摘要 在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中，寬帶、多頻段天線(xiàn)、高速數字信號處理、模數轉換對于軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)而言都是關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)組合使用，達到設計目的以及應用要求。文中通過(guò)對數字信號處理以及無(wú)線(xiàn)電關(guān)鍵技術(shù)的處理兩部分，分別論述，對其做出分析說(shuō)明。

關(guān)鍵詞 無(wú)線(xiàn)電；數字信號；軟件無(wú)線(xiàn)電；關(guān)鍵技術(shù)
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)電數字信號處理技術(shù)的發(fā)展，以及新標準和協(xié)議不斷公布，無(wú)線(xiàn)電通信在迅猛發(fā)展的同時(shí)，帶來(lái)了新的挑戰和機遇。在數字技術(shù)得到快速發(fā)展的同時(shí)，軟件無(wú)線(xiàn)電關(guān)鍵技術(shù)以及無(wú)線(xiàn)電信號處理相關(guān)技術(shù)，也受到廣泛關(guān)注。與此同時(shí)，無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)從WLAN以及UWB逐漸發(fā)展到WiMAX，以及從2G到3G，再到最近討論的4G通信技術(shù)，這些都體現了無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的發(fā)展，以及在實(shí)際中的應用，更體現出無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的重要性。隨著(zhù)與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)融合的加快，使得無(wú)線(xiàn)電信號處理與軟件無(wú)線(xiàn)電關(guān)鍵技術(shù)變得更加重要。

1 多速率數字信號的處理
寬帶數字中頻軟件無(wú)線(xiàn)電的原理，是對寬帶頻譜范圍進(jìn)行數字化，但前提條件，是將帶通采樣定理與前置濾波器進(jìn)行有機結合，達到設計效果。帶通采樣定理的應用降低了中頻采樣頻率，同時(shí)滿(mǎn)足需要，但如果采樣頻率寄生進(jìn)行處理，就會(huì )對增加采樣量化的降噪比，有助于設計目標的實(shí)現。所以要在兩者之間尋找合理的平衡點(diǎn)，就需要把采樣頻率調高，同時(shí)使得瞬間采樣帶寬達到一定的帶寬值。對于多速率信號的處理，基本理念中抽去以及內插理論技術(shù)變得十分重要。
1．1 有關(guān)數字信號速率的整數倍抽取
整數倍抽取的定義，就是把原始采樣序列x(n)每隔D—l個(gè)數據取一個(gè)，從而形成一個(gè)全新的序列x，也就是
xD(m)=x(mD) (1)
式中，D為正整數。若x(n)序列的采樣率取sf，則其無(wú)模糊帶寬則為fs／2。根據計算公式，可以得出，抽取序列的頻譜XD(ejω)，是由抽取之前原始序列頻譜X(ejω)，經(jīng)過(guò)頻率轉移并且進(jìn)行D倍展寬，最后由D個(gè)頻譜疊加得到。

經(jīng)上述的分析，可得到如圖1所示，帶寬<πD的低通濾波器。如果原始信號的頻譜分量<π(I)，就可以將前置低通濾波器省略。

1．2 數字信號處理的整數倍內插
對于數字信號處理的整數倍內插，就是在兩個(gè)原始抽樣點(diǎn)之間插入(I-1)個(gè)零點(diǎn)，這就是整數倍內插如果原始抽樣序列是x(n)，那么經(jīng)過(guò)整數倍內插后的序列可通過(guò)相應的數學(xué)表達式進(jìn)行表達，但是可以畫(huà)出內插、經(jīng)過(guò)壓縮后的頻譜如圖3所示。

