第1章 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電概述

1、 第第1 1章章第1章 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電概述1.1 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的研究背景1.2 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的定義1.3 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的發(fā)展1.4 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電所需技術(shù)1.5 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的研究與進(jìn)展1.6 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的應(yīng)用1.1 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的研究背景1.1.1 軟件無(wú)線電的研究背景1.1.2 認(rèn)知無(wú)線電的研究背景1.1.1 軟件無(wú)線電的研究背景與許多通信新技術(shù)一樣，軟件無(wú)線電技術(shù)，最早也是由軍事通信技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。經(jīng)歷了從軍用到民用的發(fā)展進(jìn)程。20世紀(jì)70年代，軟件無(wú)線電概念的最早，源于美國(guó)軍方對(duì)甚高頻（VHF：Very Hi

2、gh Frequency，30300MHz）多模式無(wú)線電系統(tǒng)的開發(fā)。20世紀(jì)90年代，軟件無(wú)線電概念才明確提出。1. 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展，電子信息設(shè)備在軍事領(lǐng)域中的作用越來(lái)越重要。軍事現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志，就是軍事信息化。無(wú)線通信已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的重要信息傳輸手段。 但是，長(zhǎng)期以來(lái)，軍用無(wú)線設(shè)備都是針對(duì)不同的軍事需求而設(shè)計(jì)的。對(duì)于不同的軍用無(wú)線通信設(shè)備而言，雖然它們的發(fā)送與接收單元有許多相似的功能，但結(jié)構(gòu)卻有許多不同，不能通用。這就是傳統(tǒng)的“硬件無(wú)線電”。 2. 解決的方法解決的方法在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著重要的作用的空軍中，飛機(jī)上有著眾多的無(wú)線電設(shè)備：（1）雷達(dá)系統(tǒng)；（2）

3、通信系統(tǒng)；（3）導(dǎo)航系統(tǒng)；（4）識(shí)別系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的“硬件無(wú)線電”中，這些系統(tǒng)分別由不同的硬件設(shè)備構(gòu)成。飛行任務(wù)的日益復(fù)雜多樣，使得機(jī)載無(wú)線電設(shè)備越來(lái)越多，如圖1-1所示。 3. 移動(dòng)通信的困惑移動(dòng)通信的困惑在民用通信領(lǐng)域，無(wú)線移動(dòng)通信是發(fā)展最為迅速的通信技術(shù)。在短短的數(shù)十年中，通信技術(shù)經(jīng)歷了兩次變革：（1）從固定通信到移動(dòng)通信；（2）從模擬通信到數(shù)字通信。并將迎來(lái)第三次變革：（3）從“硬件無(wú)線電”到“軟件無(wú)線電”。近20年來(lái)，移動(dòng)通信發(fā)生了飛速變化，如圖1-3所示。4. 軟件無(wú)線電的引出軟件無(wú)線電的引出為了解決軍用與民用無(wú)線通信系統(tǒng)的多標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，軟件無(wú)線電無(wú)疑是最佳的選擇。對(duì)于各種不同的通信標(biāo)

4、準(zhǔn)，全世界都可以生產(chǎn)具有相同結(jié)構(gòu)和器件的硬件平臺(tái)，軟件無(wú)線電終端可以通過(guò)軟件下載獲得新的服務(wù)。這樣可以大大降低成本。1.1.2 認(rèn)知無(wú)線電的研究背景軟件無(wú)線電是一種載波頻率、信號(hào)帶寬、調(diào)制方式、網(wǎng)絡(luò)接入等特性均由軟件定義的無(wú)線電技術(shù)。1. 軟件無(wú)線電的特點(diǎn)軟件無(wú)線電的特點(diǎn)軟件無(wú)線電的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 2. 頻帶分配頻帶分配 頻譜是通信能夠使用的唯一資源。與水、空氣等自然資源一樣，頻譜也是一種日益短缺的資源。 3. 頻譜利用率與頻譜空洞頻譜利用率與頻譜空洞 對(duì)于頻譜這個(gè)通信能夠使用的唯一資源?？捎妙l段分為兩類： （1）授權(quán)頻段； （2）非授權(quán)頻段。 授權(quán)頻段是由政府授權(quán)使用的。專門的

