一。軟件無線電的來由美軍統一其戰術通信系統的動機及實踐，開發出了

美國陸軍的戰術通信系統JTRS（JointTacticalRadioSystem）及空軍的SPEAKeasy。并由此

發展出了軟件無線電的概念：一部無線通信機，其通信功能由軟件來實現。同樣的硬件，輸入不同的軟件，就具有不同的通信功能，這樣就可以使不同單位的不同制式的通信機可以互通。九十年代軟件無線電開始進入民用通信系統,例如Vanu的軟件無線電基站。軟件無線電論壇（SDRForum）--一個非盈利的推動軟件無線電技術發展的國際組織，給出的軟件無線電的定義：“一個無線電系統中，天線以后就數字化，對信號的所有的必要的處理都由存放在高速數字信號處理器中的軟件來完成”。一。軟件無線電的來由美軍統一其戰術通信系統的動機及實踐，開發1圖一。理想的軟件無線電圖一。理想的軟件無線電2圖二。傳統的無線通信機。圖二。傳統的無線通信機。3圖三。過度型的軟件無線電圖三。過度型的軟件無線電4圖一所示為理想的軟件無線電的方框圖。通信載頻信號由天線接收后，經低噪聲放大器放大后即進行A/D轉換，以后的所有信號處理都是數字式的，由軟件處理。圖二所示為傳統的無線通信系統的方框圖。整個系統為模擬式的。圖三所示為過渡型軟件無線電系統的方框圖。由于當前前置放大器及A/D轉換器尚達不到理想軟件無線電的要求，故采用過渡型。A/D轉換器在中頻以后采樣，以降低對A/D轉換器的要求。圖一所示為理想的軟件無線電的方框圖。通信載頻信號由天線接收5二。采用軟件無線電的好處對用戶：1。一機多功能，可以與各種制式的通信系統通信。2。可以做到真正的環球漫游。對于通信營運商，可以減少營運開銷。當無線終端需要升級或改進時，無須召回，只要讓用戶下載新的軟件就可以了。對通信設備制造商，增加了通信系統的服務功能，可以開拓更多的商機。二。采用軟件無線電的好處對用戶：1。一機多功能，可以與各種制6對于專用通信系統，各種不同功能的專用系統用戶數有限，因此價格很高。采用軟件無線電后，不僅得到各系統可以互通的好處，而且由于統一了硬件，擴大了市場，價格也會下降。對于軍隊，由于軍內各不同單位采用不同的通信設備，互通很難。有時一部通信指揮車上要有幾部不同的通信系統的通信機，造成電子兼容問題。一部軟件無線電可以和各種不同制式的通信機通信，可以方便各軍事單位的聯系。如果全軍都采用軟件無線電，所有通信機采用同一硬件，用軟件實現不同功能，從而降低通信系統的采購成本。對于專用通信系統，各種不同功能的專用系統用戶數有限，因此價格7三。實現軟件無線電的關鍵技術軟件無線電能夠普及使用在技術上要做到三點:(1)。A/D轉換器要盡量的靠近天線。(2)。用軟件處理取代硬件處理。(3)。數字信號處理要盡量用通用微處理器替代專用集成電路，以降低成本。滿足上面第一，第二條要求，1。要有頻帶又寬，尺寸又小，效率又高，價格又便宜的天線，這樣的天線目前尚不存在。2。要有寬頻帶，低噪聲，線性性能好，價格便宜的前置放大器。3。要有工作頻率高，采樣速度快，分辨率高，功耗低，價格又便宜的A/D轉換器。滿足第三條要求，要求有速度快，功耗低，價格便宜的通用DSP或CPU。這些技術都沒有達到理想軟件無線電所要求的性能，所以目前不存在理想型的軟件無線電系統，只有過渡型的軟件無線電系統。即使是過渡型的，民用產品也只有基站，沒有手機，因為功耗及價格問題都還沒有解決。三。實現軟件無線電的關鍵技術軟件無線電能夠普及使用在技術上要8四。實現理想軟件無線電系統的關鍵技術的現狀和進展。天線和射頻前置放大器：目前尚沒有工作頻段覆蓋整個軟件無線電所需覆蓋頻段的器件，預測不久就會有合適的器件問世。微電子機械系統(Microelectromechanicalsystem),簡稱MEMS可以幫助實現寬帶天線和前置放大器的要求。MEMS是采用生產集成電路的同樣技術生產的微型機械部件。因此一致性很好。MEMS可以做成各種微型機械部件，應用非常廣泛。四。實現理想軟件無線電系統的關鍵技術的現狀和進展。天線和射頻9MEMS可以做成微型開關，和微型諧振腔濾波器，和微型天線。MEMS組成的天線庫，開關庫，濾波器庫可以組成體積不大的，可以覆蓋很寬頻帶的天線和前置放大器。