1、海上無線電通信海上無線電通信系統和技術發展系統和技術發展國際電聯國際電聯 國際電信聯盟國際電信聯盟 （International Telecommunications Union） 國際電信聯盟是聯合國的一個專門機構，也是聯合國機構國際電信聯盟是聯合國的一個專門機構，也是聯合國機構中歷史最長的一個國際組織。簡稱中歷史最長的一個國際組織。簡稱“國際電聯國際電聯”，“電聯電聯”或或“ITU”。國際電聯是主管信息通信技術事務的聯合國機構。作。國際電聯是主管信息通信技術事務的聯合國機構。作為世界范圍內聯系各國政府和私營部門的紐帶，國際電聯通過為世界范圍內聯系各國政府和私營部門的紐帶，國際電聯通過其麾下

2、的無線電通信、標準化和電信發展展覽活動，而且是信其麾下的無線電通信、標準化和電信發展展覽活動，而且是信息社會世界高峰會議的主辦機構。國際電聯總部設于瑞士日內息社會世界高峰會議的主辦機構。國際電聯總部設于瑞士日內瓦，其成員包括瓦，其成員包括191個成員國和個成員國和700多個部門成員及部門準成員。多個部門成員及部門準成員。每年的每年的5月月17日是世界電信日日是世界電信日(World Telecommunication Day)。國際電聯會議的議程和參考文件中我們值得關注的部分 第956號決議： 有利于引入軟件無線電和認知無線電系統的規則措施及其相關性（WRC-07）a) 預計認知無線電和自我配

3、置網絡將總體提高頻譜使用的靈活性和效率；b) ITU-R已開始研究此類先進的無線電技術及其功能、關鍵技術特性、要求、性能和益處（ITU-R第241/8號課題）；c) 研究表明，使用認知控制機制的軟件無線電是一種改善頻譜使用、對頻譜進行動態管理和靈活使用頻譜的方法（ITU-R M.2064報告）；d) 目前正在就認知無線電系統及相關的網絡配置（如自我配置網）進行大量研發工作；e) 認知無線電系統可以涵蓋無線電接入技術（RAT）；f) 認知無線電系統包括不同網絡拓撲的自我配置網，它們能夠根據本地可用頻譜設定自身的頻譜用量；g) 在移動終端可達的頻率覆蓋范圍內沒有任何有關其它RAT位置和特性的信息，

4、因此有必要掃描整個調諧范圍以發現本地頻譜用量，而這是極其耗能費時的工作；國際電聯會議的議程和參考文件中我們值得關注的部分 h) 沒有補充手段可能無法發現僅供接收的用量； i) 一些研究表明，擁有幫助確定本地頻譜用量（如無線或有線數據或有線要求其它網絡的接入）是有用的； j) 某些研究表明，可能需要帶寬低于50 kHz的全球統一認知支持導頻信道；而其它一些研究表明，可用的數據庫可以支持接入和連接，因此也支持這些系統的使用， 做出決議，請ITU-R 1 研究是否需要采取與認知無線電系統技術應用相關的規則措施； 2 研究是否需要采取與軟件無線電應用相關的規則措施；進一步做出決議 由2011年世界無線

5、電通信大會（WRC-11）考慮這些研究成果并采取適當的行動。軟件無線電簡介完整的軟件無線電概念和結構體系是由美國MILTR公司的Jeo Mitola于1992年5月首次明確提出的。其基本思想是：將寬帶A/D變換盡可能地靠近射頻天線，即盡可能早地將接收到的模擬信號數字化，最大程度地通過軟件來實現電臺的各種功能。通過運行不同的算法，軟件無線電可以實時地配置信號波形，使其能夠提供各種語音編碼、信道調制、載波頻率、加密算法等無線電通信業務。軟件無線電臺不僅可與現有的其它電臺通信，還能在兩種不同的電臺系統間充當“無線電網關”，使兩者能夠互通互連。這樣就解決了由于擁有電臺類型、性能不同帶來的無線電聯系的困