5、頻譜管理機(jī)構(gòu)分配特定的授權(quán)頻段，供給特定的通信業(yè)務(wù)使用。因此，授權(quán)頻段具有獨(dú)享性。 非授權(quán)頻段是開放的，使用者無(wú)需申請(qǐng)，就可以使用。因此，非授權(quán)頻段通常是飽和的。 4. 認(rèn)知無(wú)線電的引出認(rèn)知無(wú)線電的引出 將被授權(quán)用戶稱為主用戶，或既有用戶；與之對(duì)應(yīng)，未被授權(quán)的用戶稱為次用戶，或認(rèn)知用戶。 為了提高頻譜資源的利用率，減少頻譜空洞的出現(xiàn)?？梢栽谥饔脩魶]有使用授權(quán)頻譜的情況下，允許次用戶接入頻譜空洞。這樣，就可以提高頻譜資源的利用率。這就是認(rèn)知無(wú)線電的基本思想。 1.2 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的定義 隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線電技術(shù)經(jīng)歷了以下發(fā)展： （1）從硬件無(wú)線電到軟件無(wú)線電； （2）從軟件無(wú)

6、線電到認(rèn)知無(wú)線電。 那么，究竟什么是軟件無(wú)線電？什么是認(rèn)知無(wú)線電？ 在這一節(jié)中，我們給出軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的定義。 1.2.1 軟件無(wú)線電的定義 現(xiàn)代通信技術(shù)中，無(wú)線通信與移動(dòng)通信無(wú)疑是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。無(wú)線通信與移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，為我們當(dāng)今的生活帶來(lái)了極大的改變。 隨著通信進(jìn)入數(shù)字技術(shù)時(shí)代，數(shù)字通信系統(tǒng)已經(jīng)成為我們當(dāng)今主要的通信系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)處理成為了解決通信問(wèn)題的最佳方法。 1. 軟件無(wú)線電的含義軟件無(wú)線電的含義 面對(duì)越來(lái)越多的各種通信設(shè)備，我們需面對(duì)越來(lái)越多的各種通信設(shè)備，我們需要一種軟件無(wú)線電技術(shù)。有了這種軟件要一種軟件無(wú)線電技術(shù)。有了這種軟件無(wú)線電技術(shù)，只需要配置一

7、個(gè)無(wú)線電硬無(wú)線電技術(shù)，只需要配置一個(gè)無(wú)線電硬件設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)任何通信應(yīng)用。件設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)任何通信應(yīng)用。 2. 軟件無(wú)線電的定義軟件無(wú)線電的定義 1992年，美國(guó)MITRE公司的Joseph Mitola III首次明確提出了“軟件無(wú)線電”的概念。他給出的軟件無(wú)線電的定義為： 定義1：軟件無(wú)線電是多頻帶無(wú)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(gè)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(guò)軟件定義。 3. 軟件無(wú)線電的特點(diǎn)與核心軟件無(wú)線電的特點(diǎn)與核心 軟件無(wú)線電論壇的定義，比較全面的描述了軟件無(wú)線電的特點(diǎn)： （1）三多：多頻段/多模式/多功

8、能（Multiband/Multimode/Multirole：M3）； （2）兩可：可重配置/可重編程。 1.2.2 認(rèn)知無(wú)線電的定義 認(rèn)知無(wú)線電是一個(gè)非常新的無(wú)線電概念。認(rèn)知無(wú)線電是軟件無(wú)線電的最頂端的應(yīng)用，如圖1-7所示。 1. 認(rèn)知無(wú)線電的定義認(rèn)知無(wú)線電的定義 定義：認(rèn)知無(wú)線電（Cognitive Radio：CR）是一種智能無(wú)線通信系統(tǒng)，它可以感知周圍環(huán)境并進(jìn)行學(xué)習(xí)，利用相應(yīng)結(jié)果調(diào)整自己的傳輸系統(tǒng)，使用最合適的無(wú)線資源完成無(wú)線傳輸。 2. 認(rèn)知無(wú)線電的目標(biāo)認(rèn)知無(wú)線電的目標(biāo) 利用頻譜空洞，提高頻譜利用率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇最好、最經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行無(wú)線傳輸。認(rèn)知無(wú)線電的主要目標(biāo)為： （1）提高無(wú)

