软件无线电技术在移动通信测试领域的应用分析

唐四中



软件无线电技术在移动通信测试领域的应用分析

唐四中

海华电子企业（中国）有限公司，广东 广州 510656

2G/3G/LTE/WiMax等通信制式将很长时间内在全球范围并存，这种多模、多频段、多功能给无线基站和终端的研发、测试带来巨大挑战，软件无线电技术使得通信测试仪器变为一个模块化、开放性、便于灵活扩展和重复利用的可编程硬件平台，这有助于提高测试效率并降低成本。

软件无线电技术；移动通信；测试领域

由于网络要求与用户需求，多种移动通信制式将长期并存。中国移动2012年的集中采购中，其数据终端和语音终端规定必须要支持GSM，FDD-LTE，TD-LTE，WCDMA，TD-SCDMA五种制式，且每种制式的频谱范围不同。国内4G终端也同时支持3～4种制式，与此同时，WiFi，GPS等功能也更多配于智能终端，从而给无线技术测试领域带来巨大挑战。于是提出通过软件编程来完成无线通信设备的系统升级和功能测试，这将大大提高无线产品研发和生产效率，并大大节省仪器成本。软件无线电技术（SDR）将硬件与软件结合，使设备可以任意重新配置，为完成多模式、多频段、多功能无线通信测试提供了可行的解决方案。通过软件编程，过去只能使用专用硬件平台来完成的任务，软件无线电技术也可以完成。利用具有强大信号处理能力的可编程器件，如：DSP/FPGA/CPU等，可实现支持多种通信标准[1]。

1 软件无线电的结构

软件无线电的关键技术，是将A/D与D/A转换器件安装在尽可能靠近天线的位置，这是为了将模拟信号尽早数字化，并通过采用高速数字信号处理芯片（DSP等）处理输出信号，最后通过软件编程来实现无线通信的功能。

由于各种因素限制，如天线与ADC器件带宽等，理想软件无线电目前无法实现。工程上实现的软件无线电系统被称为软件定义的无线电（Software-definedradio）。在一个SDR系统中，我们将A/D器件的位置称为数字接入点，这个位置至关重要，它表示信号数字化处理的开始。区别于多模式无线电等，软件无线电系统中射频（RF）频带、信道调制以及信道接入模式等等全部具有的可编程性[2]。

2 软件无线电的体系结构

软件无线电体系结构是实现软件无线电的一个基本框架。在软件无线电技术体系结构中，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硬件结构主要包括宽带天线和射频/中频处理器、宽带A/D转换器、宽带D/A转换器、通用可编程处理器（如FPGA、DSP）等。通过分析硬件组织，可以更加充分地发挥软件的灵活性。

软件无线电技术体系结构的设计应具有即插即用的特性。软件无线电终端的重配置包括所有的功能性能方面，即从无线通信物理层、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应用编程接口的开放性决定了终端的可编程和可重配置的能力。

现在，许多专家和学者认为，通讯频率的管理应该是开放式的可编程平台，这可以重新配置移动通讯频率系统，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，这使得未来软件无线电具有更为安全、可靠的可重配置性，以满足未来移动通讯发展的要求。

1997年软件无线电论坛发布的技术报告，在软件无线电技术发展历史上具有里程碑意义，该报告第一次为软甲无线电构架了一个明确的体系框架—开放的、即插即用的发展框架体系。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（还将确定其他一些项目）。软件无线电在模块之间采用SDR的段间接口，SDR射频接口是介于模拟视频和数字射频之间的新型射频接口。

3 软件无线电的应用

3.1 个人移动通信

随着人们对通信需求的广泛增加，这样一来就缩短了通信产品的使用周期，研发费用增加。另外，随着新通信体制的诞生，难免出现与老的通信体制并存，这样一来，通信系统就会变得多样和复杂。为了寻找更具拓展力的个人移动通信系统，软件无线电技术能够满足人们的要求。

无论是基站还是移动终端都采用了无线电结构的蜂窝移动通信系统，硬件的要求简单，由软件来定义功能。这个蜂窝移动通信系统与其他系统不同，首先区分可用的传输信道，检测传播的途径。最后选择合适的信道调制，选择合适的功率，正确的方向然后再进行发射。

接收和发射的道理相同，能够准确的区分相邻信道和当前信道的能量动态，自己抵消干扰，估量信号的动态特征，识别输入信号的方式，对多径信号进行均衡和合并，对调制进行解码，最后使用FEC改正其他剩余错误。此外，软件无线电技术还能够开放增值业务。

在蜂窝移动通信系统中的应用虽然蜂窝移动通信有固定的频段划分，但频谱资源是不合理的。这是在移动通信系统的问题还没有得到解决。在白天，频谱资源非常紧张，晚上频谱资源是比较空闲的，这就导致在繁忙时间的频率谱是拥挤和频谱的大量浪费，特别对一些重要频谱而言，问题就显得尤为突出。认知无线电技术在蜂窝移动通信系统中，采用自适应频率来解决问题。对于传统的移动通信系统，由于充足的频谱预留空间，目前还没有认知无线电技术的引入，具体的规范协议的出台还需要进一步研究。对于运营商，引入成本和运营管理是一个值得思考的问题。但从技术层面，蜂窝移动通信系统共享频谱资源的认知无线电的一个发展方向，这方面的研究已经开始。

3.2 军事通信

由于陆军、海军和空军为了互不干扰，所以他们的工作频段各不相同，海军（2～30 MHz）陆军（30～88 MHz）空军（225～400 MHz）。在海湾战争中美国为了实现联合作战所以最早提出了软件无线电技术。

1995年美国在SPEAKeasy的计划中研发出了MBMMR电台，这个电台满足了联合作战的需求，其主要特点具有多模式、多频段。整个无线频段几乎都被电子战覆盖，所以说电子战的特点具有宽频段，但是等待处理的信号类别较多，它的工作是被动接受。现在使用的电子战系统都是在事先预设的信号下工作，假如信号的通信方式和特征发生改变，电子战系统就没有办法很好的处理了，为了避免影响作战，研究出波形适应性好，可拓展能力强，频段宽，不仅能适应导航，还能适应雷达信号最重要的还要具有敌我识别信号。满足这些要求是现代信息战争的需求，解决这些要求的就是软件无线电技术，所以说软件无线电技术应用在电子战中有广阔的前景。

4 结语

随着通信标准越来越多的出现和不断演进，移动通信系统、终端及芯片厂商对测试成本、测试质量、测试时间等要求会更加严格。市场上主流测试设备厂商将会推出更接近于SDR的测试仪器，从而推出更高指标、更加灵活的射频测试仪器。

[1]张睿，周峰，郭隆庆.无线通信仪表与测试应用[M].北京：人民邮电出版社，2014：165-168.

[2]王宏，王晶洋，林婧，等.DSP与FPGA在软件无线电中的应用[D].北京：北京邮电大学，2015.

Application of Software Radio Technology in Mobile Communication Test

Tang Sizhong

HaiHua Electronics Enterprise（China）Corporation, Guangdong Guangzhou 510656

2G / 3G / LTE / WiMax communication system will be a long time in the global coexistence, this multi-mode, multi-band, multi-function to the wireless base stations and terminals R&D, testing a huge challenge, software radio technology makes communication. The test instrument becomes a modular, open, easy-to-extend and reusable programmable hardware platform that helps improve test efficiency and reduce costs.

software radio technology; mobile communication; test field

TN929.5

A

1009-6434（2017）04-0030-02