圖四所示為一MEMS開關。MEMS可以做成微型開關，和微型諧振腔濾波器，和微型天線。M10圖四。MEMS開關，（a）。開關開，（b）。開關俯視圖，（c）。開關閉合。圖四。MEMS開關，（a）。開關開，（b）。開關俯視圖，（c11圖五。用MEMS開關組成的天線和前置放大級AdjustableMEMSAntennaMEMSSwitchesMEMSSwitchableImpedanceMatchingCircuitHigh-QMEMSFilterforBand1High-QMEMSFilterforBand2High-QMEMSFilterforBandNSoftwareControlLOADCToBasebandProcessing圖五。用MEMS開關組成的天線和前置放大級Adjustabl12圖五是一個用MEMS組成寬帶天線和寬帶前置級的方案的示意圖。MEMS是目前實現軟件無線電的前置和天線的一個可行的方案。ADC：ADC一直是實現軟件無線電的瓶頸，現有ADC大多都不超過100兆。這是為什么現有的軟件無線電系統都是過渡型的。最近ADC的技術進展有不同方向，一個方向仍然從半導體技術著手。最新的ADC的性能如表所示。圖五是一個用MEMS組成寬帶天線和寬帶前置級的方案的示意圖。13從表中可以看出速度達到要求了，但是功耗仍然偏高，不能用于手機。參數GaAsSiGe最高鐘頻〉5GHz〉15GHz信號噪聲失真比〉70dB〉110dB2.5GHz時的分辨率14比特18比特RF輸入電壓范圍-1.5V—1.5V-0.5V—0.5V功率消耗5瓦1瓦從表中可以看出速度達到要求了，但是功耗仍然偏高，不能用于手機14另一種開發中的新型的ADC是超導ADC。這種ADC的名字叫做RSFQ（rapidsingle-fluxquantum）。這種ADC具有功耗低，速度快，靈敏度高的特點。采樣率可達20G次/秒。現在仍在實驗室階段，相信很快就會開發出產品。數字處理部件：數字信號處理器有三種：ASIC，FPGA和DSP。ASIC速度最快，靈活性最差；FPGA據中；DSP靈活性最高，速度最慢。三種器件選擇哪種，要根據實際設計要求斟酌決定。現在的DSP的速度可以滿足軟件無線電的要求，但是速度越高，功耗越大，價格也越高。選擇一般速度的DSP加加速器（accelerator）是一種可行方案。圖六是這一方案的示意圖。另一種開發中的新型的ADC是超導ADC。這種ADC的名字叫做15軟件無線電的現在和未來課件16五。軟件無線電的未來軟件無線電的未來發展是智能無線電（CognitiveRadio）。簡稱CR。CR是一種高度智能化的通信技術，它可以自己學習周圍的環境，自己取得適當的軟件，自己選擇最佳頻段，最佳的，適合通信環境的制式進行通信。五。軟件無線電的未來軟件無線電的未來發展是智能無線電（Co171。什么是智能無線電（CognitiveRadio）？FCC:一個無線電系統的各種參數是由關于系統所在的周圍的環境的信息來決定。NTIA：一個無線電系統，能夠感知它周圍的電磁環境，能夠動態地，自動地，調整它的工作參數來修改它本身的工作狀態。科技界的廣義定義：自適應，多維探查，自治的無線電系統，它可以從它的經歷中學習，可以推理，作計劃，并決定它的未來行動，以滿足用戶的需要。1。什么是智能無線電（CognitiveRadio）？F18軟件無線電的現在和未來課件192。智能無線電（CR）的特性自適應：調整傳播參數以滿足各種需要，達到各種目標。感覺（覺察）：獲取并保存關于自身功能的知識，內部網絡的狀態，外部數據（例如應用頻譜，規則），和用戶的需要。推理：應用推理（案例為基礎，模型為基礎），基于本體及觀察來調整自適應目標和對新的情況作出反應。2。智能無線電（CR）的特性自適應：調整傳播參數以滿足各種需20學習：結合過去的表現去重新認知各種狀態并且在任何時候都為達到目標作出快速反應。計劃：基于過去和現在的狀況，預測未來所要采取的行動。網絡：聯系自己經驗和其他更多的經驗以達到正確的決定。圖八是CR的主要組成功能。學習：結合過去的表現去重新認知各種狀態并且在任何時候都為達到21軟件無線電的現在和未來課件22C4ISR系統簡介