9、線頻譜的利用率； （2）實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地高度可靠的通信。 3. 認(rèn)知無(wú)線電的能力認(rèn)知無(wú)線電的能力 為了實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線電的目標(biāo)，認(rèn)知無(wú)線電需要具有以下能力： （1）認(rèn)知能力：即捕獲或感知來(lái)自無(wú)線環(huán)境的信息的能力，這是一種智能。也是認(rèn)知無(wú)線電與軟件無(wú)線電的區(qū)別所在。 （2）可重配置能力：是使無(wú)線設(shè)備，可以在不改變硬件的條件下，根據(jù)無(wú)線環(huán)境，動(dòng)態(tài)改變自身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)（如頻率、功率、調(diào)制、協(xié)議等）。這是軟件無(wú)線電所具有的能力。 4. 認(rèn)知任務(wù)的完成認(rèn)知任務(wù)的完成 認(rèn)知任務(wù)的完成需要數(shù)字信號(hào)處理與機(jī)器學(xué)習(xí)過(guò)程的有機(jī)結(jié)合。認(rèn)知任務(wù)可以分為三個(gè)部分： （1）無(wú)線環(huán)境分析；具體包括： 1）分析無(wú)線環(huán)境； 2）檢測(cè)

10、頻譜空洞。 （2）信道狀態(tài)估計(jì)；具體包括： 1）估計(jì)信道狀態(tài)； 2）預(yù)測(cè)信道容量。 （3）傳輸參數(shù)控制。具體包括： 1）確定傳輸功率； 2）確定數(shù)據(jù)速率； 3）選擇傳輸模式； 4）選擇傳輸帶寬。 1.3 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的發(fā)展 軟件無(wú)線電從20世紀(jì)70年代起源，到1992年首次明確提出，經(jīng)歷了快速的發(fā)展。直到軟件無(wú)線電發(fā)展的頂級(jí)應(yīng)用認(rèn)知無(wú)線電。 在這一節(jié)中，我們討論無(wú)線電技術(shù)從硬件無(wú)線電到軟件無(wú)線電、軟件無(wú)線電到認(rèn)知無(wú)線電的發(fā)展過(guò)程，以使讀者對(duì)軟件無(wú)線電和認(rèn)知無(wú)線電有更多的了解。 1.3.1 從“硬件無(wú)線電”到軟件無(wú)線電 通信技術(shù)的飛速發(fā)展，極大的改變了我們的世界。特別是無(wú)線通信與移動(dòng)通

11、信技術(shù)的不斷普及，全世界使用手機(jī)的用戶越來(lái)越多。無(wú)線數(shù)字通信技術(shù)已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡臇|西。 隨著無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，我們身邊的無(wú)線設(shè)備越來(lái)越多。面對(duì)越來(lái)越多的通信系統(tǒng)，我們需要一種可以應(yīng)對(duì)多種通信功能的無(wú)線電通信設(shè)備，這就是軟件無(wú)線電系統(tǒng)。 1. 硬件無(wú)線電硬件無(wú)線電 所謂硬件無(wú)線電，是指無(wú)線電設(shè)備的功能是由硬件結(jié)構(gòu)確定的，系統(tǒng)的工作很少有軟件參與，它們?cè)诠δ苌鲜谴_定的。 長(zhǎng)期以來(lái)，我們?cè)谑褂酶鞣N不同的硬件無(wú)線電系統(tǒng)。比如：手機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)、電話機(jī)、傳真機(jī)等等。 2. 軟件控制無(wú)線電軟件控制無(wú)線電 在上述硬件無(wú)線電的第二個(gè)階段數(shù)字硬件無(wú)線電，雖然許多硬件的功能可以由軟件

12、實(shí)現(xiàn)，但是，數(shù)字硬件無(wú)線電系統(tǒng)的可重編程、可重配置能力較差。 雖然數(shù)字無(wú)線電系統(tǒng)可以通過(guò)軟件方式處理數(shù)據(jù)、控制系統(tǒng)，但是，系統(tǒng)的主要功能是不能改變的。 3. 軟件定義無(wú)線電軟件定義無(wú)線電 由軟件控制無(wú)線電發(fā)展到軟件定義無(wú)線電（Software Defined Radio：SDR），系統(tǒng)用軟件控制參數(shù)，如：頻帶、調(diào)制、波形、檢測(cè)等等，不需要對(duì)硬件進(jìn)行修改，就可以改變系統(tǒng)的功能。寬帶/多頻段天線RF部分A/D/ADDCDUC高速 DSP專用可編程處理器低速DSP其它終端語(yǔ)音天線/RF段高速處理段低速處理段DDC -數(shù)字下變頻DUC -數(shù)字上變頻 4. 理想軟件無(wú)線電理想軟件無(wú)線電 由軟件定義無(wú)線電

