移动通信测试领域中软件无线电技术应用

韩健　于林韬

摘 要：当今通信领域，2G、3G、LTE、WiMax等制式将长时间内并存，这种不同模式、频段多、功能强的通信制式，对无线基站和终端的测试来说是巨大挑战。本文全面详细介绍了软件无线电的体系结构及关键技术，中频频谱仪分析仪等仪器的工作原理。

关键词：软件无线电 移动通信 频谱分析

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0006-02

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 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。理想软件无线电系统如图1所示。

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-defined radio）。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 软件无线电在通信测试仪器中的应用

由于ADC，FFT硬件和DSP的发展水平有限，目前“实时频谱仪”仅能做到基带部分数字化，对移动通信测试来说非常不便。SDR要求A/D，D/A器件尽可能的靠近天线射频端，从而将信号更早的数字化。近年来高性能ADC，FPGA/DSP等器件的推出使得数字中频频谱仪得以实现。

数字中频频谱仪与传统模拟中频频谱仪相比，在射频前端处理方面并没有明显的差别，主要区别在于下变频后的中频输出信号是否直接通过AD器件实现模数转换。通过使用数字处理方式实现数字下变频、中频滤波器、包络检波器、等等，最终完成输入信号频谱的计算。相比于模拟中频频谱仪，数字中频结构频谱仪极大地改善了测量的速度、精度及对于高性能FPGA/DSP测量复杂信号器件的能力。

3 软件无线电的关键技术

（1）信道化发射机复信号数学模型。

将具有在系统工作频率范围内的所有信道上同时发射信号的能力的发射机称之为信道化发射机，

假设共有N个待发射的带通信号m（t），每个带宽均为B，用相同的采样频率fs进行带通采样后得到各自的等效低通数字频谱Mk（0）。

上式中，N为分辨率，fs是采样频率，B为模拟输入信号带宽。通过公式可以发现，将输入的宽带信号下变频，从而得到中频窄带信号，这就降低了对ADC采样率的要求，从而可选择更高的分辨率。

（3）数字信号处理技术。

在基带处理单元，需要对各种波形进行调制/解调、扩频/解扩以及同步和信道的自适应均衡等各种处理，这就要求DSP器件应该有很强的处理能力。对于完成话音和图像等信源编码/解码的算法，会要求DSP应该有更高的处理能力。

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。

参考文献

[1] 徐赞.通过软件无线电的架构加速无线技术的开发与测试[J].国外电子测量技术，2009，7.

[2] 王际兵，等.软件无线电发展动态[J].清华大学学报，2002，39（9）.

[3] Jay R.Moorman，Implementation of a 3G W-CDMA Software Radio，IEEE International Conference on Communications 2003.ICC03.

[4] 韦维，毕存强，吴兴洁.浅谈移动通信系统数字调制技术[J].中国无线电，2005，8.

[5] Joe Mitola，The soft ware radio architecture，IEEE Communications Magazine，May 2001.

[6] 王宏，王晶洋，林婧，等.DSP与FPGA在软件无线注中的应用[D].北京：北京邮电大学，2011.

[7] 戴淑珍，软件无线电在靶场移动终端中的应用研究，2000年航天控技术研讨会

[8] 邹建宏.论基于软件无线电的通信系统[J].数字技与应用，2012（1）.

[9] Joe Mitola，Research on Soft ware Radio Fuze，IEEE JSAC VOL.17，NO.4，APRIL，2004.

摘 要：当今通信领域，2G、3G、LTE、WiMax等制式将长时间内并存，这种不同模式、频段多、功能强的通信制式，对无线基站和终端的测试来说是巨大挑战。本文全面详细介绍了软件无线电的体系结构及关键技术，中频频谱仪分析仪等仪器的工作原理。

关键词：软件无线电 移动通信 频谱分析

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0006-02

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 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。理想软件无线电系统如图1所示。

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-defined radio）。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 软件无线电在通信测试仪器中的应用

由于ADC，FFT硬件和DSP的发展水平有限，目前“实时频谱仪”仅能做到基带部分数字化，对移动通信测试来说非常不便。SDR要求A/D，D/A器件尽可能的靠近天线射频端，从而将信号更早的数字化。近年来高性能ADC，FPGA/DSP等器件的推出使得数字中频频谱仪得以实现。

数字中频频谱仪与传统模拟中频频谱仪相比，在射频前端处理方面并没有明显的差别，主要区别在于下变频后的中频输出信号是否直接通过AD器件实现模数转换。通过使用数字处理方式实现数字下变频、中频滤波器、包络检波器、等等，最终完成输入信号频谱的计算。相比于模拟中频频谱仪，数字中频结构频谱仪极大地改善了测量的速度、精度及对于高性能FPGA/DSP测量复杂信号器件的能力。

3 软件无线电的关键技术

（1）信道化发射机复信号数学模型。

将具有在系统工作频率范围内的所有信道上同时发射信号的能力的发射机称之为信道化发射机，

假设共有N个待发射的带通信号m（t），每个带宽均为B，用相同的采样频率fs进行带通采样后得到各自的等效低通数字频谱Mk（0）。

上式中，N为分辨率，fs是采样频率，B为模拟输入信号带宽。通过公式可以发现，将输入的宽带信号下变频，从而得到中频窄带信号，这就降低了对ADC采样率的要求，从而可选择更高的分辨率。

（3）数字信号处理技术。

在基带处理单元，需要对各种波形进行调制/解调、扩频/解扩以及同步和信道的自适应均衡等各种处理，这就要求DSP器件应该有很强的处理能力。对于完成话音和图像等信源编码/解码的算法，会要求DSP应该有更高的处理能力。

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。

参考文献

[1] 徐赞.通过软件无线电的架构加速无线技术的开发与测试[J].国外电子测量技术，2009，7.

