可靠性。每個模塊的物理接口或電氣接口的技術(shù)規(guī)范都符合開放性的標準。隨著技術(shù)的進步，還可以通過更新某些模塊使電臺升級。

SPEAKeasy項目順利完成后，從中積累的相關(guān)技術(shù)被應(yīng)用到可編程模塊化通信系統(tǒng)(PMCS)的研制過程中。PMCS項目的進一步發(fā)展，特別是它的實體參考模型，又被美國軍方作為正在發(fā)展的軟件無線電計劃JTRS電臺的基礎(chǔ)。JTRS系列電臺以通用、開放的硬件結(jié)構(gòu)為平臺，通過不同的軟件配置可以在所有環(huán)境領(lǐng)域(如機載、地面、移動、固定站、海上、個人通信等)中使用。JTRS的工作頻段也為2MHz～2GHz，且結(jié)構(gòu)也與MBMMR電臺的組成結(jié)構(gòu)完全類似。JTRS電臺與常規(guī)電臺的最大不同點是具有很強的網(wǎng)絡(luò)功能和信息安全處理能力。JTRS電臺與MBMMR電臺相比所需支持的信號波形更多、更廣泛，還能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展，進行快捷、高效的波形升級。這些特點都充分顯示了JTRS電臺是基于軟件無線電設(shè)計思想的。

JTRS旨在為海、陸、空各種環(huán)境下的指戰(zhàn)員提供橫向和縱向跨頻段的網(wǎng)絡(luò)連接，它是數(shù)字化戰(zhàn)場環(huán)境中作戰(zhàn)人員通信聯(lián)絡(luò)的主要手段，支持美軍未來的“2010聯(lián)合構(gòu)想”。美國國防部擬用JTRS取代美軍現(xiàn)用的25~30個系列共75萬部電臺。JTRS計劃還推出了后來作為國際軟件無線電商用標準的軟件通信結(jié)構(gòu)(SCA)。該計劃要求從2003年開始，完成符合軟件通信結(jié)構(gòu)(SCA)且滿足美國國防部各用戶要求的系統(tǒng)和波形軟件，為這些系統(tǒng)和軟件的采購及集成提供服務(wù)，同時將繼續(xù)根據(jù)作戰(zhàn)人員新的或變化的要求，改進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，嵌入最新技術(shù)。美國各軍種的大量戰(zhàn)術(shù)通信計劃有可能被JTRS所代替，這樣，大量軍用無線電研究活動將合并成單一計劃。

圖1-7所示為美軍JTRS系統(tǒng)的使用簡圖。圖1-7美軍JTRS系統(tǒng)的使用簡圖(在三軍所有環(huán)境領(lǐng)域中使用JTRS)在軍用無線電中采用軟件無線電的優(yōu)勢是顯而易見的。理想的軍用通信系統(tǒng)應(yīng)該不僅可以改變保密編碼，而且可以改變其調(diào)制模式、信道帶寬、數(shù)據(jù)速率、語音編碼類型等，還可以重新配置以適應(yīng)工作環(huán)境的變化(例如傳輸信道的特性)。這樣的系統(tǒng)能夠有效地阻止敵方的截獲，在戰(zhàn)爭環(huán)境下具有潛在優(yōu)勢。在民用無線移動通信領(lǐng)域，對軟件無線電技術(shù)同樣產(chǎn)生了巨大的需求?，F(xiàn)在民用通信系統(tǒng)的競爭非常激烈，任何可以為用戶或服務(wù)提供商提供更好性能或服務(wù)的系統(tǒng)都可能在競爭中獲得優(yōu)勢。我們可以從親身的經(jīng)歷看到這短短二十年間移動電話的快速發(fā)展情況，如圖1-8所示。20世紀80年代，我國引入模擬制TACS系統(tǒng)(1G)，到20世紀90年代初，引進了數(shù)字制的GSM和CDMA系統(tǒng)(2G)，現(xiàn)在馬上進入3G時代，系統(tǒng)的性能和服務(wù)在日益提高，4G的技術(shù)研究也已經(jīng)開始。系統(tǒng)的升級換代速度是相當快的，然而如果采用硬件替換的方式來實現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)的升級換代將意味著巨大的成本付出。舉個例子，在歐洲建設(shè)全新3G網(wǎng)絡(luò)的費用高達2000億美元。如果現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)硬件建立在軟件無線電原理之上，而且其具有足夠的處理能力，那么3G的建設(shè)費用將大大降低。圖1-8民用移動通信的發(fā)展另外，民用通信中同樣存在互通性差的問題?，F(xiàn)在全世界移動通信的標準有多個，如圖1-9所示。圖1-9移動通信的標準對于2G，歐洲各國、中國采用GSM，美國采用CDMA；對于正在發(fā)展的3G，現(xiàn)有三個可能的標準，即歐洲的WCDMA、美國的CDMA2000和中國的TDS-CDMA。對用戶而言，使用一部手機就可以實現(xiàn)全世界的漫游是具有相當吸引力的。為了適應(yīng)不同的通信標準，現(xiàn)在提出了“多標準通信終端”的概念。所謂多標準通信終端，就是可以工作在不同通信標準下的用戶單元。顯然，軟件無線電是最佳的選擇。當然，實現(xiàn)多標準通信終端并不一定必須采用軟件無線電技術(shù)，但是，采用軟件無線電技術(shù)是最經(jīng)濟的，如圖1-5所示。對于各種不同的通信標準，全世界均可以生產(chǎn)具有相同結(jié)構(gòu)和器件的硬件平臺，生產(chǎn)成本可以相當?shù)停?，軟件無線電終端可以通過軟件下載方式獲得新的服務(wù)?，F(xiàn)在很多服務(wù)的升級需要用戶購買新的終端，例如在GSM手機中增加GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)，這會造成較大的經(jīng)濟負擔。大部分專家認為，軟件無線電是一個解決全球無線通信需求的方案，它將成為未來無線通信設(shè)備設(shè)計的核心所在。在其他專業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，同樣出現(xiàn)了系統(tǒng)性能改善與升級的問題。專業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用很廣，如美國的SMR系統(tǒng)已廣泛用于出租車等行業(yè)。對其進行升級的傳統(tǒng)方法一般有以下兩種：