6、難。 軟件無線電的發展歷程Speakeasy（易通話）系統MBMMR電臺的組成電臺的組成天線天線耦合耦合器器發射發射接收接收信道信道A/DA/DD/AD/A預處預處理器理器(ASIC)(ASIC)波形波形處理器處理器(DSP)(DSP)信息信息安全安全控制控制多媒多媒體接體接入入路路由由器器GPSGPS控制控制處理器處理器參考參考時鐘時鐘蜂窩電話蜂窩電話射頻前端射頻前端信號處理信號處理信息安全信息安全網絡互聯網絡互聯控制控制外部接口外部接口人機人機接口接口關于軟件無線電的認識需要說明的地方1. 軟件無線電并不是不要硬件，而是把硬件作為一個基本平臺；2. 軟件無線電與軟件控制的數字無線電有本質區

7、別；3. 軟件無線電是一種開放的體系結構。軟件無線電最突出的特點是： （1）軟件無線電具有完全可編程特性，包括可編程的無線波段、信道接入方式、信道調制、數據速率等，通過軟件提供信令與控制、操作和管理以及維護功能。 （2）A/D和D/A盡可能地向RF靠近，以便充分利用DSP器件的速度和軟件資源，盡量通過軟件編程完成從信源基帶直至射頻的波形變換和相關處理。 軟件無線電的兩大優點是其具有靈活性和集中性。軟件無線電的實現軟件無線電（softwareradio）在一個開放的公共硬件平臺上利用不同可編程的軟件方法實現所需要的無線電系統。簡稱SWR。理想的軟件無線電應當是一種全部可軟件編程的無線電，并以無線

8、電平臺具有最大的靈活性為特征。全部可編程包括可編程射頻（RF）波段、信道接入方式和信道調制。SWR就是寬帶模數及數模轉換（A/D及D/A）、大量專用/通用處理器、數字信號處理器（DigitalSignalProicesser，DSP）構成盡可能靠近射頻天線的一個硬件平臺。在硬件平臺上盡量利用軟件技術來實現無線電的各種功能模塊并將功能模塊按需要組合成無線電系統。可實現的軟件無線電，稱做軟件定義的無線電（SoftwareDefinedRadio，SDR）。SDR被認為僅具有中頻可編程數字接入能力。 窄帶窄帶A/D_D/AA/D_D/A轉換器轉換器實時、準實時實時、準實時處理軟件處理軟件DSPDSP

9、寬帶寬帶A/D_D/AA/D_D/A轉換器轉換器射頻前端射頻前端模塊模塊電話電話圖像圖像數據數據傳真傳真軟件無線電的分類短波軟件無線電根據實現方式,可分為以下三種結構：射頻全頻段數字化采樣中頻數字化采樣結構虛擬無線電結構。基于采樣方式的不同，還可以分為： 1）射頻全寬帶低通采樣軟件無線電結構 2）射頻直接帶通采樣軟件無線電結構 3）寬帶中頻帶通采樣軟件無線電結構中頻數字化采樣結構 中頻采樣是將射頻信號預處理后，模擬變頻到中頻進行A/D采樣，采樣后的數據被送入DSP，在DSP中進行數字下變頻和數字解調處理。這種結構的軟件無線電與中頻數字化接收機的結構是類似的,均采用了多次混頻體制。但是軟件無線電

10、的中頻帶寬較寬，且一次混頻后的變頻均在DSP中實現，所有調制解調等功能均由軟件來實現，比普通超外差中頻數字化接收機更靈活，功能更強。盡管和理想的軟件無線電有一定差距，這已是短波軟件無線電的最佳選擇。 軟件無線電技術研究軟件無線電研究的6個關鍵技術： (1)寬帶寬帶/ /多頻段天線多頻段天線 (2)寬帶射頻模塊 (3)模數轉換部分 (4)高速并行DSP技術 (5)開放式模塊結構 (6)軟件協議和標準 寬帶/多頻帶天線 研究最佳多頻段天線的主要障礙是當兩個頻率的頻譜十分靠近時，不能設計出同時在兩個頻率上工作的多頻段天線。軟件無線電臺的一個商業應用是移動通信中基站采用的“智能天線”。智能天線也叫自適

11、應陣列天線它由天線陣、波束形成網絡、波束形成算法三部分組成。它通過滿足某種準則的算法去調節各陣元信號的加權幅度和相位。從而調節天線陣列的方向圖形狀，達到增強所需信號抑制干擾信號的目的。 寬帶射頻模塊寬帶射頻前端要求器件有較寬的頻率范圍，主要完成低噪聲放大、濾波、混頻、自動增益控制（AGC）以及輸出功率放大等功能。模數轉換部分 在軟件無線電通信系統中，要達到盡可能多的以數字形式處理無線信號，必須把AD轉換盡可能地向天線端推移，這樣就對A/D轉換器的性能提出了更高的要求。 為保證抽樣后的信號保持原信號的信息，A/D轉換要滿足Nyquist抽樣準則，而在實際應用中，為保證系統更好的性能，通常抽樣率為