1．3 關(guān)于采樣率的分數倍變換
上述數字處理技術(shù)，均為抽去和內插之間的特殊關(guān)系，實(shí)際是采樣率變換方式中的一種特殊變換：整數倍變換，實(shí)際還存在著(zhù)分數倍變換。如果分數倍變換比R=RD／I。那么可以進(jìn)行完I倍內插后，再進(jìn)行D倍抽取得到設計效果，但須注意內插與抽取的順序需要特別規定，即先進(jìn)性?xún)炔�，再進(jìn)行抽取。就可以保證，中間序列的基帶頻譜寬度大于原始信號頻譜的基帶譜寬度，達到設計要求，否則會(huì )導致信號失真。
1．4 關(guān)于抽樣率轉換的多級實(shí)現
經(jīng)過(guò)多級變換實(shí)現高倍數抽取系統，可分為兩個(gè)途徑，第一種是尋求最優(yōu)化的方法，根據每秒鐘的乘法次數作為基準，找出各級內部最佳的抽取以及內插因子，完成對各級濾波器的設計。第二種是通過(guò)抽取或者內插器進(jìn)行處理，這種抽取器的抽取因子為2。同時(shí)這種抽取以及內插因子為2的抽取以及內插器，可使用半帶濾波器進(jìn)行有效的濾波，并且，對于這種帶有沖擊響應的濾波器，其中有近1／2沖擊響應的值為0對于抽樣率轉換系統而言，它的總抽取因子，并不是在任何情況下，都可以用2的冪次方進(jìn)行表示，但用某個(gè)整數與2的冪次方的乘積進(jìn)行表示確是可行的，因此在能夠多絨實(shí)現抽樣率轉換系統中，就會(huì )出現抽取或內插因子是一個(gè)整數的抽取或者內插器。在這類(lèi)的抽取以及內插器中，一股都是通過(guò)積分梳狀濾波器實(shí)現抗混疊以及去鏡像濾波的。
1．5 正交變換的有關(guān)理論
對于在自然界中可實(shí)現的信號都稱(chēng)為實(shí)信號，實(shí)信號的頻譜具有共軛對稱(chēng)性，是指實(shí)信號的征服頻率是堆成的，分量正好相反。依據此特性，對于任何實(shí)信號，都可對某一部分作相應的描述，然而不會(huì )丟失任何信息，也不會(huì )產(chǎn)生虛假信號。
數字上下變頻器采用的基本處理方法，就是對信號進(jìn)行分解、信號分析以及調制解調。但實(shí)際中較難找到理想的，通過(guò)Hilbert變換的階躍濾波器，以至于數字信號處理經(jīng)常采用正交分解進(jìn)行處理，就是數字序列(fn)和兩個(gè)正交本振序列cos(o)t和sin(o)t經(jīng)過(guò)相乘后，憑借著(zhù)數字低通濾波來(lái)實(shí)現。由于結果是兩個(gè)正交本振序列和的乘積，所以就保證其正交性。此外，從工作原理上，數字上下變頻慨念，就是把輸入的數字信號以及一個(gè)本地震蕩數字信號，經(jīng)過(guò)相乘完成頻譜轉移。這種技術(shù)內容主要包括：數字控制振蕩器、數字混頓器以及低通濾波器。通信系統中無(wú)線(xiàn)電信號處理與軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)密不可分，只有掌握才能更好地在科技生產(chǎn)中適應潮流發(fā)展。然而對于軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，應盡量將其放在一個(gè)開(kāi)放軟件平臺上，實(shí)現其功能。在盡可能靠天線(xiàn)近的地方，使用寬帶模數轉換，能夠盡早完成信號數字化，這是軟件無(wú)線(xiàn)電的基本處理思想。無(wú)線(xiàn)電系統包括射頻、中頻、和基帶3個(gè)部分軟件無(wú)線(xiàn)電是理想狀態(tài)或是永遠不存在的假設，但是可通過(guò)軟件無(wú)限關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現其部分功能，這是軟件無(wú)線(xiàn)電關(guān)鍵技術(shù)意義所在。

