在短短的不到二十年的時間里,移動通信經歷了從AMPS、NMT模擬移動通信,到D-AMPS,IS-94,GSM數字移動通信,再到第三代CDMA技術的發展過程。在移動通信技術的發展為生活帶來方便的同時,也出現了多種通信體制并存、各種標準層出不窮和頻率資源缺乏的現象。以硬件為主的傳統的通信體制難于適應這種局面,這些新標準由于射頻載波頻率和調制方式不同而限制了各種設備的互通和兼容,造成了資金浪費和重復投入。軟件無線電(SDR,Software Defined Radio)技術能夠解決這一問題。它是指多頻段、多功能的無線通信系統(MBMMR,Multi-Band Multi-Mode Radio)。其主要功能主要由軟件實現,是在通用的硬件平臺上通過軟件的不同算法,實時配置自己的信號波形、調制方式,提供不同的無線通信功能與業務。由于軟件無線電的軟、硬件便于升級,因而具有很強的適應性與兼容性。

軟件無線電技術,是多種技術的結合。按從前到后的順序有:多頻段天線技術、射頻轉換技術、寬帶ADC和DAC、以及在通用可編程器件上實現中頻信號、基帶信號、比特流的處理等等。這一從前到后的順序同時也是一個中頻數字化的軟件無線電的信號處理(接收時)流程。由于現階段,A/D、D/A變換器取樣率、數字信號處理能力的限制,大多數頻段的RF變換部分還必須是模擬的。因此,只能在中頻部分進行數字化。本文就以中頻數字化的軟件無線電為基礎,討論設計中的六個主要環節。??

第一、天線

軟件無線電的設計開始于天線。為了能夠動態地接收多頻段的射頻信號(串行或并行),必須使用寬帶天線。同時,要根據電波傳播條件設計天線,使之具有一定的極化或方向圖分集控制能力。智能天線是普遍被人們看好的一個解決方案。智能天線要實現所謂的智能化,就必須重點依靠算法,依靠軟件來進行控制。它有以下優點:①減少接收到的多徑信號的數量,降低衰落;②對接受到的多徑信號進行最佳合并,充分利用多徑信號的信息能量;③利用智能天線的較強的抑制多徑干擾的能力,提高系統性能;④提高頻譜的利用率。

此外,智能天線的不少功能也是用數字的方法完成的,即采用各種DSP 技術,精確的測向、測頻。因此它適合與多頻段、多功能電臺(MBMMR),即軟件無線電臺配套使用。在天線陣確定后,不同的準則或算法將導致不同的性能,軟件無線電的模式開放結構使得可以在原有硬件條件下改善和更新智能天線系統。

第二、射頻轉換部分

RF變換模塊需要完成的任務包括:功率放大、接收預防大、RF信號與IF信號之間的變換。它的設計要使得下一步的ADC(模數轉換器)和DAC(數模轉換器)發揮最優性能。一個窄帶超外差式接收機的射頻部分與寬帶軟件無線電的射頻部分相比有相似之處,但并不相同。寬帶的軟件無線電的射頻部分要求:在濾波器的滾降特性的銳利程度受到損害的情況下,強調仍然能提供線性的功率放大

第三、ADC(模數轉換器)和DAC(數模轉換器)

ADC(模數轉換器)和DAC(數模轉換器)是軟件無線電的關鍵部件之一,必須仔細地設計或選擇。就性能指標而言,A/D變換器要求有較高的采樣率與分辨率,以便在恢復時降低失真。除此之外,還要求大的線性動態范圍,以減少互調失真,使接收的弱信號仍能在強的干擾信號中檢測出來。它在移動通信中有遠近效應時尤為重要。隨頻率和帶寬的增加,采樣速率和動態范圍也將增大。

在無線通信中,SNR(信噪比)與SFDR(無寄生動態范圍)等技術指標也是非常重要的。SNR,它度量一個信號必須比噪聲底值高多少,變換器仍能直接與分辨率有關。無寄生動態范圍(SFDR),是度量變換器中的非線性誤差源,用來評估強信號下A/D變換器同步檢測弱信號的能力。而且往往是高速器件性能的限制因素。如果沒有最高線性度,任何失真或諧波都會產生強信號的像頻,而且這些像頻與真正信號是難以區分的。 GSM系統的SFDR值要求達到91dB。

在A/D和D/A器件上,一些產品已能工作在中頻頻段。如:AD6644是一種性能優良,具有14位分辨率、65MSPS抽樣率的模數轉換器,是繼AD9042(12位,41MSPS)和AD6640(12位,65MSPS)之后,寬帶ADC家族中的第三代產品。

第四、數字信號處理模塊（DSP）

在數字信號處理模塊的實現上,基本的趨勢為DSP(Digital Signal Processor,數字信號處理器)和FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)、ASIC(Application Specific Integrated Circuits,專用集成電路)并舉,通用型DSP和專用型DSP并舉。可以簡單理解為,DSP以軟件方式,FPGA和ASIC以硬件方式實現數字信號處理算法。由于DSP和FPGA均具備可編程能力,它們比較適合軟件無線電的需要。