12、帶寬的2.5倍。由于短波通信的頻率變化范圍較大，對采樣頻率、位數及動態范圍也提出了較高的要求，對此可采用并行A/D轉換技術。高速采樣保持電路的時間精度可達納秒級，通過串/并轉換將量化速度降低，提高采樣分辨率，這樣用多個高速采樣保持和A/D可完成超高速轉換。 高速并行DSP技術 可編程DSP模塊主要由DSP、FPGA(現場可編程門陣列)、FIR專用芯片組、存儲器、I/O接口組成。按照不同的數據處理流程可將DSP模塊的功能分為：與終端的數據交換、自適應調制解調、信道環境分析和管理、SSB調制解調、頻率變換等。DSP是軟件無線電的核心部件，但單個DSP的處理速度也是現階段一個主要的瓶頸。當單個DSP

13、處理能力不足時，可采用多個DSP芯片的并行來提高運算能力，如Quad40CMCM處理器包括4片TMS320C40處理器、5MB內存，已用于多頻段多模式軍用電臺。 開放式的模塊結構 軟件無線電的一個重要特點就是其優良的開放性，這主要體現在軟件無線電所采用的開放式標準化總線結構，只有采用先進的標準化總線，軟件無線電才能發揮其適應性廣、升級換代方便等特點。現有軟件無線電研究和試驗系統中采用雙總線結構，即：控制總線和高速數據總線。控制總線結構，如VME總線、PCI總線等。總結 軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現無線電臺的各種功能，從基于硬件、面向用途的電

14、臺設計方法中解放出來。 功能的軟件化實現勢必要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環節，把數字化處理（A/D和D/A變換）盡量靠近天線。 軟件無線電強調體系結構的開放性和全面可編程性，通過軟件更新改變硬件配置結構，實現新的功能。軟件無線電采用標準的、高性能的開放式總線結構，以利于硬件模塊的不斷升級和擴展。認知無線電 我國的頻譜分配政策 固定頻譜管理方式：即國家將頻譜資源分配給不同的無線電部門和相應的無線接入技術。 優點優點：有利于網絡規劃、運營、維護、管理，并且能夠避免系統間的干擾 缺點：缺點：頻譜資源的利用呈現出高度的不均衡性。那些利用率較低的頻譜資源存在著動態、大小不一、零散

15、等特征認知無線電 1999年Joseph Mitola 提出了 認知無線電CR（Cognitive Radio）技術 核心：頻譜準入政策允許授權頻段在閑置時被其他業務用戶接入動態頻譜分配政策。認知無線電簡介 認知無線電又被稱為智能無線電，它以靈活、智能、可重配置為顯著特征，通過感知外界環境，并使用人工智能技術從環境中學習，有目的地實時改變某些操作參數(比如傳輸功率、載波頻率和調制技術等)，使其內部狀態適應接收到的無線信號的統計變化，從而實現任何時間、任何地點的高可靠通信以及對異構網絡環境有限的無線頻譜資源進行高效地利用。 認知無線電的核心思想就是通過頻譜感知（Spectrum Sensing）

16、和系統的智能學習能力，實現動態頻譜分配（DSA：dynamic spectrum allocation）和頻譜共享（Spectrum Sharing）。 認知無線電認知無線電（CR）：認知無線電的核心思想就是使無線通信設備具有發現“頻譜空洞”并合理利用所發現的“空洞”的能力。頻譜感知頻譜感知（無線電監測）（無線電監測） “獲取周圍的工作和地理環境信息已建立的通信策略及其內部狀態”動態頻譜管理動態頻譜管理分配和選擇合適的工作參數和協議軟件無線電（軟件無線電（SDR） “動態的和自主的調整工作參數和協議來實現預定的目標” 無線電信號的四域特性：時、空、頻、碼 ，認知無線電同時從四域感知頻譜空洞，并動態的和自主的調節自身參數。 SDR具有相當的靈活性，但與CR相比缺乏一定的智能 CR的實現不一定需要SDR支持，但如果借助于SDR，則CR會具有更多潛在的優勢