13、發(fā)展到理想軟件無(wú)線電（Ideal Software Radio：ISR，或SWR），系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)完全可編程，天線的輸入信號(hào)直接經(jīng)過(guò)A/D變換器，取消了大部分模擬器件，大大提高了系統(tǒng)性能。 1.3.2 從軟件無(wú)線電到認(rèn)知無(wú)線電 軟件無(wú)線電已經(jīng)能夠成功完成有益于用戶與網(wǎng)絡(luò)、有利于降低頻譜擁擠的任務(wù)。軟件無(wú)線電使得電子設(shè)備在有限方式下具有多方面功能。 為了提高頻譜利用率、減少頻譜空洞，軟件無(wú)線電發(fā)展到了它的最高形式：認(rèn)知無(wú)線電。 1. 認(rèn)知無(wú)線電的概念認(rèn)知無(wú)線電的概念 認(rèn)知無(wú)線電就是利用頻譜空洞提高頻譜利用率的軟件無(wú)線電。認(rèn)知無(wú)線電可以看做是具有環(huán)境感知能力、主動(dòng)學(xué)習(xí)能力的智能化的軟件無(wú)線電。 軟件

14、無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的概念，最早都是由Joseph Mitola III首創(chuàng)的。 1992年，Joseph Mitola III首次明確提出軟件無(wú)線電的概念，給出了軟件無(wú)線電的第一個(gè)定義。 2. 認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的能力認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的能力 基于認(rèn)知無(wú)線電的系統(tǒng)是一種智能無(wú)線通信系統(tǒng)，具有以下能力： （1）感知與學(xué)習(xí)。它能夠感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過(guò)實(shí)時(shí)改變某些操作參數(shù)（比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等），使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無(wú)線信號(hào)的統(tǒng)計(jì)性變化，以達(dá)到以下目的： 3. 認(rèn)知無(wú)線電、軟件無(wú)線電與硬件無(wú)線認(rèn)知無(wú)線電、軟件無(wú)線電與硬件無(wú)線電的比較電的比較 表1-4 給出了硬

15、件無(wú)線電、軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的結(jié)構(gòu)對(duì)比。以便于讀者進(jìn)一步理解軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電。 1.4 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電所需技術(shù) 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電是一種嶄新的綜合技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電，需要許多基本的支撐技術(shù)。 在這一節(jié)中，我們概述軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電所需的技術(shù)。對(duì)于其中一些比較重要的技術(shù)，將在后面章節(jié)專門敘述。 1.4.1 射頻/微波技術(shù) 研究射頻/微波的產(chǎn)生、放大、傳輸、輻射、接收和測(cè)量的學(xué)科稱為“/射頻微波技術(shù)”，它是近代科學(xué)技術(shù)的重大成就之一。 1. 射頻射頻/微波的含義微波的含義 射頻，是指可以通過(guò)無(wú)線電發(fā)射的頻率，通常包括中波、短波、超短波、微波等等頻段。 2

16、. 常用射頻常用射頻/微波頻段微波頻段 常用射頻/微波頻段如表1-5所示。 3. 射頻射頻/微波頻段的用途微波頻段的用途 頻譜作為一種資源，需要進(jìn)行嚴(yán)格管理。 在國(guó)際電信聯(lián)盟的文件中,規(guī)定了雷達(dá)、 通信、 導(dǎo)航、 工業(yè)應(yīng)用等無(wú)線電設(shè)備所允許的工作頻段。 表1-6是國(guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定的各個(gè)射頻/微波頻段的基本用途。各個(gè)用途在相應(yīng)頻段內(nèi)只占有很小的一段頻譜。 1.4.2 智能天線技術(shù) 天線是無(wú)線傳輸技術(shù)的核心器件。 天線陣列是提高天線性能的重要手段。圖1-12為邊射式天線陣的陣因子方向圖。180天線陣的軸線902d2700ddd(a)180(b)2700天線陣的軸線9002 1. 智能天線的定義智能