(1)在已有的站點和頻段內(nèi)采用全新的網(wǎng)絡(luò)，并更換新的移動臺或手持機，在一個特定的時刻進行網(wǎng)絡(luò)切換。

這樣做有相當明顯的缺點：對于用戶而言，采用這種方法在原有移動臺邊上安裝新的系統(tǒng)是較為困難的，而且用戶也難以接受；從經(jīng)濟的角度看，采用這種方法在相當短的時間內(nèi)完全更新網(wǎng)絡(luò)需要相當大的投資，最好能夠逐步更新網(wǎng)絡(luò)，這樣當新網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時，可將對用戶造成的影響減少到最低。

(2)采用新的頻段來配置新的系統(tǒng)，并逐步將用戶由老系統(tǒng)轉(zhuǎn)移過來。

這種方法似乎比較完美，但是在頻譜資源非常緊張的今天要獲得新的頻段是相當困難的。另外，兩個頻段均服務(wù)于一個共同的用戶群，對用戶和服務(wù)提供商造成了較大的經(jīng)濟負擔。

如果采用軟件無線電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，則系統(tǒng)允許逐步的升級。在典型的SMR系統(tǒng)中，共有5個SMR信道，可以先將其中一個用于新的系統(tǒng)，一段時間以后，再增加一個信道，直到所有信道更新完畢。當然，采用雙模式接收機也可以使用上述過程，但是，總體而言，采用軟件無線電技術(shù)在面臨無線通信系統(tǒng)升級時所付出的成本是最低的。

20世紀90年代初，隨著SPEAKeasy計劃對公眾的公開，軟件無線電技術(shù)的民用領(lǐng)域應(yīng)用開始展開，例如，現(xiàn)在3G移動通信系統(tǒng)就是基于軟件無線電技術(shù)的。1996年，模塊化多功能信息傳輸系統(tǒng)(MMITS)論壇成立，這是一個國際性的非營利組織，論壇成員包括研究機構(gòu)、軍隊、設(shè)備提供商、無線業(yè)務(wù)提供商等，遍及美國、歐洲各國和亞洲各國，其主要目的是以工業(yè)競爭的方式促進軟件無線電相關(guān)標準的建立，并促使工業(yè)界接受這些標準，以促進軟件無線電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使其具有類似個人計算機產(chǎn)業(yè)的特性。另外，論壇也對軟件無線電相關(guān)技術(shù)進行研究，比如軟件下載、硬件和軟件模塊接口以及協(xié)議等。到1998年，MMITS論壇改為軟件無線電(SDR)論壇，這是國際上唯一致力于軟件無線電系統(tǒng)研究的工業(yè)論壇。SDR論壇與JTRS項目緊密合作，將JTRS開發(fā)的軟件通信結(jié)構(gòu)(SCA)引入，并與OMG(對象管理組織)合作，致力于將SCA作為軟件無線電標準。軟件無線電從此進入了快速、規(guī)范發(fā)展的時期。