什么是C4ISR系統呢？C4代表指揮，控制，通訊，計算機，四個字的英文開頭字母均為“C，”所以稱“C4。”“I”代表情報；“S”代表電子監聽；“R”代表偵察。C4ISR是軍事術語,意為自動化指揮系統。它是現代軍事指揮系統中，7個子系統的英語單詞的第一個字母的縮寫,即指揮Command、控制Control、通信Communication、計算機computer、情報Intelligence、監視Surveillance、偵察Reconnaissance。C4ISR，就是美國人開發的一個通訊聯絡系統。

C4ISR是指揮、控制、通信、計算機、情報及監視與偵察的英文單詞的縮寫。C4ISR系統是現代軍隊的神經中樞，是兵力的倍增器。美國戰略C4ISR系統是美國軍事指揮當局作出重大戰略決策以及戰略部隊的指揮員對其所屬部隊實施指揮控制、進行管理時所用的設備、器材、程序的總稱，是美國整個軍事C4ISR系統的重要組成部分。C4ISR系統簡介

23一。軟件無線電的來由美軍統一其戰術通信系統的動機及實踐，開發出了

美國陸軍的戰術通信系統JTRS（JointTacticalRadioSystem）及空軍的SPEAKeasy。并由此

發展出了軟件無線電的概念：一部無線通信機，其通信功能由軟件來實現。同樣的硬件，輸入不同的軟件，就具有不同的通信功能，這樣就可以使不同單位的不同制式的通信機可以互通。九十年代軟件無線電開始進入民用通信系統,例如Vanu的軟件無線電基站。軟件無線電論壇（SDRForum）--一個非盈利的推動軟件無線電技術發展的國際組織，給出的軟件無線電的定義：“一個無線電系統中，天線以后就數字化，對信號的所有的必要的處理都由存放在高速數字信號處理器中的軟件來完成”。一。軟件無線電的來由美軍統一其戰術通信系統的動機及實踐，開發24圖一。理想的軟件無線電圖一。理想的軟件無線電25圖二。傳統的無線通信機。圖二。傳統的無線通信機。26圖三。過度型的軟件無線電圖三。過度型的軟件無線電27圖一所示為理想的軟件無線電的方框圖。通信載頻信號由天線接收后，經低噪聲放大器放大后即進行A/D轉換，以后的所有信號處理都是數字式的，由軟件處理。圖二所示為傳統的無線通信系統的方框圖。整個系統為模擬式的。圖三所示為過渡型軟件無線電系統的方框圖。由于當前前置放大器及A/D轉換器尚達不到理想軟件無線電的要求，故采用過渡型。A/D轉換器在中頻以后采樣，以降低對A/D轉換器的要求。圖一所示為理想的軟件無線電的方框圖。通信載頻信號由天線接收28二。采用軟件無線電的好處對用戶：1。一機多功能，可以與各種制式的通信系統通信。2。可以做到真正的環球漫游。對于通信營運商，可以減少營運開銷。當無線終端需要升級或改進時，無須召回，只要讓用戶下載新的軟件就可以了。對通信設備制造商，增加了通信系統的服務功能，可以開拓更多的商機。二。采用軟件無線電的好處對用戶：1。一機多功能，可以與各種制29對于專用通信系統，各種不同功能的專用系統用戶數有限，因此價格很高。采用軟件無線電后，不僅得到各系統可以互通的好處，而且由于統一了硬件，擴大了市場，價格也會下降。對于軍隊，由于軍內各不同單位采用不同的通信設備，互通很難。有時一部通信指揮車上要有幾部不同的通信系統的通信機，造成電子兼容問題。一部軟件無線電可以和各種不同制式的通信機通信，可以方便各軍事單位的聯系。如果全軍都采用軟件無線電，所有通信機采用同一硬件，用軟件實現不同功能，從而降低通信系統的采購成本。對于專用通信系統，各種不同功能的專用系統用戶數有限，因此價格30三。實現軟件無線電的關鍵技術軟件無線電能夠普及使用在技術上要做到三點:(1)。A/D轉換器要盡量的靠近天線。(2)。用軟件處理取代硬件處理。(3)。數字信號處理要盡量用通用微處理器替代專用集成電路，以降低成本。滿足上面第一，第二條要求，1。要有頻帶又寬，尺寸又小，效率又高，價格又便宜的天線，這樣的天線目前尚不存在。2。要有寬頻帶，低噪聲，線性性能好，價格便宜的前置放大器。3。要有工作頻率高，采樣速度快，分辨率高，功耗低，價格又便宜的A/D轉換器。滿足第三條要求，要求有速度快，功耗低，價格便宜的通用DSP或CPU。這些技術都沒有達到理想軟件無線電所要求的性能，所以目前不存在理想型的軟件無線電系統，只有過渡型的軟件無線電系統。