17、天線的定義 天線與無(wú)線通信的收發(fā)信機(jī)的信號(hào)輸入、輸出端連接，通過(guò)無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)收發(fā)信機(jī)兩端間的有效能量傳遞。 通過(guò)設(shè)計(jì)天線的輻射特性，可以控制無(wú)線電波波束電磁能的空間分布，提高無(wú)線通信業(yè)務(wù)質(zhì)量、頻譜利用率和多址通信能力。 智能天線是這樣一種天線陣列系統(tǒng)，它通過(guò)智能算法來(lái)合并天線陣因子的信號(hào)，以自動(dòng)適應(yīng)不同的信號(hào)環(huán)境。 2. 智能天線的特點(diǎn)智能天線的特點(diǎn) 智能天線實(shí)際上是一種空間信號(hào)處理技術(shù)。 如果把它和時(shí)間信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合，就會(huì)獲得更大的好處。 智能天線采用數(shù)字方法對(duì)陣元接收的信號(hào)加權(quán)處理，以形成天線波束。 （1）在用戶信號(hào)方向：使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)方向； （2）在干擾信號(hào)方向：形成天線方

18、向圖的零陷、或較低的功率方向圖增益。1O 3. 智能天線的分類智能天線的分類 智能天線根據(jù)采用的天線方向圖形狀，可以分為兩類。 （1）自適應(yīng)方向圖智能天線； （2）固定形狀方向圖智能天線。 1.4.3 多輸入多輸出技術(shù) 無(wú)線信道存在多徑效應(yīng)，如圖1-14所示。無(wú)線信道的一個(gè)重要特性就是存在衰落。所謂衰落就是信號(hào)在通過(guò)信道時(shí)，所受到的損傷。 1. 分集接收技術(shù)分集接收技術(shù) 降低衰落的基本方法，就是分集接收技術(shù)。這里的分集包含兩重含義： （1）分：把同一個(gè)信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)，分由不同的路徑傳輸，使得同一個(gè)信號(hào)經(jīng)由統(tǒng)計(jì)上相互獨(dú)立的路徑到達(dá)接收機(jī)； （2）集：將經(jīng)由不同路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)，采用某種處理

19、方法集在一起，以減少衰落對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?2. 多輸入多輸出系統(tǒng)多輸入多輸出系統(tǒng) 在多徑環(huán)境中，可以使用多天線系統(tǒng)代替單天線系統(tǒng)。這樣，利用空間分集技術(shù)，可以大大提高系統(tǒng)的抗衰落性能。 多輸入多輸出系統(tǒng)，就是在發(fā)射端與接收段都使用多個(gè)天線。采用多輸入多輸出技術(shù)，還可以有效提高信道容量。 1.4.4 調(diào)制解調(diào)技術(shù) 在無(wú)線通信中，在無(wú)線信道中傳播的是無(wú)線電波，調(diào)制與解調(diào)是實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道傳輸?shù)幕炯夹g(shù)之一。 1. 調(diào)制與解調(diào)的定義調(diào)制與解調(diào)的定義 在發(fā)射端，調(diào)制的目的，是把要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)。該信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。 在接收端，需要將接收到的已調(diào)信號(hào)，還原成系統(tǒng)所傳輸?shù)脑?/p>

20、始信號(hào)，該過(guò)程稱為解調(diào)。 2. 調(diào)制與解調(diào)的分類調(diào)制與解調(diào)的分類 按照調(diào)制器輸入信號(hào)(該信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào))的形式，調(diào)制可分為： （1）模擬調(diào)制(或連續(xù)調(diào)制)； （2）數(shù)字調(diào)制。 3. 無(wú)線信道對(duì)調(diào)制解調(diào)的要求無(wú)線信道對(duì)調(diào)制解調(diào)的要求 無(wú)線移動(dòng)信道的基本特征是： （1）帶寬有限，它取決于可使用的頻率資源和信道的傳播特性； （2）干擾和噪聲影響大，這主要是移動(dòng)通信工作的電磁環(huán)境所決定的； （3）存在著多徑衰落。Uc/2UcJ2(mf)J1(mf)J0(mf)J1(mf)J2(mf)0c2 B=2(mf+1)振幅 1.4.5 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 一種軟件無(wú)線電系統(tǒng)的硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1-16所示。 1.