雖然軟件無線電技術(shù)具有相當明顯的優(yōu)勢，但是，總體來說，由于受到處理芯片速度及器件性能的限制，軟件無線電這項新技術(shù)還不能得到完全意義上的實現(xiàn)，目前都采用某種折中方案進行實現(xiàn)。最終實現(xiàn)軟件無線電還需要在很多方面進行深入研究和探索。

1.3軟件無線電的研究熱點和難點現(xiàn)在軟件無線電研究的主要熱點和難點涉及通信系統(tǒng)的各個方面，主要包括：

1.寬帶/多頻段天線、智能天線

軟件無線電臺要求能夠在相當寬的頻段(從短波到微波)內(nèi)工作，因此要求天線必須覆蓋多個頻段，并且滿足多信道不同方式同時通信的要求。射頻頻率和傳播條件的不同使各頻段對天線的要求存在巨大的差異。由于全頻段寬帶天線并不現(xiàn)實，因此，目前的可行性方案是采取組合式多頻段天線。另外，智能天線(自適應(yīng)天線陣)的研究和發(fā)展為實現(xiàn)軟件無線電的寬帶天線提供了可行的途徑，可以根據(jù)實際需要用軟件智能地構(gòu)造其工作頻段和輻射特性。

2.靈活的射頻前端設(shè)計

射頻部分包括預(yù)放大和功率輸出兩部分。通常的要求是工作頻帶足夠?qū)?，采用?shù)字頻率合成技術(shù)設(shè)置，能夠適應(yīng)多載波工作。由于軟件無線電的射頻帶寬較寬，而且會處于多載波工作狀態(tài)，混合信號中信號的包絡(luò)幅度相差很大，因此對放大器的非線性特別敏感，需要解決互調(diào)分量的抑制問題，特別是在發(fā)射機的功率輸出部分尤其需要注意。

3.高速ADC、DAC

軟件無線電體系結(jié)構(gòu)的基本特征之一是使A/D和D/A變換盡可能地靠近射頻天線。理想的軟件無線電臺是直接在射頻進行A/D和D/A變換，以獲得對通信電臺設(shè)計的最大限度的可編程性，并且要求必須具有足夠的采樣速率，同時要保持一定的采樣精度。但目前受ADC/DAC性能指標的約束，還難以真正做到這一點，這限制了所能處理的已調(diào)信號頻率。另外，在應(yīng)用ADC/DAC時，還必須考慮幾個重要的因素，包括采樣方法的選擇、抗混疊濾波器的設(shè)計、量化噪聲和接收機噪聲及失真的影響等。所以，選用合適的ADC/DAC變換器是實現(xiàn)整個軟件無線電系統(tǒng)優(yōu)良性能的關(guān)鍵因素之一。

4.高速信號處理器

如果軟件無線電在中頻進行采樣，則用寬帶ADC將整個頻段數(shù)字化，然后用軟件完成中頻處理。中頻處理對速度的要求大約在500~10000MIPS/MFLOPS數(shù)量級；基帶處理要求大約在10~100MIPS/MFLOPS數(shù)量級；另外還要加上實現(xiàn)比特流、管理和控制部分的要求。要處理經(jīng)A/D變換后輸出的中頻高速數(shù)字信號，數(shù)字信號處理芯片必須通過軟件程序完成中頻數(shù)字變頻、濾波、二次抽樣、基帶處理、信道調(diào)制、無線資源管理等過程，這就要求數(shù)字信號處理芯片的處理速度至少要在1000MIPS/MFLOPS以上，實際需求遠遠超過這個數(shù)字，因此，必須具有強大處理能力的數(shù)字信號處理器才能完成軟件無線電系統(tǒng)的需求。在目前的軟件無線電實現(xiàn)方案中，數(shù)字信號處理和數(shù)字控制的解決方案主要基于GPP、DSP、FPGA處理器，其性能的高低決定了軟件無線電系統(tǒng)的理想程度。

5.軟件無線電的算法

軟件無線電算法的構(gòu)造過程是：首先對設(shè)備的各種功能進行物理描述并建立數(shù)學(xué)模型，再用計算機語言描述算法，最后轉(zhuǎn)換成用計算機語言編制的程序。雖然大體上與一般數(shù)字信號處理算法一樣，但是軟件無線電的算法對信號的實時處理要求很高，而且具有高度的自由化(便于升級)和開放性(模塊化、標準化)。

6.軟件下載以及軟件可重配置技術(shù)

軟件下載以及軟件可重配置技術(shù)是軟件無線電的重要特性，它能夠使通信系統(tǒng)快速、有效地配置成不同的通信標準，可以更快速、更容易地適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展