即使是過渡型的，民用產品也只有基站，沒有手機，因為功耗及價格問題都還沒有解決。三。實現軟件無線電的關鍵技術軟件無線電能夠普及使用在技術上要31四。實現理想軟件無線電系統的關鍵技術的現狀和進展。天線和射頻前置放大器：目前尚沒有工作頻段覆蓋整個軟件無線電所需覆蓋頻段的器件，預測不久就會有合適的器件問世。微電子機械系統(Microelectromechanicalsystem),簡稱MEMS可以幫助實現寬帶天線和前置放大器的要求。MEMS是采用生產集成電路的同樣技術生產的微型機械部件。因此一致性很好。MEMS可以做成各種微型機械部件，應用非常廣泛。四。實現理想軟件無線電系統的關鍵技術的現狀和進展。天線和射頻32MEMS可以做成微型開關，和微型諧振腔濾波器，和微型天線。MEMS組成的天線庫，開關庫，濾波器庫可以組成體積不大的，可以覆蓋很寬頻帶的天線和前置放大器。圖四所示為一MEMS開關。MEMS可以做成微型開關，和微型諧振腔濾波器，和微型天線。M33圖四。MEMS開關，（a）。開關開，（b）。開關俯視圖，（c）。開關閉合。圖四。MEMS開關，（a）。開關開，（b）。開關俯視圖，（c34圖五。用MEMS開關組成的天線和前置放大級AdjustableMEMSAntennaMEMSSwitchesMEMSSwitchableImpedanceMatchingCircuitHigh-QMEMSFilterforBand1High-QMEMSFilterforBand2High-QMEMSFilterforBandNSoftwareControlLOADCToBasebandProcessing圖五。用MEMS開關組成的天線和前置放大級Adjustabl35圖五是一個用MEMS組成寬帶天線和寬帶前置級的方案的示意圖。MEMS是目前實現軟件無線電的前置和天線的一個可行的方案。ADC：ADC一直是實現軟件無線電的瓶頸，現有ADC大多都不超過100兆。這是為什么現有的軟件無線電系統都是過渡型的。最近ADC的技術進展有不同方向，一個方向仍然從半導體技術著手。最新的ADC的性能如表所示。圖五是一個用MEMS組成寬帶天線和寬帶前置級的方案的示意圖。36從表中可以看出速度達到要求了，但是功耗仍然偏高，不能用于手機。參數GaAsSiGe最高鐘頻〉5GHz〉15GHz信號噪聲失真比〉70dB〉110dB2.5GHz時的分辨率14比特18比特RF輸入電壓范圍-1.5V—1.5V-0.5V—0.5V功率消耗5瓦1瓦從表中可以看出速度達到要求了，但是功耗仍然偏高，不能用于手機37另一種開發中的新型的ADC是超導ADC。這種ADC的名字叫做RSFQ（rapidsingle-fluxquantum）。這種ADC具有功耗低，速度快，靈敏度高的特點。采樣率可達20G次/秒。現在仍在實驗室階段，相信很快就會開發出產品。數字處理部件：數字信號處理器有三種：ASIC，FPGA和DSP。ASIC速度最快，靈活性最差；FPGA據中；DSP靈活性最高，速度最慢。三種器件選擇哪種，要根據實際設計要求斟酌決定。現在的DSP的速度可以滿足軟件無線電的要求，但是速度越高，功耗越大，價格也越高。選擇一般速度的DSP加加速器（accelerator）是一種可行方案。圖六是這一方案的示意圖。另一種開發中的新型的ADC是超導ADC。這種ADC的名字叫做38軟件無線電的現在和未來課件39五。軟件無線電的未來軟件無線電的未來發展是智能無線電（CognitiveRadio）。簡稱CR。CR是一種高度智能化的通信技術，它可以自己學習周圍的環境，自己取得適當的軟件，自己選擇最佳頻段，最佳的，適合通信環境的制式進行通信。五。軟件無線電的未來軟件無線電的未來發展是智能無線電（Co401。什么是智能無線電（CognitiveRadio）？FCC:一個無線電系統的各種參數是由關于系統所在的周圍的環境的信息來決定。NTIA：一個無線電系統，能夠感知它周圍的電磁環境，能夠動態地，自動地，調整它的工作參數來修改它本身的工作狀態。科技界的廣義定義：自適應，多維探查，自治的無線電系統，它可以從它的經歷中學習，可以推理，作計劃，并決定它的未來行動，以滿足用戶的需要。1。什么是智能無線電（CognitiveRadio）？F41軟件無線電的現在和未來