21、 軟件無(wú)線電系統(tǒng)的硬件平臺(tái)軟件無(wú)線電系統(tǒng)的硬件平臺(tái) 在最頂級(jí)的層次，一個(gè)軟件無(wú)線電系統(tǒng)包括以下四個(gè)部分： （1）天線； （2）射頻前端； （3）基帶數(shù)字信號(hào)處理器； （4）控制器。 2. 對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的要求對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的要求 軟件無(wú)線電對(duì)信號(hào)處理的要求包括： （1）能夠執(zhí)行大量的乘累加運(yùn)算； （2）具有某些特定模式； （3）大部分處理時(shí)間用于執(zhí)行相對(duì)小循環(huán)的操作上； （4）具有高速的數(shù)據(jù)吞吐能力； （5）信號(hào)處理數(shù)值范圍較寬。 3. 數(shù)字信號(hào)處理器的功能數(shù)字信號(hào)處理器的功能 軟件無(wú)線電對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的要求，使得信號(hào)處理器需要具有以下功能： （1）具有多個(gè)可并行運(yùn)算單元； （2）可提供直接的

22、硬件加速支持； （3）無(wú)太多的動(dòng)態(tài)限制。 1.4.6 同步技術(shù) 所謂同步，是指收發(fā)雙方在時(shí)間上步調(diào)一致，又稱為定時(shí)。 同步技術(shù)是數(shù)字通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 1. 同步技術(shù)的分類同步技術(shù)的分類 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，按照同步技術(shù)的功用不同，可以分為：載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。 2. 不同的同步方法不同的同步方法 同步技術(shù)也是一種信息處理，按照獲取和傳輸同步信息方式的不同，可以有不同的同步方法。 （1） 外同步法。 由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為導(dǎo)頻），接收端把這個(gè)導(dǎo)頻提取出來(lái)，作為同步信號(hào)的方法，稱為外同步法。 （2） 自同步法。 發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號(hào)中

23、提取同步信息的方法，稱為自同步法。 1.4.7 采樣技術(shù) 實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電的基礎(chǔ)是數(shù)字技術(shù)，其核心是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字處理，首先必須進(jìn)行模擬信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換。 1. 模擬信號(hào)的數(shù)字處理模擬信號(hào)的數(shù)字處理 圖1-18為模擬信號(hào)的數(shù)字處理框圖。預(yù)濾波A/DD/A數(shù)字信號(hào)處理器后濾波 2. A/D變換變換 在軟件無(wú)線電中，A/D變換器的性能將直接影響系統(tǒng)的性能。如圖1-19所示，A/D變換分為兩步： （1）采樣； （2）量化編碼。 3. 采樣的要求采樣的要求 圖1-20為一般的采樣過(guò)程。 眾所周知，為防止在恢復(fù)模擬信號(hào)時(shí)出現(xiàn)頻譜混疊現(xiàn)象，在采樣時(shí)應(yīng)滿足奈奎斯特（Nyquist）采樣

24、定理。 對(duì)于給定的最高信號(hào)頻率，系統(tǒng)所需要的最低采樣頻率，應(yīng)該滿足奈奎斯特定理給出的條件： S a( )x t a ( )x t t O T ( )TP t t O a( )x t a ( )xt t O 1.4.8 軟件技術(shù) 軟件無(wú)線電以軟件方式實(shí)現(xiàn)各種空中接口，提供各種靈活的無(wú)線通信方式。在軟件無(wú)線電中，軟件的作用是非常重要的。 1. 軟件無(wú)線電的軟件設(shè)計(jì)軟件無(wú)線電的軟件設(shè)計(jì) 軟件無(wú)線電的軟件設(shè)計(jì)包括： （1）軟件的功能； （2）軟件與硬件之間的關(guān)系； （3）軟件的體系結(jié)構(gòu)。 2. 軟件無(wú)線電軟件的特點(diǎn)軟件無(wú)線電軟件的特點(diǎn) 涉及軟件無(wú)線電的軟件是比較復(fù)雜的。僅僅了解如何根據(jù)某個(gè)通信的特定功

25、能來(lái)編寫程序、或研究算法，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 軟件無(wú)線電的軟件應(yīng)該具有以下特點(diǎn)： （1）具有良好的開放性； （2）采用模塊化結(jié)構(gòu)； （3）具有可重用性。 1.4.9 安全技術(shù) 由于無(wú)線通信系統(tǒng)的開放性，信息傳輸中的信息安全是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。因?yàn)樵诠脽o(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，存在著各種各樣的安全漏洞和威脅，所以信息安全涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。 1. 信息安全研究的領(lǐng)域信息安全研究的領(lǐng)域 信息安全需要研究的領(lǐng)域包括： 2. 安全性的體現(xiàn)安全性的體現(xiàn) 軟件無(wú)線電系統(tǒng)的安全性體現(xiàn)在系統(tǒng)的硬件、軟件、系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)都受到保護(hù)，不會(huì)因?yàn)槟承┰蚨獾剑?（1）破壞； （2）更改； （3）泄露。 1.4.10 認(rèn)知技術(shù)