[2] 王际兵，等.软件无线电发展动态[J].清华大学学报，2002，39（9）.

[3] Jay R.Moorman，Implementation of a 3G W-CDMA Software Radio，IEEE International Conference on Communications 2003.ICC03.

[4] 韦维，毕存强，吴兴洁.浅谈移动通信系统数字调制技术[J].中国无线电，2005，8.

[5] Joe Mitola，The soft ware radio architecture，IEEE Communications Magazine，May 2001.

[6] 王宏，王晶洋，林婧，等.DSP与FPGA在软件无线注中的应用[D].北京：北京邮电大学，2011.

[7] 戴淑珍，软件无线电在靶场移动终端中的应用研究，2000年航天控技术研讨会

[8] 邹建宏.论基于软件无线电的通信系统[J].数字技与应用，2012（1）.

[9] Joe Mitola，Research on Soft ware Radio Fuze，IEEE JSAC VOL.17，NO.4，APRIL，2004.

摘 要：当今通信领域，2G、3G、LTE、WiMax等制式将长时间内并存，这种不同模式、频段多、功能强的通信制式，对无线基站和终端的测试来说是巨大挑战。本文全面详细介绍了软件无线电的体系结构及关键技术，中频频谱仪分析仪等仪器的工作原理。

关键词：软件无线电 移动通信 频谱分析

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0006-02

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 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。理想软件无线电系统如图1所示。

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-defined radio）。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 软件无线电在通信测试仪器中的应用

由于ADC，FFT硬件和DSP的发展水平有限，目前“实时频谱仪”仅能做到基带部分数字化，对移动通信测试来说非常不便。SDR要求A/D，D/A器件尽可能的靠近天线射频端，从而将信号更早的数字化。近年来高性能ADC，FPGA/DSP等器件的推出使得数字中频频谱仪得以实现。

数字中频频谱仪与传统模拟中频频谱仪相比，在射频前端处理方面并没有明显的差别，主要区别在于下变频后的中频输出信号是否直接通过AD器件实现模数转换。通过使用数字处理方式实现数字下变频、中频滤波器、包络检波器、等等，最终完成输入信号频谱的计算。相比于模拟中频频谱仪，数字中频结构频谱仪极大地改善了测量的速度、精度及对于高性能FPGA/DSP测量复杂信号器件的能力。

3 软件无线电的关键技术

（1）信道化发射机复信号数学模型。

将具有在系统工作频率范围内的所有信道上同时发射信号的能力的发射机称之为信道化发射机，

假设共有N个待发射的带通信号m（t），每个带宽均为B，用相同的采样频率fs进行带通采样后得到各自的等效低通数字频谱Mk（0）。

上式中，N为分辨率，fs是采样频率，B为模拟输入信号带宽。通过公式可以发现，将输入的宽带信号下变频，从而得到中频窄带信号，这就降低了对ADC采样率的要求，从而可选择更高的分辨率。

（3）数字信号处理技术。

在基带处理单元，需要对各种波形进行调制/解调、扩频/解扩以及同步和信道的自适应均衡等各种处理，这就要求DSP器件应该有很强的处理能力。对于完成话音和图像等信源编码/解码的算法，会要求DSP应该有更高的处理能力。

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。

参考文献

[1] 徐赞.通过软件无线电的架构加速无线技术的开发与测试[J].国外电子测量技术，2009，7.

[2] 王际兵，等.软件无线电发展动态[J].清华大学学报，2002，39（9）.

[3] Jay R.Moorman，Implementation of a 3G W-CDMA Software Radio，IEEE International Conference on Communications 2003.ICC03.

[4] 韦维，毕存强，吴兴洁.浅谈移动通信系统数字调制技术[J].中国无线电，2005，8.

[5] Joe Mitola，The soft ware radio architecture，IEEE Communications Magazine，May 2001.

[6] 王宏，王晶洋，林婧，等.DSP与FPGA在软件无线注中的应用[D].北京：北京邮电大学，2011.

[7] 戴淑珍，软件无线电在靶场移动终端中的应用研究，2000年航天控技术研讨会

[8] 邹建宏.论基于软件无线电的通信系统[J].数字技与应用，2012（1）.

[9] Joe Mitola，Research on Soft ware Radio Fuze，IEEE JSAC VOL.17，NO.4，APRIL，2004.