2 軟件無(wú)線(xiàn)電的關(guān)鍵技術(shù)
2．1 寬帶智能天線(xiàn)技術(shù)
作為軟件無(wú)線(xiàn)電硬件出入口，對于理想的無(wú)線(xiàn)電系統，天線(xiàn)應該覆蓋要求的所有無(wú)線(xiàn)通信波段。目前技術(shù)無(wú)法達到相應要求，但人們可采用組合式多頻段天線(xiàn)，來(lái)盡量彌補缺陷，因此使用寬帶智能天線(xiàn)被看作能夠實(shí)現多頻段天線(xiàn)系統的最佳方案。隨著(zhù)科技發(fā)展，很快RF微型機電系統，是一種高度小型化的器件，這種器件的研究成功，可使寬帶實(shí)現可重構天線(xiàn)的設計方案成為可能。通過(guò)軟件無(wú)線(xiàn)電以及智能天線(xiàn)相互滲透、相互促進(jìn)的作用，可在將來(lái)無(wú)線(xiàn)通信中得到廣泛應用，也會(huì )使得這種技術(shù)得到推廣，將在其他無(wú)線(xiàn)電技術(shù)領(lǐng)域達到科技創(chuàng )新的最終目的。
2．2 高速數字信號處理部分
此部分包括基帶處理、調制解調以及數字上下變頻等方面。其中分為解擴和解跳在內兩部分，這部分功能在于可實(shí)現對單片可編程器件要求更高，使得各器件能夠更好地結合在一起，以至于完成更多功能若存單片可編程器件無(wú)法滿(mǎn)足處理能力時(shí)，可用多個(gè)芯片并行處理的方式，提高運算能力來(lái)解決此問(wèn)題，需要注意的是，數字下變頻中難點(diǎn)是數字下變頻和濾波以及二次采樣，還有分離所需要的信號等問(wèn)題。
2．3 高速A／D和D／A轉換
軟件無(wú)線(xiàn)電結構具有的基本特征，是對模數及數模轉換器的要求很高，其中重要的是采樣速率以及采樣精度。所以對于A(yíng)／D和D／A轉換器而言，安裝位置至關(guān)重要，近射頻端。此特性也直接反映軟件的軟化程度。如果AD／變換器的動(dòng)態(tài)范圍在100～120 dB之間，同時(shí)最大輸入信號頻率在1～5GHz之間，就會(huì )符合理想的軟件無(wú)線(xiàn)電標準。然而采樣速率是由信號帶寬決定的，所以采樣速率一般要求在信號帶寬的2．5倍以上。此外通過(guò)采收多個(gè)A／D并聯(lián)使用的方法，達到進(jìn)一步提高器件性能的目的。
2．4 高速DSP以及FPGA技術(shù)
DSP又稱(chēng)為數字信號處理器，是發(fā)展軟件無(wú)線(xiàn)電的關(guān)鍵技術(shù)，無(wú)線(xiàn)電臺的實(shí)現，需要快速數據處理，以及強大的精度支持，在當前無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，運用的主要方案，有數字信號處理技術(shù)DSP以及專(zhuān)用集成芯片，還有現場(chǎng)可編程的門(mén)陣列FPGA，或者幾種技術(shù)的結合產(chǎn)物。對于軟件無(wú)線(xiàn)電而言，其核心部分是高速DSP芯片。隨著(zhù)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對于數字信號處理器件速度以及性能均有提高、對于DSP而言，通過(guò)一種精簡(jiǎn)指令的技術(shù)結構，對數字信號進(jìn)行處理，此結構具有尺寸小、功耗低以及性能高的優(yōu)點(diǎn)。因此，很多DSP廠(chǎng)商都進(jìn)行改進(jìn)處理，制成DS P系統集成電路，這種電路將DSP芯核、MPU芯核以及專(zhuān)用的處理單元，結合外圍電路單元以及存儲單元，統一進(jìn)行集成FPGA就是現場(chǎng)可編輯邏輯門(mén)陣列，作為一種可重編程器件，能夠實(shí)現的功能已超過(guò)現今的DSP處理器，不僅可實(shí)現軟件的可編程性，還可加速硬件，同時(shí)進(jìn)行重構。因此，FPGA可以成為真正的“軟”硬件，同時(shí)融合硬件與軟件的優(yōu)點(diǎn)，能夠實(shí)現在定制硬件以及靈活軟件之間的折衷。近年來(lái)，對于FPGA的發(fā)展，可以看到，無(wú)論是在規模，還是處理速度上，以及功率消耗上，都有明顯進(jìn)步，這為軟件無(wú)線(xiàn)電發(fā)展奠定有力的基礎DSP與FPGA的完美結合，被認為是最理想的軟件無(wú)線(xiàn)電與硬件相結合的成功范例。FPGA可以用于對接口協(xié)處理，從而更好地與DSP以及通用處理器，進(jìn)行有效連接，不僅降低系統成本同時(shí)提高系統性能。并且可以自由選擇基帶處理算法的位置，因而提高了SDR的算法靈活性。
但當前由于受到硬件器件的限制，要實(shí)現軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的數字化，主要是針對中頻段進(jìn)行處理，隨著(zhù)技術(shù)不斷發(fā)展，軟件無(wú)線(xiàn)電定會(huì )實(shí)現。

3 結束語(yǔ)
對于通信系統中無(wú)線(xiàn)電數字處理技術(shù)以及無(wú)線(xiàn)電關(guān)鍵技術(shù)，主要目的是可以在實(shí)際中起到作用，滿(mǎn)足需求，因此隨著(zhù)信息技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展，必將會(huì )導致新技術(shù)的變革與創(chuàng )新，所有技術(shù)瓶頸不再是問(wèn)題，這些數字處理技術(shù)以及關(guān)鍵技術(shù)，也將成為無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中具有基礎性技術(shù)。