26、認(rèn)知無(wú)線電將人工智能與無(wú)線通信相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了頻譜資源的優(yōu)化配置，可以自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。 1. 認(rèn)知引擎認(rèn)知引擎 認(rèn)知無(wú)線電的智能核心是系統(tǒng)的認(rèn)知能力。認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的認(rèn)知引擎執(zhí)行在通信系統(tǒng)重構(gòu)中必需的模擬、學(xué)習(xí)、最優(yōu)化過(guò)程。認(rèn)知引擎從用戶域、無(wú)線電域、政策域、無(wú)線電系統(tǒng)自身獲得信息，進(jìn)行優(yōu)化。2. 認(rèn)知環(huán)認(rèn)知環(huán)認(rèn)知引擎的任務(wù)包括：（1）優(yōu)化無(wú)線電；（2）觀測(cè)與學(xué)習(xí)。認(rèn)知無(wú)線電通過(guò)基于以下環(huán)節(jié)的分層算法結(jié)構(gòu)，成為學(xué)習(xí)機(jī)器：（1）建模；（2）行動(dòng)；（3）反饋；（4）知識(shí)表示。認(rèn)知環(huán)分為兩層。外部環(huán)進(jìn)行觀測(cè)與調(diào)整無(wú)線電，包括以下部分：（1）無(wú)線電硬件；（2）環(huán)境監(jiān)測(cè)；（3）方案合成；

27、（4）案例決策；（5）鏈路配置最優(yōu)化；（6）性能估計(jì)。 1.4.11 定位技術(shù) 為了保護(hù)寶貴的頻譜資源，認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)必須首先知道以下信息： （1）其位置； （2）時(shí)間。 在掌握了其位置與時(shí)間信息以后，認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)可以： （1）計(jì)算能夠最佳連接到網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)成員的天線指向角； （2）設(shè)置無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)包，以保證在準(zhǔn)確的時(shí)隙到達(dá)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)成員的接收機(jī)處，從而使對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的其它用戶的干擾最?。?（3）引導(dǎo)用戶完成日常任務(wù)、實(shí)現(xiàn)用戶目標(biāo)。 1.5 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的研究與進(jìn)展 在本節(jié)中，我們簡(jiǎn)要介紹軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的研究進(jìn)展。 1.5.1 軟件無(wú)線電的研究進(jìn)展 在20世紀(jì)70-80年代，無(wú)

28、線電的發(fā)展進(jìn)入可編程數(shù)字無(wú)線電時(shí)期，出現(xiàn)了以下三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： （1）由模擬向數(shù)字發(fā)展； （2）由無(wú)編程向可編程發(fā)展； （3）由少編程向中等編程發(fā)展。 1.5.2 認(rèn)知無(wú)線電的研究進(jìn)展 1999年，約瑟夫米托拉首次提出認(rèn)知無(wú)線電的概念，描述了認(rèn)知無(wú)線電可以增強(qiáng)個(gè)人無(wú)線業(yè)務(wù)的靈活性。 2000年5月，約瑟夫米托拉在瑞典皇家科學(xué)院發(fā)表博士論文，綜述了認(rèn)知無(wú)線電的概念。 圍繞約瑟夫米托拉提出的基于機(jī)器學(xué)習(xí)和模式推理的認(rèn)知循環(huán)模型，開展了大量研究，強(qiáng)調(diào)軟件定義無(wú)線電是實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線電的理想平臺(tái)。 2002年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)發(fā)表了報(bào)告，用于改變美國(guó)頻譜政策的技術(shù)與影響?；I備認(rèn)知無(wú)線電工作組。 1.6 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電的應(yīng)用 軟件無(wú)線電與認(rèn)知無(wú)線電在無(wú)線通信領(lǐng)域有著許多的應(yīng)用。在這一節(jié)中，我們簡(jiǎn)要介紹兩個(gè)應(yīng)用示例。 1.6.1